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农药快讯:2020年第21期
  文章:51篇

新型1,3,4-噻二唑纳米杀菌剂,比己唑醇更高效,潜力巨大!

作者:巩小涵 更新时间:2020-09-18 点击量:614

 

生物活性杂环1,3,4-噻二唑及其衍生物具有抗菌、抗真菌、抗结核、抗病毒、抗糖尿病、抗癌、杀软体动物、抗氧化、抗高血压和杀虫活性已被用于医药、医疗和作物保护等领域。1,3,4-噻二唑及其衍生物具有多种多样的生物学特性,使其成为可能用于作物保护的理想候选化合物。

各种害虫对农作物的侵扰一直是全球范围农业界关注的主要问题之一。尽管采用了现代作物保护措施,但由于各种害虫造成的作物总产量损失高达50%,不同作物中的植物病原真菌造成的产量损失高达20%。这些植物病原真菌在田间不同的植物生长阶段侵染作物,引起各种植物病害,如萎蔫病、根腐病、根腐病等其中,立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)和根腐病菌R.bataticola)是危害性最大的土传真菌之一。

纳米技术已被用于开发多种纳米产品,在农业中有着广泛的应用。因此,还对高效杀菌噻二唑衍生物进行了纳米尺寸测定,并对其粒度进行了分析,并比较了它们对立枯丝核菌和根腐病菌的体外生物活性。

1  化合物合成

通过5-甲基/氨基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇与不同烷基/芳烷基/杂环基卤化物反应来合成目标化合物1和图1。反应在7~8 h内完成。化合物的产率在22.5%到60.3%之间

 

n=1;X=I(1~2&12~13);n=1;X=Br(3~9&14~20);n=1;X=Cl(10&21);R2Xn=BrCH2CH2CH2Br(11&22)

1  目标化合物合成过程图解

1  目的化合物的取代基团一览

编号

R1

R2

编号

R1

R2

1

CH3

CH3

12

NH2

CH3

2

CH3

C2H5

13

NH2

C2H5

3

CH3

n-C3H7

14

NH2

n-C3H7

4

CH3

n-C4H9

15

NH2

n-C4H9

5

CH3

n-C5H11

16

NH2

n-C5H11

6

CH3

n-C6H13

17

NH2

n-C6H13

7

CH3

n-C7H15

18

NH2

n-C7H15

8

CH3

n-C8H17

19

NH2

n-C8H17

9

CH3

CH2=CHCH2

20

NH2

CH2=CHCH2

10

CH3

C6H5CH2

21

NH2

C6H5CH2

11

CH3

 

22

NH2

 

2  化合物杀菌活性分析

采用菌丝块接种法对所有噻二唑衍生物(1~22)的杀菌活性进行了离体测试,其ED50值见表2。

2  合成的目的化合物杀菌活性

编号

立枯丝核菌ED50(μg/mL)

根腐病菌ED50(μg/mL)

编号

立枯丝核菌ED50(μg/mL)

根腐病菌ED50(μg/mL)

1

89.0

151.6

12

300.4

228.5

2

66.8

77.3

13

88.4

151.4

3

77.3

25.6

14

101.7

86.8

4

93.9

10.6

15

14.5

29.4

5

86.3

36.1

16

184

14.6

6

40.3

39.4

17

3.9

4.2

7

46.9

43.5

18

21.1

32.0

8

77.4

84.0

19

69.85

27.3

9

12.6

9.3

20

28.5

21.8

10

8.9

6.2

21

10.7

27.1

11

26.2

197

22

36.0

36.4

平均值(1-11)

56.9

45.8

平均值(12-22)

63

60

平均值(1-22)

60.0

52.9

己唑醇

4.4

18.3

2.1  对根腐病菌的杀菌活性

根腐病菌对大多数合成的受试噻二唑衍生物都有很强的抗药性。标准杀菌剂己唑醇的ED50值为4.4mg/mL,受试化合物的ED50值在3.9~300.4 mg/mL之间。根腐病菌最有效的化合物是17,ED50值为3.9 mg/mL,与对照药剂己唑醇的效果相当,具有继续开发研究的潜力。

其他活性较好的化合物有化合物10ED50值为8.9 mg/mL、化合物21(ED5010.7 mg/mL)、9(ED5012.6 mg/mL)、15(ED5014.5 mg/mL)和16(ED5018.4 mg/mL)。

2.2  对立枯丝核菌的杀菌活性

所有合成的受试噻二唑衍生物(1~22)对立枯丝核菌也有效,标准杀菌剂己唑醇的ED50值为18.3mg/mL,受试化合物的ED50值为4.2~228.5mg/mL。其中化合物17的ED504.2mg/mL,远优于己唑醇的杀菌活性,对立枯丝核菌的效果优于根腐病菌的效果,具有开发为立枯病的特效药剂。

其他优良抗立枯丝核菌为化合物10(ED506.2 mg/mL)、9(ED509.3 mg/mL)、4(ED5010.6 mg/mL)和16(ED5014.6 mg/mL)。

3  纳米化合物

3.1  纳米农药的合成表征

通过对杀菌活性物质用量、聚合物类型、聚合物用量和溶剂用量等不同参数的标准化,优化了纳米噻二唑衍生物的制备工艺。采用不同分子量的聚乙二醇合成了PEG-200、PEG-300、PEG-400、PEG-600和PEG-800等纳米化学品。除化合物6外,所有化合物的最佳粒径均在纳米范围内。PEG与水的比例为5:1时,制备纳米噻二唑衍生物的最佳配比为0.5%。PEG-400或600包封目的化合物纳米化。zeta电位和透射电子显微镜(TEM)研究表明,纳米噻二唑衍生物的平均粒径约为100 nm。噻二唑衍生物的化学结构没有明显的变化,因为在FTIR光谱中有相同的官能团。

3.1  纳米农药与常规尺寸农药的杀菌活性分析

研究了1,3,4-噻二唑衍生物的常规结构及相应的纳米结构对立枯丝核菌和根腐病菌的体外抗真菌生物活性测定数据见表3。

 3  纳米农药提高防病害活性

化合物编号

根腐病菌

立枯丝核菌

ED50(μg/mL)

提高倍数

ED50(μg/mL)

提高倍数

常规

纳米

 

常规

纳米

 

15

14.5

10.82

1.3

29.4

26.6

1.1

16

18.4

16.83

1.1

14.6

11.87

1.2

17

3.9

2.27

1.7

4.2

3.83

1.1

21

10.7

2.39

4.5

27.1

17.8

1.5

9

12.6

4.79

2.6

9.3

4.95

1.9

己唑醇

4.4

/

/

18.3

/

/

3.1.1  纳米农药体外抗根腐病菌活性测定

常规化学物质对该真菌表现出良好的抗真菌活性,其ED502.27~18.4mg/ml,如表3所示。参考杀菌剂己唑醇,其ED50值为4.4 mg/mL。对于常规尺寸的1,3,4-噻二唑化合物,① 常规化合物17具有最高的杀菌活性,ED503.9 mg/mL。而纳米级的化合物17的ED502.27mg/mL。纳米施胶使该化合物的抗真菌活性提高了1.7倍;② 纳米化合物21,ED50值为2.39mg/mL,与常规化合物21活性相比提高了4.5倍,其他化合物均有不同程度的提升。

3.1.2  纳米农药体外抗立枯丝核菌活性测定

传统噻二唑衍生物的ED50值为4.2~29.4 mg/mL,己唑醇的ED50值为18.3mg/mL。纳米化合物的ED50值为3.83~26.4mg/mL。纳米化合物的活性优于传统的1,3,4-噻二唑衍生物。通过1,3,4-噻二唑衍生物的纳米施胶,抗菌活性提高了1.1~1.9倍。对立枯丝核菌抑制效果组好的是纳米化合物17,其ED50值为3.83mg/mL;活性提高了1.1倍。而化合物9的ED509.3 mg/mL降至4.95 mg/mL,活性提高了1.9倍。

纳米化药剂和常规药剂的活性对比,明显地展示了纳米技术对生物活性的改善,纳米技术对降低了农药的使用率,减少农药对环境和人类的危害具有重要作用。

4  小结

以产率在22.5%~60.3%合成了22个2-烷基/芳烷基/杂环基磺胺基-5-取代-1,3,4-噻二唑(1-22)。所有合成的噻二唑衍生物可用于生物测定研究。在5-氨基-1,3,4-噻二唑环上的2-磺胺基烷基中,2-磺胺基己基取代的抗真菌活性最高(17,ED50 4.2 mg/mL)。在5-甲基-1,3,4-噻二唑的情况下,2-磺胺基丁基取代的活性最高(4,ED50 10.6 mg/mL)。所有纳米化合物的性能均优于常规的(9,15,16,17,21)噻二唑衍生物。纳米噻二唑衍生物具有良好的抗真菌活性,可作为一种合适的抗真菌化合物。

 

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