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Gebiet
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Die
Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung des biologisch aktiven
synthetischen Moleküls 4-(p-Methoxyphenyl)-2-aminobutan
aus einer natürlich
vorkommenden Verbindung 4-(p-Hydroxyphenyl)-butan-2-ol bereit. Das
durch die Erfindung hergestellte Molekül ist ein farbloser kristalliner
Feststoff, welcher durch die Molekularformel C
11H
17ON und die untenstehend gezeigte Strukturformel
(1) dargestellt ist:
C
11H
17ON = 4-(p-Methoxyphenyl)-2-aminobutan
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Die
spektralen Charakteristika des Moleküls sind wie folgt: Das EI-Massenspektrum
der Verbindung zeigte seinen Mt bei M/Z
179, wodurch seine Molekularformel als C11H17ON bestätigt
wurde, und andere diagnostische Fragment-Peaks bei M/Z 162, 147,
121 und 91;1 IRυmax (KBr) 3360, 2940, 1610, 1515, 14501,
1030 und 850 cm–1.
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Das
Produkt ist ein Molekül,
das aus einem aus der Pflanze Taxus wallichiana isolierten, leicht
erhältlichen
Ausgangsmaterial 4-(p-Hydroxyphenyl)-butan-2-ol hergestellt wurde,
welches durch die untenstehend gezeigte Formel (2) dargestellt ist.
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C
10H
14O
2 =
(4–(p-Hydroxyphenyl)-butan-2-ol
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Hintergrund und Stand
der Technik.
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Die
Pflanze Taxus wallichiana, welche auch als Himalaja-Eibe bekannt
ist, wird nunmehr als eine für die
kommerzielle Nutzung am meisten benötigte Pflanze angesehen, da
sie das Antikrebsmittel Taxol enthält. Taxol, ein hoch sauerstoffgesättigtes
Diterpenoidmolekül
und wirksames Antikrebsmittel, wurde zuerst aus der Stammrinde von
Taxus brevifolia isoliert. Danach wurde es auch aus anderen Taxus-Pflanzen,
einschließlich der
Himalaja-Eibe Taxus wallichiana, isoliert.
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Die
Anmelder arbeiteten an verschiedenen Teilen von Taxus wallichiana,
welche in verschiedenen Gebieten Indiens gesammelt wurden, um Taxol,
dessen wichtige Analoga und den Vorläufer 10-Deacetylbaccatin III
(DAB) zu isolieren. Im Laufe der Untersuchung isolierten die Anmelder
eine bedeutende Verbindung aus den Blättern von Taxus wallichiana,
welche als 4-(p-Hydroxyphenyl)-butan-2-ol mit der Strukturformel
(2) identifiziert wurde. Diese Verbindung kann in einer Ausbeute
von 0,2% aus den Blättern
von Taxus wallichiana erhalten werden. Demgemäß entwickelten die Anmelder
eine einfache und kosteneffiziente Verarbeitungstechnologie zur
Isolierung dieser Verbindung aus den Blättern von Taxus wallichiana.
Das Verfahren zur Isolierung der Verbindung umfasst die Schritte
des Entfettens luftgetrockneter pulverisierter Taxus-Blätter mit
aliphatischen Kohlenwasserstofflösungsmitteln,
des Extrahierens der entfetteten Blätter nacheinander mit chlorierten Lösungsmitteln
und polaren Lösungsmitteln,
des Konzentrierens der im chlorierten Lösungsmittel löslichen Fraktion
zu einem Rest und des Behandelns des Rests mit einer wässrigen
Alkalilösung
sowie des Isolierens der Verbindung aus der Alkali-löslichen Fraktion durch Ansäuerung und
Extraktion mit Ethylacetat, um die Verbindung mit der Strukturformel
(2) zu erhalten.
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Die
Verbindung (2) erwies sich in Bioassay-Studien zur Auswertung der
wachstums- und fraßhemmenden
Wirkung als nicht aktiv. Die Verbindung der Formel (2) wurde in
hoher Ausbeute (0,2%) erhalten, ihre Umwandlung in andere strukturelle
Analoga erfolgte durch eine Reihe von chemischen Reaktionen. Im
Laufe dieser Untersuchung stellten die Anmelder aus der durch die
Formel (2) dargestellten Verbindung das durch die Formel (1) dargestellte
Molekül
her. Die Verbindung mit der Strukturformel (1) zeigt eine beträchtliche
Aktivität
als Wachstums- und Fraßhemmer.
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Die
Verbindung mit der Formel (1) wurde als Fraßabschrecker und Wachstumshemmer
gegen Spilarctia Obliqua-Larven im 4. Stadium eingeschätzt. Dieses
Insekt attackiert mehr als zwanzig zum Verkauf geeignete Feldfrüchte, einschließlich Urd,
Mong, Arhar, Minze und Coleus etc.
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Die
Verbindung mit der Formel (1) ist in der Natur ungefährlich und
somit hinsichtlich ihrer Verwendung als Agrochemikalie ökologisch
unbedenklich und umweltfreundlich.
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Ziele
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Das
Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens
zur Herstellung einer durch die Strukturformel (1) dargestellten,
biologisch aktiven Verbindung aus einem aus der Pflanze Taxus wallichiana isolierten,
leicht erhältlichen
Ausgangsmaterial, und zwar in höheren
Ausbeuten.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Demgemäß stellt
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von 4-(p-Methoxyphenyl)-2-aminobutan,
C11H17ON, bereit,
welches durch die untenstehend gezeigte Strukturformel (1) dargestellt ist.
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C
11H
17ON = 4-(p-Methoxyphenyl)-2-aminobutan
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Die
Verbindung weist eine wachstums- und fraßhemmende Wirkung auf. Das
Verfahren zur Isolierung der Verbindung umfasst die folgenden Schritte:
- a) das Isolieren eines durch die Strukturformel
(2) dargestellten Phenolmoleküls
aus den Blättern
von Taxus wallichiana durch an sich bekannte Verfahren,
- b) 2- bis 10-stündiges
Behandeln der Phenolverbindung aus Schritt (a) mit einer wässrigen
Mineralsäure bei
25–100°C, um ein
entsprechendes Alkylhalogenidderivat mit der Formel C10H13OX (3) zu erhalten,
- c) das Umwandeln des Alkylhalogenidderivats aus Schritt (b)
in seinen Methylether durch Behandlung mit einem Methylierungsmittel,
um einen entsprechenden Methylether mit der Formel C11H15OX (4) zu erhalten,
- d) das Umsetzen des so erhaltenen Methylethers aus Schritt (c)
mit Azid, um ein Azidderivat mit der Formel C11H15ON3 (5) zu erhalten,
und
- e) das Hydrieren der so gebildeten Azidverbindung durch katalytische
Hydrierung in Gegenwart eines Katalysators in einem niederaliphatischen
Alkohol, um eine
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Verbindung
mit der Formel C11H17ON
(1) zu erhalten, wobei X ausgewählt
ist aus der Gruppe, bestehend aus Brom, Chlor und Iod.
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Die
in Schritt (b) verwendete wässrige
Mineralsäure
kann ausgewählt
sein aus der Gruppe, bestehend aus Chlorwasserstoffsäure, Bromwasserstoffsäure und
Iodwasserstoffsäure.
Das in Schritt (c) verwendete Methylierungsmittel kann ausgewählt sein
aus Methyliodid oder Dimethylsulfat.
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Das
in Schritt (d) verwendete Azid ist Natriumazid oder Trimethylsilylazid.
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Der
beim Hydrierungsverfahren verwendete Katalysator ist ausgewählt aus
Palladium-Aktivkohle und Platinoxid. Der niedere Alkohol, der als
Medium zum Auflösen
des Azidderivats im Hydrierungsverfahren verwendet wird, kann Methylalkohol,
Ethylalkohol sein.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch Zwischenverbindungen mit den Formeln
3 und 5 bereit, wobei X = Br, Cl oder I.
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Wie
zuvor erwähnt,
besitzt die Verbindung 4-(p-Methoxyphenyl)-2-aminobutan eine fraß- und wachstumshemmende
Wirkung auf bestimmte Insekten, insbesondere die Larven von Spilarctia
Obliqua.
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Folglich
besitzt die Verbindung eine Verwendungsmöglichkeit als Insektizid und
hätte umfassende
Anwendungsmöglichkeiten
in Insektizidzusammensetzungen. Ohne sich an irgendeine Theorie
binden zu wollen, stellen die Anmelder fest, dass eine Insektizidzusammensetzung
mit einer wirksamen Menge der Verbindung 4-(p-Methoxyphenyl)-2-aminobutan und einem
Hilfsstoff in einer Menge, die zur Steigerung der Wirksamkeit der
Zusammensetzung ausreicht, hergestellt werden kann. In der Praxis
stellt sich heraus, dass die Verbindung 4-(p-Methoxyphenyl)-2-aminobutan
an sich auch zur Insektenbekämpfung
auf Feldern eingesetzt werden kann, obwohl empfohlen wird, die Verbindung
vor der Verwendung mit Vermehrungshilfsstoffen, wie z.B. destilliertem
Wasser, Aceton oder anderen derartigen Lösungsmitteln, zu vermischen.
Die Insektizidzusammensetzungen können zur Schädlingsbekämpfung aufgesprüht oder
in den Boden eingebracht werden. Weiters kann die Insektizidzusammensetzung
wirksam zur Bekämpfung
von Insekten/deren Larven, wie z.B. von Spilarctia Obliqua, eingesetzt
werden. In der Praxis erweist sich die Verbindung als äußerst nützlich bei
der Bekämpfung
von phytopathogenen Insekten und Milben.
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Die
Erfindung, ihre Ausführungsformen
und Anwendungsmöglichkeiten
sind im Detail in den untenstehend angeführten Beispielen beschrieben,
welche zur Veranschaulichung der Erfindung vorgesehen sind und daher
nicht als den Umfang dieser Erfindung einschränkend interpretiert werden
sollten.
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Die
Produkte der Reaktionen, wie in den nachstehenden Schritten beschrieben,
sind hier dargestellt: Schritt
1
C
10H
13OX (4-(p-Hydroxyphenyl)-2-halogenbutan)
(3) Schritt
2
C
11H
15OX (4-(p-Methoxyphenyl)-2-halogenbutan)
(4) Schritt
3
C
11H
15ON
3 =
(4-(p-Methoxyphenyl)-2-azidobutan) (5) Schritt
4
C
11H
17ON = (4-(p-Methoxyphenyl)-2-aminobutan)
(1)
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Beispiel 1
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Schritt 1 - Herstellung
von 4-(p-Hydroxyphenyl)-2-brombutan (Formel 3) - (C10H13O Br)
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Eine
Verbindung der Formel (2) (1 g) wurde in einen 50 ml-Erlenmeyerkolben
gefüllt,
und HBr (44%) (5 ml) wurde tropfenweise hinzugefügt, und die Reaktionsmischung
wurde unter ständigem
Rühren
bei 80°C 6
Stunden lang refluxiert. Die Reaktionsmischung wurde mit Wasser
im Überschuss
verdünnt
und mit Ethylacetat (25 ml × 3)
extrahiert. Das Ethylacetat wurde über wasserfreiem Natriumsulfat
getrocknet und konzentriert. Der in der obenstehenden Weise erhaltene ölige Rückstand
wurde einer Säulenchromatographie
auf Kieselgel unterzogen, um eine reine Verbindung mit der Formel
(3) zu erhalten (1 g).
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Schritt 2 - Herstellung
von 4-(p-Methoxvnhenyl)-2-brombutan
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Die
Verbindung mit der Formel (3) (1 g) wurde in Aceton (10 ml) aufgelöst, und
wasserfreies Kaliumcarbonat (10 g) und Dimethylsulfat (3 ml) wurden
hinzugefügt,
und es wurde unter Rühren
4 Stunden lang refluxiert. Wasser wurde in den Reaktionskolben hinzugefügt und 3
Stunden lang gerührt.
Danach wurde mit Wasser-CHCl3 (25 ml × 3) extrahiert
und mit Wasser (25 ml × 2)
gewaschen. Die organische Schicht wurde über wasserfreiem Natriumsulfat
getrocknet und unter Vakuum konzentriert, um ein öliges Material
(4) zu erhalten (1,0 g).
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Schritt 3 - Herstellung
von 4-(p-Methoxphenyl)-2-azidobutan (C11H15ON3)
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Eine
Verbindung mit der Formel (4) (1,0 g) wurde in DMF (10 ml) aufgelöst und mit
Natriumazid (2 g) behandelt und bei 20–80°C 6 Stunden lang gerührt. Die
Reaktionsmischung wurde in Wasser gegossen und mit Benzol (50 ml × 3) extrahiert;
die organische Schicht wurde mit Wasser (25 ml × 2) gewaschen, über Natriumsulfat
getrocknet und konzentriert, um Azid (5) zu ergeben (800 mg).
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Schritt 4 - Herstellung
von 4-(p-Methoxyphenyl)-2-aminobutan (C11H17ON) mit Formel (1)
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Das
Azid (5) (300 mg) wurde in Methanol (20 ml) aufgelöst, und
Palladium-Aktivkohle (30 mg) wurde hinzugefügt, und es wurde unter Wasserstoff
6 Stunden lang bei 55 Psi gerührt;
dann wurde der Katalysator abfiltriert und das Filtrat konzentriert,
um einen Rest zu ergeben, der in Form von Nadeln aus einer Aceton-Hexan-Mischung
auskristallisierte, um eine Verbindung mit der Formel (1) zu ergeben
(208 mg).
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Beispiel 2
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Schritt 1 - Herstellung
von 4-(p-Hydroxyphenyl)-2-chlorbutan (C10H13OCl)
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Eine
Verbindung mit der Formel (2) (1 g) wurde in einen 50 ml-Erlenmeyerkolben
gefüllt,
und HCl, 37%, 5 ml, wurde tropfenweise hinzugefügt, und die Reaktionsmischung
wurde unter ständigem
Rühren
bei 80°C
6 Stunden lang refluxiert. Die Reaktionsmischung wurde mit Wasser
im Überschuss
verdünnt
und mit Ethylacetat (25 ml × 3)
extrahiert. Der Ethylacetat-Extrakt wurde über wasserfreiem Natriumsulfat
getrocknet und konzentriert. Der so erhaltene ölige Rückstand wurde einer Flash-Chromatographie
auf Fluorosil unterzogen, um eine reine Verbindung mit der Formel
(3) zu ergeben (1 g).
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Schritt 2 - Herstellung
von 4-(p-Methoxyphenyl)-2-chlorbutan (C11H15OCl) dargestellt durch Formel (4)
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Die
Verbindung (3) (1 g) wurde in Aceton (10 ml) aufgelöst, und
wasserfreies Kaliumcarbonat (10 g) und Methyliodid (3 ml) wurden
hinzugefügt,
und es wurde unter Rühren
4 Stunden lang refluxiert, Wasser wurde in den Reaktionskolben hinzugefügt und 3
Stunden lang gerührt.
Danach wurde mit Wasser-CHCl3 (25 ml × 3) extrahiert
und mit Wasser (25 ml × 2)
gewaschen. Die organische Schicht wurde über wasserfreiem Natriumsulfat
getrocknet und unter Vakuum konzentriert, um ein öliges Material
mit der Formel (4) zu erhalten (1 g).
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Schritt 3 - Herstellung
von 4-(p-Methoxyphenyl)-2-azidobutan (C11H15ON3) dargestellt
durch Formel (5)
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Verbindung
(4) (1,0 g) wurde in DMF (10 ml) aufgelöst und mit Trimethylsilylazid
(2 g) behandelt und bei 20–80°C 6 Stunden
lang gerührt.
Die Reaktionsmischung wurde in Wasser gegossen und mit Benzol (50 ml × 3) extrahiert;
die organische Schicht wurde mit Wasser (25 ml × 2) gewaschen, über wasserfreiem
Natriumsulfat getrocknet und konzentriert, um 800 mg Azid der Formel
(5) zu ergeben.
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Schritt 4 - Herstellung
von 4-(p-Methoxyphenyl)-2-aminobutan (C11H17ON) mit Formel (1)
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Das
Azid (5) (300 mg) wurde in Ethanol (20 ml) aufgelöst, und
PtO2 (10 mg) wurde hinzugefügt, und es
wurde unter Wasserstoff 6 Stunden lang bei 55 Psi gerührt; dann
wurde der Katalysator abfiltriert und das Filtrat konzentriert,
um einen Rest zu ergeben, der in Form von Nadeln aus einer Aceton-Hexan-Mischung
auskristallisierte, um 208 mg der Verbindung der Formel (1) zu ergeben.
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Die
spektralen Charakteristika des Moleküls sind wie folgt:
Das
EI-Massenspektrum der Verbindung zeigte seinen M+ bei
M/Z 179, wodurch seine Molekularformel als C11H17ON bestätigt
wurde, und andere diagnostische Fragment-Peaks bei M/Z 162, 147,
121 und 91; IR⇆max (KBr) 3360, 2940, 1610, 1515, 14501,
1030 und 850 cm–1.
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Das
Molekül
wurde aus einem aus der Pflanze Taxus wallichiana isolierten, leicht
erhältlichen
Ausgangsmaterial 4-(p-Hydroxyphenyl)-butan-2-ol mit der Formel (2)
hergestellt.
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Bewertung
des hergestellten Moleküls
hinsichtlich seiner fraßhemmenden
Wirkung Die Verbindung mit der Formel (1) wurde als Fraßabschrecker
und Wachstumshemmer gegen Spilarctia Obliqua-Larven (die haarige
Bihar-Raupe) im 4. Stadium bewertet. Dieses Insekt attackiert mehr
als zwanzig zum Verkauf geeignete Feldfrüchte wie z.B. Urd, Moong, Arhar,
Minze und Coleus etc. Mehrere synthetische Insektizide, wie z.B. Chinalphos,
Phosphamidon und synthetische Pyrethroide, werden zur Bewältigung
dieser Insektenplage kommerziell verwendet. Das Insekt entwickelt
jedoch eine Resistenz gegen einige dieser Insektizide. Daher wurde nun
die Suche nach neuen, ökologisch
unbedenklichen, umweltfreundlichen und nicht toxischen Chemikalien zur
Bewältigung
dieser Plage dringend notwendig.
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Mit
einer Verbindung mit der Formel (1) wurden die Fraßabschreckung
und die Wachstumshemmung von Insekten durch das Mischernährungsverfahren
getestet. Bei diesem Verfahren wurde 4-(p-Methoxyphenyl)-2-aminobutan,
die Verbindung mit der Formel (1), in Aceton aufgelöst, um verschiedene
Konzentrationen im Bereich von 1000 bis 5000 ppm herzustellen. Die
Testlösung
wurde in die künstliche
Nahrung des Insekts gemischt, so dass jedes Gramm Nahrung 60–300 μg der Verbindung
(1) enthielt. Eine Larve im 4. Stadium (frisch gehäutet) hungerte
vier Stunden lang, wurde gewogen und auf behandelte künstliche
Nahrung losgelassen, und zwar in dreißig Wiederholungen. Bei der
Kontrolle wurde nur das Lösungsmittel
Aceton zugemischt, und Azadirachtin in einer Konzentration von 1000
ppm wurde als Standard für
den Fütterungs-Bioassay
herangezogen. Nach 24 Stunden wurde die Anzahl der produzierten
Kotpellets gezählt,
und die Daten wurden hinsichtlich der % Fraßabschreckung ausgewertet.
Einige Versuche wurden für
die nächsten
24 Stunden fortgesetzt, und die Gewichte der Larven wurden täglich ermittelt.
Nach 3 Tagen wurde der Versuch abgebrochen, und die Gewichtszunahme
oder der Gewichtsverlust wurde hinsichtlich der % Wachstumshemmung
ausgewertet.
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Im
Fall einer Wachstumshemmungsanalyse wurde als Standard Diflubenzuron
in einer Menge von 5 ppm herangezogen. Die Testergebnisse einer
Verbindung mit der Formel (1) sind hinsichtlich ihrer Fraßabschreckung
und Wachstumshemmung in Tabelle 1 angegeben, und zwar im Vergleich
zu den Standards Azadirachtin und Diflubenzuron.
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Wie
aus Tabelle 1 ersichtlich, ist eine Verbindung mit der Formel (1)
als fraßabschreckendes
Mittel im Vergleich zu Azadirachtin weniger aktiv. Das neue Molekül (1) besitzt
jedoch im Vergleich zu Azadirachtin mehrere andere Vorteile, welche
Folgendes umfassen:
- (a) Eine Verbindung mit
der Formel (1) ist in struktureller Hinsicht ein sehr kleines Molekül (Molekülmasse 179),
und zwar im Vergleich zu Azadirachtin, das ein großes Molekül mit vielen
Chiralitätszentren,
Molekülmasse
720, darstellt; daher kann das Molekül (1) im Gegensatz zu Azadirachtin,
dessen Synthese niemals kommerziell durchführbar wäre, leicht synthetisiert werden.
- (b) Im Gegensatz zu Azadirachtin, das lichtempfindlich ist,
d.h. beim Ausgesetztsein an Sonnenlicht zerfällt, ist eine Verbindung mit
der Formel (1) gegenüber
Licht (sowohl UV- als auch Sonnenlicht) unempfindlich. Daher kann
die Verbindung (1) unter Freilandbedingungen verwendet werden, ganz
im Gegensatz zu Azadirachtin, das bis heute unter Freilandbedingungen
nicht eingesetzt werden kann.
Hinsichtlich der wachstumshemmenden
Eigenschaften ist eine Verbindung mit der Formel (1) weniger aktiv als
die Standardverbindung Diflubenzuron. Viele Insekten entwickeln
jedoch eine Resistenz gegen diese bestimmte Verbindung, und daher
sind zum Abtöten
der Insekten höhere
Dosierungen als die in Tabelle 1 erwähnten 5 ppm erforderlich. Letztendlich
wird ihre Wirksamkeit enden.
Daher ist eine Verbindung mit
der Formel (1), die sich von Diflubenzuron strukturell unterscheidet,
nützlich gegen
Diflubenzuron-resistente Insekten.
Diflubenzuron enthält auch
Fluoratome in seinem Molekül
und neigt daher dazu, bei mikrobieller Aktivierung krebserregend
und umweltschädlich
zu sein. Aufgrund ihrer im Vergleich zu Diflubenzuron anderen Struktur ist
eine Verbindung mit der Formel (1) ökologisch ungefährlich und
umweltfreundlich.
Aus dem Vorangegangenen geht klar hervor,
dass die durch das erfindungsgemäße Verfahren
hergestellten Verbindungen äußerst stark
bekämpfende
Wirkungen gegen verschiedene Arten von phytopathogenen Insekten,
Milben etc. aufweisen und somit als Wirkstoffe in Insektiziden,
Mitiziden etc. für
Landwirtschaft und Gartenbau nützlich
sind.
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Vorteile
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1.
Die Chemikalien und Reagenzien, die zur Herstellung der aktiven
Verbindung verwendet werden, sind nicht kostspielig, und somit ist
das Verfahren kosteneffizient und in Hinblick auf eine kommerzielle
Produktion realisierbar.
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2.
Alle Schritte des Verfahrens sind unkompliziert; es ist nicht notwendig,
zur Herstellung der aktiven Verbindung extreme Reaktionsbedingungen
aufrechtzuerhalten, und somit ist das Verfahren kommerziell realisierbar.