新型SDHI类杀菌剂联苯吡嗪菌胺(pyraziflumid)的研究与开发

日期:01-13-2021

农药在农业生产中发挥着重要作用，能防治作物病虫草害，增加作物产量。到目前已开发了许多种类的农药，然而由于抗性、毒性和安全等问题，需要不断开发新的具有优异生物活性，对哺乳动物和环境安全，可灵活应用的农化产品。

       

联苯吡嗪菌胺（pyraziflumid）是日本农药株式会社（Nihon Nohyaku Co., Ltd.）发现和开发的新颖杀菌剂，是琥珀酸脱氢酶抑制剂（SDHI），被杀菌剂抗性行动委员会（FRAC）分为第7组。其具有独特的化学结构，结构中含有3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺基团（图1）。

图1  联苯吡嗪菌胺的化学结构

       

联苯吡嗪菌胺对子囊菌和担子菌有优异的生物活性，对田间多种病害有很好的防治活性。从2012年开始，日本植物保护协会（JPPA）进行了大田试验评估了此物质的防效，2018年3月在日本登记。到目前上市了3个商业产品，分别为用于蔬菜的PARADE® 20FL，用于水果作物的PARADE® 15FL和用于草坪的DECIDE® FL。2018年，联苯吡嗪菌胺在韩国登记，目前在其他国家正在开发中。

1  发现历史

1.1  先导物的发现

       

1990年，日本三菱化成株式会社（Mitsubishi Kasei Corporation）发现了BC723。此物质抑制琥珀酸脱氢酶，不仅对担子菌，而且对子囊菌有杀菌活性，是实践中对子囊菌引起灰霉病和白粉病等病害有活性的第1个SDHI杀菌剂。

       

2012年，Mitsubishi Chemical Corporation把农化业务转给Nihon Nohyaku Co., Ltd.后，Nihon Nohyaku Co., Ltd.开始研究对植物病害有优异活性、环境友好的下一代SDHI杀菌剂。在先前对BC723衍生物的研究基础上，推断3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺类化合物有很大的潜力，并以此为先导物（图2）。而在新的杀螨剂发现研究中，Kazuhiko Kikutake等人合成了新颖化合物3-(三氟甲基)-2-吡嗪羧酸，并进行了一系列取代研究，发现3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺类化合物（3）不仅对灰霉病和褐锈病，而且对白粉病的活性要高于吡啶甲酰胺化合物（表1）。活性的增加可能是3-三氟甲基取代所致。

图2  联苯吡嗪菌胺的发现

表1  N-(1,2,3-三甲基茚满-4-基)吡啶或吡嗪-甲酰胺类化合物及其生物活性

1.2  构效关系

       

据报道，一些N-(联苯基)-2-甲酰胺类化合物对植物病害的活性，与 N-(1,1,3-三甲基茚满)-4-甲酰胺类化合物的相似。因此，Kazuhiko Kikutake等人把杀菌活性化合物的研究范围扩展到N-(不同取代的联苯基-2-基)-3-(三氟甲基)吡嗪甲酰胺类化合物。这些物质的杀菌活性列于表2。它们的构效关系表明，对灰霉病的防治活性可能是4'-位取代（4、5、6）所致，而对褐锈病的活性可能受3'-位取代（7、8）影响。4'-位或3'-位的立体特异性取代影响可能是独立的，但这两个位置同时取代对灰霉病和褐锈病的活性（9、10、11、12）增加了。没有发现立体特异性取代对白粉病的防治活性有影响，但在任何位置含有氟原子的二取代化合物都具有高活性（9、11、12、13、14）。对这3个病害防治活性的构效关系研究结果表明，N-(3',4'-二氟联苯-2-基)-3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺，即联苯吡嗪菌胺（pyraziflumid）（9）是其中最优异的杀菌剂化合物。

表2  N-(不同取代联苯基-2-基)-3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺类化合物及其生物活性

2  合成

       

联苯吡嗪菌胺（pyraziflumid）的合成路线：3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酸甲酯（15）[3-(trifluoromethyl)-2-pyrazine carboxylic acid ester] 与 3',4'-二氟-2-苯胺（17）反应或3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酸（16）和3',4'-二氟-2-苯胺（17）缩合而成（图3）。

图3  联苯吡嗪菌胺(pyraziflumid)(9)的合成

       主要的中间体（15）最初是由3-氯-2-吡嗪甲酸甲酯（18）和三氟甲基化试剂合成（图4）。

图4  3-(三氟甲基)-2-吡嗪羧酸甲酯（15）的合成

      

 笔者开发了新的经济、有效的合成路线如图5，这些路线没有使用价高的三氟甲基化试剂。（1）乙二胺和三氟丙酮酸甲酯（19）缩合反应；（2）乙二醛和2-氨基三氟丙酸胺（21）缩合反应；（3）酮酯和乙二胺缩合反应。

图5  三氟甲基吡嗪新的制备方法

3  理化特性

       

联苯吡嗪菌胺的英文通用名：pyraziflumid；试验代号：NNF-0721；CAS注册号：942515-63-1；化学名称：N-(3',4'-二氟联苯-2-基)-3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺。分子式：C18H10F5N3O；分子量：379.28；外观：浅黄色晶体；熔点：119℃；水中溶解度：2.32 mg/L（20℃）；分配系数：logPO/W=3.51（25℃）。

4  生物活性

4.1  抗真菌谱

       

表3列出了联苯吡嗪菌胺（pyraziflumid）的抗真菌活性。在PDA（马铃薯葡萄糖琼脂）、YBA（酵母膏、细菌蛋白胨和乙酸钠）和 YB（酵母膏和细菌蛋白胨）培养基的琼脂平板生测中，联苯吡嗪菌胺具有高的抗真菌活性。其对灰葡萄孢、瓜枝孢、山扁豆生棒孢、泻根亚隔孢壳、苹果双壳、柑橘痂囊腔菌、痂囊腔菌、苹果链核盘菌、葡萄假尾孢、白腐小核菌、核盘菌、苹果黑星菌和细盾壳霉等子囊菌的EC50低于0.1 mg a.i./L。研究也表明，此化合物对链格孢属和黑胫茎点霉等不完全菌，立枯丝核菌和齐整小核菌等担子菌也有活性。然而，联苯吡嗪菌胺在100 mg a.i./L对刺盘孢属、柑橘间座壳、尖镰孢菌番茄专化型、指状青霉、弥泽那拟盘多毛孢、福士拟茎点霉和马铃薯晚疫病原菌没有活性。

表3  联苯吡嗪菌胺抑制植物病原真菌的菌丝体的生长

       注：除a、b、c、d等4种情况外，其他都是使用PDA培养基进行琼脂平板测定。a：YBA琼脂纸片法；b：YBA培养基；c：YB培养基；d：Rye培养基。

       

除了对菌丝生长和孢子萌发的影响外，联苯吡嗪菌胺对核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）的子囊盘的形成也有抑制活性。

4.2  生物特性

       

为了评估联苯吡嗪菌胺（pyraziflumid）的生物特性，用核盘菌菌丝琼脂块的离体方法（detached-leaf test）测定了联苯吡嗪菌胺对甘蓝菌核病的活性，结果为其具有优异、稳定的预防、治疗和残留活性，且耐雨水冲刷（图6）。

       注：治疗活性，应用杀菌剂1 d后接种核盘菌菌丝琼脂块；残留活性，应用杀菌剂14 d后接种核盘菌菌丝琼脂块；治疗活性，在杀菌剂应用前1 d，接种核盘菌；耐雨水冲刷性，施用杀菌剂后人工降雨（50 mm/2 h），干燥后接种核盘菌。

图6  联苯吡嗪菌胺防治甘蓝菌核病的生物特性（detached-leaf test）

4.3  田间试验

图7和图 8为JPPA和 Nihon Nohyaku Co.,Ltd.所进行的大田试验结果。由试验可知，联苯吡嗪菌胺（pyraziflumid）对甘蓝菌核病、草莓灰霉病、黄瓜白粉病和番茄叶霉病有好的防效（图7）。联苯吡嗪菌胺对叶菜、果菜类蔬菜、豆类和洋葱作物的菌核病有特别高的活性。

       注：橄榄菌核病，2014年在日本Gunma pref.进行，防治指数24.7，日本保护协会（JPPA）正式试验；草莓灰霉病，2013年在日本Osaka pref.进行，防治指数55.9，Nihon Nohyaku研究中心；黄瓜白粉病，2013年在日本Ibaragi. Pref.进行，防治指数61.2，JPPA正式试验；番茄叶霉病，2014年在日本Ibaragi pref.进行，防治指数60.9，JPPA正式试验。

图7  PARADE® 20FL对蔬菜作物病害的田间试验效果

       

为了证实对苹果病害的长时间作用，2010年和2013年，在Aomori Prefecture进行了田间试验。试验表明，联苯吡嗪菌胺（pyraziflumid）对Marssonina blotch具有优异的残留活性（图8）。此外，对苹果和其他水果作物的其他病害，例如疮痂病、褐腐病和环腐病有活性。

       注：试验1，2010年在日本Aomori pref.进行，对照处理叶被侵染和落叶率61.5%，处理日期6月10、25日和7月9日；评估时间11月4日。试验2，2013年在日本Aomori pref.进行，对照处理叶被侵染和落叶率100%，处理日期6月18日，7月2、17日和8月1日；评估时间10月24日。

图8  PARADE® 15FL对苹果 marrsonnina blotch的田间试验效果

5  安全性

       

联苯吡嗪菌胺（pyraziflumide）和其制剂产品具有低的急性哺乳动物毒性，对眼睛和皮肤没有刺激作用。虽然联苯吡嗪菌胺对皮肤有轻微的致敏作用，但不属于Globally Harmonized System（GHS）类别。致癌性、致畸形、生殖毒性和基因毒性研究表明其对人类健康没有负面影响。

      

 联苯吡嗪菌胺对鱼的急性毒性和水生无脊椎动物的毒性低，在生物体内的蓄积少。因此，按使用标准使用的话，联苯吡嗪菌胺对环境安全。

6 作用机制

6.1  对核盘菌的琥珀酸脱氢酶有抑制活性

       

联苯吡嗪菌胺（pyraziflumid）与BC723的化学结构相似，根据BC723的研究结果预测，联苯吡嗪菌胺的作用机制为抑制线粒体复合体Ⅱ的琥珀酸脱氢酶（SDH）活性。采用二氯靛酚（DCIP）方法进行了验证，并测定了联苯吡嗪菌胺的抑制活性。所用病原菌为从日本田间采集的核盘菌。

       

经对核盘菌的24个菌株活性的测定，发现联苯吡嗪菌胺对琥珀酸脱氢酶有抑制活性，IC50为1.1～10 nM（中值为1.8 nM）。

6.2  对其他植物病原真菌、作物和动物的琥珀酸脱氢酶的抑制活性

 联苯吡嗪菌胺（pyraziflumid）也对多种植物病原真菌（表4）呈现抑制活性。联苯吡嗪菌胺对子囊菌纲的小核盘菌、灰葡萄孢菌、小麦白粉病菌、苹果黑心病菌和芸薹链格孢菌的IC50为0.7～18.9 nM；对担子菌纲的隐诺柄锈菌、立枯丝核菌的IC50分别为14.4、5.9 nM；而对卵菌纲的瓜果腐霉的琥珀酸脱氢酶没有抑制活性；对甘蓝、番茄和黄瓜等作物和小鼠非靶标琥珀酸脱氢酶没有抑制活性。这些结果表明，联苯吡嗪菌胺对植物病原真菌和非靶标有高的选择性。其对植物和哺乳动物毒性风险低。

表4  联苯吡嗪菌胺对植物病原菌、作物和哺乳动物的琥珀酸脱氢酶的抑制活性

7  结语

       

新颖的SDHI杀菌剂联苯吡嗪菌胺（pyraziflumid）是在BC723和杀螨剂pyflubumide的研究基础上发现的。

       

截至2020年5月联苯吡嗪菌胺已在日本和韩国登记，2018年在日本商业化，产品的商品名为PARADE®。目前，Nihon Nohyaku Co.,Ltd.正在更多作物上登记该杀菌剂，用于防治更多的病害。此外，PARADE®具有优异的内吸活性，可登记用于喷淋叶菜的育苗盘，预防移栽后菌核病的侵染，可大大节约劳力，增加农业生产效率。

目前，公司准备在其他多个国家登记联苯吡嗪菌胺，此产品有望为全球农业的稳定发展做出贡献。

作者：中国农药工业协会 叶萱编译