Desenvolupament d’antagonistes de feromones sexuals per a un control biorracional de plagues d’insectes. Síntesi i activitat

Abstract

El control integrat de plagues (IPM) és una estratègia respectuosa amb el medi ambient utilitzada per combatre les destructives plagues que anualment causen importants pèrdues econòmiques al sector agrícola, minimitzant l’ús de pesticides químics. L’aplicació de feromones pel control de plagues s’utilitza actualment amb èxit tot i que presenta algunes limitacions com el seu cost final més elevat que el dels pesticides biocides, una eficàcia garantida sols a nivells baixos d’infestació o la possible atracció de poblacions veïnes. Al llarg del present treball s’ha dut a terme l’obtenció de diversos compostos de tipus metilcetona i trifluorometilcetona anàlegs estructurals de la feromona sexual de diverses espècies d’arnes plaga, tots ells obtinguts amb un elevat rendiment global i una estereoselectivitat excel·lent. L’objectiu ha estat avaluar-ne el seu efecte antagonista i estudiar la seva aplicabilitat pel control de plagues com una alternativa a les pròpies feromones. Concretament, s’ha dut a terme la síntesi a escala multigram de la (10E,12E)-tetradeca-10,12-dien-2-ona (1), anàleg estructural de la feromona sexual de Cydia pomonella, important plaga de pomers, perers, presseguers i pruners, mitjançant un procediment on s’ha minimitzat tant el volum de dissolvent com la quantitat de reactius tòxics. Els assajos de confusió sexual en camp amb la metilcetona anàloga 1 han mostrat que aquesta no produeix una reducció de captures en relació a una parcel·la control tractada només amb feromona. S’ha desenvolupat la síntesi de 4 anàlegs monoènics de la feromona sexual de Lobesia botrana, principal plaga de la vinya, (E)-9-tetradecen-2-ona (2), (E)-1,1,1-trifluoro-9-tetradecen-2-ona (3), (Z)-11-tetradecen-2-ona (4) i (Z)-1,1,1-trifluoro-11-tetradecen-2-ona (5). Als experiments per avaluar l’activitat en camp d’aquests anàlegs no s’hi ha demostrat efecte inhibidor de l’atracció feromonal amb la mescla feromona-inhibidor 1:10. S’han obtingut 4 compostos anàlegs estructurals de la feromona de Grapholita molesta, plaga de presseguers, albercoquers, pruners i cirerers, (Z)-10-tetradecen-2-ona (6), (Z)-1,1,1-trifluoro-10-tetradecen-2-ona (7), (E)-10-tetradecen-2-ona (8) i (E)-1,1,1-trifluoro-10-tetradecen-2-ona (9). En proves electrofisiològiques (EAG), l’exposició dels mascles a vapors de 100 µg de les metilcetones 6 i 8 i la trifluorometilcetona 7 anàlogues a la feromona de G. molesta ha induït una disminució significativa de la resposta antenal a l’estímul feromonal. Entre aquests compostos, la trifluorometilcetona 7 és l’anàleg que ha produït la màxima inhibició de la resposta d’EAG (60%). Per la seva banda, en assajos de comportament en túnel de vent solament la trifluorometilcetona 7 ha produït una reducció significativa dels contactes amb la font emprant una mescla de feromona-inhibidor 1:10. Als assajos de camp s’ha observat activitat antagonista amb les metilcetones 6 i 8 a una dosi de feromona-inhibidor 1:10, mentre que la trifluorometilcetona 9 ha exhibit un cert efecte sinèrgic de captures en comparació amb la feromona sola. S’ha desenvolupat una nova ruta sintètica de la feromona sexual de Tuta absoluta, devastadora plaga de tomaqueres amb un rendiment global més elevat que qualsevol dels procediments anteriorment descrits (23.5%) i una puresa estereomèrica final excel·lent (97% E,Z,Z). S’han obtingut 8 anàlegs feromonals; (5E,10Z,13Z)-5,10,13-hexadecatrien-2-ona (10), (5E,10Z,13Z)-1,1,1-trifluoro-5,10,13-hexadecatrien-2-ona (11), (5E,10Z)-5,10-hexadecadien-2-ona (12), (5E,10Z)-1,1,1-trifluoro-5,10-hexadecadien-2-ona (13), (5E,13Z)-5,13-hexadecadien-2-ona (14), (5E,13Z)-1,1,1-trifluoro-5,13-hexadecadien-2-ona (15), (10Z,13Z)-10,13-hexadecadien-2-ona (16) i (10Z,13Z)-1,1,1-trifluoro-10,13-hexadecadien-2-ona (17). En assajos de camp, els anàlegs 10 i 13 han produït una disminució significativa i reproduïble de captures amb una mescla feromona-inhibidor 1:10, mentre que els anàlegs 11 i 12 han demostrat un efecte antagonista circumstancial. Per la seva banda, els anàlegs 14-17 no van mostrar cap efecte antagonista. S’ha assajat la identificació d’un possible component de la feromona sexual de Paysandisia archon, important plaga de palmeres, mitjançant la síntesi i elucidació estructural de l’acetat de (E)-2-octadecen-1-il (18), l’acetat de (Z)-2-octadecen-1-il (19) i l’acetat de (E)-3-octadecen-1-il (20). El producte 20 és el que presenta una similitud estructural més propera a la del possible component feromonal.

The integrated pest management (IPM) is a combination of environmentally friendly strategies for pest control in agriculture aimed to rationalize the use of chemical pesticides. For the last decades, synthetic sex pheromones of pest insects are being used in IPM with much success, although it has some limitations. In the present work it has been carried out the synthesis of several methyl ketones and trifluoromethyl ketones, which are structurally related to the sex pheromone of some species of pest moth. All these analogues have been obtained through optimized synthetic procedures resulting in a high overall yield and stereoselectivity. The antagonistic effect of the synthesized analogues has been determined in laboratory and field tests in order to evaluate their convenience as an alternative to pheromones for pest control. It has been developed in a multigram scale the synthesis of (10E,12E)-tetradeca-10,12-dien-2-one (1), analog of the apple pest, Cydia pomonella, sex pheromone. Mate disruption field experiments with methyl ketone 1 have not shown any reduction of captures compared with the use of pheromone. The monoenic analogues of grape wine pest, Lobesia botrana, (E)-9-tetradecen-2-one (2), (E)-1,1,1-trifluoro-9-tetradecen-2-one (3), (Z)-11-tetradecen-2-one (4) and (Z)-1,1,1-trifluoro-11-tetradecen-2-one (5), have been obtained. In field experiments these compounds have not shown antagonistic effect in a pheromone-inhibitor (1:10) proportion. It has been carried out the synthesis of the peach pest, Grapholita molesta, pheromone analogues: (Z)-10-tetradecen-2-one (6), (Z)-1,1,1-trifluoro-10-tetradecen-2-one (7), (E)-10-tetradecen-2-one (8) and (E)-1,1,1-trifluoro-10-tetradecen-2-one (9). In electrophysiology experiments, trifluoromethyl ketone 7 has induced a 60% of inhibition of the antennal response to a pheromone stimulus, and the same compound produced a significant inhibitory effect in wind tunnel tests. Further, methyl ketones 6 and 8 showed antagonistic activity in field experiments. A new synthetic route of the pheromone components of the devastating tomato pest, Tuta absoluta, has been achieved in a higher overall yield (23.5%) than previously reported and an excellent stereoselectivity. Additionally, eight pheromone analogues have been synthesized; (5E,10Z,13Z)-5,10,13-hexadecatrien-2-one (10), (5E,10Z,13Z)-1,1,1-trifluoro-5,10,13-hexadecatrien-2-one (11), (5E,10Z)-5,10-hexadecadien-2-one (12), (5E,10Z)-1,1,1-trifluoro-5,10-hexadecadien-2-one (13), (5E,13Z)-5,13-hexadecadien-2-one (14), (5E,13Z)-1,1,1-trifluoro-5,13-hexadecadien-2-one (15), (10Z,13Z)-10,13-hexadecadien-2-one (16) and (10Z,13Z)-1,1,1-trifluoro-10,13-hexadecadien-2-one (17). Analogues 10 and 13 have produced a reproducible significant reduction of captures in field tests. In order to identify a possible sex pheromone component of palm tree pest, Paysandisia archon, the following compounds have been obtained: (E)-2-octadecen-1-yl acetate (18), (Z)-2-octadecen-1-yl acetate (19) and (E)-3-octadecen-1-il acetate (20), among which compound 20 showed the closest structural similarity to the unknown pheromone component.