琥珀酸脱氢酶抑制剂（sdhi）类杀菌剂在防治谷物病害方面具有重要的作用，可有效防治小麦叶枯病、小麦叶锈病或大麦云纹病等大多数谷物重要病害。
isoflucypram（开发代号bcs-cn88460，商品名iblon）是拜耳作物科学公司开发的新型琥珀酸脱氢酶抑制剂（sdhi）类杀菌剂，其持效期长，可延长谷物灌浆时间。isoflucypram于2019在新西兰首获登记，用于防治大麦网斑病、叶斑病、叶锈病，小麦条锈病、叶锈病、叶枯病，黑麦条锈病和叶锈病等，可提高谷物产量和品质。
1 理化性质
isoflucypram的iupac化学名称：n-(5-氯-2-异丙基苄基)-n-环丙基-3-(二氟甲基)-5-氟-1-甲基-1h-吡唑-4-甲酰胺；cas化学名称：n-[[5-氯-2-(1-甲基乙基)苯基]甲基]-n-环丙基-3-(二氟甲基)-5-氟-1-甲基-1h-吡唑-4-甲酰胺。cas登录号：1255734-28-1。
图1 isoflucypram结构式
在20℃和101.3 kpa，纯品为无味白色粉末，原药为具有轻微气味的浅米色粉末。熔点108.8℃，在215℃开始分解；相对密度：纯品d420=1.22，原药d420=1.31；蒸气压：1.2×10-7 pa（20℃）、2.8×10-7 pa（25℃）、1.5×10-5 pa（50℃）；表面张力σ=68.2 mn/m（90%饱和溶液，20℃）。水中溶解度：1.8 mg/l（20℃，蒸馏水，ph 5.8）；有机溶剂中的溶解度（20℃，g/l）：正庚烷1.2，甲苯＞＞260，二氯甲烷＞260，甲醇97，丙酮＞260，乙酸乙酯＞260，二甲亚砜＞260。分配系数：logpow=4.0（25℃）。
2 毒性
原药（94.2%）对大鼠急性经口ld50＞2,000 mg/kg，对大鼠急性经皮ld50＞2,000 mg/kg,对雄性大鼠急性吸入lc50为3.131 mg/l，对雌性大鼠急性吸入lc50为2.209 mg/l。对兔皮肤无刺激性，对兔眼睛没有刺激作用，会引起小鼠皮肤过敏反应。对哺乳动物没有基因毒性、致癌性，对发育、繁殖没有影响，没有神经毒性。对黑头呆鱼（pimephales promelas）的lc50（96 h）为0.0861 mg/l，虹鳟lc50（96 h）为0.104 mg/l，对大型溞ec50（48 h）0.201 mg/l，羊角月牙藻ec50（72 h）＞2.02 mg/l，浮萍ec50（7d）＞2.48 mg/l。isoflucypram对水生生物毒性高，而且作用时间长。
对蜜蜂的毒性：触杀毒性ld50（48 h）＞100.0 μg a.i./只，经口毒性ld50（48 h）＞106.3 μg a.i./只；对山齿鹑急性经口ld50＞2,000 mg a.i./kg bw，对绿头鸭的急性经皮ld50＞1,360 mg a.i./kg bw；对安德爱胜蚓lc50＞1,000 mg a.i./kg bw（土壤）。
由上述内容可知，isoflucypram对哺乳动物具有较低的急性毒性，对水生生物毒性很高，对陆生生物没有毒性。
isoflucypram在水生环境和土壤环境中持效期长，在土壤中的迁移能力低，生物积累性弱。
3 创制过程
isoflucypram的发现可追溯到通用结构为a的磺酰甲酰胺（图2），此类物质是经化学库设计合成，是早期先导物，其活性谱窄，对白粉病、褐锈病、网斑病等真菌病害有效。为了发现新的除草剂或杀虫剂，desbordes philippe等人把rohn & haas发现的除草活性结构a1和杀虫剂氟啶虫酰胺（a2）拼接，同时对a1中的炔丙胺基或a3中的氰甲胺基进行优化，如替换为烯丙胺、异丙胺和环丙胺等小的胺基团。取代为环丙胺后发现了氟喹啉类抗生素环丙沙星（a4）。把a3结构中的4-(三氟甲基)吡啶-3-甲酰胺部分衍生为五元杂环，特别是吡唑杂环，众所周知吡唑是是氟唑菌苯胺（a5）等杀菌剂的核心部分。
图2 杀菌剂磺酰甲酰胺化学结构的发现
a6是被发现的第一个具有温室盆栽杀菌生物活性的磺酰甲酰胺化合物，其作用机制未知。以a6为先导，对芳基磺酸、氨基和吡唑酸进行衍生优化（图3）。结果发现3-取代吡唑甲酸（a7a-c），特别是5-氟吡唑-4-基甲酸（a7a）对杀菌活性重要，其直接作用于sdh。环丙胺基是维持活性的必要因素，而其他氨基取代物活性降低或活性消失。对亲脂性磺酸部分的修饰发现邻位氯代苯基（a8）和对位苯氧取代的苯基（a9）化合物活性增加。
图3 具有杀菌活性的磺酰甲酰胺：从苗头（hit）化合物到先导物的修饰过程
把含氯亲脂磺酸基（a8）和3-取代吡唑甲酸基（a7a-c）合并得到了在温室生测中杀菌活性提高的化合物a10和a11（图4）。对a11进行了田间谷物病害生物活性测定，试验结果为即使高的使用剂量，化合物的活性也弱。
图4 具有杀菌活性的磺酰甲酰胺：先导物结构
a10对黑粉菌属sdh的离体活性中等，但对葡萄孢属、zymoseptoria和伞菌属（agaricus）菌的sdh有强的抑制作用。强的离体活性表明环丙基取代物不是药物前体，此取代基是a10与受体结合的必要组成部分。然而，发现a10和a11在植物体内很快降解，活性降低。在此发现的基础上，对磺酰甲酰胺进行更多的修饰研究。
为了解决化合物a11在田间活性差的问题，对磺酰胺基团进行了进一步的修饰。羰基或硫原子取代磺酰基团产生的化合物无活性，而烷基取代对离体和温室生测杀菌活性有大的影响。把氟吡菌胺a12的亲脂侧链结合到化合物a11的n-环丙基酰胺基团上得到了新化学类别化合物a13，此化合物对数种真菌病原菌的sdh有很强的抑制活性（图5）。很快研究发现化合物a13的吡啶环能被苯环取代，且必须要很好地控
制苄基基团和n-环丙基间的二面角。这可通过邻位取代大的基团和/或苄基来实现。而在邻位的再取代会增加此效应，由此取代产生化合物a14和a15。
图5 具有杀菌活性的n-苄基-n-环丙基甲酰胺和其首次优化
对酸部分进行了充分的研究，以200多个5元或6元环取代最初的5-氟-1,3-二甲基-1h-吡唑-4-甲酸（a7a，r=ch3）。发现已知sdhi抑制剂具有的典型吡唑结构为a7a（r=ch3）和a7b，使化合物具有广谱活性。此外，注意到吡唑环的-5-氟取代有重要作用，故评估了含有由效果最好两个酸——a7a（r=ch3）和a7b结合所得的酸a7a（r=chf2）的化合物的活性（图6）。此酸部分使化合物对sdh的抑制活性提高了1～2个数量级，活体试验的ed50降低了。
图6 酸部分的构效关系
对于磺酰甲酰胺，2-甲基环丙基取代基除了是活性部分外，环丙基几乎是酰胺氮仅能接纳的取代基。这再次证实n-环丙基衍生物不是药物前体，因为发现几乎所有nh类似物无活性。相反，发现硫代酰胺是酰胺的真正药物前体，硫代酰胺在植物体内具有相似水平的活性，但直接作用于靶标没有活性。
化合物a15（图7）的2-三氟甲基可被卤元素（如溴、碘），小烷基（例如异丙基、异丁基）或环烷基（例如环丙基），甚至是较大基团取代，例如三烷基硅烷（三甲基硅烷[tms]、三乙基硅烷），得到对子囊菌和担子菌有高活性的化合物。邻苯取代物的构效关系（sar）为2-ipr＞2-cf3≥2-i＞2-tms。a16的2-异丙基取代衍生物对zymoseptoria tritici细胞的ed50最小（表1），且对细胞的活性和温室、大田试验活性相差无几。
图7 对具有杀菌活性的n-苄基-n-环丙基甲酰胺的进一步优化得到isoflucypram（1）
表1 a16衍生物对zymoseptoria tritici
注：n.t，没测试；ed50为8次重复的平均值；括号中为标准偏差；isoflucypram的ed50为（0.05±0.008）mg/l，为参考。
对苯基、酰胺和吡唑基团的最优取代组合在一起得到化合物a17。在这些高活性的衍生物中，选取了isoflucypram（1），此物质具有较好的活性和安全性（图7）。
4 n-环丙基-n-苄基甲酰胺的亲和力数据和可能的结合方式
琥珀酸辅酶q还原酶（又称sdh）是线粒体内膜上的异四聚体酶复合体。sdhi杀菌剂作用于病原菌线粒体内膜上由亚基b、c、d组成的辅酶q。
再观frac c2-sdhi类化合物，大多数sdhi通过其甲酰胺部分与病原菌发生一定的作用。据推测，甲酰胺氢与病原菌的辅酶q结合位点的ser83c形成水介导的氢键。图8为联苯吡菌胺与辅酶q结合位点的结合方式。
图8 推测联苯吡菌胺与zymoseptoria tritici辅酶q结合位点的二维结合方式
假定环丙基n-苄基甲酰胺的结合方式与典型的sdhi的相似，如图9所示。甲酰胺氧原子与保守的色氨酸nh侧链形成氢键，吡唑基团与组氨酸nh侧链形成另一氢键。氯取代苯环可能结合到真菌和线虫特有的疏水口袋中。
图9 推测isoflucypram与zymoseptoria tritici辅酶q结合位点的二维结合方式
然而，与典型的sdhi相比，n-环丙基不支持水介导的氢结合到ser83c。在通用结构2的基础上合成了含有不同n-取代基（x）的数个化合物，并测定了这些物质对灰葡萄孢菌（botrytis cinerea）的复合体酶的抑制活性（表2）。
表2 通用结构2衍生物对灰葡萄孢菌复合体ⅱ酶的pl50
注：a为3次重复平均值；括号中为标准偏差；isoflucypram的pl50为（8.6±0.0），为参考。
如果n-环丙基-n-苄基甲酰胺各方面的表现都和常见的sdhi一样，预期nh衍生物2b活性要高于n-环丙基衍生物2a。但是，虽然2a不能形成上述所提及的水介导的氢键，它也具有很大的pl50，显著高于2b的抑制活性。化合物的活性因n-取代基不同而不同。当环从n-环丙基（2a）变为n-环丁基（2i），即环的大小增加时，pl50降低一个数量级；变为n-环戊基（2j），pl50降低3个数量级。把环丙基环打开为n-异丙基（2g），所得化合物几乎没有离体活性。总的来说，n-甲酰胺取代的构效关系非常清晰，n-环丙基化合物的活性最好。
pl50增加可能是由于在结合口袋中失去1个水分子所致。熵增益远远弥补了水介导氢与ser83c结合的缺乏，如化合物1具有极大的pl50所表明的。
除环丙基基团外，n-环丙基-n-苄基甲酰胺具有前所未有的次级结构模式——苯基和甲酰胺基团间的c1链。
所有已知的sdhi要么不含有连接链（如啶酰菌胺、联苯吡菌胺或氟唑菌酰胺的吡唑-4-甲酰胺），要么不含有c2链（氟吡菌酰胺和氟唑菌酰羟胺）。对化合物3（c1链）和化合物4（无连接链）的pl50比较后优先选择具有c1链的化合物3（图10）。
注：对neurospora crassa的sdh测定的pl50。
图10 对n-环丙基化合物3（c1链）、4（无连接链）和参照物isoflucypram（1）的比较
与n-环丙基的清晰的离体构效关系相比，结构5的化合物链的延伸（a）没有明显的构效关系（表3）。
所有（未）取代的c1和c2链与n-环丙基组合的化合物都具有高的离体活性。含有未取代c1链的化合物具有较高的温室和田间活性以及广谱杀菌活性。
对sdh抑制剂以前所未有的方式进行取代得到了c2-琥珀酸脱氢酶抑制剂类别的一个新子类杀菌剂isoflucypram，也称为n-环丙基-n-苄基甲酰胺。与其他sdhi相比，isoflucypram结合方式的改变是否使其与其他sdhi不具有交互抗性，这还需要进行进一步的研究。
表3 基于通用结构5的化合物对botrytis cinerea复合体酶ⅱ的pl50
注：a为3次重复平均值；括号中为标准偏差；isoflucypram的p150为（8.6±0.0），为参考。
5 总结
isoflucypram广谱，对哺乳动物低毒，可能是谷物杀菌剂市场新的标杆——能很好地、持效地防治所有相关的叶部病害，增加作物产量。isoflucypram是在丰富的sdhi化学知识的基础上对不同结构基团进行结合，化学优化得到的物质。isoflucypram的生化构效关系表明其与sdh辅酶q结合。2个独特的结构基团——n-环丙基、甲酰胺和苯基间的c1链使isoflucypram成为frac复合体ⅱ抑制剂类的子类。
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