保护水稻不受乙草胺毒害的组合物 发明领域
本发明涉及安全剂、除草组合物及其使用方法，更具体地，本发明涉及安全化的乙草胺组合物以及它们在水稻上的应用。
发明背景
对高效除草剂的需求无需特别强调。由于杂草的竞争抑制了叶、果实或种子及农作物的产量，因此对杂草和非所需植物的防治具有重要的经济意义。杂草的存在降低了收割效率和收获作物的质量。因此，抑制不需要的杂草的生长是非常有利的。
除草剂通常用于防治或根除多种作物的杂草。本发明特别强调的是抑制稻田中不需要的杂草。除草剂的使用，增加了水稻的产量，降低了收割成本。
在控制杂草生长所必需的除草剂用量下，一些除草剂会损害水稻作物。为了获得有效的防治效果，当除草剂对为害稻田的杂草达到最大的防除效果时，同时应对水稻作物的损害最小。对于损害作物超过可接受程度的除草剂而言，为利用其有益地方面，除草剂安全剂已被推广使用。这些安全剂降低或消除了除草剂对水稻的损害，而对杂草的防治效果基本没有影响。
本发明中使用的除草剂为2-氯-N-(乙氧基甲基)-6’-乙基-邻-乙酰甲苯胺，其通用名为乙草胺(acetochlor)，化学结构式如下：
保护一些作物使其不受乙草胺药害的技术在现有技术中已有记载。如美国专利US 4,964,893(“Brannigan等”，在此引入作为参考)公开了在高粱、玉米和大豆作物上乙草胺的安全剂。此外，该专利还公开了众所周知的除草剂--丁草胺，即2-氯-2’，6’-二乙基-N-(丁氧甲基)乙酰苯胺与合适的安全剂一起用于水稻作物。但是，乙草胺在水稻作物上的使用没有被公开。
Brannigan等公开了一些苯基(3-吡啶基)化合物，其中两种芳香环均未被取代。本发明公开的化合物在苯环上或吡啶环上具有取代基。吡啶环4-位的取代可增加这些化合物的解毒活性。苯环基团被取代同样可增加活性。
现已发现，本发明公开的化合物特别适于解除乙草胺对稻的毒性。正如下文的详细描述，稻可以通过各种方法生长或栽培。下文是对水稻各种栽培方法的描述。
在灌后芽后(postflood postemergence)(移栽)方法中，水稻在移栽至大田之前生长至2-4叶期，大田灌水、耕作(搅糊土壤)，直至泥土混匀。然后，将水稻植株移栽于这些泥土中。通常在灌水前或灌水后施用除草剂。
在灌后芽后(浸种)方法中，稻种浸泡24或更多小时，然后播种于浅水田表面。通常在杂草萌芽后施用除草剂。
在灌前芽后(preflood postemergence)直播(撒播或条播)方法中，水稻被撒播或用播种机播种于土表以下。大田淹灌(浇水)，以促进稻的生长。随着稻的萌芽，将大田灌水1周或1周以上。通常在水稻萌芽后灌水前施用除草剂。
在灌前芽后(东南亚栽培模式)方法中，稻种浸泡24或更多小时，大田耕作搅糊土壤直至规整一致，排水。然后，将催芽的种子撒播于土表。随着稻的生长将大田灌水。通常在水稻萌芽后灌水前施用除草剂。
最后，在芽前或延迟芽前(delayed preemergence)方法中，通常采用一种播种机播种。通常在水稻或杂草萌芽前施用除草剂。
在中国，乙草胺已用于稻田灌后杂草的防治，其以非常低的施用量作为芽后除草剂使用。但是，由于没有使用安全剂，水稻遭受药害，因而使用的效果不佳。
一般而言，通过观察几种因素之间的复杂相互作用，根据经验确定解毒活性。其中一些因素包括除草剂化合物的相互作用、防治的杂草类型、被保护的作物类型以及安全剂化合物本身。
虽然乙草胺在其它作物上的使用是公知的，但是应该考虑到，在有效抑制杂草所必需的用量下，乙草胺对稻有严重损害。令人惊奇的是，本发明人发现当使用一种安全剂时，乙草胺可以除草有效量用于水稻作物。合适的安全剂和乙草胺可以有效地用于防治杂草，同时使水稻药害减小到可以接受的水平。
发明概述
一方面，本发明涉及用作安全剂的式(I)化合物：其中：R是氢、C1-C6烷基、C1-C6卤代烷基或C1-C6烷氧基-C1-C6烷基；
R1是氢、卤素、C1-C6烷基、C1-C6卤代烷基或C1-C6烷氧基-C1-C6烷基；和
X是氢、卤素、C1-C6烷基、C1-C6卤代烷基或C1-C6烷氧基-C1-C6烷基；前提是X和R1中至少一个不是氢。
另一方面，本发明涉及一种除草组合物，它包含：a)除草有效量的乙草胺；和b)无植物毒性的解毒有效量的式(I)化合物：其中：R、R1和X的定义同上。
再一方面，本发明涉及一种减小乙草胺对水稻作物损害的方法，包含在植物所处的区域或场所内施用无植物毒性解毒有效量的式(I)化合物：其中：R、R1和X的定义同上。
发明详述
一方面，本发明涉及式(I)化合物：其中：R是氢、C1-C6烷基、C1-C6卤代烷基或C1-C6烷氧基-C1-C6烷基；
R1是氢、卤素、C1-C6烷基、C1-C6卤代烷基或C1-C6烷氧基-C1-C6烷基；和
X是氢、卤素、C1-C6烷基、C1-C6卤代烷基或C1-C6烷氧基-C1-C6烷基；前提是X和R1中至少一个不是氢。
优选的化合物为苯基-(4-氯-3-吡啶基)-甲氧基乙酸甲酯(化合物1，表I)；苯基-(4-氯-3-吡啶基)-甲氧基乙酸(化合物2，表I)；和邻-甲苯基-(3-吡啶基)-甲氧基乙酸乙酯(化合物3，表I)。
另一方面，本发明涉及一种除草组合物，它包含：a)除草有效量的乙草胺；和b)无植物毒性的解毒有效量的式(I)化合物：其中：R、R1和X的定义同上。
优选的化合物为苯基-(4-氯-3-吡啶基)-甲氧基乙酸甲酯(化合物1，表I)；苯基-(4-氯-3-吡啶基)-甲氧基乙酸(化合物2，表I)；和邻-甲苯基-(3-吡啶基)-甲氧基乙酸乙酯(化合物3，表I)。
再一方面，本发明涉及一种减小乙草胺对水稻作物损害的方法，包含在植物所处的区域或场所内施用无植物毒性解毒有效量的式(I)化合物：其中：R、R1和X的定义同上。
上式还包括这些化合物的物理上可辨别的各种变化形式：如因晶格中分子排列方式不同、分子某部分相对于其它部分的不可自由旋转性、几何异构化、或分子间或分子内的氢键引起的各种变化形式。这里使用的术语“卤素”包括氟、氯、溴、碘。
这里使用的术语“除草剂”和“除草的”是指抑制性地控制和改变非所需的植物的生长。抑制性控制和改变包括所有的与正常生长不同的偏离，例如：全部杀死、生长延迟、落叶、干燥、调节、生长受阻、分蘖(tillering)、刺激(stimulation)、烧叶和矮化。术语“除草有效量”是指用于非所需的植物本身或其生长区域时能达到控制或改变的量。这里的“植物”包括萌芽的种子、幼苗和已长成的植物，包括根和地上部分。
术语“解毒剂”、“安全剂”、“安全作用剂”、“拮抗剂”、“干扰剂”、“作物保护剂”都是常用的名词，是指能减轻除草剂对作物或作物种子的植物毒性的化合物。术语“作物保护剂”有时是指一种组合物，所含的活性成分是除草剂-安全剂组合物，它们防治与作物竞争的杂草，减轻除草剂对有价值作物的损害，同时抑制与作物共存的杂草或阻止其生长。安全剂的“解毒有效量”是指通过干扰除草剂对作物的作用，而不干扰对杂草的除草活性，使得除草剂选择性地作用于与作物共存的正在萌芽或生长的杂草从而保护作物所用的量。
解毒有效量的安全剂与乙草胺配伍使用。“无植物毒性”是指对所需水稻植物只有最小的或没有损害的量。优选乙草胺与安全剂的重量比范围在大约0.1∶1至大约30∶1之间。进一步优选的重量比范围在大约2∶1至大约2∶5之间。
4-位取代的吡啶基-3-甲醇的合成公开在美国专利US 5,308,826(在此引入作为参考)中。一般而言，式I化合物可通过以下方法制备：(A)在合适的碱存在，使式(III)所示的取代吡啶与式(IV)取代的苯甲醛反应其中：R1和X同上文式(I)中所定义；形成 式V所示的3-吡啶基甲醇和(B)使这种吡啶甲醇与溴乙酸烷基酯(如溴乙酸甲酯BrCH2CO2CH3)反应，得到式I化合物。
通常，在约-100℃至约-40℃的温度下，将约1-2当量的合适的碱(如二异丙基氨基锂或正丁基锂)加到于溶剂(如乙二醇二甲醚、四氢呋喃、乙醚等)中的式(III)所示的取代吡啶中。适当搅拌后，一般加入约1-2当量的取代的苯甲醛(IV)。
通常搅拌这种反应混合物并在1-24小时内缓慢升至室温(约25℃)。然后通常加入饱和氯化铵水溶液或盐酸水溶液中止反应。由此得到的吡啶基甲醇可通过常规技术(如萃取、过滤等)回收并且可采用传统方法如快速色谱法纯化。
在第二步中，一般可在约0℃，向溶解在合适溶剂(如四氢呋喃，二氯甲烷等)的吡啶基甲醇(V)中加入约1-4当量的合适碱(如氢化钠或三乙胺)。然后加入约1-3当量衍生化试剂，然后搅拌混合物直至反应完全。可通过加入冰水中止反应，并通过传统方法如萃取、过滤等回收产物。然后，可将由此回收到的产物通过常规技术如快速色谱法等纯化。
式(III)取代吡啶起始物既可以是市售的，也可以通过本领域技术人员采用如“杂环化合物，吡啶及其衍生物”(“Heterocyclic Compounds，Pyridine and its Derivatives”)，R.A.Abramovitch，第14卷，Wiley，1973中介绍的方法制备。式(IV)的醛起始物是市售的，或可采用如“有机合成概论”(“Survey of Organic Synthesis”)，C.A.Buehler等人，第1和2卷，Wiley-Interscience 1970中介绍方法制备。制剂
制剂是指以一定的形式掺混的配制物(formulant)，以获得直接用于作物和杂草的剂型。这里定义的“配制物”是指用于制剂的材料。配制物可以是单独的安全剂化合物或除草剂与安全剂的组合物。混配的目的是为了通过常规方法将混配物施用至作物需要选择性除草的位置。所说的“位置”包括土壤、种子、作物、作物种子、幼苗和营养体。
这里描述的解毒剂可以以多种适于施用的方式配制制剂：(a)解毒剂可配制成直接施用于作物种子的制剂；(b)解毒剂和除草剂可单独混配，单独施用或以合适的重量比混合同时施用，如桶混；(c)解毒剂和除草剂一起以合适的重量比混配。
对于任何给定组合物剂型和施用方式的选择可影响其活性，因此要进行选择。所以，本发明组合物可配制成可湿性粉剂、乳油、粉剂、流动剂、溶液、悬浮剂或乳剂、颗粒剂或控释剂如微胶囊剂。这些制剂可含有以重量计低至大约0.5％-高达约95％或更多的活性成分。对于任何给定化合物，最佳施用量取决于稻的品种和其生长环境。施用量一般为每公顷约0.01～11.5kg，优选约0.02～4.5kg。
可湿性粉剂呈细分颗粒形式，易分散在水或其它载体中。颗粒中含有包含在固体基体中的活性成分。典型的固体基体包括漂白土、高岭土、二氧化硅和其它易润湿的有机或无机固体。可湿性粉剂一般含约5％～95％活性成分以及少量的润湿剂、分散剂或乳化剂。
乳油是分散在水或其它液体中的均一液体组合物，可完全由活性化合物与液体或固体乳化剂组成。也可以含有液体载体，如二甲苯、重芳烃石脑油、异佛尔酮和其它非挥发性有机溶剂。在使用时，乳油分散在水或其它液体中，通常以喷雾液的形式施用到被处理的区域。活性成分的量约占乳油的0.5％～95％。
粉剂是活性成分与起着分散剂和载体作用的细分固体如滑石、粘土、面粉和其它有机和无机固体的自由流动混合物。
颗粒剂呈粘土或其它基质的小丸粒形状，可下沉到水田的底部，然后释放活性成分。
微胶囊剂一般是包封在惰性多孔壁中的活性物质液滴或溶液，它能使被包封的材料以控制速率释放到环境中。被包封的液滴一般直径约为1-50微米。被包封的材料一般占胶囊重量的约50-95％，而且除了活性化合物之外，还可包括溶剂。囊壁材料包括天然和合成橡胶，纤维素材料，苯乙烯-丁二烯共聚物，聚丙烯腈，聚丙烯酸酯，聚酯，聚酰胺，聚脲，聚氨酯和淀粉黄原酸酯。
适用于除草的其它制剂包括活性成分于溶剂中的简单溶液，其中在所需浓度条件下活性成分完全可溶，溶剂如水、丙酮，烷基萘，二甲苯和其它有机溶剂。也可以使用加压喷雾器，其中在低沸点分散剂溶剂载体挥发后，活性成分以细分形式分散。
这些制剂中的许多含有湿润剂、分散剂或乳化剂。实例有烷基和烷芳基的磺酸和硫酸酯及其盐，多元醇，聚乙氧基化醇，酯类和脂肪胺类。使用时，这些试剂一般占制剂重量的0.1％-15％。
以上各制剂可制成含有除草剂和制剂的其它成分(稀释剂，乳化剂，安全剂，表面活性剂等)的包装。此外，除草剂和安全剂可单独混配。制剂也可通过桶混方法制备，其中单独获得各成分，并在作物生长的位置混合。
实施例
通过下面的实施例进一步说明本发明，但不以任何方式限定本发明的范围。
实施例1苯基-(4-氯-3-吡啶基)-甲氧基乙酸甲酯(化合物1)
A.搅拌条件下，向-70℃的苯甲醛(约7.0克)的四氢呋喃溶液中加入约1当量的4-氯吡啶基锂盐。放置所得溶液使温度升至25℃，45分钟后，用饱和的氯化铵溶液中止反应。接着，将所得溶液用乙醚和饱和氯化钠溶液萃取。回收有机相，用硫酸镁干燥。在减压条件下除去溶剂，得到约10克式V的中间产物粗品：4-氯-3-(羟基-苄基)吡啶。粗产物用50％乙醚/戊烷研制，得到3.9克4-氯-3-(羟基-苄基)吡啶纯品。产物通过气相色谱仪/质谱仪分析得到证实。
B.在0℃下，将A步骤中获得的4-氯-3-(羟基-苄基)吡啶(2克，9毫摩尔)、碘化钾、18-冠-6和溴乙酸甲酯(1.8克，1.2当量)溶于二甲基甲酰胺，并向该溶液中加入氢化钠(60％，0.44克，1.2当量)。放置反应混合物使温度升至25℃并搅拌2天。然后用饱和的氯化铵溶液中止反应，并用乙醚萃取。接着，水洗有机相，用硫酸镁干燥。粗产物通过柱色谱纯化(用50％乙醚/戊烷溶剂体系统洗脱)。得到1.6克化合物1，为轻质油状物(light oil)。
实施例2苯基-(4-氯-3-吡啶基)-甲氧基乙酸(化合物2)
将上述实施例1中B步骤产物(0.5克)溶于20毫升乙醇中，并向该溶液中加入氢氧化钠溶液(约7毫升，10％NaOH)，所得溶液在25℃下搅拌2小时。接着加入乙醚，用稀氢氧化钠溶液萃取两次。然后，酸化溶液至pH6，用氯仿萃取三次。合并有机相，用硫酸镁干燥。将溶液进行减压蒸馏提取得到0.19克半固体。
实施例3邻-甲苯基-(3-吡啶基)-甲氧基乙酸乙酯(化合物3)
A.在-50℃下，向3-吡啶甲醛(5.8克，1.1当量)溶于100ml四氢呋喃所形成的溶液中加入1.0N的溴化邻-甲苯基镁(50毫升，1当量)。溶液温度升至-10℃并保持30分钟。接着用饱和氯化铵溶液中止反应，并用乙醚萃取。用饱和氯化钠溶液洗涤有机相，并用硫酸镁干燥。溶液减压蒸馏，得到8.0克固体产物。产物通过气相色谱/质谱得到证实。
B.向3-(羟基-2’-甲基苄基)吡啶(8克，40毫摩尔)、18-冠-6、碘化钾和溴乙酸乙酯(10克，1.5当量)于二甲基甲酰胺的该溶液中加入氢化钠(60％，2.0克，1.2当量)。反应混合物放热，温度升至65℃。搅拌所得溶液大约2小时，温度再次降至25℃。接着，加入200ml水，并用乙酸乙酯萃取两次。有机相用硫酸镁干燥，减压蒸发，得到10克粗产物。粗产物通过柱色谱纯化(用乙酸乙酯/戊烷溶剂系统洗脱)，得到1.1克棕色油状物。产物的结构通过气相色谱/质谱证实。 化合物号 R R1 X 1 2 3 CH3 H CH3CH2 H H 1-CH3 4-Cl 4-Cl H
表I中的化合物为水稻作物上乙草胺的有效安全剂。除草筛选试验
通过下面的方法和各种施用量对上文表1所列的化合物进行除草活性筛选试验。这些试验的一些结果见下文。除草筛选试验获得的结果受多种因素的影响，包括：光照量、土壤类型、土壤pH值、土壤有机物、温度、湿度、种植深度、植物生长期、施用方法、施用量以及其它因素。所有的试验程序在最小可变程度下来实施。采用了先进的仪器和设备以使筛选过程保持一致和可靠。
灌前芽后除草筛选试验
将稗(Echinochloa crus-galli，“ECHCG”)种播于8.9×8.9cm的盆中，深度为1/2厘米。盆内预先装满糊状粘土，粘土中含2.2％有机物，pH为5.7。此外，将水稻杂交种“Kaybonnet”(Orysa Sativa)也播于盆中，深度为1厘米。
盆置于10升的塑料桶(plastic tubs)中，桶内衬以塑料袋。试验化合物溶于丙酮/水50∶50中，其中含有0.5％的Tween 20(表面活性剂)，在稻和稗(ECHCG)都在2-3叶期时，用该溶液对桶进行喷雾，施用量为乙草胺200克/公顷，安全剂500克/公顷。施药7天后，桶灌水2-3cm深。
处理7天后(DAT)，评估和记录稻的药害程度，并与未处理对照组的相同生长期的水稻植株进行比较。此外，处理28天后，与未处理对照组的相同生长期的同种作物的生长进行比较，评估和记录杂草防治效果/水稻药害程度，以防治百分率表示。
防治百分率是指由于所有因素而导致的植物总的受损害程度，包括：抑制萌芽、生长受阻、畸形、白化、褪绿、坏死以及其它类型的植物损害。防治率范围为0至100％，其中0代表无影响，与未处理的对照生长情况相同，100％代表完全杀死。代表性的结果列于表II中。
表II灌前芽后化合物编号 处理7天后的 处理28天后的 处理28天后的
稻 稻 稗
1 0 0 0
2 0 0 0
3 0 0 0乙草胺 55 44 1001+乙草胺 5 17 1002+乙草胺 8 12 1003+乙草胺 8 3 100
尽管本发明已参照优选的实施方案及其实施例进行了描述，本发明的范围并不只限于所述的实施方式。对于本领域技术人员而言，上述发明的改进和调整可在本发明的要点和范围内进行，本发明范围由所附权利要求书定义和限制。