專利名稱：含惡霉靈活性成分的高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)用化學(xué)品領(lǐng)域。
本發(fā)明涉及一種高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑及其制備方法以及應(yīng)用。
惡霉靈化學(xué)名稱是3-羥基-5-甲基-異惡唑，是目前國內(nèi)用量較大的殺菌劑品種，屬于廣譜殺菌劑，國內(nèi)每年用量達(dá)數(shù)百噸(原藥)。但在使用中發(fā)現(xiàn)，惡霉靈的生物降解速度過快，在使用條件下僅5-10天就失去殺菌效果。而每次病菌發(fā)作的持續(xù)時(shí)間一般在15天到1個(gè)多月，所以惡霉靈在使用時(shí)通常采取反復(fù)施藥的辦法，即每5-10天施藥一次，直到病菌發(fā)作期結(jié)束。顯然，從節(jié)省人工的角度看，反復(fù)施藥的辦法是很不經(jīng)濟(jì)的。農(nóng)民迫切需要一種緩釋型的惡霉靈制劑，藥效持續(xù)期為15-30天或更長，只需施用1-2次即可滿足一次殺菌周期(15-40天)。
本發(fā)明的高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑，由如下結(jié)構(gòu)(1)所示的聚合單元構(gòu)成 其中，X為 n為從10到200,000的整數(shù)。
本發(fā)明還涉及上述的高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑的合成方法，包括以下步驟(1)將殺菌劑惡霉靈與氯乙酸及三氯化磷反應(yīng)生成惡霉靈氧乙酰氯縮合物；(2)將殺菌劑惡霉靈與甲苯-2，4-二異氰酸酯(TDI)反應(yīng)生成惡霉靈-TDI加成物；(3)以苯乙烯和馬來酸酐為原料制備苯乙烯-馬來酸酐交替共聚物，再與乙二胺進(jìn)行胺化反應(yīng)，生成帶有側(cè)鏈的苯乙烯-馬來酸酐交替共聚物；(4)將縮合物或加成物與帶有側(cè)鏈的苯乙烯-馬來酸酐交替共聚物反應(yīng)，生成含惡霉靈活性成分的高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑。
化學(xué)反應(yīng)式如下 本發(fā)明還涉及上述的高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用。這種高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑本身不表現(xiàn)出殺菌活性，但其在使用環(huán)境下可發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，釋放出足夠量的惡霉靈或含惡霉靈的碎片，具有緩釋殺菌的作用。
上述高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑可以是水溶性的或非水溶性的，可以是分子態(tài)的或分子聚集態(tài)的，可以是粉末狀、粒狀、乳液狀或溶液狀的，可以是干燥的或含水的。所用的高分子載體既可以是天然聚合物，也可以是合成高分子。包括苯乙烯-馬來酸酐交替共聚物、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺；聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚偏氯乙烯、聚乙烯醇，聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯，ABS樹脂；聚酰胺樹脂和聚丙烯腈；酚醛樹脂、尿素樹脂、密胺樹脂、聚酯類、聚氨酯類和環(huán)氧樹脂類；聚丙烯酸，聚丙烯酸甲酯，聚丙烯酸乙酯，聚丙烯酸丙酯，聚丙烯酸丁酯，聚甲基丙烯酸，聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸乙酯，聚甲基丙烯酸丙酯，聚甲基丙烯酸丁酯，聚硅醚，聚乳酸，聚乳酸-乙二醇酸共聚物；淀粉，纖維素，海藻膠，淀粉衍生物，樹皮，明膠，木質(zhì)素磺酸鈉。所用的高分子載體優(yōu)選苯乙烯-馬來酸酐交替共聚物為了合成這種高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑，我們將殺菌劑分子與架橋劑作用生成帶有活性基團(tuán)的新的化合物，再與聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成高分子型化學(xué)殺菌劑。所使用的架橋劑為氯乙酸、甲苯二異氰酸酯、碳酰氯、短鏈聚醚、甲苯-2，4-二異氰酸酯(TDI)、MDI、均苯四甲酸酐、乙撐亞胺、環(huán)氧氯丙烷、氯丁二酸、丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯。所用的架橋劑優(yōu)選氯乙酸、甲苯-2，4-二異氰酸酯(TDI)。所使用的殺菌劑分子為惡霉靈。
上述高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑可以直接使用，也加工成水劑、乳劑、粉劑、可濕性粉劑和顆粒劑等各種劑型。這些加工方法是農(nóng)藥加工技術(shù)人員所熟知的。
合成的各步單元反應(yīng)是按照通常方法進(jìn)行的。為了便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的理解，更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)式作進(jìn)一步詳細(xì)的介紹在反應(yīng)(1)中，惡霉靈與氯乙醇反應(yīng)制備2-[3’-(5’-甲基異惡唑基)]氧基乙酸，惡霉靈與氯乙酸的配比、反應(yīng)溫度、溶劑及縛酸劑等因素對(duì)產(chǎn)品的純度和收率有很大影響。氯乙酸一般要過量，有機(jī)溶劑和相轉(zhuǎn)移催化劑的加入對(duì)反應(yīng)有促進(jìn)作用，反應(yīng)溫度50℃-100℃較為適宜。
而2-[3’-(5’-甲基異惡唑基)]氧基乙酸與三氯化磷反應(yīng)制備2-[3’-(5’-甲基異惡唑基)]氧基乙酰氯的方法，是一種常規(guī)方法，是化學(xué)工作者所熟知的。
在反應(yīng)(2)中，惡霉靈與甲苯-2，4-二異氰酸酯(簡稱TDI)反應(yīng)制備3-(3’-異氰酸酯基-4’-甲基苯胺基羰基)氧基-5-甲基-異惡唑，甲苯-2，4-二異氰酸酯分子中的兩個(gè)異氰酸根均可以與惡霉靈的羥基反應(yīng)，反應(yīng)中可能有較多的二縮合物產(chǎn)生。為了提高目標(biāo)產(chǎn)物的收率，需要過量較多的甲苯-2，4-二異氰酸酯，并加入辛酸錫和三元胺等復(fù)合催化劑，在常溫下滴加惡霉靈。
在反應(yīng)(3)中，苯乙烯-馬來酸酐交替共聚物的制備，選擇苯乙烯和馬來酸酐作為共聚單體，采用溶液聚合的方式得到一種交替共聚物，簡稱聚合物(I)。提高反應(yīng)前物料中聚合單體的濃度，減少引發(fā)劑用量，或減少反應(yīng)前物料中溶劑用量，有利于提高聚合物(I)的分子量；降低反應(yīng)前物料中聚合單體的濃度，增加引發(fā)劑用量，或增加反應(yīng)前物料中溶劑用量，有利于降低聚合物(I)的分子量。采用上述方法，可以合成出聚合度n從10到200,000的聚合物(I)。
在反應(yīng)(4)中，聚合物(I)的胺化反應(yīng)，乙二胺的引入是為了增加懸垂側(cè)鏈的長度，從而增加活性組分的水解釋放速率，滿足應(yīng)用要求。值得說明的是，使用化學(xué)計(jì)量的乙二胺，能產(chǎn)生體型交聯(lián)聚合物，不僅影響與活性組分的結(jié)合，也會(huì)影響水溶性和可生物降解性等應(yīng)用性能，因此應(yīng)將共聚物加到過量的乙二胺中，可避免或減少交聯(lián)聚合物的產(chǎn)生。生成的帶氨基側(cè)鏈的新共聚物，簡稱聚合物(II)。
在反應(yīng)(5)中，2-[3’-(5’-甲基異惡唑基)]氧基乙酰氯與聚合物(II)的?；磻?yīng)，聚合物(II)應(yīng)充分溶解于干燥溶劑中，然后加入酰氯，使用三乙胺作縛酸劑，反應(yīng)溫度5℃左右較為適宜。生成的新聚合物簡稱聚合物緩釋劑(III)。溶劑可以選用1，2-二氯乙烷、氯仿、二氯甲烷、甲苯、二甲苯、苯等常見有機(jī)溶劑，較適宜的溶劑為1，2-二氯乙烷。
在反應(yīng)(6)中，3-(3’-異氰酸酯基-4’-甲基苯胺基羰基)氧基-5-甲基-異惡唑與聚合物(II)的縮合反應(yīng)，以月桂酸二正丁基錫作催化劑，在較低的溫度下(≤30℃)，通過延長反應(yīng)時(shí)間(≥24小時(shí))，可以得到較高的收率。生成的新聚合物簡稱聚合物緩釋劑(IV)。
以不同聚合度的聚合物(I)為原料，合成出相應(yīng)聚合度的聚合物緩釋劑(III)和聚合物緩釋劑(IV)。
聚合物緩釋劑(III)和聚合物緩釋劑(IV)在自然環(huán)境中降解時(shí)，既有可能釋放出惡霉靈，也有可能釋放出含惡霉靈的碎片2-[3’-(5’-甲基異惡唑基)]氧基乙酸和3-(3’-異氰酸酯基-4’-甲基苯胺基羰基)氧基-5-甲基-異惡唑(在下面的實(shí)施例中，稱這些含有惡霉靈的碎片為緩釋劑中間體)。經(jīng)測(cè)定，緩釋劑中間體2-[3’-(5’-甲基異惡唑基)]氧基乙酸和3-(3’-異氰酸酯基-4’-甲基苯胺基羰基)氧基-5-甲基-異惡唑具有與惡霉靈基本一致的殺菌活性。
對(duì)本發(fā)明的聚合物緩釋劑(III)和聚合物緩釋劑(IV)殺菌效果進(jìn)行測(cè)定。測(cè)試靶標(biāo)為水稻紋枯病。測(cè)試結(jié)果表明，聚合物緩釋劑(III)和聚合物緩釋劑(IV)具有明顯的緩釋殺菌作用，藥效可持續(xù)40天。而惡霉靈原藥持效期僅有10天左右。
本發(fā)明的高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑與常規(guī)殺菌劑相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)使殺菌劑可控制釋放，延長持效期，藥劑穩(wěn)定；(2)施用次數(shù)少，可以降低農(nóng)用成本。
例12-[3’-(5’-甲基異惡唑基)]氧基乙酸的合成在250毫升的配有攪拌、溫度計(jì)、回流冷凝器及通氮?dú)庋b置的四口瓶中投入15克(0.1500摩爾)的3-羥基-5-甲基-異惡唑(即惡霉靈)和50毫升水，開動(dòng)攪拌，升溫至60℃，加入50％的氫氧化鈉溶液調(diào)pH到8～9，通入氮?dú)?，升溫?5℃，滴加入21.5克氯乙酸(0.2250摩爾)、9.5克氫氧化鈉(0.2260摩爾)和40毫升水配成的溶液，20～30分鐘加完，保溫回流4～5小時(shí)至反應(yīng)終點(diǎn)。然后降溫到75～80℃，滴加入10％的鹽酸調(diào)pH值為1～2，攪拌30分鐘，加入100毫升甲苯，繼續(xù)攪拌30分鐘，趁熱倒入分液漏斗中，分去水相，蒸除甲苯后得淡黃色固體11.3克即為產(chǎn)品，純度95％，收率48％。經(jīng)甲醇重結(jié)晶后得灰白色粉末，純度99.1％，熔點(diǎn)220℃變色分解；1H NMR(DMSO)δH2.54(3H，d，5-CH3)，4.83(2H，s，-CH2-)，7.04(1H，s，4-H)，11.75(1H，s，-COOH)ppm；ER(KBr)νmax3300(s，-OH)，1710(s，C＝O)，1620(s，異惡唑環(huán))，1550(s，-COO-)cm-1。
例23-(3’-異氰酸酯基-4’-甲基苯胺基羰基)氧基-5-甲基-異惡唑的合成在125毫升的配有攪拌、溫度計(jì)、回流冷凝器及通氮?dú)庋b置的四口瓶中投入36.2克(0.2000摩爾)的甲苯-2，4-二異氰酸酯、催化劑和50毫升的1，2-二氯乙烷，開動(dòng)攪拌，通入氮?dú)猓郎刂?5～80℃，滴加入10克(0.1000摩爾)的3-羥基-5-甲基-異惡唑(即惡霉靈)和50毫升1，2-二氯乙烷配成的溶液，45～60分鐘加完，保溫回流9小時(shí)至反應(yīng)終點(diǎn)。降溫至室溫，靜置24小時(shí)后過濾，用10毫升干燥的1，2-二氯乙烷淋洗濾餅，濾餅經(jīng)真空干燥后得白色粉末22.3克，純度90.2％，收率82％。經(jīng)干燥的氯仿重結(jié)晶后得白色針狀結(jié)晶，純度99.5％，熔點(diǎn)129～131℃；1H NMR(CDCl3)δH2.27(3H，s，5-CH3)，2.36(3H，s，4’-CH3)，5.56(1H，s，4-H)，6.99～7.91(3H，m，2’，5’，6’-H)，9.72(1H，s，-NH-)ppm；νmax2280(s，-NCO)，1720(s，C＝O)，1559(s，異惡唑環(huán))cm-1；C13H11N3O4(計(jì)算值C，57.14；H，4.06；N，15.37；實(shí)測(cè)值C，57.15；H，4.14；N，14.47)。
例3苯乙烯-馬來酸酐交替共聚物的合成在250毫升的配有攪拌、溫度計(jì)、回流冷凝器的三口瓶中投入10.5克(0.1000摩爾)的苯乙烯、9.9克(0.1000摩爾)的馬來酸酐和120毫升的甲苯，開動(dòng)攪拌，升溫至75～80℃，滴加入0.1克的過氧化苯甲酰和10毫升甲苯配成的溶液，15分鐘左右加完，于85～90℃保溫反應(yīng)4～5小時(shí)后，降溫到室溫，過濾，用50毫升甲苯分三次淋洗濾餅，濾餅干燥后得白色粉末為聚合物(I)20.0克，收率98％。
例4聚合物(II)的合成即苯乙烯-馬來酸酐交替共聚物(I)的胺化反應(yīng)在125毫升的配有攪拌、溫度計(jì)、回流冷凝器的三口瓶中投入40毫升(0.599摩爾)的乙二胺和0.2克(0.0005摩爾)的十六烷基三甲基溴化銨，開動(dòng)攪拌直至催化劑完全溶解，然后滴加入5.0克(0.0155摩爾聚合單元)聚合物(I)溶于20毫升N，N-二甲基甲酰胺配成的溶液，15分鐘左右加完，升溫至90～95℃，保溫反應(yīng)9小時(shí)。然后降溫到室溫，過濾，用100毫升無水乙醇分?jǐn)?shù)次淋洗濾餅直至濾液中不含有乙二胺，濾餅經(jīng)真空干燥后得淡黃色固體為聚合物(II)7.2克，收率90％，IR(KBr)νmax3425(s，γNH2)，3300(s，γNH3+)，1630(s，γCONH)cm-1。
例5聚合物緩釋劑(III)的合成即2-[3’-(5’-甲基異惡唑基)]氧基乙酸與聚合物(II)的?；磻?yīng)在125毫升的配有攪拌、溫度計(jì)、回流冷凝器及通氮?dú)庋b置的四口瓶中投入1.0克(0.0031摩爾)的聚合物(II)和80毫升干燥的1，2-二氯乙烷，開動(dòng)攪拌，通入氮?dú)猓?～9小時(shí)后降溫至0～5℃，加入5毫升三乙胺，滴加入1.5克(0.0078摩爾)的2-[3’-(5’-甲基異惡唑基)]氧基乙酸酰氯和10毫升干燥的1，2-二氯乙烷的溶液，20分鐘加完，于室溫下繼續(xù)反應(yīng)5小時(shí)后，過濾，用100毫升無水乙醇分?jǐn)?shù)次淋洗濾餅直至濾液為無色，濾餅經(jīng)真空干燥后得淡黃色固體為聚合物緩釋劑(III)1.2克，收率68％。經(jīng)烏氏粘度法測(cè)定，平均分子量為60,000，即聚合度n＝100。
例6聚合物緩釋劑(IV)的合成即3-(3’-異氰酸酯基-4’-甲基苯胺基羰基)氧基-5-甲基-異惡唑與聚合物(II)的縮合反應(yīng)在125毫升的配有攪拌、溫度計(jì)、回流冷凝器及通氮?dú)庋b置的四口瓶中投入1.0克(0.0031摩爾)的聚合物(II)和80毫升干燥的1，2-二氯乙烷，開動(dòng)攪拌，通入氮?dú)猓?～9小時(shí)后，加入0.2克月桂酸二丁基錫，滴加入2.0克(0.0065摩爾)的3-(3’-異氰酸酯基-4’-甲基苯胺基羰基)氧基-5-甲基-異惡唑20毫升干燥的1，2-二氯乙烷的溶液，20分鐘加完，于室溫下繼續(xù)反應(yīng)24小時(shí)后，過濾，用30毫升干燥的1，2-二氯乙烷分三次淋洗濾餅，濾餅經(jīng)真空干燥后得淡黃色固體為聚合物緩釋劑(IV)2.5克，收率91％。經(jīng)烏氏粘度法測(cè)定，平均分子量為72,000，即聚合度n＝100。
例7緩釋劑中間體的生物活性測(cè)定試樣1、試樣2和原藥分別為2-[3’-(5’-甲基異惡唑基)]氧基乙酸、3-(3’-異氰酸酯基-4’-甲基苯胺基羰基)氧基-5-甲基-異惡唑和惡霉靈。
試樣1、試樣2和原藥的處理量均為20、2ug/ml，設(shè)不加藥劑的空白對(duì)照，每個(gè)處理4次重復(fù)；測(cè)定靶標(biāo)為棉花立枯病、玉米小斑病、小麥根腐病、小麥赤霉病。將溶好的特制培養(yǎng)基冷卻至60℃～70℃，按上面所設(shè)濃度加入定量藥劑，制成含有不同藥量的含毒培養(yǎng)基，待其充分冷卻后，接種直徑為0.5cm的供試菌片，放置培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。培養(yǎng)溫度25±1℃。在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72小時(shí)后進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查時(shí)分別測(cè)定每個(gè)處理的菌落生長直徑，并計(jì)算抑菌率。
具體數(shù)據(jù)見表1表1生物活性測(cè)定結(jié)果

例8聚合物緩釋劑(III)和聚合物緩釋劑(IV)的緩釋作用生測(cè)結(jié)果25％惡霉靈聚合物及惡霉靈原藥處理劑量為500ug/ml，設(shè)不加藥劑的空白對(duì)照，每個(gè)處理4次重復(fù)；供試作物為蠶豆，測(cè)試靶標(biāo)為水稻紋枯病。選擇生長整齊一致的盆栽蠶豆苗，剪去生長點(diǎn)后按設(shè)計(jì)濃度在作物噴霧機(jī)上噴霧處理(噴液量為1000kg/ha)，在通風(fēng)櫥內(nèi)涼干后放置溫室培養(yǎng)；分別于藥劑處理后1、3、5、10、20、30、40天，剪取蠶豆葉片放置培養(yǎng)皿中進(jìn)行保濕處理，并接種水稻紋枯病病菌，接種后放置植物生長箱(24℃，RH＞90％)中保濕培養(yǎng)，待空白對(duì)照充分發(fā)病后調(diào)查藥劑的防治效果。具體數(shù)據(jù)見表2表2緩釋作用生測(cè)結(jié)果

可見，聚合物緩釋劑(III)和聚合物緩釋劑(IV)有明顯的緩釋效果，作用可持續(xù)40天，而惡霉靈原藥持效期僅有10天左右。
權(quán)利要求
1.高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑，其特征在于將殺菌劑惡霉靈以共價(jià)鍵的形式鏈接在高分子載體上，由如下結(jié)構(gòu)(1)所示的聚合單元構(gòu)成 其中，X為 n為從10到200,000的整數(shù)。
2.權(quán)利要求1所述的高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑的合成方法，包括以下步驟(1)將殺菌劑惡霉靈與氯乙酸及三氯化磷反應(yīng)生成惡霉靈氧乙酰氯縮合物；(2)將殺菌劑惡霉靈與甲苯-2，4-二異氰酸酯(TDI)反應(yīng)生成惡霉靈-TDI加成物；(3)以苯乙烯和馬來酸酐為原料制備苯乙烯-馬來酸酐交替共聚物，再與乙二胺進(jìn)行胺化反應(yīng)，生成帶有側(cè)鏈的苯乙烯-馬來酸酐交替共聚物；(4)將縮合物或加成物與帶有側(cè)鏈的苯乙烯-馬來酸酐交替共聚物反應(yīng)，生成含惡霉靈活性成分的高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑。
3.權(quán)利要求1所述的高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，其特征在于這種高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑本身不表現(xiàn)出殺菌活性，但其在使用環(huán)境下可發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，釋放出足夠量的惡霉靈或含惡霉靈的碎片，具有緩釋殺菌的作用。
全文摘要
一種聚合單元結(jié)構(gòu)如式(1)的高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑及其制備方法和應(yīng)用。將殺菌劑惡霉靈鏈接高分子載體上，生成的含惡霉靈活性成分的高分子型化學(xué)緩釋殺菌劑本身不表現(xiàn)出殺菌活性，但其在使用環(huán)境下可發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，釋放出足夠量的惡霉靈，具有緩釋殺菌的作用，可用作農(nóng)菌劑。n為從10到200,000的整數(shù)。
文檔編號(hào)A01N25/10GK1419826SQ0113347
公開日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2001年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月20日
發(fā)明者劉冬雪, 臺(tái)立民, 魏峰, 王新, 吳玉春, 劉博 , 旋詠梅, 張曉燕, 王炳帥, 李建華, 譚波 申請(qǐng)人:沈陽化工研究院