NO164023B - 2-azetidinyl-eddiksyre, middel inneholdende samme og anvendelse av 2-azetidinyl-eddiksyre ved sterilisering av en plantes stoevknapper. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår 2-azetidinyl-eddiksyre, et middel inneholdende samme og anvendelse av 2-azetidinyl-eddiksyre ved sterilisering av en plantes støvknapper.

For å oppnå F^^-hybrid-frø, som har mange fordeler i forhold til ikke-hybrid-frø, kryssbestøver frø-oppdretterne omhyggelig utvalgte moderplanter. Når det gjelder planter som har tvekjønnede blomster og i alminnelighet selv-bestøves, for eksempel små kornplanter, forhindres selvbestøvning, og kryssbestøvning oppnås ved at (hann)-støvknappene fjernes fra hver av blomstene med hånd, en operasjon som er høyst tidkrevende og fordrer høyt kvalifiserte fagarbeidere. Det er blitt utført mye forskning når det gjelder behandlinger med kjemikalier som frembringer hann-sterilitet og derved gir den samme effekt.

Det er således kjent fra Fiziologia Rasteniya 13,6 (1966), s. 978-87, at den (naturlig forekommende) L-azetidin-2-karboksyl-syre inhibirer blomsterstøvspiring in vitro. Søkerne har imidlertid lagt merke til at når denne forbindelse påføres planter, frembringer den liten steriliserende effekt. Dessuten viser forbindelsen seg å være nokså fytotoksisk.

Søkerne har overraskende funnet at 2-azetidinyl-eddiksyre, som er en ny forbindelse, forårsaker hann-sterilitet hos planter uten utilfredsstillende bivirkninger så som fytotoksisitet.

Foreliggende oppfinnelse angår således en ny kjemisk forbindelse, karakterisert ved at den er 2-azetidinyl-eddiksyre.

Videre angår oppfinnelsen et middel til sterilisering av en plantes støvknapper, karakterisert ved at det omfatter 2-azetidinyl-eddiksyre sammen med minst én egnet bærer og/eller et overflateaktivt middel.

Som nevnt innledningsvis omfatter oppfinnelsen også anvendelse av 2-azetidinyl-eddiksyre ved sterilisering av en plantes støvknapper.

Forbindelsen ifølge oppfinnelsen kan fremstilles ved at en forbindelse med den generelle formel hvor X representerer et hydrogenatom eller en alkyl- eller aralkylgruppe, fortrinnsvis med fra ett til fire alifatiske karbonatomer, hydrolyseres, eventuelt fulgt av erstatning av X-gruppen.

Gruppen X er hensiktsmessig en beskyttende gruppe på nitrogenatomet, for eksempel en tosyl-, en benzyl- eller en benzhydrylgruppe, som kan fjernes ved teknikker kjent for de-N-beskyttelse av f.eks. aminosyrer, så som hydrogenering eller andre reduksjoner.

En bærer i et middel ifølge oppfinnelsen er et hvilket som helst inert materiale med hvilket .den aktive bestanddel blandes for å lette påføring på den plante som skal behandles, eller for å lette lagring, transport eller håndtering. En bærer kan være et faststoff eller en væske, innbefattende et materiale som normalt er gassformig, men som er blitt komprimert under dannelse av en væske, og hvilke som helst av de bærere som i alminnelighet anvendes ved utforming av landbruksmidler, kan anvendes.

Egnede faste bærere innbefatter naturlige og syntetiske leirarter og silikater, for eksempel naturlige silikater så som diatoméjord; magnesiumsilikater, for eksempel, talkarter; magnesiumaluminiumsilikater, for eksempel attapulgitter og vermikulitter; aluminiumsilikater, for eksempel kaolinitter, montmorillonitter og glimmer; kalsiumkarbonat; kalsiumsulfat; ammoniumsulfat; syntetiske hydratiserte silisiumoksyder og syntetiske kalsium- eller aluminiumsilikater; grunnstoffer, for eksempel karbon og svovel; naturlige og syntetiske harpikser, for eksempel kumaronharpikser, polyvinylklorid og styrenpolymerer og -kopolymerer; faste polyklorfenoler; bitumen; voksarter; og faste kunstgjødningsstoffer, for eksempel superfosfater.

Egnede flytende bærere innbefatter vann; alkoholer, for eksempel isopropanol og glykoler; ketoner, for eksempel aceton, metyletylketon, metylisobutylketon og cykloheksanon; etere; aromatiske eller aralifatiske hydrokarboner, for eksempel benzen, toluen og xylen; petroleumfraksjoner, for eksempel kerosin og lette mineraloljer; klorerte hydrokarboner, for eksempel karbontetraklorid, perkloretylen og trikloretan. Blandinger av forskjellige væsker er ofte egnet.

Landbruksmidler utformes og transporteres ofte i kon-sentrert form som deretter fortynnes av brukeren før anvendelse. Tilstedeværelsen av små mengder av en bærer som er et overflateaktivt middel, letter denne fortynningsprosess. Således er fortrinnsvis minst én bærer i et preparat ifølge oppfinnelsen et overflateaktivt middel. For eksempel kan preparatet inneholde minst to bærere, idet minst ett av dem er et overflateaktivt middel.

Et overflateaktivt middel kan være et emulgeringsmiddel, et dispergeringsmiddel eller et fuktemiddel; det kan være ikke-ionisk eller ionisk. Eksempler på egnede overflate-aktive midler innbefatter natrium- eller kalsiumsaltene av polyakrylsyrer og ligninsulfonsyrer; kondensasjonsproduktene av fettsyrer eller alifatiske aminer eller amider som inneholder minst 9 karbonatomer i molekylet med etylenoksyd og/eller propylenoksyd; fettsyreestere av glycerol, sorbitan, sakka-rose eller pentaerytritol; kondensater av disse med etylenoksyd og/eller propylenoksyd; kondensasjonsproduk-ter av fettalkoholer eller alkylfenoler, for eksempel p-oktyl-fenol eller p-oktylkresol, med etylenoksyd og/eller propylenoksyd; sulfater eller sulfonater av disse kondensasjonsproduk-ter; alkali- eller jordalkalimetallsalter, fortrinnsvis natriumsalter, av svovel- eller sulfonsyreestere som inneholder minst 10 karbonatomer i molekylet, for eksempel natriumlauryl-sulfat, natrium-sek.-alkyl-sulfater, natriumsalter av sulfo-nert ricinusolje, og natriumalkylarylsulfonater såsom natrium-dodecylbenzensulfonat; og polymerer av etylenoksyd og kopolymerer av etylenoksyd og propylenoksyd.

Midlene ifølge oppfinnelsen kan for eksempel være utformet som løselige eller fuktbare pulvere, støv, granuler, opp-løsninger, emulgerbare konsentrater, emulsjoner, suspensjons-konsentrater og aerosoler. Fuktbare pulvere inneholder vanligvis 25, 50 og 75 vekt% aktiv bestanddel og inneholder vanligvis i tillegg til fast, inert bærer, 3-10 vekt% av- et dispergeringsmiddel og, hvor nødvendig, 0-10 vekt% stabili-seringsmiddel (-midler) og/eller andre additiver såsom inntrengningsmidler eller klebemidler. Støv utformes vanligvis som støvkonsentrat med en lignende sammensetning som for et fuktbart pulver men uten dispergeringsmiddel, og fortynnes på bruksstedet med ytterligere fast bærer under oppnåelse av et middel som vanligvis inneholder 1/2-10 vekt% aktiv bestanddel. Granuler fremstilles vanligvis slik at de får en stør-relse på mellom 10 og 100 BS-mesh (1,676-0,152 mm), og kan fremstilles ved agglomerings- eller impregneringsteknik-ker. I alminnelighet vil granuler inneholde 1/2-75 vekt% aktiv bestanddel og 0-10 vekt% additiver såsom stabiliseringsmidler, overflateaktivé midler, sakte-frigivnings-modifise-ringsmidler og bindemidlér. De såkalte "tørre strømbare pulvere" består av forholdsvis små granuler med en forholdsvis høy konsentrasjon av aktiv bestanddel. Emulgerbare konsentrater inneholder vanligvis, i tillegg til et løsningsmiddel og, når nødvendig, ko-10sningsmiddel, 10-50 vekt/volum% aktiv bestanddel, 2-20 vekt/volum% emulgeringsmidler og 0-20 vekt/- volum% av andre additiver såsom stabiliseringsmidler, inntrengningsmidler og korrosjonsinhibitorer. Suspensjons-konsentrater er vanligvis sammensatt slik at det oppnås et stabilt, ikke-sedimenterende strømbart produkt, og de inneholder vanligvis 10-75 vekt% aktiv bestanddel, 0,5-15 vekt% dispergeringsmiddel, 0,1-10 vekt% suspensjonsmidler såsom beskyttende kolloider og tiksotropiske midler, 0-10 vekt%

av andre additiver såsom skumhindrende midler, korrosjonsinhibitorer, stabiliseringsmidler, inntrengningsmidler og klebemidler, og vann eller en organisk væske hvori den aktive bestanddel er i det vesentlige uløselig; visse organiske fast-stoffer eller uorganiske salter kan være tilstede oppløst i preparatet for å hjelpe på forhindring av sedimentering eller som antifryse-midler for vann.

Vandige dispersjoner og emulsjoner, for eksempel midler som fås ved fortynning av et fuktbart pulver eller et konsen-trat ifølge oppfinnelsen med vann, er også innenfor den foreliggende oppfinnelses ramme. De nevnte emulsjoner kan være av vann-i-olje- eller av: olje-i-vann-typen, og kan ha en tykk "majones"-lignende konsistens.

I mange, hvis ikke de fleste, tilfeller påføres azetidin-forbindelsen som vann-oppløsning som inneholder en liten mengde av et inert overflateaktivt middel, idet et ikke-ionisk

materiale er egnet til formålet.

Anvendelsen ifølge oppfinnelsen frembringer i alminnelighet planter hvori hann-sterilitet er blitt forårsaket uten noen vesentlig effekt på plantenes hunn-fruktbarhet. De behandlede planter er således fullstendig egnet for anvendelse ved hybridfrø-fremstilling. Anvendelsen ifølge oppfinnelsen kan dessuten være nyttig i tilfeller hvor det ikke ønskes noen fruktsetting, for eksempel i tilfeller hvor en plante skal anvendes bare som pryd-bladverk'og det er ønskelig å unngå det søl som forårsakes av uønsket nedfalt frukt.

Derfor kan oppfinnelsen også komme til anvendelse ved fremstilling av F^-hybridfrø, som omfatter kryssbestøvning av en plante som er blitt behandlet med forbindelsen ifølge oppfinnelsen for støvknapp-sterilisering, med en annen plante av en annen sort (varietet, "cultivar", klon).

Skjønt forbindelsen ifølge oppfinnelsen er spesielt godt egnet til behandling av kornplanter, er den også egnet til behandling av blomstrende planter generelt. Anvendelsen ifølge oppfinnelsen er således av interesse når det gjelder oppdrett av slike dyrkningsplanter som hvete, bygg, havre, rug, lin, humle, mais, durra, bokhvete, hirse, "triticale", sesam, solsikke, saflortistel, soyabønner, linser, sennep, bomull, jordnøtter, ris, raps, sukkerroer, sukkerrør og tobakk; grønnsaker så som tomater, bønner, erter, selleri og løk; gras-og bredbladede forplanter så som lucern, kløver, "Sudan grass", "lespedeza", vikke og grasarter; agurkarter så som agurk, gresskar og meloner; korsblomstrede (kålplanter) så som kål, brokkoli og blomkål; og prydplanter så som ettårige og flerårige planter av interesse i planteskole- eller husholdningshage-bransjen.

Forbindelsen eller midlet kan påføres på en plante

eller dens frø på hvilket som helst utviklingsstadium,

men det har vist seg at den beste virkning oppnås når planten behandles på et tidspunkt i løpet av blomsterstøvets

utvikling - d.v.s. mellom begynnelsen av blomstringen og modningen av blomsterstøvet, når blomsterstøv-kornene blir uavhengige av det ernæringsvev som omgir dem inne i støv-knappen. Fortrinnsvis påføres azetidin-forbindelsen litt før blomsterstøvet er fullstendig modent, for å sikre beve-gelse av en effektiv dosis av azetidinet inn i det angjel-dende plantevev, som antas å være blomsterstøvkprnene, i rette tid til å bevirke sterilisering av blomsterstøvet.

Azetidinet påføres passende med en dosis på fra 0,05 til 10 kg pr. hektar, fortrinnsvis 0,25-2,5 kg/hektar.

Oppfinnelsen vil bli ytterligere illustrert ved de føl-gende eksempler.

Eksempel 1 - Fremstilling av 2- azetidinyleddiksyre.

(a) Metylesteren av DL-(l-benzhydrylazetidin-2-yl)-karbok-sylsyre (fremstilt ved forestring av syrebromidet fremstilt ifølge Rodebaugh, R.M. og Cromwell, N.H., Y. Hetero-cyclic Chem. 6 (1969)435, med metanol), ble oppløst i en mengde på 9 g i 80 ml dietyleter. Denne oppløsning ble tilsatt i løpet av 20 minutter til 2 g LiAlH^ i 50 ml dietyleter, og oppløsningen ble omrørt ved tilbakeløps-temperatur i 2 timer. Vann (2 ml) ble tilsatt, deretter 2 ml 15% NaOH og endelig 6 ml vann. Blandingen ble om-rørt i 1 time og fikk stå i 15 timer. Faststoffene ble filtrert fra, og filtratet ble fordampet under oppnåelse av 8 g av et oljeaktig produkt (l-benzhydryl-2-hydroksy-metylazetidin, 99 mol% utbytte). (b) Produktet fra trinn (a) (8 g) og 3,2 g trietylamin ble blandet i 50 ml toluen, hvoretter 3,7 g mesylklorid ble tilsatt ved 0°C i løpet av 15 minutter. Etter omrøring i 16 timer ved 20°C ble bunnfallet av trietylammonium-klorid filtrert fra og filtratet fordampet. Dette ga ca. 11 g råprodukt (l-benzhydryl-2-mesyloksymetylazeti-din) . (c) Råproduktet fra trinn (b) ble oppløst i 120 ml dimetyl-formamid og tilsatt til en mettet oppløsning av NaCN (4,7 g i 9 ml H20) ved 65°C i løpet av 10 minutter. Oppløsningen ble omrørt ved denne temperatur i 16 timer, deretter avkjølt og hellet i vann. Det organiske materiale ble ekstrahert med Ot^C^, vasket med salt-oppløsning, tørket og fordampet. Residuet ble renset ved kromatografi på silikagel under anvendelse av en opp-løsning av etylacetat (10%) i lett petroleum som elueringsmiddel, hvilket ga 5,1 g produkt. Rekrystallisa-sjon fra metanol ga 3,9 g krystallinsk l-benzhydryl-2-cyanometylazetidin, med et smeltepunkt på 82-85°C. Elementaranalyse (beregnet): 82,41% C, 6,92% H, 10,68% N;

(funnet): 82,5% C, 7,0% H, 10,65% N. Massespektometri viste en molekylvekt på 262 (korrekt). (d) Nitrilet fremstilt i trinn (c) ble kokt under tilbakeløp med 2,5 g NaOH i en blanding av 36 ml etanol og 24 ml vann i 6 timer og fikk deretter avkjøles i 16 timer. Blandingen ble hellet i vann, vasket med eter og sur-gjort til pH 5. Det ble ikke dannet noe bunnfall. Løs-ningsmidlet ble fordampet og residuet ble tilsatt metanol og filtrert for fjerning av NaCl. Metanolen ble fordampet og residuet ble re-oppløst i kloroform, vasket med saltoppløsning, tørket og fordampet. Residuet veiet 5 g, idet det var rent (ifølge NMR og tynnsjiktskromato-grafi) l-benzhydryl-2-karboksymetylazetidin (93 mol% utbytte). (e) Produktet fra trinn (d) (5g) og 0,5 g av en katalysator av 5% palladium på karbon ble rystet i 130 ml metanol ved et trykk på 2,8 atm. og 50°C. Hydrogenet ble hurtig opptatt. Oppløsningen ble filtrert og fordampet, hvoretter den ble delt mellom H20 og CHC13. I^O-laget ble vasket én gang med CHC13 og fordampet. En del etanol ble tilsatt og fordampet igjen for fjerning av eventuelt vann, og residuet ble oppvarmet under vakuum (trykk 1 mm kvikksølv) for tørking. Det resulterende krystallinske materiale (2 g) ble rekrystallisert fra etanol under oppnåelse av 1,4 g rent 2-karboksymetylazetidin (formel I hvor R<1><=><R2><=> R<3> = R<4> = R<5> = R<6> = R = H), med et smeltepunkt på 132-137°C (utbytte 69%). Elementaranalyse (beregnet) for hydratet: 45,10% C, 8,33% H, 10,52% N;

(funnet): 45,3% C, 7,1% H, 10,45% N. Massespektret viste

en molekylvekt på 115 (korrekt). Denne syre ble også omdannet til sitt natriumsalt (spalt, over 200°C).

Eksempel 2 - Fremstilling av 2- metyl- 2- karboksymetyl- azetidin l-benzhydryl-2-metoksykarbonylmetyl-azetidin (5,2 g; opp-nådd som i Eksempel 1) i 15 ml tetrahydrofuran ble tilsatt i løpet av 20 minutter til en oppløsning av litiumdiisopropyl-amid (fra 13,5 ml l,5m n-butyl-litium og 3,7 ml diisopropyl-amin) i tetrahydrofuran (40 ml) ved -78° under en atmosfære av tørr nitrogen. Den oransje oppløsning fikk stå i 30 minutter ved -78°, og metyljodid (2,2 ml) i THF (5 ml) ble tilsatt i løpet av 5 minutter. Blandingen fikk stå i .ytterligere 30 minutter, og fikk deretter nå romtemperatur i løpet av 1 time. Mettet kalkoppløsning ble tilsatt (20 ml), og det organiske materiale ble ekstrahert i eter, vasket med kalkoppløsning, tørket over magnesiumsulfat og fordampet. Residuet ble renset ved hjelp av kromatografi og silikagel under anvendelse av 5% eter i bensin som elueringsmiddel. Dette ga 4,2 g produkt hvis struktur ble bekreftet ved NMR-spektroskopi, massespektrometri og forbrenningsanalyse. Omdannelse til den frie syre ble utført som i Eksempel 1 under oppnåelse av det ønskede produkt; smp. 231-232°C.

Analyse. Funnet C 55,1; H 9,1; N 10,8%

Beregnet for C6Hi;LN02 C 55,8; H 8,6; N 10,8%

Eksempler 3 og 4

Reaksjon mellom den frie syre som er beskrevet i Eksempel 1, og eddiksyreanhydrid eller med toluensulfonylklorid, gir henholdsvis: 3. l-acetyl-2-karboksymetyl-azetidin smp. 148-150°C. Analyse. Funnet C 52,6; H 7,1; N8,8%

Beregnet for C7<H>i;L<N>02 C 53,5; H7,0; N8,9%

4. l-tosyl-2-karboksymetylazetidin smp. 146-148 oC

Analyse. Funnet C53,2; H5,5; N5,l%

Beregnet for C12H15N04SC53,5; H5,6; N5,2%

Eksempler 5, 6 og 7

Idet man fulgte fremgangsmåter lik dem som er beskrevet i Eksemplene 1 og 3, ble de følgende ytterligere forbindelser ifølge oppfinnelsen fremstilt.

5. 4-metyl-2-karboksymetyl-azetidin, spalt. 210°C.

Analyse. Funnet C 55,3; H 9,0; N 10,8%

Beregnet for C6H11<N>02 C 55,8; H 8,6; N 10,8% 6. 3-metyl-2-karboksymetyl-azetidin, spalt. 170°C.

Analyse. Funnet C 54,3; H 8,7; N 10,3%

Beregnet for CgH^NOj C 55,8; H 8,5; N 10,9% 7. l-acetyl-2-metyl-2-karboksymetylazetidin.

Analyse. Funnet C54,1;H7,3;N8,1%

Beregnet for ^H-^N<C>^. C 53,5; H 7,0; N 8,9%

Eksempel 8 - Påvisning av blomstårstøv- undertrykkende aktivitet

Vår-hvete av arten Sicco ble dyrket i et beskyttet

miljø (d.v.s. et veksthus eller en polyeten-tunnel) i 13 cm potter som inneholdt en leir-basert kompost.

Den forbindelse som skulle testes, ble utformet som en vandig oppløsning som inneholdt 0,4% Triton (varemerke) i 40% aceton som ble anvendt som fuktemiddel. Preparatet ble sprøy-tet ut med en hastighet på 2 kg/ha i et totalt sprøytevolum på 650 l/ha.

Hann-sterilitet ble vurdert ved at 3 hovedstamme- og 3 skudd-aks ble anbrakt i cellofanposer fra hver potte ved aks-oppkomst for forhindring av kryssbestøvning. Når aksene i po-sene var modne, ble de høstet, og kornsetting ble registrert og sammenlignet med ubehandlede kontroller.

Resultatene er vist i den følgende tabell.

Det kan sees at testforbindelsen ga en reduksjon i frø-setting sammenlignet med de ubehandlede kontroller, hvilket tydelig illustrerer forbindelsens evne til å gi hann-sterilitet hos hvete. Det ble ikke observert noen fytotoksisitet.

Claims (3)

1. Kjemisk forbindelse, karakterisert ved at den er. 2-azetidinyl-eddiksyre.

2. Middel til sterilisering av en plantes støvknapper, karakterisert ved at det omfatter 2-azetidinyl-eddiksyre sammen med minst én egnet bærer og/eller et overflateaktivt middel.

3. Anvendelse av 2-azetidinyl-eddiksyre ved sterilisering av en plantes støvknapper.