Pyraziflumid的開發

葉 萱 編譯

(中國農藥工業協會，北京 100026)

農藥在農業生產中發揮著重要作用，能防治作物病蟲草害，增加作物產量。到目前已開發了許多種類的農藥，然而由于抗性、毒性和安全等問題，需要不斷開發新的具有優異生物活性，對哺乳動物和環境安全，可靈活應用的農化產品。

Pyraziflumid是日本Nihon Nohyaku Co., Ltd.發現和開發的新穎殺菌劑，是 SDHI抑制劑，被殺菌劑抗性行動委員會(FRAC)分為第7組。其具有獨特的化學結構，結構中含有3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺基團(圖1)。

圖1 pyraziflumid的化學結構

Pyraziflumid 對子囊菌和擔子菌有優異的生物活性，對田間多種病害有很好的防治活性。從2012年開始日本植物保護協會(JPPA)進行了大田試驗評估了此物質的防效，2018年3月在日本登記。到目前上市了 3個商業產品，分別為用于蔬菜的PARADE?20FL，用于水果作物的 PARADE?15FL和用于草坪的DECIDE?FL。在2018年pyraziflumid在韓國登記，目前在其他國家正在開發中。

1 發現歷史

1.1 先導物的發現

1990年，Mitsubishi Kasei Corporation發現了BC723。此物質抑制琥珀酸脫氫酶，不僅對擔子菌而且對子囊菌有殺菌活性，是實踐中對子囊菌引起灰霉病和白粉病等病害有活性的第一個 SDHI殺菌劑。

在2012年Mitsubishi Chemical Corporation把農化業務轉給 Nihon Nohyaku Co., Ltd.后，Nihon Nohyaku Co., Ltd.開始研究對植物病害有優異活性，環境友好的下一代SDHI殺菌劑。在先前對BC723衍生物的研究基礎上，推斷3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺類化合物有很大的潛力作為先導物(圖2)。而在新的殺螨劑發現研究中，Kazuhiko Kikutake等人合成了新穎化合物3-(三氟甲基)-2-吡嗪羧酸，并進行了一系列取代研究，發現3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺類化合物(3)不僅對灰霉病和褐銹病，而且對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。

圖2 pyraziflumid的發現

1.2 構效關系

據報道一些N-(聯苯基)-2-甲酰胺類化合物對植物病害的活性，與N-(1,1,3-三甲基茚滿)-4-甲酰胺類化合物的相似。因此，Kazuhiko Kikutake等人把殺菌活性化合物的研究范圍擴展到N-(不同取代的聯苯基-2-基)-3-(三氟甲基)吡嗪甲酰胺類化合物。這些物質的殺菌活性列于表 2。它們的構效關系表明對灰霉病的防治活性可能是 4'-位取代(4,5,6)所致，而對褐銹病的活性可能受 3'-位取代(7、8)影響。4'-位或3'-位的立體特異性取代影響可能是獨立的，但這兩個位置同時取代對灰霉病和褐銹病的活性(9、10、11、12)增加了。沒有發現立體特異性取代對白粉病的防治活性有影響，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)。對這3個病害防治活性的構效關系研究結果表明N-(3',4'-二氟聯苯-2-基)-3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺，即pyraziflumid(9)是其中最優異的殺菌劑化合物。

表1 N-(1,2,3-三甲基茚滿-4-基)吡啶或吡嗪-甲酰胺類化合物和它們的生物活性

2 合 成

Pyraziflumid的合成路線：3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酸甲酯(15)[3-(trifluoromethyl)-2-pyrazine carboxylic acid ester]與3',4'-二氟-2-苯胺(17)反應或3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酸(16)和 3',4'-二氟-2-苯胺(17)縮合而成(圖 3)。

主要的中間體(15)最初是由 3-氯-2-吡嗪甲酸甲酯(18)和三氟甲基化試劑合成(圖4)。

筆者開發了新的經濟、有效的合成路線，這些路線沒有使用價高的三氟甲基化試劑。具體路線如下：⑴ 乙二胺和三氟丙酮酸甲酯(19)縮合反應；⑵乙二醛和2-氨基三氟丙酸胺(21)縮合反應；⑶ 酮酯和乙二胺縮合反應(圖5)。

表2 N-(不同取代聯苯基-2-基)-3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺類化合物和它們的生物活性

圖3 pyraziflumid(9)的合成

圖4 3-(三氟甲基)-2-吡嗪羧酸甲酯(15)的合成

圖5 三氟甲基吡嗪新的制備方法

3 理化特性

通用名：pyraziflumid，試驗代號：NNF-0721，CAS注冊號：942515-63-1，化學名稱：N-(3',4'-二氟聯苯-2-基)-3-(三氟甲基)-2-吡嗪甲酰胺。分子式：C18H10F5N3O，分子量：379.28，外觀：淺黃色晶體，熔點：119 ℃，水中溶解度：2.32 mg/L(20 ℃)，分配系數：logPO/W=3.51(25 ℃)。

4 生物活性

4.1 抗真菌譜

表3列出了pyraziflumid的抗真菌活性。在PDA(馬鈴薯葡萄糖瓊脂)、YBA(酵母膏、細菌蛋白胨和乙酸鈉)和 YB(酵母膏和細菌蛋白胨)培養基的瓊脂平板生測中，pyraziflumid具有高的抗真菌活性。其對灰葡萄孢、瓜枝孢、山扁豆生棒孢、瀉根亞隔孢殼、蘋果雙殼、柑橘痂囊腔菌、痂囊腔菌、蘋果鏈核盤菌、葡萄假尾孢、白腐小核菌、核盤菌、蘋果黑星菌和細盾殼霉等子囊菌的EC50低于0.1 mg a.i./L。研究也表明此化合物對鏈格孢屬和黑脛莖點霉等不完全菌，立枯絲核菌和齊整小核菌等擔子菌也有活性。然而，pyraziflumid在100 mg a.i./L對刺盤孢屬、柑橘間座殼、尖鐮孢菌番茄專化型、指狀青霉、彌澤那擬盤多毛孢、福士擬莖點霉和馬鈴薯晚疫病原菌沒有活性。

表3 pyraziflumid抑制植物病原真菌的菌絲體的生長

續表

除了對菌絲生長和孢子萌發的影響外，pyraziflumid對核盤菌(Sclerotinia sclerotiorum)的子囊盤的形成也有抑制活性。

4.2 生物特性

為了評估pyraziflumid的生物特性，用核盤菌菌絲瓊脂塊的離體方法(detached-leaf test)測定了pyraziflumid對甘藍菌核病的活性，結果為其具有優異、穩定的預防、治療和殘留活性，且耐雨水沖刷(圖6)。

圖6 pyraziflumid防治甘藍菌核病的生物特性(detached-leaf test)

4.3 田間試驗

圖7和圖8為JPPA和Nihon Nohyaku Co.,Ltd.所進行的大田試驗結果。由試驗可知pyraziflumid對甘藍菌核病、草莓灰霉病、黃瓜白粉病和番茄葉霉病有好的防效(圖7)。Pyraziflumid對葉菜、果菜類蔬菜、豆類和洋蔥作物的菌核病有特別高的活性。

為了證實對蘋果病害的長時間作用，在2010年和2013年在Aomori Prefecture進行了田間試驗。試驗表明，pyraziflumid對Marssonina blotch具有優異的殘留活性(圖8)。此外，對蘋果和其他水果作物的其他病害，例如瘡痂病、褐腐病和環腐病有活性。

5 安全性

Pyraziflumide和其制劑產品具有低的急性哺乳動物毒性，對眼睛和皮膚沒有刺激作用。雖然pyraziflumide對皮膚有輕微的致敏作用，但不屬于Globally Harmonized System(GHS)類別。致癌性、致畸形、生殖毒性和基因毒性研究表明其對人類健康沒有負面影響。

Pyraziflumid對魚的急性毒性和水生無脊椎動物的毒性低，在生物體內的蓄積少。因此，按使用標準使用的話，pyraziflumid對環境安全。

圖7 PARADE?20FL對蔬菜作物病害的田間試驗效果

圖8 PARADE?15FL對蘋果marrsonnina blotch的田間試驗效果

6 作用機制

6.1 對核盤菌的琥珀酸脫氫酶有抑制活性

Pyraziflumid與BC723的化學結構相似，根據BC723的研究結果預測 pyraziflumid的作用機制為抑制線粒體復合體Ⅱ的琥珀酸脫氫酶(SDH)活性。采用二氯靛酚(DCIP)方法進行了驗證，并測定了pyraziflumid的抑制活性。所用病原菌為從日本田間采集的核盤菌。

經對核盤菌的 24個菌株活性的測定，發現pyraziflumid對琥珀酸脫氫酶有抑制活性，IC50為1.1～10 nM(中值為1.8 nM)，圖9為其濃度和抑制活性關系圖。

6.2 對其他植物病原真菌、作物和動物的琥珀酸脫氫酶的抑制活性

Pyraziflumid也對多種植物病原真菌(表4)呈現抑制活性。Pyraziflumid對子囊菌綱的小核盤菌、灰葡萄孢菌、小麥白粉病菌、蘋果黑心病菌和蕓薹鏈格孢菌的IC50為0.7～18.9；對擔子菌綱的隱諾柄銹菌、立枯絲核菌的IC50分別為14.4、5.9 nM；而對卵菌綱的瓜果腐霉的琥珀酸脫氫酶沒有抑制活性；對甘藍、番茄和黃瓜等作物和小鼠非靶標琥珀酸脫氫酶沒有抑制活性。這些結果表明pyraziflumid對植物病原真菌和非靶標有高的選擇性。其對植物和哺乳動物毒性風險低。

表4 pyraziflumid對植物病原菌、作物和哺乳動物的琥珀酸脫氫酶的抑制活性

7 結 語

新穎的SDHI殺菌劑 pyraziflumid是在BC723和殺螨劑pyflubumide的研究基礎上發現的。

截至2020年5月pyraziflumid已在日本和韓國登記，2018年在日本商業化，產品的商品名為PARADE?。目前 Nihon Nohyaku Co.,Ltd.正在更多作物上登記該殺菌劑，用于防治更多的病害。此外，PARADE?具有優異的內吸活性，可登記用于噴淋葉菜的育苗盤，預防移栽后菌核病的侵染，可大大節約勞力，增加農業生產效率。

目前準備在其他多個國家登記pyraziflumid，此產品有望為全球農業的穩定發展做出貢獻。