Strobilurins类杀菌剂的作用机制和化学合成

1999 年 strobilurin 及其相关杀菌剂的总销售额 约为 6.2 亿美元，代表了全球杀菌剂市场的 10％以 上，这对于刚开发 4 年的品种来说取得的成就是相
这些天然化合物由一系列担子菌木霉真菌如 Oudemansiella mucida Hoehn 和 Strobilurus tenacellus Singer 产生， myxothiazol A 是由 Myxococcus fulvus 产 生 。 Strobilurins 类 杀 菌 剂 、 oudemansins 和 myxothiazoles 的活性来源于它们能键合在细胞色素 b 的 Q0 位置，从而抑制线粒体的呼吸作用。细胞色
第2卷 第2期 2003 年 4 月
现 代 农 药 Modern Agrochemicals
Vol.2 No.2 Apr. 2003
新品种新技术
Strobilurins 类杀菌剂的作用机制和化学合成
陆玉峰
（江苏省常州方圆制药厂 摘 要 江苏常州 213022）
柏亚罗
（江苏省农药科技信息站 南京 210036）
NHSO 2 NH2 t-Bu SINOMIN O NHCONMe2 N
MeO2C
OMe I Me
MeO 2C
OMe V
CH3
O
N
ISOXYL
O MeO2 C VI OMe
O MeO2 C N OMe
日本盐野义公司在开发异恶唑类化合物时合成 了一些氨基甲酰基异恶唑衍生物，这些化合物应用 于水稻田对稻瘟病特别有效，但是这些化合物的离 体杀菌活性较低。ISOXYL 在土壤中的异恶唑开环 代谢物给了公司一个启发：这些化合物在稻田的水 或土壤中其异恶唑环被开环激活。为此，公司设计 了许多新的含打开异恶唑环的化合物。这一研究工 作促进了 metominostrobin 杀菌剂的发现。
物，并通过 X-衍射（ 2.3Å ）进行分析，许多文献都 在讨论 strobilurins 的键合方式，但还未见高分辨结 构的报道。不过，可以预见，不久的将来一定可以 知道 strobilurins 、 famoxadone 和 fenamidone 的精确 键合方式。
2 合成化学
天然产物不适合用作农业杀菌剂，然而知道了 它们的结构和理化性质为先正达和巴斯夫公司独立 研究这类化合物提供了合成起点，他们经过几年的 努力，几乎同时开发出他们的第一个拟 strobilurins 类杀菌剂，两公司已详细报道了这项工作。
O MeO2 C I N O MeO 2C III N O CN azoxystrobin N O MeO2 C OMe OMe O O MeO2C IV OMe OMe MeO2C II OMe
图2
azoxystrobin 的发现历程
Azoxystrobin 的发现历程如图 2，strobilurin A 虽然对琼脂培养基中的真菌生长有活性，然而对温 室中植物真菌生长并无防治作用， 这是由 strobilurin A 对光的不稳定和所具的挥发性引起。研究中，人 们发现 strobilurin A (Z)-烯键可以被邻-取代苯取代， 得到 1,2-二苯乙烯（I） ，该化合物挥发性较低，比 天然产物对光更稳定。1,2-二苯乙烯（I）在温室中 有活性，然而在光照下降解太快而不能在田间表现 出高活性。二苯醚（II）在光照条件下更稳定，在 田间试验中显现活性，但不经济，然而，它在植物 体内具有内吸性， 这是许多现代杀菌剂的重要特性。 通过喷雾，该化合物能在植物体内进行再分配，从 而提供了田间效果。对化合物（II）进行修饰，形 成同类物（III）和（ IV） 。吡啶（III）不但保留了 化合物（ II）的活性，而且在植物体内具有高的流 动性。三环衍生物（ IV）的活性得到进一步提高，
MeO2C strobilurin A
OMe
MeO2C oudemansin A OMe
OMe
S N
N S myxothiazol A MeO CONH2
图1
天然 strobilurins 的代表
a 由 ICI 公司发现，目前该公司的农化部属于先正达公司。 b 由诺华公司发现，2000 年该品种因公司合并所需卖给了拜耳公司。 c 由罗姆- 哈斯公司发现，该公司的农化部目前属于安万特公司。
O b R2 O NHR1 N a b R
2ห้องสมุดไป่ตู้
kresoxim-methyl
图3
kresoxim-methyl 的发现历程
Kresoxim-methyl 的发现历程如图 3。同样二苯 乙烯化合物较 strobilurin A 稳定。同类物 V 和二苯 醚结构 VI 被制备出来，并证明有杀菌活性，对 VI 的结构进行优化得到 kresoxim-methyl。 Azoxystrobin 和 kresoxim-methyl 结构上的重要区别是， 后者含有 (E)-甲氧基亚氨基乙酸甲酯基团，而前者含有(E)-â甲氧基丙烯酸结构。 最早关于含天然(E)-â-甲氧基丙 烯酸甲酯基团的 strobilurins 合成物的专利是由先正 达公司申请的，较巴斯夫公司第一个 strobilurins 专 利早七个月。这些最早专利的发布阻碍了巴斯夫公 司对天然毒性基团的研究工作。于是巴斯夫公司发 现了(E)-甲氧基亚氨基乙酸甲酯基团，它与(E)-â-甲 氧基丙烯酸甲酯是电子等排物，与合适骨架连接后 提供活性。事实上先正达与巴斯夫几乎同时实现了 同样的发现，然而在这种情况下，专利顺序发生了 逆转，巴斯夫较先正达早两天获得专利权。 由此可见，先正达和巴斯夫早期研究工作是惊 人的相似：两公司为了提高光稳定性，将 strobilurin A 的 2-烯键位置用邻取代苯环代替从而得到 1,2-二 苯乙烯化合物 I。两公司后来发现，为了不失杀菌 活性， 对(E)-â-甲氧基丙烯酸甲酯进行修饰的范围相 对较小，所以结构中的这部分被认为是毒性基团。 相反，化合物 I 中的苯乙烯基团被一系列基团取代 后，产生了许多具有杀菌活性的化合物，这是合成 化学工程的理想情况之一，因为它给出了修饰化合 物、改变物理性质的范围。然而，两公司研究的后 期阶段存在很大不同，从而发现了生化性质差别较 大的 azoxystrobin 和 kresoxim-methyl。 Azoxystrobin 和 kresoxim-methyl 都是对天然化
表1
杀菌剂品种 azoxystrobin（嘧菌酯）a kresoxim-methyl（醚菌酯） metominostrobin（苯氧菌胺） trifloxystrobin（肟菌酯）b picoxystrobin pyraclostrobin famoxadone（恶唑菌酮） fenamidone（咪唑菌酮） flusxastrobin
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陆玉峰，等：Strobilurins 类杀菌剂的作用机制和化学合成
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然而其亲脂性很强而不能证明其具有内吸作用。研 究人员通过对 II，III，IV 进行综合，加上大量的经 验，最终发现了化合物 azoxystrobin。
合物 strobilurin A 的成功模拟，而日本盐野义公司 的 metominostrobin 的发现却另辟蹊径。 日本盐野义 ® 公司是开发抗生素 SINOMIN 和除草剂 ISOXYL® 的公司，它们的结构式分别为：
c
1 生化作用机制
Strobilurins 类杀菌剂的发现是受一组具有杀菌 活性的天然 â-甲氧基丙烯酸衍生物的影响，这些衍 生物中最简单的化合物是 strobilurin A、 oudemansin A 和 myxothiazol A。
OMe
strobilurins 及其相关杀菌剂
公司 先正达 巴斯夫 盐野义 拜耳 先正达 巴斯夫 杜邦 安万特 拜耳 公布时间 首次面市时间 1992 年 1992 年 1993 年 1998 年 2000 年 2000 年 1996 年 1998 年 1994 年 1996 年 1996 年 1999 年 1999 年 2002 年 2002 年 1997 年 2001 年
本文概括了 strobilurins 类杀菌剂的发现过程、生化作用机制以及化学合成方法。 strobilurins 发现 机制 合成 当杰出的，销路领先的应用领域包括谷物、草坪、 葡萄、 马铃薯、 水果、 坚果和蔬菜作物。 Azoxystrobin 的现有特征极好地反映了 strobilurins 类杀菌剂在农 业方面的巨大影响， 目前该品种已在世界上 72 个国 家的 84 种不同作物上登记，代表了 400 多个作物/ 病害体系。1999 年 azoxystrobin 的销售额为 4.15 亿 美元，跃为世界上最大的杀菌剂品种。
关键词
0 前言
Strobilurins 类杀菌剂是一类重要的农用杀菌 剂，它的发现是受具有杀菌活性的天然化合物 â-甲 氧基丙烯酸衍生物的启发。本文总结了目前商品化 的该类杀菌剂及相关品种的发现、生化作用机制及 其合成方法。文中仅包括在该领域具有重要特性的 商品化 strobilurins 类杀菌剂和即将商品化的品种。 Strobilurins 类杀菌剂是 1996 年开始上市的， 至 今已有 6 个市售品种（如表 1） ，另外，还有两个品 种 famoxadone 和 fenamidone ， 其 化 学 结 构 与 strobilurins 类杀菌剂大不相同，但与 strobilurins 类 杀菌剂具有同样的交互抗性基团，目前也已上市。 我国沈阳化工研究院开发的 SYP-Z071 杀菌剂也属 此列，目前该品种已申请了中国和美国专利。
收稿日期：2002-11-14 作者简介：陆玉峰（1969- ） ，男，工程师，主要从事精细化工合成工作。
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现 代 农 药
第2卷 第2期
素 b 是细胞色素 bc1 复合物的一部分，位于真菌和 其它真核体的线粒体内膜，一旦某个抑制剂与之键 合，它将阻止细胞色素 b 和 c1 之间的电子传递，从 而，通过阻止 ATP 的产生而干扰真菌内的能量循 环，由于这类天然产物与它们的合成同类物能在键 合位置相互替换，这就表明它们的键合是可逆的。 目前已经知道有许多种不同的呼吸抑制剂，然 而在呼吸通道中，它们的键合位置有许多差异。天 然产 strobilurins 类杀菌剂中，首次分离出来的 strobilurins 、oudemansins 和 myxothiazols 之所以重 要，是因为人们认识到它们键合位置的独特性和重 要性，这种独特性是前所未有的。这些天然物质以 及一些合成的同类物（尤其是图 2 中的反二苯代乙 烯结构的化合物）成了人们研究线粒体呼吸作用详 细机理的重要工具。 具有杰出生化作用机制的杀菌剂的发现并不是 件容易的事，所以 strobilurins 类杀菌剂最早能同时 引起至少两个公司——先正达和巴斯夫的注意是不 足为奇的。农化公司对具有杰出作用机制的天然化 合物兴趣不减，是因为合成这类化合物的同类物不 会与市售产品产生交互抗性。 理论上讲，这些特殊天然产物的作用机制活性 较低，因为抑制呼吸可能会引起选择性的问题，如 呼吸抑制剂可能对非靶标有毒。 曾经有文献报道称， myxothiazol A 对小鼠毒性相对较高， 然而 strobilurin A 对小鼠毒性却低。 这就提出一个建议， strobilurins 类杀菌剂对不同的真菌可能会获得不同的选择性。 自从 strobilurins 和相关天然化合物被发现以 来，人们还发现了与该类化合物结构差异较大，但 也键合在细胞色素 b 的 Q0 位置的化合物。 从商品化 角度来看，其中最重要的化合物是合成的杀菌剂 famoxadone 和 fenamidone ，它们分别由杜邦和安万 特公司发现并市场化。 对 famoxadone 的详细研究表 明，famoxadone 与 myxothiazol A 的键合位置不完 全相同，但有部分重迭。 虽 然 strobilurins 类 化 合 物 oudemansins 和 myxothiazoles 的作用机制已经被阐明，但膜键合蛋 白和蛋白络合物，甚至是小分子量络合物都没有结 晶出来。细胞色素 bc1 络合物由 11 个亚单元组成， 其总分子量约为 240 kD， 如此复杂的物质使得结晶 和 X-衍射分析变得非常困难。然而，最近几年中， 这项任务已经完成。有几组研究人员已经从母牛、 小鸡和酵母的线粒体中结晶出色素细胞 bc1 的络合