• Nie Znaleziono Wyników

Alternatywnym, do idei Williamsa, pomysłem na opracowanie skutecz­ nego insektycydu było znalezienie czynnika, który hamowałby biosyntezę JH przez gruczoł corpora allata. Poszukiwanie takiego czynnika doprowadziło Bo- wersa i współpr. [10] do wyizolowania z rośliny podściółkowej Ageratum hous-

tonianum dwóch pochodnych chromenu: prekocenu I (6) i prekocenu II (7),

(rys. 3) określanych nawet przez odkrywców hormonami antyjuwenilnymi. Połączenia te powodowały przedwczesną metamorfozę larw Oncopeltus fas-

ciatus i Dysdercus cingulatus do niezdolnych do reprodukcji osobników doros­

łych.

W trakcie badań nad mechanizmem działania prekocenów stwierdzono, że hamują one biosyntezę JH poprzez wywołanie atrofii corpora allata [11, 12]. Mechanizm działania prekocenów zakłada, że są one w pierwszym etapie utle­ niane do 3,4-epoksypochodnych [13], które wykazują silne powinowactwo do nukleofili [14] i łatwo łączą się z otaczającymi białkami w corpora allata, powodując ich alkilowanie, a tym samym destrukcję.

Po stwierdzeniu aktywności prekocenów rozpoczęto intensywne prace nad opracowaniem dogodnych metod syntezy zarówno samych prekocenów, jak i ich analogów. Syntezując analogi, modyfikowano głównie pierścień ben­ zenowy. Otrzymano więc związki zawierające rozmaite grupy alkoksylowe przy prawie wszystkich atomach węgla w pierścieniu [15-23], w tym również ugrupowanie metylenodioksy [17, 24-26], związki typu eterów koronowych (np. struktury 9) [22] i połączenia ze skondensowanym pierścieniem furano- wym (struktura 11) [26]. Liczną grupę stanowią ans logi mające w pierścieniu benzenowym grupy alkoksylowe wraz z innymi, różnymi od alkoksylowych, podstawnikami (np. struktura 10) [16,18,27-32], Otrzymano również połącze­ nia, w których zmodyfikowany został pierścień heterocykliczny. Zsyntezowano związki zawierające w miejsce tlenu w tym pierścieniu atom siarki (np. struk­ tura 13) [33-36] lub azotu (np. struktura 12) [22, 37].

Większość z tych analogów poddano badaniom biologicznym na aktyw­ ność antyjuwenilną. Najbardziej aktywny okazał się 7-etoksy analog (8), który nawet został nazwany prekocenem III. Ustalono również, że prekocen II

6 7 2 C. WAWRZEŃCZYK

14

Rys. 3. Analogi strukturalne prekocenów

jest bardziej aktywny niż prekocen I. Aktywność antyjuwenilną wykazał także analog prekocenu II z otwartym pierścieniem piranowym (14) [37]. Wyniki badań biologicznych nie dawały jednak jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, które z elementów struktury prekocenów: 3,4-podwójne wiązanie, grupy meto- ksylowe czy pierścień benzenowy są odpowiedzialne za wywołanie efektu przedwczesnej metamorfozy.

Podejmując próbę rozwiązania tego zagadnienia, otrzymano cały szereg analogów strukturalnych prekocenów [38-40] i poddano je testom biologicz­ nym [41], (tab.). Analogi te w porównaniu ze strukturami prekocenów bądź nie miały podwójnego wiązania 3,4 (18), bądź miały częściowo zredukowany pierś­ cień benzenowy (17), bądź były pozbawione grup metoksylowych (19) lub miały kombinację tych cech (15, 16, 17). Związki te poddano testom biologicznym

6 7 4 C. WAWRZEŃCZYK

cd. tabeli

* Efektywna daw ka powodująca w 50% powstawanie defektów u osobników dorosłych. ** Dawki powyżej 200 (ig/osobnika nie były aplikowane.

na aktywność antyjuwenilną w stosunku do larw szarańczy (Locusta migrato-

ria) 24 godz. po przeobrażeniu do 4. stadium larwalnego. Testom biologicznym

poddano również analogi zawierające w miejsce 3,4 podwójnego wiązania gru­ pę karbonylową (19,20,21,24) lub hydroksylową (22). Działanie antyjuwenilne tych analogów określano na zasadzie porównania zmian morfologicznych, ja­ kie wywoływały u badanych larw i zmian, jakie powodowały prekocen I i pre- kocen II u larw tego samego stadium. Wyniki testów przedstawione są w ta­ beli.

Jedynymi wysoko aktywnymi połączeniami okazały się prekocen I i pre­ kocen II, które zaaplikowane larwom 4. stadium indukowały przeobrażenie do dorosłego osobnika. Testowane analogi prekocenów nie powodowały przed­ wczesnej metamorfozy, a larwy przeobrażały się do normalnego 5. stadium larwalnego. Aktywność ketonów aromatycznych (19,20,21) ujawniła się dopie­ ro po następnym przeobrażeniu, kiedy to osobniki dorosłe miały zniekształ­ cone skrzydła i były specyficznie ciemniejsze w porównaniu z owadami kont­ rolnymi. Pozostałe testowane związki nie wykazały żadnej aktywności w daw­ kach poniżej 200 ng na osobnika. Analiza otrzymanych wyników pozwala stwierdzić, że usunięcie C3—C4 podwójnego wiązania lub aromatycznego cha­ rakteru cząsteczki prekocenu prowadzi do zaniku aktywności antyjuwenilnej. Aktywność związków z grupą karbonylową może być spowodowana działa­ niem ich form enolowych. W formach tych bowiem, podobnie jak w prekoce- nach, istnieje podwójne wiązanie C 3—C4 (rys. 4).

Podsumowując otrzymane wyniki, można stwierdzić, że charakter aro­ matyczny cząsteczki i obecność podwójnego wiązania C3—C4 w molekule są elementami strukturalnymi decydującymi o tym, że analogi prekoce­ nów wykazują działanie antyjuwenilne, podczas gdy obecność grup meto- ksylowych w cząsteczce nie jest konieczna do wywołania efektu antyjuwe- nilnego.

675

19, R = H , 20, R = - C H 3, 21, R = - OCH3 Rys. 4. Formy enolowe 4-chromanonów

CZYNNIKI ANTYJUWENILNE INGERUJĄCE W BIOSYNTEZĘ HORMONÓW JUWENILNYCH

Poszukując innych skutecznych, a jednocześnie mniej destrukcyjnych niż prekoceny inhibitorów biosyntezy hormonów juwenilnych, poddano analizie ich cykl biosyntetyczny pod kątem wyznaczenia w tym cyklu miejsc, w których można skutecznie ingerować w biosyntezę JH [42]. Przede wszystkim zwróco­ no uwagę na struktury przypominające budową związki występujące we wcześ­ niejszych stadiach biosyntezy izoprenoidów. Inhibitor biosyntezy innych izo- prenoidów, np. cholesterolu, fluoropochodna laktonu kwasu mewalonowego (25) (rys. 5) okazała się czynnikiem hamującym biosyntezę JH u motyli (Lepidoptera) [43]. Ustalono, że pochodna ta działa na zasadzie inhibitora kompetycyjnego reduktazy 3-hydroksy-3-metylo-glutarylo CoA (HMGCoA). Pochodne alkoholu allilowego (26, 27) okazały się rówrież inhibitorami bio­ syntezy JH u Lepidoptera [44], Połączenia te mogą być traktowane jako „an- tymetabolity” pirofosforanu diametyloallilu występującego w szlaku biosynte- tycznym JH III.

Biosyntezę JH próbowano również inhibować na etapie końcowej epo- ksydacji wiązania C10—Clx w estrach metylowych odpowiednich trienowych kwasów, np. w farnezolanie metylu w biosyntezie JH III. Zmniejszenie aktyw­ ności odpowiedniej oksydazy osiąga się poprzez dezaktywację cytochromu P-450 [44]. Działanie inhibitora na tym etapie biosyntezy JH wykazał polieter z ugrupowaniem metylenodioxy 28 [42]. Podobny efekt antyjuwenilny w sto­ sunku do Bombyx mori i Oncopeltus fasciatus wykazały również pochodne imidazolu 29, 30 [45, 46].

Znane są także związki (struktury 31, 32) [42, 47, 48], które zmniejszają stężenie hormonu juwenilnego w organizmie owada poprzez blokowanie recep­ tora białkowego, którego zadaniem jest ochrona JH przed zbyt wczesną de­ gradacją enzymatyczną. Brak tej osłony powoduje, że aktywne działanie en­ zymów hydrolitycznych, w tym głównie niespe :yficznych esteraz, prowadzi do szybkiego spadku stężenia JH, a to pociąga za sobą przyśpieszoną meta­ morfozę.

6 7 6 C. WAWRZEŃCZYK

26 X = Y = Cl

27 X = CH3; Y = C Fj

28

32

Rys. 5. Czynniki antyjuwenilne zakłócające biosyntezę horm onów juwenilnych

CZYNNIKI ANTYJUW ENILNE

O N IE ZNANYM M ECHANIZM IE DZIAŁANIA

Bardzo interesującą grupę czynników antyjuwenilnych stanowi seria fluo­ rowych sulfotlenków winylowych (struktura 33, rys. 6) [49]. Są one aktywne, co rzadko się zdarza w tej grupie insektycydów, wobec aż trzech gatunków owadów: Manduca sexta, Heliothis virescens i Spodoptera exigua. Najbardziej aktywne były połączenia, dla których R było pięcio- lub sześciowęglową grupą alkilową lub alkenylową. Mechanizm działania tej grupy połączeń jest na razie

677 R = -(C H 2)4CH3

R = -(C H 2)jCH3 R = -(C H 2)4CH = CH2

35

Rys. 6. Najnowsze czynniki antyjuwenilne

nie znany. W iadomo jedynie, że podane w trzecim stadium na larwy Manduca

sexta redukują znacznie poziom JH I i JH II w czwartym stadium.

Ostatnio ukazała się praca Bowersa i współpr. [50] prezentująca nową grupę czynników antyjuwenilnych — polieterów z jednym lub dwoma pierś­ cieniami furanowymi w swojej strukturze (struktury 34 i 35, rys. 6). Związki te były aktywne wobec larwy (trzecie stadium) Oncopeltus fasciatus. Podane na owady w trzecim stadium larwalnym powodowały przedwczesną metamorfozę i to przy znacznie mniejszych dawkach niż w wypadku prekocenu II. Mecha­ nizm działania tych połączeń nie jest jeszcze rozpoznany, ale wydaje się, że jest to działanie ograniczające aktywność gruczołu corpora allata.

PODSUMOWANIE

Odmiennie niż w przypadku juwenoidów, w badaniach nad czynnikami antyjuwenilnymi, jak dotąd, nie udało się wykreować preparatu, który znalazł­ by praktyczne zastosowanie do ograniczania populacji owadów powodujących szkody w uprawach roślinnych i magazynach żywności. Badania nad prekoce- nami i ich strukturalnymi analogami po początkowej euforii zostały prawie zaniechane po stwierdzeniu, że połączenia te są toksyczne (głównie na wątrobę i nerki) w stosunku do ssaków. Pozostałe prezentowane w tym artykule czyn­ niki antyjuwenilne wykazują aktywność, ale przy dawkach znacznie przewyż­ szających dawki, przy których aktywne są juwenoidy, np. metopren. Nie udało się dotąd otrzymać preparatu o działaniu antyjuwenilnym, który byłby aktyw­ ny w pierwszym lub drugim stadium larwalnym. Otrzymanie związku o działa­

678 C WAWRZEŃCZYK

niu antyjuwenilnym, aktywnego przy znacznie niższych dawkach i we wcześ­ niejszych stadiach rozwojowych, jest w dalszym ciągu celem dla wielu badaczy i firm specjalizujących się w badaniach nad otrzymaniem bezpiecznych ekolo­ gicznie insektycydów.

PIŚM IEN N IC TW O CYTOW ANE

[1] Rys. 1 pochodzi z artykułu: W. S. B o w e rs, D. M. S o d e r l u n d , Proc. Conf. Regulation o f

Insect Development and Behaviour, red. B. Cymbrowski, F. Sehnal, J. Menn, A. Zabża, Tech­

nical University o f Wrocław Press, Wrocław 1981, s. 309. Dziękuję prof. Bowersowi za zgodę na zamieszczenie tego rysunku w niniejszym artykule.

[2] C. M. W illia m s , Nature, 1956, 178, 212.

[3] J. J. M e n n , M. B e ro z a , Insect Juvenile Hormones, Academic Press, New York, London, 1972.

[4] K. S la m a , M. R o m a n u k , F. S o rm , Insect Hormones and Bioanalogues, Springer-Verlag, Wien, New York, 1973.

[5] Proc. Conf.: Endocrinological Frontiers in Physiological Insect Ecology, red. F. Sehnal, A. Zabża, D. L. Denlinger, Technical University of W roclaw Press, Wroclaw 1988. £6] C. A. H e n r ic k , W. E. W illy , G. B. S ta a l, J. Agric. F ood Chem., 1976, 24, 207. [7] C. A. H e n r ic k , G. B. S ta a l, J. B. S id d la l , ibid., 1973, 21, 354.

[8] P. M a s n e r , S. D o r n , W. V o g e l, M. K a li n , O. G r a f t , E. G i i n t h a r t , w [1], s. 809; U. F is h e r , F. S c h n e i d e r , R. Z u r f lu e h , U. S. P atent 1980, 4, 215, 139.

[9] M. H a t a k o s h i , N . A g u i, I. N a k a y a m a , Appl. Ent. Zool., 1986, 21, 351; S. N is h id a , N. M a ts u o , M. H a t a k o s h i , H. K is id a , U. S. P atent, 1988, 4, 751, 225.

[10] W. S. B o w e rs, T. O h ta , J. S. C le e re , P. A. M a r s e l l a , Science, 1976, 193, 542. [11] G. E. P r a t t , W. S. B o w e rs , N ature, 1977, 265, 548.

[12]. M. P. P e n e r , L. O r s h a n , J. D e W ild e , ibid., 1978, 272, 350.

[13] D. M. S o d e r lu n d , A. M e s s e g u e r , W. S. B o w e rs , J. Agric. F ood Chem., 1980, 28, 724. [14] F. C a m p s, A. C o n c h ill o , A. M e s s e g u e r, Tetrahedron, 1987, 43, 3067.

[15] E. L a m a c h a r f i, L. M e n g u y , H. Z a m a r l i k , Synthetic Commun., 1993, 23, 3019. [16] M. T s u k a y a m a , T. S a k a m o to , T. H o r ie , Heterocycles, 1981, 16, 955.

[17] M. J. C o r te s , G. R. H a d d a d , J. H. V a l d e r r a m a , ibid., 1984, 22, 1051. [18] S. A. K u l k a r n i , M. V. p a r a d k a r , Synthetic Commun., 1992, 22, 1555. [19] P. A n a s t a s s i s , P. E. B ro w n , J. Chem. Soc. Perkin T ra n s, 1, 1983, 1431. [20] M. D e ’B e r n a r d i , G. V id a r i, P. V. F in z i, Tetrahedron, 1992, 48, 7331. [21] T. E s z e n y i, T. T im a r , P. S e b o k , Tetrahedron L e tt, 1991, 32, 827. [22] F. C a m p s, J. C o ll, A. M e s s e g u e r, J. M. M o r e to , M . A. P e r i c a s , S. R i c a r t, w [1], s. 347. [23] T. T im a r , J. C. J a s z b e r e n y i , J. Heterocyclic C hem , 1988, 25, 871. [24] G. P a n d e j , A. K r i s h n a , J. Org. C hem , 1988, 53, 2365. [25] G. T. B r o o k s , G . E. P r a t t , R. C. J e n n in g s , N atu re , 1979, 281, 570. [26] G. T. B r o o k s , A. P. O t t r i g e , D. W. M a c e , Pestic. Sci, 1988, 22, 41. [27] T. T im a r, P. S e b o k , T. E s z e n y i, J. C. J a s z b e r e n y i , Heterocycles, 1994, 38, 2719. [28] P. A n a s t a s i a s , P. E. B ro w n , J. Chem. Soc. Perkin T ra n s, 1, 1982, 2013.

[29] P. S e b o k , T. T im a r , J. C. J a s z b e r e n y i , J. J e k o , Acta. Chim. Hungarica, 1989, 126, 471. [30] S. Y. D ik e , J. R. M e r c h a n t , N. Y. S a p r e , Tetrahedron, 1991, 47, 4775.

[31] A. L e w v a i, T. T im a r , Synthetic C om m un, 1990, 20, 641. [32] T. E s z e n y i, T. T im a r , ibid., 1900, 20, 3219.

[33] F. C a m p s , O. C o l o m in a , J. Coll, A. M e s s e g u e r , J. Heterocyclic C hem , 1983, 20, 1115. [34] P. S e b o k , T. T im a r , R. E s z e n y i, T. P a t o n a y , Synthesis, 1994, 837.

[35] C. D. G a b b u t , D. J. H a r tle y , J. D. H e p w o r th , Tetrahedron, 1994, 50, 2507. [36] S. E. C l a y t o n , C. D. G a b b u t, J. D. H e p w o r th , B. M. H e r o n , ibid., 1993, 49, 939. [37] G. M a to lc s y , Y. M. D a r w is h , J. B e la i, L. V a rja s , A. G. F o ra g , Z. Naturfarsch, B. Anorg. Chem., 1980, 35B, 1449. [38] M. A n io ł, P. Ł u s ia k , C. W a w rz e ń c z y k , Heterocycles, 1994, 38, 991. [39] M. A n io ł, C. W a w rz e ń c z y k , ibid., 1994, 38, 2655.

[40] M. A n io ł, Redukcja chromenów i chromanonów metalami w ciekłym amoniaku. Praca doktors­ ka, Akademia Rolnicza, Wrocław 1996.

[41] M. A n io ł, B. G a b r y ś , C. W a w rz e ń c z y k , Insects. Chemical, physiological and environmen­

tal aspects, red. D. Konopińska, Wrocław University Press, 1995, s. 271.

[42] G. B. S ta a l, C. A. H e n r ic k , B. J. B e rg o t, D. C. C erf, J. P. E d w a r d s , S. J. K r a m e r w [1], s. 323.

[43] G. B. Q i s t a d , D. C. C e rf, D. A. S c h o o le y , G. B. S ta h l, Nature, 1987, 289, 176. [44] F. P. G u e n g e r i c h , R. J. W i lla r d , J. P. S h e a ,L . E. R ic h a r d s , T. L. M a c D o n a ld , J. Am.

Chem. Soc., 1984, 106, 6446.

[45] E. K u w a n o , M. E to , Agric. Biol. Chem., 1986, 50, 2919.

[46] E. K u w a n o , T. H is a n o , M. E to , K. S u z u k i, G. C. U n n ith a n , W. S. B ow ers, Pestic. Sci., 1992, 34, 263.

[47] G. B. S ta a l, Ann. Rev. Entomol., 1986, 31, 391.

[48] D. H. S. H o r n , R. H. N e a r n , J. B. S id d a l, G. B. S ta a l, D. C. C e rt, Austr. J. Chem, 1983, 36, 14009.

[49] C. A. H e n r ic k , Insect Chemical Ecology, red. I. Hrdy, Academia, Praha, 1991, 429. [50] W. S. B o w e rs , G. C. U n n i t h a n , J. F u k u s h im a , J. T o d a , T. S u g iy a m a , Pestic. Sci.,

1995, 43, 1.

WIADOMOŚCI

1997, 51, 9-10

chem iczne

p l i s s n 0043-5104

ANALIZA PIERWIASTKÓW ŚLADOWYCH