Pyraziflumid的开发

叶 萱 编译

(中国农药工业协会，北京 100026)

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。

Pyraziflumid是日本Nihon Nohyaku Co., Ltd.发现和开发的新颖杀菌剂，是 SDHI抑制剂，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 pyraziflumid的化学结构

Pyraziflumid 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。在2018年pyraziflumid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，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一个 SDHI杀菌剂。

在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作为先导物(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 pyraziflumid的发现

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pyraziflumid(9)是其中最优异的杀菌剂化合物。

表1 N-(1,2,3-三甲基茚满-4-基)吡啶或吡嗪-甲酰胺类化合物和它们的生物活性

2 合 成

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)。

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)。

笔者开发了新的经济、有效的合成路线，这些路线没有使用价高的三氟甲基化试剂。具体路线如下：⑴ 乙二胺和三氟丙酮酸甲酯(19)缩合反应；⑵乙二醛和2-氨基三氟丙酸胺(21)缩合反应；⑶ 酮酯和乙二胺缩合反应(图5)。

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和它们的生物活性

图3 pyraziflumid(9)的合成

图4 3-(三氟甲基)-2-吡嗪羧酸甲酯(15)的合成

图5 三氟甲基吡嗪新的制备方法

3 理化特性

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，pyraziflumid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，pyraziflumid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 pyraziflumid抑制植物病原真菌的菌丝体的生长

续表

除了对菌丝生长和孢子萌发的影响外，pyraziflumid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pyraziflumid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)。

图6 pyraziflumid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)。Pyraziflumid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。

为了证实对苹果病害的长时间作用，在2010年和2013年在Aomori Prefecture进行了田间试验。试验表明，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。

5 安全性

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pyraziflumide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。

Pyraziflumid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，pyraziflumid对环境安全。

图7 PARADE®20FL对蔬菜作物病害的田间试验效果

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

6 作用机制

6.1 对核盘菌的琥珀酸脱氢酶有抑制活性

Pyraziflumid与BC723的化学结构相似，根据BC723的研究结果预测 pyraziflumid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pyraziflumid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pyraziflumid对琥珀酸脱氢酶有抑制活性，IC50为1.1～10 nM(中值为1.8 nM)，图9为其浓度和抑制活性关系图。

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

Pyraziflumid也对多种植物病原真菌(表4)呈现抑制活性。Pyraziflumid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；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pyraziflumid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 pyraziflumid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 pyraziflumid是在BC723和杀螨剂pyflubumide的研究基础上发现的。

截至2020年5月pyraziflumid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。

目前准备在其他多个国家登记pyraziflumid，此产品有望为全球农业的稳定发展做出贡献。