ES2302098T3 - Complejos para la inhibicion de la respuesta a etileno de plantas. - Google Patents

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Abstract

Un complejo formado a partir de un agente de encapsulación molecular y un compuesto que tiene la siguiente estructura (Ver fórmula) o (Ver fórmula) o (Ver fórmula) en las que n es un número de 1 a 4 y R se selecciona del grupo que está constituido por alquilo C1 a C4 saturado o insaturado, hidroxi, halógeno, alcoxi C1 a C4, amino y carboxi.

Description

Complejos para la inhibición de la respuesta a etileno de plantas.
Campo de la invención
La presente invención se refiere generalmente a la regulación de la fisiología vegetal, en particular a procedimientos para inhibir la respuesta a etileno en plantas o productos vegetales, con el fin de prolongar su vida útil de almacenamiento. La invención se refiere a prolongar la vida útil de almacenamiento de flores cortadas y plantas ornamentales, plantas en maceta (comestibles y no comestibles), trasplantes y alimentos vegetales que incluyen frutas, verduras y tubérculos.
La presente invención en sus diversos aspectos es como se define en las reivindicaciones adjuntas.
La presente invención tiene dos realizaciones.
La primera realización de la presente invención se refiere a complejos formados a partir de agentes de encapsulación molecular, tales como ciclodextrina y ciclopropeno o sus derivados, tales como metilciclopropeno, además de complejos formados a partir de agentes de encapsulación molecular y ciclopentadieno o diazociclopentadieno o sus derivados. Estos complejos de agentes de encapsulación molecular proporcionan un medio conveniente y seguro para almacenar y transportar los compuestos que pueden inhibir la respuesta a etileno en plantas. Estos complejos de agentes de encapsulación molecular son importantes porque los compuestos que pueden inhibir la respuesta a etileno en plantas son gases reactivos y por tanto sumamente inestables debido a reacciones de oxidación y otras reacciones posibles.
La segunda realización se refiere a procedimientos convenientes para suministrar a las plantas los compuestos que pueden inhibir sus respuestas a etileno con el fin de alargar la vida útil de almacenamiento. Estos procedimientos implican poner en contacto el complejo de agentes de encapsulación molecular con un disolvente que puede disolver el agente de encapsulación molecular, liberando así el compuesto que puede inhibir la respuesta a etileno de manera que pueda ponerse en contacto con la planta.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere generalmente a la regulación del crecimiento vegetal y a procedimientos para inhibir las respuestas a etileno en plantas mediante la aplicación de ciclopropeno, ciclopentadieno, diazociclopentadieno o sus derivados, en particular metilciclopropeno. La presente invención se refiere específicamente a procedimientos de síntesis y complejos de agentes de encapsulación molecular, además de al almacenamiento, transporte y aplicación de estos gases que inhiben las respuestas a etileno en plantas.
Las respuestas al crecimiento vegetal están afectadas por factores tanto internos como externos. El control interno de los procesos vegetales está bajo la influencia de la expresión genética de los relojes biológicos de la planta. Estos procesos influyen tanto al grado como al ritmo de los procesos de crecimiento. Tales respuestas están mediadas por señales de diversos tipos que se transmiten dentro de y entre las células. La comunicación intracelular en plantas se produce normalmente mediante hormonas (o mensajeros químicos), además de otros procesos menos entendidos.
Debido a que las comunicaciones en una planta están normalmente mediadas por hormonas vegetales, tanto la presencia como los niveles de tales hormones son importantes para las reacciones de células vegetales específicas. La hormona vegetal que es más relevante para la presente invención es etileno, que tiene la capacidad de afectar muchos aspectos importantes del crecimiento, desarrollo y senescencia vegetal. Los efectos más importantes del etileno incluyen procesos normalmente asociados con la senescencia, particularmente la maduración de la fruta, marchitamiento de flores y abscisión de hojas.
Se sabe bien que el etileno puede producir la muerte prematura de plantas, incluyendo flores, hojas, frutas y verduras. También puede promover el amarilleamiento de las hojas y el crecimiento atrofiado, además de la caída prematura de frutas, flores y hojas.
Debido a estos problemas inducidos por el etileno, una investigación muy activa e intensa se preocupa actualmente por la investigación de rutas para evitar o reduce los efectos perjudiciales del etileno en las plantas.
Un tipo de tratamiento muy importante usado para mitigar los efectos del etileno emplea inhibidores de la síntesis de etileno. Estos inhibidores de la síntesis de etileno reducen la cantidad de etileno que puede producir una planta. Específicamente, estos inhibidores de la síntesis de etileno inhiben las reacciones mediadas por fosfato de piridoxal y así evitan la transformación de S-adenosilmetionina en ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico, el precursor del etileno. Staby y col. ("Efficacies of Commercial Anti-ethylene Products for Fresh Cut Flowers", Hort Technology, pág. 199-202, 1993) tratan las limitaciones de estos inhibidores de la síntesis de etileno. Debido a que los inhibidores de la síntesis de etileno sólo inhiben la producción de etileno en una planta tratada, no suprimen los efectos negativos del etileno procedente de las fuentes ambientales. Estas fuentes ambientales de etileno existen porque el etileno también es producido por otros cultivos, gases de escape de camiones, unidades de gasificación de etileno y otras fuentes, pudiendo afectar todas a una planta durante la producción, envío, distribución y uso final. Debido a esto, los inhibidores de la síntesis de etileno son menos eficaces que los productos que frustran una respuesta de la planta a etileno. Para una discusión de la respuesta a etileno en plantas véase la patente de EE.UU. nº 3.879.188.
El otro tipo importante de tratamiento usado para mitigar los efectos del etileno emplea el bloqueo del sitio del receptor que señaliza la acción del etileno. Uno de los compuestos mejor conocidos para inhibir la respuesta a etileno en plantas, además de prevenir los efectos perjudiciales de fuentes ambientales de etileno, es el tiosulfato de plata ("STS"). Un ejemplo de un producto de STS comercial es la disolución SILFLOR, disponible de Floralife, Inc., Burr Ridge, Illinois. STS es muy eficaz en la inhibición de la respuesta a etileno en plantas y se ha usado porque se mueve fácilmente en la planta y no es tóxico para las plantas en su intervalo de concentración eficaz. STS pueden usarse por cultivadores, minoristas y mayoristas en forma de un líquido que se absorbe en los tallos de las flores. Aunque STS es sumamente eficaz, tiene un grave problema de eliminación de residuos. Es ilegal eliminar el componente de plata de STS por medios convencionales, tales como usando una pila de laboratorio, sin primero pretratar el STS para sacar la plata. También es ilegal pulverizar STS sobre plantas en maceta. Por consiguiente, debido a este problema de eliminación, que normalmente es ignorado por cultivadores, el STS se utiliza ahora casi exclusivamente por los cultivadores. Por tanto, hay un gran deseo entre los fisiólogos de poscosecha de encontrar alternativas a STS. Al conocimiento de los presentes inventores, los únicos sustitutos comercialmente disponibles para STS son ciclopropeno, ciclopentadieno, diazociclopentadieno y sus derivados.
Muchos compuestos, tales como dióxido de carbono, que bloquean la acción del etileno se difunden desde el receptor o sitio de unión del etileno tras un periodo de algunas horas. Sisler y Wood, Plant Growth Reg. 7, 181-191, 1988. Aunque estos compuestos pueden usarse para inhibir la acción del etileno, su efecto es reversible y por tanto deben exponerse a la planta de un modo continuo si el efecto de inhibición del etileno va a durar durante más de algunas horas. Por tanto, un agente eficaz para inhibir la respuesta a etileno en plantas debería proporcionar un bloqueo irreversible de los sitios de unión del etileno y así permitir tratamientos que fueran de corta duración.
Un ejemplo de un agente inhibidor de etileno irreversible se describe en la patente de EE.UU. nº 5.100.462. Sin embargo, el diazociclopentadieno descrito en esa patente es inestable y tiene un fuerte olor. Sisler y col., Plant Growth Reg. 9, 157-164, 1990, mostraron en un estudio preliminar que el ciclopentadieno era un agente de bloqueo eficaz para unirse a etileno. Sin embargo, el ciclopentadieno descrito en esa referencia también es inestable y tiene un fuerte olor.
La patente de EE.UU. nº 5.518.988 describe el uso de ciclopropeno y sus derivados, incluyendo metilciclopropeno, como agentes de bloqueo eficaces para unirse a etileno. Aunque los compuestos en esta patente no se ven afectados por los problemas de olor del diazociclopentadieno y ciclopentadieno, debido a que contienen un grupo carbeno, son relativamente inestables debido a las posibilidades de sufrir reacciones de oxidación y otras. Por tanto, existe un problema de estabilidad de estos gases, además de los riesgos de explosión de estos gases que aparecen cuando se comprimen. Para solucionar estos problemas, los presentes inventores han desarrollado un procedimiento para incorporar estos compuestos gaseosos, que inhiben la respuesta a etileno en plantas, en un complejo de agentes de encapsulación molecular con el fin de estabilizar su reactividad y así proporcionar un medio conveniente y seguro para almacenar, transportar y aplicar o suministrar los compuestos activos a las plantas. Los procedimientos de aplicación o suministro de estos compuestos activos pueden llevarse a cabo añadiendo simplemente agua al complejo de agentes de encapsulación molecular.
Al intentar implementar la enseñanza de la patente de EE.UU. nº 5.518.988, los problemas asociados con la estabilidad de los gases y el posible riesgo de explosión al usar los gases comprimidos limitan su uso y por tanto su eficacia. Para resolver aquellos problemas, los presentes inventores desarrollaron un complejo de agentes de encapsulación molecular que estabiliza la reactividad de estos gases y así proporciona un medio conveniente y seguro para almacenar, transportar y aplicar o suministrar estos gases a las plantas.
Esta solución es un avance importante respecto a la técnica ya que permite el almacenamiento, transporte y uso conveniente y seguro de gases que, de otro modo, dificultarían el almacenamiento, envío y reparto. La presente invención permitirá ahora el uso seguro, conveniente y sistemático de estos gases en el campo por un cultivador, además de su uso en la distribución y en el mercado al por mayor. De hecho, un complejo de metilciclopropeno y el agente de en-
capsulación molecular ciclodextrina prevén un producto que tiene una vida útil de almacenamiento superior a un año.
Otro rasgo de los agentes de encapsulación molecular de la presente invención es que, una vez que atrapan el agente activo gaseoso en el complejo, el complejo (y por tanto el agente activo gaseoso) no presenta una presión de vapor muy alta y, por tanto, se protege de la oxidación y otras reacciones de degradación química. Un compuesto activo gaseoso tal como ciclopropeno o derivados del mismo se mantiene en una molécula enjaulada en la que la presión de vapor presión del sólido es muy baja debido a las débiles fuerzas atómicas (van de Waals y enlace de hidrógeno). La unión de estos compuestos activos gaseosos con estos agentes de encapsulación molecular mantiene el compuesto activo hasta que esté listo para uso.
Por tanto, la presente invención prolonga la vida de las plantas proporcionando una dosis eficaz y apropiada del compuesto activo encapsulado que puede inhibir la respuesta a etileno, que posteriormente se desorbe en forma de gas para la administración a la planta. La invención también incorpora la liberación del compuesto activo deseado del complejo mediante disolución del complejo en un disolvente adecuado con el fin de liberar el compuesto activo gaseoso, sirviendo así como un tratamiento para plantas gaseoso mejorado.
Una ventaja muy importante de la presente invención es que proporciona un producto eficaz respetuoso con el usuario para clientes no técnicos, floristas y mayoristas. Además, el complejo de agentes de encapsulación molecular actúa como un agente de liberación controlada para el tratamiento con tales compuestos gaseosos activos como ciclopropeno y metilciclopropeno. Como resultado, la presente invención promueve menos exposición humana al compuesto diana que otros medios de aplicación. Adicionalmente, el usuario tiene más control sobre la aplicación del compuesto activo gaseoso porque el compuesto gaseoso activo se libera lentamente del complejo en presencia de un disolvente adecuado.
Otra ventaja de la presente invención es la cantidad de inclusión selectiva de los compuestos activos gaseosos tales como ciclopropeno y metilciclopropeno en el agente de encapsulación molecular. Usando las enseñanzas de la presente invención, cantidades significativas de metilciclopropeno y otros compuestos activos pueden encapsularse ahora en un agente de encapsulación molecular, tal como ciclodextrina, superando ampliamente la cantidad normal esperada normalmente encontrada con otros sólidos.
Otra ventaja adicional de la presente invención respecto al uso de gases concentrados comprimidos es la eliminación de la necesidad de tanques de gas, reguladores y la autorización de la OSHA para tanques de gas a presión. Esto da como resultado un ahorro sustancial de costes para el fabricante, además de para el cliente. Además, elimina el potencial explosivo e inflamable asociado con el uso de tanques de gas que contienen una molécula orgánica sumamente reactiva. Además, la presente invención elimina la autopolimerización y la descomposición de gases que se producen con gases o líquidos comprimidos que los contienen.
Otra ventaja de la presente invención respecto a otros sistemas de soportes sólidos inertes propuestos para uso en la aplicación de ciclopropeno, tales como polvo, talco, sílice y harina, es que proporciona un producto que contiene el compuesto gaseoso activo con estabilidad aumentada. Por ejemplo, el agente de encapsulación molecular ciclodextrina protege a la molécula activa de ciclopropeno o metilciclopropeno de condiciones externas, tales como degradación ultravioleta, que son problemáticas en compuestos fotosensibles tales como estos.
Otra ventaja adicional de la presente invención es que el complejo de agentes de encapsulación molecular da como resultado un uso más eficaz del compuesto gaseoso activo. Por ejemplo, una cantidad reducida de ciclopropeno puede utilizarse para obtener un tratamiento eficaz en comparación con el uso de los soportes sólidos de ciclopropeno o gases comprimidos anteriormente propuestos. Esto da como resultado menos residuos y se necesita menos embalaje para el producto comercial.
Resumen de la invención
En una de las realizaciones del complejo de agentes de encapsulación molecular, que genéricamente se denomina en lo sucesivo el complejo de agentes de encapsulación molecular de ciclopropeno, el complejo se forma a partir de un agente de encapsulación molecular y un compuesto que tiene la siguiente estructura
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en la que n es un número de 1 a 4 y R se selecciona del grupo que está constituido por alquilo C1 a C4 saturado o insaturado, hidroxi, halógeno, alcoxi C1 a C4, amino y carboxi. Los agentes de encapsulación molecular preferidos para uso en esta realización del complejo de agentes de encapsulación molecular de ciclopropeno incluyen una ciclodextrina, un éter corona, un polioxialquileno, una porfirina, un polisiloxano, un fosfaceno y una zeolita. Se prefiere particularmente ciclodextrina, y en particular alfa-ciclodextrina. Los compuestos preferidos que pueden inhibir la respuesta a etileno en plantas para uso en esta realización del complejo de agentes de encapsulación molecular de ciclopropeno son ciclopropeno y dimetilciclopropeno.
En una realización más específica del complejo de agentes de encapsulación molecular, que se denomina en lo sucesivo el complejo de agentes de encapsulación molecular de metilciclopropeno, el complejo se forma a partir de un agente de encapsulación molecular y metilciclopropeno. Los agentes de encapsulación molecular preferidos para uso en esta realización del complejo de agentes de encapsulación molecular de metilciclopropeno incluyen una ciclodextrina, un éter corona, un polioxialquileno, una porfirina, un polisiloxano, un fosfaceno y una zeolita. Se prefiere particularmente ciclodextrina, y en particular alfa-ciclodextrina.
En otra realización del complejo de agentes de encapsulación molecular, que genéricamente se denomina en lo sucesivo el complejo de agentes de encapsulación molecular de ciclopentadieno, el complejo se forma a partir de un agente de encapsulación molecular y un compuesto que tiene la siguiente estructura
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en la que n es un número de 1 a 4 y R se selecciona del grupo que está constituido por alquilo C1 a C4 saturado o insaturado, hidroxi, halógeno, alcoxi C1 a C4, amino y carboxi. Los agentes de encapsulación molecular preferidos para uso en esta realización del complejo de agentes de encapsulación molecular de ciclopentadieno incluyen una ciclodextrina, un éter corona, un polioxialquileno, una porfirina, un polisiloxano, un fosfaceno y una zeolita. Se prefiere particularmente ciclodextrina, y en particular alfa-ciclodextrina.
En otra realización adicional del complejo de agentes de encapsulación molecular, que genéricamente se denomina en lo sucesivo el complejo de agentes de encapsulación molecular de diazociclopentadieno, el complejo se forma a partir de un agente de encapsulación molecular y un compuesto que tiene la siguiente estructura
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en la que n es un número de 1 a 4 y R se selecciona del grupo que está constituido por alquilo C1 a C4 saturado o insaturado, hidroxi, halógeno, alcoxi C1 a C4, amino y carboxi. Los agentes de encapsulación molecular preferidos para uso en esta realización del complejo de agentes de encapsulación molecular de diazociclopentadieno incluyen una ciclodextrina, un éter corona, un polioxialquileno, una porfirina, un polisiloxano, un fosfaceno y una zeolita. Se prefiere particularmente ciclodextrina, y en particular alfa-ciclodextrina.
En uno de los procedimientos de suministro de un compuesto a una planta para inhibir una respuesta a etileno en las realizaciones de plantas, que genéricamente se denomina en lo sucesivo el procedimiento de suministro de ciclopropeno, el procedimiento comprende la etapa de poner en contacto un complejo formado a partir de un agente de encapsulación molecular y un compuesto que tiene la siguiente estructura
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en la que n es un número de 1 a 4 y R se selecciona del grupo que está constituido por alquilo C1 a C4 saturado o insaturado, hidroxi, halógeno, alcoxi C1 a C4, amino y carboxi, con un disolvente que puede disolver el agente de encapsulación molecular, y así liberar el compuesto del agente de encapsulación molecular de manera que pueda ponerse en contacto con la planta. Los agentes de encapsulación molecular preferidos para uso en esta realización del procedimiento de suministro de ciclopropeno incluyen una ciclodextrina, un éter corona, un polioxialquileno, una porfirina, un polisiloxano, un fosfaceno y una zeolita. Se prefiere particularmente ciclodextrina, y en particular alfa-ciclodextrina. Los compuestos preferidos que pueden inhibir la respuesta a etileno en plantas para uso en esta realización del procedimiento de suministro de ciclopropeno son ciclopropeno y dimetilciclopropeno. El disolvente preferido para uso en esta realización del procedimiento de suministro de ciclopropeno es agua, y el agua puede comprender adicionalmente un agente ácido o alcalino. Un rasgo más específico de esta realización del procedimiento de suministro de ciclopropeno comprende burbujear un gas a través del disolvente mientras está en contacto con el complejo. Además, otro rasgo específico de esta realización del procedimiento de suministro de ciclopropeno comprende aplicar calor al disolvente o antes de ponerse en contacto con el complejo o durante ese contacto.
En una realización más específica del procedimiento de suministro, que específicamente se denomina en lo sucesivo el procedimiento de suministro de metilciclopropeno, el procedimiento comprende la etapa de poner en contacto un complejo formado entre un agente de encapsulación molecular y metilciclopropeno con un disolvente que puede disolver el agente de encapsulación molecular, y así liberar el metilciclopropeno del agente de encapsulación molecular de manera que pueda ponerse en contacto con la planta. Los agentes de encapsulación molecular preferidos para uso en esta realización del procedimiento de suministro de metilciclopropeno incluyen una ciclodextrina, un éter corona, un polioxialquileno, una porfirina, un polisiloxano, un fosfaceno y una zeolita. Se prefiere particularmente ciclodextrina, y en particular alfa-ciclodextrina. El disolvente preferido para uso en esta realización del procedimiento de suministro de metilciclopropeno es agua, y el agua puede comprender adicionalmente un agente ácido o alcalino. Por ejemplo, una disolución de tamponamiento que puede usarse para facilitar la liberación del gas metilciclopropeno contiene hidróxido potásico al 0,75% e hidróxido sódico al 0,75% después de añadirse la cantidad apropiada de agua. Un rasgo más específico de esta realización del procedimiento de suministro de metilciclopropeno comprende burbujear un gas a través del disolvente mientras está en contacto con el complejo. Además, otro rasgo específico de esta realización del procedimiento de suministro de metilciclopropeno comprende aplicar calor al disolvente o antes de ponerse en contacto con el complejo o durante ese contacto.
En otra realización del procedimiento de suministro, que genéricamente se denomina en lo sucesivo el procedimiento de suministro de ciclopentadieno, el procedimiento comprende la etapa de poner en contacto un complejo formado a partir de un agente de encapsulación molecular y un compuesto que tiene la siguiente estructura
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en la que n es un número de 1 a 4 y R se selecciona del grupo que está constituido por alquilo C1 a C4 saturado o insaturado, hidroxi, halógeno, alcoxi C1 a C4, amino y carboxi, con un disolvente que puede disolver el agente de encapsulación molecular, y así liberar el compuesto del agente de encapsulación molecular de manera que pueda ponerse en contacto con la planta. Los agentes de encapsulación molecular preferidos para uso en esta realización del procedimiento de suministro de ciclopentadieno incluyen una ciclodextrina, un éter corona, un polioxialquileno, una porfirina, un polisiloxano, un fosfaceno y una zeolita. Se prefiere particularmente ciclodextrina, y en particular alfa-ciclodextrina. El disolvente preferido para uso en esta realización del procedimiento de suministro de ciclopentadieno es agua, y el agua puede comprender adicionalmente un agente ácido o alcalino. Un rasgo más específico de esta realización del procedimiento de suministro de ciclopentadieno comprende burbujear un gas a través del disolvente mientras está en contacto con el complejo. Además, otro rasgo específico de esta realización del procedimiento de suministro de ciclopentadieno comprende aplicar calor al disolvente o antes de ponerse en contacto con el complejo o durante ese contacto.
En otra realización adicional del procedimiento de suministro, que genéricamente se denomina en lo sucesivo el procedimiento de suministro de diazociclopentadieno, el procedimiento comprende la etapa de poner en contacto un complejo formado a partir de un agente de encapsulación molecular y un compuesto que tiene la siguiente estructura
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en la que n es un número de 1 a 4 y R se selecciona del grupo que está constituido por alquilo C1 a C4 saturado o insaturado, hidroxi, halógeno, alcoxi C1 a C4, amino y carboxi, con un disolvente que puede disolver el agente de encapsulación molecular, y así liberar el compuesto del agente de encapsulación molecular de manera que pueda ponerse en contacto con la planta. Los agentes de encapsulación molecular preferidos para uso en esta realización del procedimiento de suministro de diazociclopentadieno incluyen una ciclodextrina, un éter corona, un polioxialquileno, una porfirina, un polisiloxano, un fosfaceno y una zeolita. Se prefiere particularmente ciclodextrina, y en particular alfa-ciclodextrina. El disolvente preferido para uso en esta realización del procedimiento de suministro de diazociclopentadieno es agua, y el agua puede comprender adicionalmente un agente ácido o alcalino. Un rasgo más específico de esta realización del procedimiento de suministro de diazociclopentadieno comprende burbujear un gas a través del disolvente mientras está en contacto con el complejo. Además, otro rasgo específico de esta realización del procedimiento de suministro de diazociclopentadieno comprende aplicar calor al disolvente o antes de ponerse en contacto con el complejo o durante ese contacto.
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Descripción detallada de la invención Los compuestos que inhiben respuestas a etileno de plantas
Los compuestos que inhiben respuestas a etileno en plantas se describen en las siguientes referencias, incorporándose todas mediante referencia. La patente de EE.UU. nº 5.100.462 describe que el diazociclopentadieno y sus derivados son agentes de bloqueo eficaces que inhiben la respuesta a etileno en plantas. Sisler y col., Plant Growth Reg. 9, 157-164, 1990, describen que el ciclopentadieno era un agente de bloqueo eficaz para inhibir la respuesta a etileno en plantas. La patente de EE.UU. nº 5.518.988 describe que el ciclopropeno y sus derivados, incluyendo metilciclopropeno, son agentes de bloqueo eficaces para inhibir la respuesta a etileno en plantas.
Los derivados de ciclopropeno, ciclopentadieno y diazociclopentadieno pueden contener de 1 a 4 grupos R. El número de tales grupos R es más preferentemente 2 y lo más preferido 1. Como se menciona previamente, grupos R adecuados incluyen alquilo C1 a C4 saturado o insaturado, hidroxi, halógeno, alcoxi C1 a C4, amino y carboxi.
El término "alquilo" se define en este documento para referirse a grupos alquilo lineales o ramificados, saturados o insaturados. Ejemplos incluyen, pero no se limitan a, metilo, etilo, propilo, isopropilo y butilo. Lo más preferido, los grupos alquilo de la presente invención son de un único carbono o lineales.
La síntesis de las realizaciones de ciclopropeno y metilciclopropeno
El ciclopropeno y sus derivados se preparan haciendo reaccionar, en un entorno inerte, una sal de amida metálica, tal como sal de amida de litio, sal de amida de sodio, sal de amida de potasio, sal de diisopropilamida de litio, sal de diisopropilamida de sodio u otras sales de amidas metálicas, y un carbeno halogenado, tal como 3-cloro-3-metil-2-metilpropeno, 3-bromo-3-metil-2-metilpropeno, 3-cloro-2-metilpropeno, 3-bromo-2-metilpropeno o algún otro carbeno halogenado. Se prefieren los compuestos específicos nombrados anteriormente. El metilciclopropeno se prepara bajo las mismas condiciones con las mismas sales de amidas metálicas tratadas anteriormente haciéndolas reaccionar con un metilpropeno halogenado. Los metilpropenos halogenados preferidos son 3-cloro-2-metilpropeno y 3-bromo-2-metilpropeno. Estos metilpropenos halogenados llevan a un producto de alta pureza para el uso previsto y están fácilmente disponibles.
Los procedimientos adecuados para preparar ciclopropeno y sus derivados, incluyendo metilciclopropeno, están contemplados en los ejemplos siguientes. Aunque puede utilizarse una variedad de diferentes disolventes no reactivos volátiles y no volátiles, los disolventes adecuados preferidos incluyen glicerina, aceite mineral, polietilenglicol, diglima y tetraglima. Es opcional el uso de un disolvente no reactivo. El entorno inerte puede crearse mediante cualquier procedimiento conocido que incluye purgar el recipiente de reacción con nitrógeno o cualquier otro gas inerte.
La relación de concentraciones de la sal de amida metálica respecto al carbeno halogenado o metilpropeno halogenado es una relación molar de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 4:1. La temperatura de reacción puede oscilar de aproximadamente 20º a aproximadamente 60ºC y la presión de reacción puede oscilar de aproximadamente 1 a aproximadamente 100 psi (6,9 - 690 KPa).
La disolución exotérmica resultante de esta reacción se deja reaccionar hasta que no se desprenda más calor. Después de completarse la reacción, a la disolución de reacción se añade un disolvente polar. Aunque puede usarse una variedad de disolventes polares, ejemplos adecuados de tales disolventes polares incluyen agua, acetona y alcohol. Después de añadirse el disolvente polar, el espacio de cabeza de la disolución de reacción se desplaza, se enfría y se coloca en un segundo recipiente que contiene un agente de encapsulación molecular, tal como ciclodextrina, y agua tamponada para formar el complejo de agentes de encapsulación molecular deseado.
Si el gas se libera en el recipiente original usando amida de sodio, se usa un disolvente no polar para liberar el gas cuando se emplea una sal de litio como la sal de amida metálica.
En el producto final puede usarse destilación fraccionada.
El espacio de cabeza de la disolución de reacción puede enfriarse a través de un condensador y trampa de frío. El agua usada con el agente de encapsulación molecular está tamponada hasta aproximadamente un pH de 4 a 6, y el producto de reacción y el agente de encapsulación molecular se agitan durante de 1 a 24 horas a temperaturas que oscilan de temperatura ambiente a 40ºC. Después de formarse el complejo, el exceso de agua se eliminó por filtración y la suspensión resultante se secó para formar un polvo. Los ejemplos de más adelante describen un procedimiento para preparar un agente de encapsulación molecular a partir de metilciclopropeno y alfa-ciclodextrina.
El complejo de agentes de encapsulación molecular
Como se explica previamente, la formación de un complejo a partir del agente de encapsulación molecular y el compuesto gaseoso que puede inhibir la respuesta a etileno en plantas es importante por dos motivos. Primero, los carbenos tensados tales como metilciclopropeno son bastante inestables para reaccionar con oxígeno, autopolimerización y reacción con otros compuestos orgánicos. Los complejos de la presente invención vencen aquellos problemas de inestabilidad. Segundo, se prefiere usar un producto que tenga una larga vida útil de almacenamiento, sea sencillo de manipular y comparativamente no reactivo. Los complejos de la presente invención también cumplen estos objetivos.
El metilciclopropeno es reactivo y explosivo a concentraciones superiores al uno por ciento. Adicionalmente, es difícil de manipular como un gas, requiere compresión en depósitos de metal o el uso de un depósito impermeable al oxígeno. Debido a que para la mayoría de las aplicaciones se requiere menos de 1 ppm (parte por millón) y preferentemente menos de 1 ppb (partes por billón) de metilciclopropeno en la atmósfera, la cantidad de metilciclopropeno requerida para tratar un habitación normal es de aproximadamente un gramo o menos. La dosificación recomendada es de aproximadamente 500-700 ppb durante 4-6 horas a temperatura ambiente para algunos cultivos.
Un agente de encapsulación molecular es un compuesto que tiene una estructura de cerradura y llave similar a la de una enzima, por lo que un sustrato se ajusta selectivamente al sitio de encapsulación.
El agente de encapsulación molecular más preferido encontrado hasta la fecha es alfa-ciclodextrina. También se encontró que funcionaban otros agentes de encapsulación molecular tales como éteres corona, polioxialquilenos, porfirinas, polisiloxanos, fosfacenos y zeolitas. La mayoría de estos agentes de encapsulación molecular pueden obtenerse de Aldrich Chemical Company.
El metilciclopropeno puede complejarse con ciclodextrina en agua. Por ejemplo, se descubrió que si el agua se elimina después de que el metilciclopropeno se burbujee a través de una disolución acuosa de alfa-ciclodextrina, el metilciclopropeno se encerraba firmemente en la estructura de jaula de ciclodextrina. Además, la torta de ciclodextrina después de secarse puede molerse en un polvo y mezclarse a una concentración uniforme. Se ha descubierto sorprendentemente que este complejo particular (metilciclopropeno y alfa-ciclodextrina) era estable durante más de un año como se juzgó por los estudios de vida útil de almacenamiento acelerada. Además, un complejo en polvo puede medirse y envasarse fácilmente en dosis de tamaño apropiado para el tratamiento de plantas.
El procedimiento de suministro de la presente invención proporciona una aplicación respetuosa con el usuario. También promueve una dosis inicial inferior del compuesto activo y una disminución en la necesidad de aplicaciones repetidas en comparación con sistemas de soporte sólido previamente propuestos.
En la presente invención puede utilizarse una variedad de agentes de encapsulación molecular siempre que tengan la estructura de jaula correcta para formar una trampa molecular para el compuesto que puede inhibir la respuesta a etileno en plantas. Por tanto, como reconocería un experto en la materia, el uso de otros agentes de encapsulación molecular está dentro del espíritu y alcance de la presente invención.
Las ciclodextrinas, también conocidas como "dextrinas de Schardinger", son oligosacáridos cíclicos compuestos por unidades de glucosa unidas juntas por enlaces alfa 1,4. La estructura de anillo de seis miembros se llama alfa-ciclodextrina, el anillo de siete miembros es beta-ciclodextrina y el anillo de ocho miembros es gamma-ciclodextrina. Generalmente, los compuestos que están encapsulados se ajustan dentro del anillo de oligosacárido.
Como se sabe bien, las ciclodextrinas se producen a partir de almidón de cualquier variedad vegetal seleccionada tal como trigo, patata, maíz cerúleo y similares. El almidón puede ser almidón modificado o sin modificar derivado de cereal u origen de tubérculo y las fracciones de amilosa o amilopectina del mismo. El almidón seleccionado en suspensión acuosa a concentración seleccionada de hasta aproximadamente el 35% en peso de sólidos se licua normalmente mediante gelatinización o tratamiento con enzima de licuefacción tal como enzimas de alfa-amilasa bacteriana y luego se somete a tratamiento con una enzima ciclodextrina glucosiltransferasa para formar la ciclodextrina.
La cantidad de las alfa, beta y gamma-ciclodextrinas individuales producidas por el tratamiento del almidón con la enzima glucosiltransferasa variará dependiendo del almidón seleccionado, enzima glucosiltransferasa seleccionada y condiciones de procesamiento. Los parámetros para seleccionar la conversión de la enzima glucosiltransferasa para el resultado deseado en la cantidad de cada ciclodextrina individual que va a producirse son convencionales y se describen ampliamente en la bibliografía. La separación y purificación de la ciclodextrina así obtenida también es convencional y muy conocida para aquellos expertos en la técnica.
En una realización, la ciclodextrina utilizada en el complejo de la presente invención es alfa-ciclodextrina. Sin embargo, como apreciará un experto en la materia, también puede utilizarse cualquier ciclodextrina o mezcla de ciclodextrinas, polímeros de ciclodextrina, además de ciclodextrinas modificadas, según la presente invención. Las ciclodextrinas están disponibles de American Maize Products Company, Hammond, Indiana, además de otros vendedores.
Con el fin de formar un complejo de agentes de encapsulación molecular, las moléculas del compuesto activo y del agente de encapsulación molecular se mezclan juntas en una disolución durante un periodo de tiempo suficiente para formar el complejo. Entonces, el complejo se elimina de la disolución y se seca. Entonces, el complejo secado está listo para uso.
Como se indica previamente, el complejo resultante de la presente invención proporciona varias ventajas para los fabricantes, además de para los consumidores finales. Debido a la capacidad de la ciclodextrina para atrapar una gran cantidad de ciclopropeno, la presente invención debería disminuir la dosificación inicial de ciclopropeno necesaria para el tratamiento en comparación con los soportes sólidos previamente propuestos. Asimismo, debería reducir la necesidad de tratamientos repetidos de ciclopropeno en comparación con los soportes sólidos previamente propuestos. El potencial de estas ventajas se demuestra en los ejemplos siguientes que muestran la capacidad inesperada del complejo de la presente invención para atrapar grandes cantidades de ciclopropeno.
Otra ventaja adicional de la presente invención es el aumento de estabilidad del complejo de metilciclopropeno/alfa-ciclodextrina resultante en comparación con la del gas comprimido. Basándose en el ensayo de estabilidad térmica se determinó que, cuando el gas metilciclopropeno concentrado se expuso a calor de aproximadamente 50ºC, se observó una reducción del 75% al 100% en la concentración. Cuando se dejó a temperatura ambiente, el gas concentrado perdió del 30% al 42% de su concentración. Por otra parte, cuando el complejo de metilciclopropeno/alfa-ciclodextrina de la presente invención se expuso hasta 50ºC, sólo se observó una reducción del 38% en la concentración de metilciclopropeno. Cuando se dejó a temperatura ambiente, no hubo reducción en la concentración de metilciclopropeno del complejo de metilciclopropeno/alfa-ciclodextrina.
La presente invención también proporciona un producto conveniente para uso comercial. Por ejemplo, cantidades selectas del complejo de la presente invención pueden sellarse en un envase para uso al por menor y al por mayor. En una realización, el envase preferido está hecho de poli(alcohol vinílico). Los inventores han descubierto que el poli(alcohol vinílico) aumenta la eficiencia de liberación, reduce cualquier exposición y asegura la dosificación apropiada. Cuando el consumidor está preparado para usar el complejo, el consumidor puede disolver el polvo en una disolución acuosa (por ejemplo, agua) y exponer la disolución resultante a la planta.
Los cambios y modificaciones a las realizaciones actualmente preferidas descritas en este documento serán evidentes para aquellos expertos en la materia.
La liberación controlada de compuestos que pueden inhibir la respuesta a etileno en plantas
La liberación controlada de metilciclopropeno, además de otros compuestos que pueden inhibir la respuesta a etileno en plantas desde un complejo de agentes de encapsulación molecular tal como ciclodextrina se facilita mediante la adición de un exceso de agua. La adición de una sustancia ácida o alcalina al agua también facilita una liberación más rápida del compuesto activo. El calentamiento del agua también facilita una liberación más rápida del compuesto activo. Debido a que el metilciclopropeno tiene una alta presión de vapor a temperaturas de trabajo normales de 4 a 25ºC, escapa rápidamente a la atmósfera. Al liberarse el metilciclopropeno desde un complejo en agua en un depósito o habitación cerrada, el metilciclopropeno se difunde sobre los sitios del receptor de etileno de todas las plantas de la habitación. Frecuentemente también es útil el uso de ventiladores u otros medios para mover el aire para un equilibrio más adecuado en la cámara. Dependiendo de la planta, generalmente es suficiente una dosis inferior a 1 ppm (parte por millón) o preferentemente inferior a 500 ppb (partes por billón) de metilciclopropeno o algún otro compuesto activo en la atmósfera del depósito sellado o habitación durante aproximadamente 2-6 horas para proteger la planta o producto vegetal de más daño por etileno.
Las plantas aplicables a la presente invención
El término "planta" se usa genéricamente en la presente invención para también incluir plantas de tallo leñoso, además de cultivos extensivos, plantas en maceta, flores cortadas, frutas y verduras recolectadas y plantas ornamentales. A continuación se enumeran algunas de las plantas que pueden tratarse mediante los procedimientos de la presente invención.
Las plantas tratadas por los compuestos de la presente invención que inhiben la respuesta a etileno necesitan tratarse a niveles que están por debajo de los niveles fitotóxicos. Este nivel fitotóxico varía no sólo con la planta, sino también con el cultivo.
Si se usan correctamente, los compuestos de la presente invención evitan numerosos efectos del etileno, muchos de los cuales se han descrito en las patentes de EE.UU. nº 5.518.988 y 3.879.188, incorporándose ambas en su totalidad a este documento por referencia. La presente invención puede emplearse para combatir numerosas respuestas a etileno de plantas. Las respuestas a etileno pueden iniciarse mediante fuentes tanto exógenas como endógenas de etileno. Las respuestas a etileno incluyen, por ejemplo, (i) la maduración y/o senescencia de flores, frutas y verduras, (ii) la abscisión del follaje, flores y fruta, (iii) la prolongación de la vida de plantas ornamentales, tales como plantas en maceta, flores cortadas, arbustos y plántulas durmientes, (iv) la inhibición del crecimiento en algunas plantas tales como la planta del guisante y (v) la estimulación del crecimiento vegetal en algunas plantas tales como la planta del arroz.
Las verduras que pueden tratarse mediante los procedimientos de la presente invención para inhibir la senescencia incluyen verduras verdes frondosas tales como lechuga (por ejemplo, Lactuea sativa), espinaca (Spinaca oleracea) y repollo (Brassica oleracea); diversas raíces tales como patatas (Solanum tuberosum), zanahorias (Daucus); bulbos tales como cebollas (Allium sp.); hierbas tales como albahaca (Ocimum basilicum), orégano (Origanum vulgare) y eneldo (Anethum graveolens); además de soja (Glycine max), judías blancas (Phaseolus limensis), guisantes (Lathyrus sp.), maíz (Zea mays), brócoli (Brassica oleracea italica), coliflor (Brassica oleracea botrytis) y espárrago (Asparagus officinalis).
Las frutas que pueden tratarse mediante los procedimientos de la presente invención para inhibir la maduración incluyen tomates (Lycopersicon esculentum), manzanas (Malus domes tica), bananas (Musa sapientum), peras (Pyrus communis), papaya (Carica papya), mangos (Mangifera indica), melocotones (Prunus persica), albaricoques (Prunus armeniaca), nectarinas (Prunus persica nectarina), naranjas (Citrus sp.), limones (Citrus limonia), limas (Citrus aurantifolia), pomelo (Citrus paradisi), mandarinas (Citrus nobilis deliciosa), kiwi (Actinidia chinenus), melones tales como cantalupos (C. cantalupensis) y melones bordados (C. melo), piñas (Aranae comosus), caqui (Diospyros sp.) y frambuesas (por ejemplo, Fragaria o Rubus ursinus), arándanos (Vaccinium sp.), judías verdes (Phaseolus vulgaris), miembros del género Cucumis tales como pepino (C. sativus) y aguacates (Persea americana).
Las plantas ornamentales que pueden tratarse mediante los procedimientos de la presente invención para inhibir la senescencia y/o para prolongar la vida y el aspecto de las flores (tal como retraso del marchitamiento), incluyen plantas ornamentales en maceta y flores cortadas. Las plantas ornamentales en maceta y flores cortadas que pueden tratarse con los procedimientos de la presente invención incluyen azalea (Rhododendron spp.), hortensia (Macrophylla hydrangea), hibisco (Hibiscus rosasanensis), bocas de dragón (Antirrhinum sp.), flor de pascua (Euphorbia pulcherima), cactus (por ejemplo, Cactaceae schlumbergera truncata), begonias (Begonia sp.), rosas (Rosa sp.), tulipanes (Tulipa sp.), narcisos (Narcissus sp.), petunias (Petunia hybrida), claveles (Dianthus caryophyllus), liliáceas (por ejemplo, Lilium sp.), gladiolos (Gladiolus sp.), lirio del Perú (Alstroemaria brasiliensis), anémona (por ejemplo, Anemone bland), aguileña (Aquilegia sp.), angélica (por ejemplo, Aralia chinesis), áster (por ejemplo, Aster carolinianus), buganvilla (Bougainvillea sp.), camelia (Camellia sp.), campanilla (Campanula sp.), moco de pavo (Celosia sp.), ciprés falso (Chamaecyparis sp.), crisantemo (Chrysanthemum sp.), clemátide (Clematis sp.), ciclamen (Cyclamen sp.), fresia (por ejemplo, Freesia refracta) y orquídeas de la familia Orchidaceae.
Las plantas que pueden tratarse mediante los procedimientos de la presente invención para inhibir la abscisión de follaje, flores y fruta incluyen algodón (Gossypium spp.), manzanas, peras, cerezas (Prunus avium), nuez pecan (Carva illinoensis), uvas (Vitis vinifera), aceitunas (por ejemplo, Olea europaea), café (Cofffea arabica), alubias (Phaseolus vulgaris) y ficus llorón (Ficus benjamina), además de plántulas durmientes tales como diversos árboles frutales que incluyen manzano, plantas ornamentales, arbustos y plántulas de árboles.
Además, los arbustos que pueden tratarse según la presente invención para inhibir la abscisión de follaje incluyen alheña (Ligustrum sp.), fotinia (Photina sp.), acebo (Ilex sp.), helechos de la familia Polypodiaceae, cheflera (Schefflera sp.), aglaonema (Aglaonema sp.), cotoneaster (Cotoneaster sp.), berberis (Berberris sp.), mirto ceroso (Myrica sp.), abelia (Abelia sp.), acacia (Acacia sp.) y bromelias de la familia Bromeliaceae.
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Ejemplos
Aunque muchos de los ejemplos descritos a continuación se refieren a la síntesis del complejo de agentes de encapsulación molecular y el suministro o aplicación de metilciclopropeno a las plantas, los mismos procedimientos de síntesis también se han encontrado eficaces para ciclopropeno y otros derivados de ciclopropeno y el mismo complejo de agentes de encapsulación molecular y suministro o aplicación o procedimientos de aplicación también se han encontrado eficaces para ciclopropeno, ciclopentadieno, diazociclopentadieno y sus derivados. El metilciclopropeno se usó en los ejemplos porque es uno de los derivados más activos de ciclopropeno que se une al sitio del receptor de etileno de las plantas.
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Ejemplo 1 Síntesis de metilciclopropeno
A temperatura ambiente, gas nitrógeno (99,95% de pureza) se bombea a un recipiente de nitrógeno (35 1/2'' X 28'' X 32''; 90,17 cm x 71,12 cm x 81,28 cm) que contiene bien polvo de amida de sodio (NaNH_{2} al 90%) o polvo de diisopropilamida de litio ([(CH_{3})_{2}CH]_{2}NLi al 97%). Un recipiente de adición de polvo separado también se purga con el mismo gas nitrógeno. La purga con nitrógeno es necesaria debido a la reactividad de las bases de Lewis anteriormente mencionadas con aire, y para eliminar cualquier contaminación antes de realizar la reacción de síntesis. En el recipiente de adición de polvo que contiene la atmósfera inerte, la amida de sodio (o una concentración molar equivalente de diisopropilamida de litio) se añade en una cantidad que oscila de 365-1100 gramos, prefiriéndose la mayor cantidad. Para pesar la cantidad apropiada de la base de Lewis, toda la pesada se realiza en una caja de nitrógeno con purga de nitrógeno para eliminar el oxígeno y la amenaza de ignición espontánea de la base. Para una seguridad apropiada es importante un cuidado especial cuando se trabaja con tales bases.
Una vez se ha añadido completamente la base de Lewis en forma de polvo, los orificios del recipiente de adición de polvo que se usaron para la purga se cierran para no dejar pasar el aire. El recipiente de adición de polvo está unido al sistema principal. El recipiente de reacción, que ya se ha purgado con nitrógeno y se ha evacuado parcialmente, se abre al recipiente de adición de polvo para permitir que el polvo caiga en el recipiente de reacción con la ayuda de la circulación de nitrógeno. El nitrógeno entra al recipiente de adición de polvo durante la transferencia de la base de Lewis.
Después de que el polvo se transfiera al recipiente de reacción, la válvula de bola se cierra. Después de añadirse el polvo se añade un aceite mineral ligero (secado con tamices moleculares) u otro disolvente equivalente abriendo el extremo de la válvula de bola de conexión permitiendo que se vierta al recipiente de reacción con la ayuda de la circulación de nitrógeno. La cantidad de aceite añadida durante la reacción puede variar de 1-47 litros, prefiriéndose la mayor cantidad de 47 litros. Entonces, el recipiente de reacción se purga y se cierra. La temperatura del recipiente de reacción se ajusta a una temperatura en cualquier sitio de 0ºC a 75ºC, y preferentemente aproximadamente de 20ºC para empezar la reacción. La temperatura puede subirse o bajarse calentando o enfriando la camisa usando una bomba de circulación. Si debe superarse la capacidad de carga del recipiente, el procedimiento se repite.
Durante la adición de los componentes, el contenido del recipiente de reacción se agita con un mezclador de hélice, pero debe evitarse que salpique el contenido. Después de mezclar durante 1-60 minutos, y preferentemente durante aproximadamente 20 minutos, se añade 3-cloro-2-metilpropeno al recipiente de reacción en una cantidad que oscila de 0,15-1,0 litros. Durante la adición del 3-cloro-2-metilpropeno hay una purga continua con gas nitrógeno. El reactivo líquido 3-cloro-2-metilpropeno se añade lentamente durante un periodo de 20 minutos. Durante esta adición, la temperatura del recipiente de reacción se controla y se mantiene inferior a 40ºC. Una vez se ha añadido completamente el 3-cloro-2-metilpropeno, el recipiente debería agitarse durante 1-30 minutos adicionales, y preferentemente durante 15 minutos, usando el mezclador de hélice descrito anteriormente. En este ejemplo se usa una presión del recipiente de reacción de aproximadamente dos atmósferas (202,6 KPa).
Después de que haya reaccionado todo el 3-cloro- 2-metilpropeno, el producto final deseado, metilciclopropeno, existe en forma de sal de sodio. Para hacer reaccionar el resto de la base de Lewis y facilitar la liberación del producto de metilciclopropeno, la purga de nitrógeno se detiene y se añade agua en una cantidad que oscila de 0,00-1,47 litros añadiendo el agua bajo presión positiva durante un periodo de 1 hora. Una vez que se ha añadido toda el agua, se abre una válvula de bola que conecta el recipiente con el condensador. Entonces, cualquier presión se libera burbujeando el producto de metilciclopropeno gaseoso a través de una mezcla de ciclodextrina disuelta en agua (como se explica más adelante en este ejemplo).
Una vez se han mezclado los componentes reactivos, el gas del espacio de cabeza en el recipiente de reacción se transfiere a un recipiente de mezclado de 5 galones (18,925 litros), ya revestido de un filtro de mangas (plástico de 5-25 micrómetros de malla) y que contiene 0,9-2,8 kg de alfa-ciclodextrina, 0,575 litros de una disolución tampón. La alfa-ciclodextrina se pesa en una balanza electrónica y se transfiere al recipiente de mezclado vertiéndola por el orificio del recipiente de mezclado. La disolución tampón se prepara combinando una disolución de acetato sódico 0,2 M con una disolución de ácido acético 0,2 M que da un pH en el intervalo de 3 a 5. El gas del espacio de cabeza en el recipiente de reacción se transfiere aplicando un vacío en el recipiente de mezclado hasta 15 psi (172,5 KPa), cerrando la válvula de bola del condensador/recipiente de reacción y abriendo la válvula de bola que une el condensador (15 espirales, 3/8' (0,95 cm)) con el recipiente de mezclado, dejando entrar el gas entre en el condensador, que se ha enfriado a una temperatura de 0-10ºC mediante una bomba de circulación de enfriamiento, para pasar a través del recipiente de mezclado. El motivo para enfriar el gas en el condensador es reducir significativamente que el 3-cloro-2-metilpropeno entre en el recipiente de mezclado. El punto de ebullición más bajo del metilciclopropeno (que es aproximadamente 12ºC) en comparación con el punto de ebullición más alto del 3-cloro-2-metilpropeno (que es 70ºC) evita que éste último entre al recipiente de mezclado. El condensador también está colocado de tal modo que el 3-cloro-2-metilpropeno volverá al matraz de reacción.
Una vez que el gas pasa el condensador, la válvula de bola del condensador/recipiente de mezclado se cierra y la válvula de bola del condensador/recipiente de reacción se abre permitiendo que el gas del espacio de cabeza del recipiente de reacción fluya al condensador. Entonces, la válvula de bola del condensador/recipiente de reacción se cierra, la válvula de bola del condensador/recipiente de mezclado se vuelve a abrir y el gas fluye al recipiente de mezclado. Una vez que el espacio de cabeza inicial se transfiere al recipiente de mezclado, empezará a crearse un vacío en el recipiente de reacción que puede detectarse leyendo el manómetro montado. Cuando esto se produce, el recipiente de reacción se llena con gas nitrógeno gas (99,95% de pureza), cerrándose cualquier conexión con el resto del sistema y dejando que el gas nitrógeno entre por la válvula de entrada de nitrógeno cuando se produce un ligero vacío. Una vez el recipiente de reacción se ha llenado con gas nitrógeno, lo que se identificará leyendo el manómetro montado, el gas del espacio de cabeza del recipiente de reacción se transfiere otra vez al recipiente de mezclado. El procedimiento se repite hasta que el recipiente de mezclado se llena con gas como se indica por el manómetro. Se prefiere una concentración mínima de 80.000 ppm de metilciclopropeno en el recipiente de mezclado en esta etapa. Esta concentración puede calcularse del mismo modo que se menciona previamente. Después de llenarse el recipiente de mezclado, todas las conexiones se cierran y el recipiente se saca del sistema y se coloca en un agitador, que se deja agitar de manera que la mezcla se agite completamente durante 1-5 horas a menos de 70ºC. El metilciclopropeno se atrapa en la alfa-ciclodextrina durante esta operación unitaria. Después de agitarse el contenido, el recipiente de mezclado se deja equilibrar durante 0-72 horas, y preferentemente durante al menos 24 horas, a una temperatura de 0-30ºC (preferentemente aproximadamente 4ºC). A continuación, el contenido en el recipiente de mezclado, si contiene la disolución tampón, se filtra mediante filtración a vacío mediante conexión de una bomba de vacío en la salida del fondo del recipiente de mezclado, que sacará la disolución tampón de la mezcla, mientras que el polvo permanece en los confines de la manga de filtración.
Una vez se ha sacado toda la disolución tampón, el polvo húmedo que contiene el metilciclopropeno atrapado se transfiere a una bandeja de plástico y se deja secar al aire durante 24-48 h. Una vez seco, el material filtrado se muele en un molinillo de polvo, creándose un fino polvo (aproximadamente 100 mm de malla). Si el material en el recipiente de mezclado no contenía la disolución tampón, no se necesita filtrado o molienda. Después de molerse el polvo, se coloca en un molino de polvo y se deja mezclar durante 5-10 minutos a aproximadamente 100 rpm. Una vez se mezcla el polvo, se analiza y se mezcla con dextrosa o dextrina hasta la concentración deseada de atrapamiento de metilciclopropeno. Si la cantidad de metilciclopropeno atrapada es inferior a la concentración deseada, se carga y se muele con otras muestras. En ambos casos, después de mezclarse los polvos recientemente formados, se analizan de nuevo para asegurar que cumplen las especificaciones. Por cada recipiente de reacción hecho pueden llenarse 2-7 recipientes de mezclado, dependiendo de la cantidad de metilciclopropeno restante en el recipiente de reacción después de que se haya transferido el espacio de cabeza. Sin embargo, dependiendo de la cantidad de gas metilciclopropeno restante en el recipiente de reacción, puede ser necesario un periodo de espera de 0-3 horas para que el recipiente de reacción produzca más gas metilciclopropeno. Una vez se llenan los recipientes de mezclado, y no hay suficiente gas metilciclopropeno para llenar más recipientes, el recipiente de reacción se saca del sistema, pero se guarda dentro de una campana.
Limpieza: se añade lentamente agua al recipiente de reacción para iniciar el procedimiento de limpieza. Se añade agua lentamente debido a su reactividad con el exceso de amida de sodio. Si la amida de sodio se mezcla con agua, se forma amoniaco y sales de sodio. Una vez se ha lavado completamente el recipiente de reacción, se deja secar completamente al aire antes de volverse a usar. Los tres recipientes de adición se limpian una vez a semana con agua. Se aclaran meticulosamente con agua hasta que no se encuentran reactivos. Todas las tuberías/tubuladuras y el condensador también se limpian meticulosamente una vez a la semana con agua. Los recipientes de mezclado y los revestimientos interiores del filtro se lavan meticulosamente con agua después de cada uso. Toda el agua residual se elimina según las reglamentaciones gubernamentales. La limpieza, además de la purga de los recipientes con gas nitrógeno y el enfriamiento del gas en el condensador, son etapas de seguridad que también evitan cualquier contaminación del metilciclopropeno.
Ejemplo 2 Preparación de metilciclopropeno usando 3-bromo-2-metilpropeno y diisopropilamida de litio
Bajo una atmósfera de nitrógeno, aproximadamente de 0,1 a 0,5 moles de diisopropilamida de litio se colocan en un depósito de dos litros. Entonces se añaden al recipiente 100 ml de un disolvente orgánico no volátil, tal como aceite mineral secado. Entonces se añaden al recipiente aproximadamente de 0,1 a 0,5 moles de 3-bromo-2-metilpropeno. Se utiliza una relación molar 1:1 de la amida de litio y el metilpropeno halogenado. Entonces, la disolución exotérmica se deja reaccionar hasta que no se desprenda más calor. Entonces se añaden al recipiente aproximadamente de 0,1 a 0,5 moles de un disolvente polar, tal como agua.
El espacio de cabeza de la reacción se desplaza con una jeringuilla o barriendo con nitrógeno a través de un condensador y trampa de frío conectados a un sistema de vacío en un matraz que contiene aproximadamente de 50 a 200 gramos de alfa-ciclodextrina y de 50 a 200 ml de agua tamponada a un pH de aproximadamente 4 a 6. La trampa de frío se mantiene a una temperatura de aproximadamente 0-10ºC, mientras que el condensador está a una temperatura que oscila de aproximadamente 10-20ºC. Entonces, esta disolución se agita durante aproximadamente de 1 a 24 horas a una temperatura que oscila de temperatura ambiente a 45ºC. Finalmente, después de que la disolución ha reaccionado, el exceso de agua se elimina por filtración. Entonces, la suspensión se seca para dar una forma pulverulenta. De este modo se forma un complejo según la presente invención.
Las plantas se exponen preferentemente a una cantidad no fitotóxica del compuesto activo. En una realización, aproximadamente 0,1 gramos de un ciclopropeno encapsulado o derivado del mismo por de 50 a 500 pies cúbicos (1,42 a 14,2 m^{3}) de atmósfera que va a tratarse se disuelven en una disolución acuosa y se exponen a plantas para prolongar su vida o inhibir su respuesta a etileno.
Los procedimientos de la presente invención implican inicialmente la etapa de proporcionar el complejo de la presente invención. Entonces, el complejo se disuelve para liberar la forma gaseosa del complejo. Puede utilizarse una variedad de disoluciones y generalmente engloban disolventes polares, tales como agua, DMSO, etanol y metanol. Para exponer la planta al ciclopropeno gaseoso o derivado del mismo, la disolución acuosa se sitúa preferentemente cerca de la planta. Alternativamente, el polvo puede colocarse en un aerosol que contiene suficiente agua y 40-50 psi (276-345 KPa) de gas comprimido. Entonces, el ciclopropeno gaseoso puede pulverizarse sobre la planta.
Ejemplo 3 Liberación de metilciclopropeno desde la ciclodextrina
Para liberar metilciclopropeno del agente de encapsulación molecular de ciclodextrina y tratar plantas, la primera cosa que debería hacerse es colocar las plantas en un entorno cerrado, preferentemente a temperaturas elevadas, preferentemente de 13º a 24ºC. La cantidad de metilciclopropeno debería ser preferentemente de 100 a 500 ppb (partes por billón de metilciclopropeno en la atmósfera después de la liberación) para cultivos como claveles. La cantidad del complejo de agentes de encapsulación molecular necesaria para liberar la cantidad apropiada de metilciclopropeno o cualquier otro compuesto que puede inhibir la respuesta a etileno en plantas dependerá de la planta que va a tratarse y la formulación usada del complejo específico. Antes de liberarse el compuesto activo, la cámara de tratamiento se cierra y la circulación de aire se disponen de manera que se tratarán todas las plantas de la cámara cerrada. Entonces, el complejo de metilciclopropeno/alfa-ciclodextrina se añade al agua. La cantidad de agua usada debería ser de al menos 10 veces el peso de la ciclodextrina y preferentemente 100 veces el peso de la ciclodextrina. Otros factores que facilitan una liberación más completa del compuesto activo que puede inhibir la respuesta a etileno en plantas son la adición de un agente ácido o alcalino al agua de manera que tampone el agua hasta un pH ácido o básico. Adicionalmente, el agua que contiene el complejo de ciclodextrina puede calentarse hasta 45ºC para facilitar una mejor liberación del metilciclopropeno. La liberación del metilciclopropeno es más rápida con calentamiento o cambio de pH, pero en lugar de estos tratamientos, el uso de una mayor cantidad de agua es suficiente para obtener una liberación completa del metilciclopropeno del complejo de ciclodextrina. El tiempo de tratamiento de la planta es normalmente de al menos una hora, pero preferentemente al menos 6 horas, a menos que las plantas se mantengan a una temperatura inferior a 15ºC, en cuyo caso se prefiere más tiempo (algunas veces nada menos que 10 horas). Una vez tratadas las plantas, la cámara sellada puede abrirse, si se desea. El metilciclopropeno está protegiendo ahora las plantas porque ha bloqueado todos los sitios disponibles del receptor de etileno. Este tratamiento protegerá las plantas de la acción del etileno hasta que en la planta crezcan nuevos sitios del receptor de etileno sin bloquear.
Ejemplo 4 Experimentos comparativos
Los siguientes ejemplos comparativos demuestran la eficacia de los complejos de agentes de encapsulación molecular de la presente invención.
Los ejemplos comparativos demuestran los beneficios de la presente invención (utilizando un complejo de alfa-ciclodextrina/metilciclopropeno) en comparación con soportes inertes sólidos tradicionales, tales como serrín y tamices moleculares. Específicamente, estos ejemplos comparativos demuestran la cantidad de metilciclopropeno absorbida por soportes sólidos tradicionales en comparación con la atrapada utilizando un agente de encapsulación molecular, alfa-ciclodextrina, de la presente invención.
Ejemplo comparativo del serrín
Este experimento evalúa las diferencias entre utilizar el complejo de la presente invención con un soporte sólido, como se propone en la patente de EE.UU. nº 5.518.988. Específicamente, los inventores probaron la cantidad de absorción, si había, de metilciclopropeno sobre serrín. El serrín usado se obtuvo de American Wood Fibers y se identificó como madera noble nº 10010.
Para evaluar la cantidad de absorción de metilciclopropeno, 0,01 gramos de serrín (previamente expuestos a metilciclopropeno en una disolución de agua tamponada como se describe más adelante para el ejemplo comparativo del tamiz molecular) se pesaron en un vial de 25 ml y se disolvieron con 5 ml de agua desionizada. Entonces, 1 ml del espacio de cabeza del vial se inyectó en un cromatógrafo de gases (se probó un total de 20 ml del espacio de cabeza). Además de probar con 0,01 gramos de serrín, también se probaron 0,1 gramos. También se probó alfa-ciclodextrina bajo las mismas condiciones. Se encontró experimentalmente que no era detectable la unión de metilciclopropeno al serrín. Esto muestra que el uso de un absorbente seco, tal como serrín, no era eficaz en la absorción de metilciclopropeno.
Ejemplo comparativo del tamiz molecular
Para evaluar las diferencias entre utilizar un complejo de agentes de encapsulación molecular de la presente invención y tamices moleculares también se realizó otro experimento comparativo. Los tamices moleculares se seleccionaron para estas pruebas de comparación porque son uno de los soportes más comunes de productos químicos en la industria química.
En este ejemplo comparativo se utilizaron dos tipos de tamices moleculares, 13X y 5A. Ambos se obtuvieron de Aldrich Chemical Company en Milwaukee, Wisconsin. Cada tamiz molecular se secó primero a 50ºC durante 30 minutos antes de usarse. Entonces, 25 gramos de cada uno se colocaron en matraces Erlenmeyer de 250 ml separados y se enfriaron hasta -80ºC colocándolos en un baño de nieve carbónica/acetona. Se inyectaron 20 ml de metilciclopropeno (aproximadamente 60.000 ppm) al matraz y se dejó reposar durante 24 horas o a temperatura ambiente o a 4ºC. Entonces se pesó 1 gramo de tamiz molecular en un vial de 20 ml y se añadieron 5 ml de agua desionizada para liberar el metilciclopropeno. Se inyectó 1 ml del espacio de cabeza del vial en un cromatógrafo de gases para determinar la concentración de metilciclopropeno adsorbida sobre los tamices moleculares. Se obtuvieron los siguientes datos de liberación de metilciclopropeno.
7
Ejemplo comparativo del complejo de alfa-ciclodextrina
El complejo de alfa-ciclodextrina/metilciclopropeno usado en este ejemplo se preparó atrapando 80.000 ppm de metilciclopropeno en un recipiente de mezclado de 5 galones (18,925 litros) con 1,3 kg de alfa-ciclodextrina en 0,575 litros de disolución tampón que tenía un pH de 4. La disolución tampón se preparó con disoluciones de acetato sódico 0,2 M y ácido acético 0,2 M. Esto se denomina en lo sucesivo carga de ciclodextrina "húmeda" en los resultados tratados más adelante. También se ejecutó una carga de ciclodextrina "seca". En el experimento por vía seca, el metilciclopropeno se puso en contacto con alfa-ciclodextrina seca, es decir, ciclodextrina que no estaba en una disolución acuosa. En ambos experimentos, el recipiente se enfrió hasta 4ºC y el contenido se mezcló durante 24 horas. Una vez se había atrapado el metilciclopropeno sobre la ciclodextrina, la presión disminuyó de aproximadamente 2 atmósferas (202,6 KPa) a vacío. Entonces, el gas nitrógeno se añadió a presión atmosférica. La disolución tampón se eliminó filtrando a través de una manga de filtración dentro del recipiente y la torta de ciclodextrina se transfirió a una bandeja de plástico y se dejó secar al aire durante 48 horas. La ciclodextrina seca con el metilciclopropeno atrapado se molió con un molinillo de polvo para dar un tamaño de 100 mm de malla. El complejo se almacenó durante dos semanas antes del análisis.
Para evaluar la cantidad de metilciclopropeno complejado o atrapado por alfa-ciclodextrina, 0,01 gramos de ciclodextrina (previamente expuesta a metilciclopropeno como se describe anteriormente) se pesaron en un vial de 25 ml y se disolvieron con 5 ml de agua desionizada. Entonces, 1 ml del espacio de cabeza del vial se inyectó en un cromatógrafo de gases para determinar la concentración de metilciclopropeno en el complejo. Los resultados se muestran a continuación. El metilciclopropeno se absorbió o seco o húmedo sobre la ciclodextrina y luego se evaluó como se describe anteriormente.
8
Estos resultados demuestran que el tamiz molecular 13X sólo podía absorber 15 ppm de metilciclopropeno. El calor de adsorción puede haber producido la descomposición de un poco de metilciclopropeno según los resultados cromatográficos, pero se estima que no pueden haberse perdido más de 15 ppm. A diferencia, los resultados del complejo de agentes de encapsulación molecular de la presente invención demuestran un atropamiento sustancialmente completo del metilciclopropeno. Estas diferencias espectaculares en las cantidades de liberación de metilciclopropeno no se habrían esperado de la bibliografía. Claramente, el complejo de agentes de encapsulación molecular de la presente invención es mucho mejor que la absorción pasiva a los sólidos enseñados en la patente de los EE.UU. nº 5.518.988.

Claims (11)

1. Un complejo formado a partir de un agente de encapsulación molecular y un compuesto que tiene la siguiente estructura
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en las que n es un número de 1 a 4 y R se selecciona del grupo que está constituido por alquilo C1 a C4 saturado o insaturado, hidroxi, halógeno, alcoxi C1 a C4, amino y carboxi.
2. El complejo de la reivindicación 1, en el que el agente de encapsulación molecular se selecciona del grupo que está constituido por una ciclodextrina, un éter corona, un polioxialquileno, una porfirina, un polisiloxano, un fosfaceno y una zeolita.
3. El complejo de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el agente de encapsulación molecular es ciclodextrina.
4. El complejo de la reivindicación 3, en el que la ciclodextrina es alfa-ciclodextrina.
5. El complejo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el compuesto es ciclopropeno o dimetilciclopropeno.
6. El complejo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el compuesto es metilciclopropeno.
7. Un procedimiento para suministrar un compuesto a una planta o producto vegetal para inhibir una respuesta a etileno en la planta o producto vegetal, comprendiendo el procedimiento la etapa de poner en contacto un complejo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 con un disolvente que puede disolver el agente de encapsulación molecular, y así liberar el compuesto del agente de encapsulación molecular de manera que pueda ponerse en contacto con la planta o producto vegetal.
8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el disolvente comprende agua.
9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que el agua comprende adicionalmente un agente ácido o alcalino.
10. El procedimiento de las reivindicaciones 7 a 9 que comprende además burbujear un gas a través del disolvente mientras se pone en contacto con el complejo.
11. Los procedimientos de la reivindicación la 7 a 10 que comprenden además aplicar calor al disolvente o antes de ponerse en contacto con el complejo o durante ese contacto.
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