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Dokumentenidentifikation DE69207893T2 19.09.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0569461
Titel PYRETHROIDHALTIGE ZUSAMMENSTELLUNG
Anmelder FMC Corp., Philadelphia, Pa., US
Erfinder BAUM, Jonathan Sheffield, Mercer County, NJ 08534, US;
GLENN, Michael Stephen, Bucks County, PA 19047, US
Vertreter Vossius & Partner, 81675 München
DE-Aktenzeichen 69207893
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, MC, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 15.01.1992
EP-Aktenzeichen 929043925
WO-Anmeldetag 15.01.1992
PCT-Aktenzeichen US9200264
WO-Veröffentlichungsnummer 9212634
WO-Veröffentlichungsdatum 06.08.1992
EP-Offenlegungsdatum 18.11.1993
EP date of grant 24.01.1996
Veröffentlichungstag der Übersetzung europäischer Ansprüche 03.02.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.09.1996
IPC-Hauptklasse A01N 37/34
IPC-Nebenklasse

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Pyrethroidinsektizide, insbesondere eine Zusammensetzung, die im wesentlichen aus einer Kombination von Isomeren von 3-(2,2-Dichlorethenyl)-2,2-dimethylcyclopropancarbonsäure-cyano-(3-phenoxyphenyl)methylester, allgemein als Cypermethrin bekannt, besteht. Cypermetrin, das drei optische Zentren aufweist, besteht aus acht Isomeren.

Anschließend an die Entdeckung von photostabilen Pyrethroiden von Elliott und Mitarb. und der hohen insektiziden Wirksamkeit des einzelnen Isomers (1R,cis)-3-(2,2- Dibromethyl)-2,2-dimethylcylopropancarbonsäure-(S)-cyano-(3-phenoxyphenyl)methylester (hier dominierte das 1R-cis-S-Isomer), die in Nature (1974) 248, 710 und im U.S.-Patent Nr.4,024,163 aufgeführt sind, ist die wissenschaftliche und Patentliteratur angefüllt mit Verfahren zur Herstellung der einzelnen Isomere und ausgewählter Kombinationen von Isomeren von Cypermethrin, Verfahren zur Anreicherung von Isomergemischen mit den wirksameren Isomeren und Beschreibungen der entstandenen Zusammensetzungen. Das U.S.-Patent Nr. 4,136,195 offenbart die 1R-cis-S- und 1R-cis- R-Isomeren von Cypermethrin. Das U.S.-Patent Nr. 4,133,826 offenbart ein Verfahren zur Umwandlung des 1R-cis-R-Isomers von Cypermethrin in das wirksamere 1R-cis-S- Isomer. Das U.S.-Patent Nr.4,308,279 offenbart eine Verbindung, die im wesentlichen äquimolare Mengen der 1R-cis-S- und 1S-cis-R-Isomeren von Cypermethrin und ein Verfahren zu ihrer Herstellung aus den vier cis-Isomeren von Cypermethrin umfaßt. Das U.S.-Patent Nr. 4,845,126 offenbart die entsprechende Kombination der 1R-trans-S- und 1S-trans-R-Isomeren von Cypermethrin. Das U.S.-Patent Nr.5,028,731 offenbart ein Verfahren zur Herstellung bestimmter Pyrethroidinsektizide, einschließlich der erfindungsgemäßen Verbindung.

Sowohl das von Elliott und Mitarb. aufgeführte einzelne Isomer Dibrompyrethroid als auch Cypermethrin, das acht Isomere umfaßt, sind heutzutage Handelsartikel mit großem Umfang, und wie vorstehend angegeben, wurde der Herstellung einer Auswahl von Isomeren von Cypermethrin mit größerer Wirksamkeit als Cypermethrin selbst viel Aufmerksamkeit geschenkt. Ein wirksameres Produkt bedeutet ein geringeres Auftragungsverhältnis und folglich weniger Pestizid, das die Umwelt belastet. Jedoch erhöht die Anreicherung eines Pyrethroids in den wirksameren Isomeren die Kosten des Produkts. Praktisch muß der Hersteller beachten, das Produkt nicht bis zu dem Punkt anzureichem, daß es für den Landwirt mehr kostet, einen Acker mit dem verbesserten Produkt zu behandeln, als die Behandlung mit dem nicht angereicherten Pyrethroid oder einem alternativen Produkt kosten würde. Dennoch können Zuwachsverbesserungen für den Handel wichtig sein, insbesondere, wenn eine Verbesserung in der Wirksamkeit oder verringerter Schaden auf die Umwelt ohne Erhöhung der Kosten für den Landwirt erreicht werden können. Die Folge dieser Überlegungen sind verschiedene Versuche, gerade das richtige Verhältnis von Cypermethrinisomeren zu finden, das dem Landwirt entscheidenden Vorteil ohne unverhältnismäßige Erhöhung der Kosten ermöglicht.

Trotz der umfassenden Untersuchungen von Cypermethrin und seinen Isomeren und der vielen Veröffentlichungen der einzelnen Isomeren und Kombinationen von Isomeren von Cypermethrin wurden die Vorteile der hier offenbarten Zusammensetzung nicht erkannt.

Bei der üblichen Herstellung von Cypermethrin wird der Säureteil als cis/transracemisches Gemisch hergestellt, der dann in das Säurechlorid umgewandelt und mit racemischen Cyano-(3-phenoxyphenyl)methanol (in situ aus 3-Phenoxybenzaldehyd und Natriumcyanid hergestellt) umgesetzt wird. Es wurde jetzt festgestellt, daß die aus dem racemischen cis/trans-Säurechlorid und (S)-Cyano(3-phenoxyphenyl)methanol abgeleitete Zusammensetzung mit vier Isomeren, wobei die Zusammensetzung hier sigma-Cypermethrin genannt wird, gegenüber bestimmten Insektenarten zweimal so wirksam wie Cypermethrin, aber ziemlich unerwartet deutlich weniger toxisch gegenüber Säugern und bestimmten Fischarten in den Verhältnissen ist, die eine handelsübliche Bekämpfung der entsprechenden Getreideinsekten ergeben. Folglich verringert die Verwendung von sigma-Cypermethrin statt Cypermethrin (1) die Menge des in der Umgebung aufgetragenen Insektizids um die Hälfte, (2) das Risiko des Tötens von Fischen, das sich aus dem Eindringen des Pestizids in Seen und Flüsse durch Abfließen ergibt, (3) das Einwirken von Pestiziden auf die Aufbringenden und Personen, die den Feldbereich kurz nach dem Sprühen betreten könnten, (4) die Menge des Rückstands der auf den geernteten Feldfrüchten verbleiben könnte. Außerdem ist, da sigma-Cypermethrin als direktes Produkt der Umsetzung des racemischen cis/trans-Säurechlorids und (S)-Cyano-(3-phenoxyphenyl)methanol hergestellt werden kann, kein zusätzlicher Schritt der selektiven Kristallisation oder Epimerisierung von Cypermethrin erforderlich, der bei bestimmten Herstellungen des Stands der Techink einer Auswahl von Cypermethrinisomeren verwendet wird.

Bei dem am häufigsten verwendeten Verfahren zur Herstellung von 3-(2,2- Dichlorethenyl)-2,2-dimethylcyclopropancarbonsäurechlorid sind die Konzentrationen der 1S-cis- 1R-cis-, 1S-trans- und 1R-trans-Isomeren etwa äquivalent. Für die Zwecke dieser Anmeldung kann die cis/trans-Verteilung als etwa äquivalent angesehen werden, wenn die Verbindung aus 50 ± 5 % von jedem besteht. Wenn nicht anders angegeben, bedeutet der Begriff sigma-Cypermethrin ein Produkt mit einem cis/trans-Verhältnis von 45-55/55-45, das aber häufiger ein Verhältnis von 48-52/52-48 aufweist.

Bei der Herstellung im großen Maßstab, wie bei der in der landwirtschaftlichen chemischen Industrie als "technisches Produkt" bekannten Herstellung, enthält sigma- Cypermethrin, während es hauptsächlich aus den S-Isomeren von Cypermethrin besteht, kleinere Mengen der R-Isomeren durch den R-Gehalt des (S)-Cyano-(3-phenoxyphenyl)methanols sowie unreagierte Ausgangssubstanz und Nebenprodukte. Für die Zwecke dieser Anmeldung beträgt das S/R-Isomerverhältnis in (S)-Cyano-(3-phenoxyphenyl)methanol mindestens 9/1. Für die Zwecke dieser Anmeldung bedeutet sigma-Cypermethrin ein Produkt, das im wesentlichen aus mindestens insgesamt 88 % Cpyermethrinisomeren und mindestens 80 % S-Isomeren von Cypermethrin besteht, wobei der Rest unreagierte Ausgangssubstanz, einschließlich in den Ausgangssubstanzen vorhandener minimaler Bestandteile, und bei der Reaktion zur Herstellung von sigma-Cypermethrin gebildete Nebenprodukte sind, und keine Substanzen enthält, die die Verwendbarkeit des Produkts als Pyrethroidinsektizide wesentlich beeinflußen. Ein veranschaulichendes technisches Produkt von sigma-Cypermethrin enthält insgesamt 89.1 % Cypermethrinisomere und 82.9 % S-Isomere, und die einzigen mit 1 % oder mehr vorhandenen anderen Verbindungen sind 3-Phenoxybenzaldehyd (3.56 %) und (±)-Cyano-(3-phenoxyphenyl)methanol (1.93 %).

Die Verfahren zur Herstellung der Ester von (S)-Cyano-(3-phenoxyphenyl)methanol sind in den folgenden Beispielen veranschaulicht.

Beispiel 1

Herstellung von cis/trans-3-(2,2-Dichlorethenyl)-2,2-dimethylcyclopropancarbonsäure- (S)-cyano-(3-phenoxyphenyl)methylester

Stufe A

Herstellung von cis/trans-3-(2,2-Dichlorethenyl)-2,2-dimethylcyclopropancarbonsäure-(S)-aminocarbonyl-(3-phenoxyphenyl)methylester

Ein Gemisch aus 10.7 g (0.044 mol) (S)-3-Phenoxymandelsäureamid (hergestellt mit dem Verfahren von U.S. 4,146,554) wurde auf 40ºC erwärmt, wonach 8 ml Pyridin zugegeben wurden, wodurch eine vollständige Auflösung des Feststoffs, der im ursprünglichen Gemisch vorhanden war, bewirkt wurde. Das Erwärmen wurde abgebrochen, und 10.0 g (0.044 mol) cis/trans-3-(2,2-Dichlorethenyl)-2,2-dimethylcyclopropancarbonsäurechlorid in 10 ml Toluol wurden während eines Zeitraums von 15 Minuten zugetropft. Das Gemisch wurde etwa 17 Stunden bei Umgebungstemperatur gerührt und dann 35 ml 1 n Salzsäure zugegeben. Nach 30 Minuten Rühren dieses Gemisches wurde es in einen Scheidetrichter gegossen, in den auch 60 ml Diethylether gegeben wurden.

Die organische Phase wurde abgetrennt und zweimal mit 40 ml einer gesättigten wäßrigen Natriumchloridlösung gewaschen. Nach Trocknen über wasserfreiem Magnesiumsulfat wurde das Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt, wobei ein goldfarbener viskoser Rückstand von cis/trans-3-(2,2-Dichlorethenyl)-2,2-dimethylcyclopropancarbonsäure-(S)-aminocarbonyl-(3-phenoxyphenyl)methylester mit einem Gewicht von 19.0 g verblieb.

Stufe B

Herstellung von cis/trans-3-(2,2-Dichlorethenyl)-2,2-dimethylcyclopropancarbonsäure-(S)-cyano-(3-phenoxyphenyl)methylester

Zu einer Lösung von 19.0 g (0.043 mol) cis/trans-3-(2,2-Dichlorethenyl)-2,2- dimethylcyclopropancarbonsäure-(S)-aminocarbonyl-(3-phenoxyphenyl)methylester in 35 ml Dichlormethan wurden unter einer Stickstoffatmosphäre 55 ml Pyridin gegeben. Das Gemisch wurde auf -5ºC abgekühlt und 12.6 g (0.081 mol) Phosphoroxychlorid in 10 ml Dichlormethan innerhalb eines Zeitraums von 20 Minuten zugetropft. Nach vollständiger Zugabe wurde das Reaktionsgemisch eine Stunde bei 0ºC gerührt, wonach es in ein Gemisch aus 200 ml 1n Salzsäure und zerstoßenem Eis gegossen wurde. Die organische und die wäßrige Phase wurden getrennt und die organische Phase hintereinander mit 50 ml einer gesättigten wäßrigen Lösung von Natriumchlorid und 1 n Salzsäure gewaschen. Diese Lösung wurde über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt, wobei ein leicht oranges Öl mit einem Gewicht von 17.7 g als Rückstand erhalten wurde. Dieses Öl wurde durch eine Säule mit Florisil -Adsorptionsmittel geleitet und mit Dichlormethan eluiert. Die das gewünschte Produkt enthaltenden Fraktionen wurden vereinigt und das Lösungsmittel unter vermindertem Druck abgedampft, wobei ein schwach gelbes Öl mit einem Gewicht von 12 g als Rückstand erhalten wurde. Vom Rückstand wurde mit HPLC bestimmt, daß er 39.2 % des cis-Isomers und 58.0 % des trans-Isomers von 3-(2,2-Dichlorethenyl)-2,2-dimethylcyclopropancarbonsäure-(S)-cyano-(3- phenoxyphenyl)methylester enthielt.

[α]D²&sup5;=+15.80º (c = 1.06, CHCl&sub3;); [α]D²&sup5;=+13.62º

(c = 1.02, Ethanol):

Berechnet: C 63.47; H 4.60, N 3.36;

Gefunden: C 63.43; H 4.60, N 3.15.

Beispiel 2

Herstellung von cis/trans-3-(2,2-Dichlorethenyl)-2,2-dirnethylcyclopropancarbonsäure- (S)-cyano-(3-phenoxyphenyl)methylester

Zu einer unter Rückfluß erhitzten Lösung von 136.2 g (66.83 % anal., 0.400 mol) cis/trans-3-(2,2-Dichlorethenyl)-2,2-dimethylcyclopropancarbonsäurechlorid in 75 ml Heptan wurden unter einer Argonatmosphäre 139.7 g (0.406 mol) einer 65.5 %igen Lösung (S)-Cyano-(3-phenoxyphenyl)methanol (enthält 93 % S-Isomer, 7 % R-Isomer) gegeben. Die Zugabe erforderte 115 Minuten, während der die Temperatur im Bereich von 103 - 105ºC blieb. Zusätzliche 20.8 g (0.060 mol) der 65.5 %igen Lösung von (S)- Cyano-(3-phenoxyphenyl)methanol wurden zugegeben. Nach vollständiger Zugabe wurde das Gemisch eine Stunde unter Rückfluß erhitzt. Das Gemisch wurde dann auf 90ºC abgekühlt und 100 ml einer 10 %igen Lösung von Natriumcarbonat in Wasser zugegeben. Das Gemisch wurde 0.5 Stunden gerührt, wonach es etwa 17 Stunden auf 60ºC gehalten wurde, um eine vollständige Phasentrennung auftreten zu lassen. Die wäßrige Phase wurde abgetrennt und verworfen. Die organische Phase wurde einmal mit Wasser gewaschen und das Lösungsmittel unter vermindertem Druck abgedampft, wobei 198.8 g eines flüssigen Rückstands verblieben. Eine Flüssigphasen-Chromatographieanalyse dieses Rückstands ergab, daß er 79.6 % cis/trans-3-(2,2-Dichlorethenyl)-2,2-dimethylcyclopropancarbonsäure-(S)-cyano-(3-phenoxyphenyl)methylester enthielt. Etwa 175 g dieses Produkts wurden in 100 ml Toluol gelöst. Diese Lösung wurde insgesamt 29.5 Stunden mit einer Lösung von 40 g Natriummetabisulfit in 160 ml Wasser kräftig gerührt. Nach diesem Zeitraum wurde die wäßrige Phase abgetrennt und verworfen und die organische Phase mit 200 ml Wasser gewaschen. Das Lösungsmittel wurde dann unter vermindertem Druck aus der organischen Phase abgedampft, wobei ein Rückstand mit einem Gewicht von 129.8 g verblieb. Durch Flüssigphasen-Chromatographieanalyse dieses Rückstands wurde festgestellt, daß er insgesamt 92.7 % Cypermethrinisomere, 86.2 % cis/trans-3-(2 ,2-Dichlorethenyl)-2 ,2-dimethylcyclopropancarbonsäure-(S)-cyano(3-Phenoxyphenyl)methylester und 6.5 % R-Isomer (Isomergehalt auf der Basis des Isomergehalts des Ausgangsalkohols geschätzt) mit einem cis/trans-Verhältnis von 49/51 (sigma-Cypermethrin) enthielt.

Die in den folgenden Untersuchungen der insektiziden Wirksamkeit, Säugertoxizität und Fischtoxizität verwendeten sigma-Cypermethrin-Zubereitungen wurden mit dem in Beispiel 2 veranschaulichten Verfahren hergestellt, das das Verfahren des U.S.- Patents Nr.5,028,731 ist. In jedem Fall wurde das S- und R-Isomerverhältnis basierend auf dem S/R-Verhältnis der (S)-Cyano-(3-phenoxyphenyl)methanolausgangssubstanz und der Gesamtisomeranalyse abgeschätzt. Anschließende analytische Untersuchungen zeigten, daß diese Abschätzungen zuverlässung und genau sind.

Insektizide Wirksamkeit

Die insektizide Wirksamkeit von sigma-Cypermethrin wurde wie folgt bestimmt:

Blattbewertung

Cypermethrin und sigma-Cypermethrin wurden durch Blattauftragung in verschiedenen Konzentrationen in wäßrigen Lösungen, die 9.75 % Aceton und 0.25 % Octylphenoxypolyethoxyethanol enthielten, untersucht. Die verwendeten Insektenarten schlossen Krautwickler (Trichoplusia ni), südlichen Heerwurm (Spodoptera eridania), mexikanischen Bohnenkäfer (Epilachna varivestis), Tabakknospenwurm (Heliothis virescens) und Maisohrwurm (Heliothis zea) ein.

Für alle Insekten wurden Pflanzen von gefleckten Feldbohnen (Phaseolus vulgaris) mit den Testlösungen behandelt. Die Testlösungen wurden mit einem Sprühgerät auf die oberen und unteren Oberflächen der Pflanzenblätter bis zum Ablaufen aufgetragen. Man ließ die Pflanzen dann trocknen, und sie wurden an der Basis des Stengels vor Einpflanzen in Töpfe geteilt. Zehn Larven im zweiten Stadium der verwendeten Insektenarten, außer Tabakknospenwurm und Maisohrwurm, wurden in jeden Topf gegeben und der Topf abgedeckt. Untersuchungen mit dem Tabakknospenwurm und Maisohrwurm verwendeten vier Wiederholungen, wobei jede Wiederholung fünf Insekten im zweiten Stadium enthielt. Bei allen Untersuchungen wurde die Sterblichkeit 48 Stunden später bestimmt. Das für die Blattbewertung verwendete sigma-Cypermethrin war das Produkt von Beispiel 2.

Die LC&sub5;&sub0;-Werte und die relativen Wirksamkeiten, berechnet aus diesen Ergebnissen sind nachstehend angegeben:

Testart Relative Wirksamkeit Cypermethrin Σ-Cypermethrin

CL = Krautwickler (Trichoplusia ni)

MBB = südlicher Heerwurm (Spodoptera eridania)

SAW = mexikanischer Bohnenkäfer (Epilachna varivestis)

TBW = Tabakknospenwurm (Heliothis virescens)

TBW-R = Gegen Pyrethroide resistenter Stamm des Tabakknospenwurms

CEW = Maisohrwurm (Heliothis zea)

Die vorstehend aufgeführten Laborergebnisse zeigen, daß sigma-Cypermethrin deutlich wirksamer gegen eine Reihe von Insekten ist als Cypermethrin, im Mittel fast zweimal (1.9 mal) so wirksam gegen Lepidoptera und viermal so wirksam gegen die einzige untersuchte Art von Coleoptera. Praktisch bedeutet das, daß von sigma-Cyper methrin erwartet werden kann, daß es auf dem Feld mit etwa der Hälfte des für Cypermethrin selbst erforderlichen Verhältnisses wirksam ist, und es zeigte sich, daß das der Fall ist.

Feldversuche

Auf Baumwolle in Louisiana, Mississippi, Alabama und Arizona durchgeführte Feldversuche bestanden aus einer statistischen vollständigen Blockanordnung von vier Wiederholungen pro Behandlung. Die Parzellen hatten ein Minimum 0.2 Acre und alle Auftragungen wurden mit einer handelsüblichen Grundausstattung mit einem Minimum von 10 Gallonen Gesamtspraylösung pro Acre gemacht. Der Cypermethrinisomergehalt (Gew.-%) von mehreren verwendeten technischen sigma-Cypermethrinprodukten in den Feldversuchen waren wie folgt:

Jahr insgesamt Isomere S-Isomere cis/trans-Verhältnis

Die Analyse der Daten basierte auf einem saisonalen Mittelwert von mehreren Bewertungen, die innerhalb eines Zeitraums von vier bis sechs Wochen (3-4 Auftragungen) bei Versuchen zur Bekämpfung von Heliothis sp. vorgenommen wurden. Die Ergebnisse sind nachstehend aufgeführt.

Vergleich von Cypermethrin und Σ-Cypermethrin
Jahr Behandlung Verhältnis Ertrag Σ-Cypermethrin Cypermethrin Kontrolle

*Saisonaler Mittelwert von 3 Versuchen (MS, LA)

** Saisonaler Mittelwert von 4 Versuchen (MS, LA)

*** Saisonaler Mittlewert von 6-8 Versuchen (MS, LA, AL, GA)

Hel. = Heliothis virescens und Heliothis zea

Larv = Larven

Hel. Sq. Dam. = Durch Heliothis geschädigte Parzellen

SC/a = Baumwollsaat pro Acre

Bei Salat in Californien durchgeführte Feldversuche für die Bewertung der Bekämpfung von Krautwickler bestanden aus einer statistischen vollständigen Blockanordnung mit vier Wiederholungen pro Behandlung. Die Anwendungen wurden auf kleine Flächen mit einem CO&sub2; Rucksacksprühgerät unter Verwendung eines Minimums von 10 Gallonen pro Acre vorgenommen. Die Ergebnisse wurden in den Prozentsatz an Bekämpfung, basierend auf unbehandelten Kontrollstücken, umgerechnet. Die Ergebnisse sind nachstehend aufgeführt.

Vergleich von Cypermethrin und Σ-Cypermethrin
% Bekämpfung des Krautwicklers Behandlung Verhältnis Jahr Σ-Cypermethrin Cypermethrin

* Mittelwert von 2 Versuchen (CA)

** Mittelwert von 1 Versuch (CA)

DAT = Tage nach der Behandlung

Feldversuche wurden in Louisiana, North Carolina, Texas, Kentucky, Tennessee und Illinois durchgeführt, um die Bekämpfung von Luzernekäfer (Hypera postica) zu bewerten. Kleine Versuchsflächen wurden in einer statistischen Blockanordnung mit vier Wiederholungen pro Behandlung verwendet. Die Auftragungen wurden mit CO&sub2; Rucksacksprühgeräten vorgenommen. Die Ergebnisse wurden 3, 7 und 14 Tage nach der Behandlung (DAT) erhalten und in den Prozentsatz an Bekämpfung, basierend auf die nicht behandelte Kontrolle, umgerechnet.

Vergleich von Cypermethrin und Σ-Cypermethrin
% Bekämpfung des Luzernekäfers Behandlung Verhältnis Jahr Σ-Cypermethrin Cypermethrin

* Mittelwert von 4 Versuchen (LA, NC, TX, KY)

** Mittelwert von 6 Versuchen (TN, KY, NC, LA, IL, TX)

DAT = Tage nach der Behandlung

Bei jedem der vorstehend aufgeführten Feldversuche ergab sigma-Cypermethrin mit der Hälfte der Menge von Cypermethrin oder sogar weniger im allgemeinen Ergebnisse, die im wesentlichen gleich waren zu den bei der Aufbringung von Cypermethrin im empfohlenen Verhältnis erhaltenen, manchmal deutlich besser, manchmal schlechter. Sogar wenn ein deutlicher Vorteil für Cypermethrin erscheinen könnte, wenn auch bei zweimaligem Verhältnis, ergab sigma-Cypermethrin eine kommerziell akzeptable Bekämpfüng.

Toxikologie

Sigma-Cypermethrin zeigte sowohl in der Säugertoxizität als auch Fischtoxizität überraschende Vorteile gegenüber der Stammverbindung Cypermethrin.

Untersuchung des Fütterns über 90 Tage

Bei der Untersuchung des Fütterns über 90 Tage, durchgeführt gemäß der EPA- Richtlinie 82-1, wurde die zu untersuchende Verbindung kontinuierlich in der Nahrung Gruppen von Ratten für mindestens neunzig Tage in Konzentrationen von 0, 150 und 1500 ppm an Gruppen mit fünfzehn Sprague-Dawley-Ratten bei Cypermethrin und 0, 10, 50, 150, 250, 500 und 900 ppm an Gruppen mit zehn Fisher 344 Ratten für sigma- Cypermethrin verabreicht. (Die Mengen für sigma-Cypermethrin waren geringer, da erwartet wurde, daß es toxischer ist als Cypermethrin.) Der Cypermethrinisomergehalt (Gew.-%) des bei dieser Untersuchung verwendeten technischen Produkts sigma-Cypermethrin war: insgesamt 88.2 % Isomere, S-Isomere - 82 %, cis/trans-Verhältnis - 53/47. Das Körpergewicht der einzelnen Ratten und die Futteraufnahmewerte wurden wöchentlich aufgezeichnet. Nach Beendigung wurden hämatologische und klinische chemische Bestimmungen durchgeführt und die Organgewichte für Nebennieren, Gehirn, Herz, Nieren, Leber und Eierstöcke oder Hoden erhalten. Eine gewebepathologische Untersuchung von etwa 40 Geweben wurde bei allen Tieren der Kontrollgruppe und bei der höchstdosierten Gruppe bei der Cypermethrinuntersuchung und bei den höchsten zwei Gruppen (500 und 900 ppm) bei der sigma-Cypermethrinuntersuchung durchgeführt. Zusätzlich wurde eine gewebepathologische Untersuchung bei den Lungen, Lebern und Nieren der Tiere in den mitteldosierten Gruppen bei beiden Untersuchungen (150 und 500 ppm für Cypermethrin und 10, 50, 150 und 250 ppm für sigma-Cypermethrin) durchgeführt. Eine Augenuntersuchung wurde bei allen Tieren vor Beginn der Behandlung und vor dem endgültigen Töten durchgeführt.

Bei dieser Untersuchung war der "Wert für keine beobachtbare Wirkung" (NOEL) für Cypermethrin 150 ppm, währenddessen der für sigma-Cypermethrin 250 betrug. Wenn sigma-Cypermethrin, das etwa zweimal so toxisch gegenüber den zu bekämpfenden Insekten ist als Cypermethrin, für Ratten genauso toxisch sein würde als für Insekten, würde man erwarten, daß der NOEL die Hälfte des Werts für Cypermethrin ist, aber stattdessen ist er mehr als eineinhalbmal der des Cypermethrinwerts. Mit anderen Worten benötigte man bei dieser Untersuchung mehr als dreimal so viel sigma- Cypermethrin, um eine Wirkung auf Ratten zu zeigen, die aus der Wirkung von Cypermethrin auf Insekten erwartet wurde, wenn die relative Wirkung von sigma-Cypermethrin und Cypermethrin auf Ratten die gleiche wäre wie die relative Wirkung auf Insekten.

Mehrgenerationenuntersuchung

Mehrgenerationenuntersuchungen wurden gemäß der EPA-Richtlinie 83-4 durchgeführt und liefern Information über die Fortpflanzungsparameter sowie die neonatale Morbidität und Sterblichkeit für mehrere Generationen. Wistar-Ratten wurde während der ganzen Untersuchung Nahrung gefüttert, die 0, 50, 150 und 750 ppm Cypermethrin enthielt (die obere Dosierungsmenge betrug für die ersten 12 Wochen 1000 ppm, wurde aber durch die Toxizität für den Rest der Untersuchung auf 750 ppm vermindert). Ähnlich wurden Sprague-Dawley-Ratten mit Nahrung gefüttert, die 0, 7.5, 25, 100, 375 und 750 ppm sigma-Cypermethrin enthielt. (Wieder erhielten die Ratten weniger sigma-Cypermethrin, da erwartet wurde, daß es toxischer ist.) Der Cypermethrinisomergehalt (Gew.-%) des bei dieser Untersuchung verwendeten technischen Produkts sigma-Cypermethrin war: insgesamt 89.1 % Isomere, S-Isomere - 82 %, cis/trans-Verhältnis - 51/49. Jeden Tag wurden die Ratten auf die Sterblichkeit und mögliche Zeichen von Wirkungen der Testsubstanz untersucht. Körpergewicht und Nahrungsaufnahme wurden in regelmäßigen Abständen aufgezeichnet.

Die Aufzucht der Eltern und nachfolgenden Generationen bei jeder Untersuchung wurde mit 30 Weibchen begonnen. Bei beiden Untersuchungen wurden geeignete Nahrungskonzentrationen der Testsubstanz während des Zusammenlebens bereitgestellt. Das Einwirken auf die Elternmännchen jeder Generation setzte sich bis zu einem planmäßigem Töten nach Beendigung der Zeiträume des Zusammenlebens fort, während die Einwirkung auf die Elternweibchen bis zum Entwöhnen der Jungen fortgesetzt wurde. Die Jungen wurden bei beiden Untersuchungen am 28. postnatalen Tag entwöhnt. Wegen der übermäßigen Sterblichkeit, die für den 750 ppm F&sub1;-Generationswurf (sigma-Cypermethrin) während des 28 Tage Säugezeitraums und der ersten Woche nach dem Entwöhnen auftrat, wurde die Untersuchung dieser Gruppe am Ende der dritten Woche nach dem Entwöhnen abgebrochen.

Bei dieser Untersuchung betrug der NOEL für Cypermethrin 50 ppm, der für sigma-Cypermethrin 100 ppm. Hier weist ebenfalls statt daß es die Hälfte des NOEL für Cypermethrin zeigt, wie aus der Wirkung gegen Insekten erwartet werden wurde, sigma-Cypermethrin einen NOEL auf, der zweimal so hoch ist wie der von Cypermethrin. Das heißt, man benötigte mehr als viermal so viel sigma-Cypermethrin, um eine Wirkung auf Ratten zu zeigen, die aus der Wirkung von Cypermethrin auf Insekten erwartet würde, wenn die relative Wirkung von sigma-Cypermethrin und Cypermethrin auf Ratten die gleiche wäre wie die relative Wirkung auf Insekten.

Teratologie

Diese Untersuchungen wurden gemäß der EPA-Richtlinie 83-3 zur Bestimmung der Wirkungen der Teststubstanzen auf Schwangerschaft und Entwicklung im Uterus durchgeführt. Die Testsubstanzen wurden über eine Sonde in Maisöl an weibliche Sprague-Dawley-Ratten einmal täglich an den Tagen 6 bis 15 einer angenommenen Schwangerschaft verabreicht. Es waren 25 Tiere pro Dosierungsgruppe. Dosierungen von 0, 17.5, 37.5 und 75 mg/kg für Cypermethrin und 0, 5, 12.5, 25, und 35 mg/kg für sigma-Cypermethrin wurden verabreicht. Der Cypermethrinisomergehalt (Gew.-%) des bei dieser Untersuchung verwendeten technischen sigma-Cypermethrins war: insgesamt 89.1 % Isomere, S-Isomere - 82 %, cis/trans-Verhältnis - 51/49. Die Kontrolltiere (0 mg/kg) erhielten während des Behandlungszeitraums Maisöl. Alle Dosierungen wurden täglich auf der Basis des Körpergewichts eingestellt.

Tägliche Untersuchungen der Ratten wurden während der Zeiträume der Dosierung und nach der Dosierung vorgenommen. Am 20. bis 21. Schwangerschaftstag wurden die Ratten getötet, um ihren Uterusinhalt einschließlich der Zahl der lebenden und toten Föten und der Zahl der Resorptionen zu untersuchen. Die Föten wurden anschließend auf Mißbildungen untersucht.

Bei dieser Untersuchung betrug der NOEL für Cypermethrin 17.5 mg/kg, der für sigma-Cypermethrin 12.5. So war bei dieser Untersuchung die zum Zeigen einer Wirkung auf Ratten erforderliche Menge an sigma-Cypermethrin nur 1.4 mal der, die man aus der Wirkung von Cypermethrin auf Insekten erwarten würde, wenn die relative Wirkung von sigma-Cypermethrin und Cypermethrin auf Ratten die gleiche wäre wie die relative Wirkung auf Insekten. Es bestand keine embryotoxische oder teratogene Wirkung bei keiner Dosis der beiden Verbindungen.

Zusammenfassend zeigte bei diesen durchgeführten Untersuchungen für die Säugertoxizität sigma-Cypermethrin einen unerwarteten und nicht offensichtlichen Vorteil gegenüber Cypermethrin, der im Bereich von 1.4 mal bis viermal der Menge des erforderlichen sigma-Cypermethrins liegt, um eine Wirkung auf Ratten zu zeigen, die man aus der Wirkung von Cypermethrin auf Insekten erwarten würde, wenn die relative Wirkung von sigma-Cypermethrin und Cypermethrin auf Ratten die gleiche wäre wie die relative Wirkung auf Insekten.

Fischtoxizität

Akute Toxizitätsuntersuchungen mit sechsundneunzig Stunden Durchfluß von sowohl Cypermethrin als auch sigma-Cypermethrin wurden bei Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss) und Schafskopfaal (Cyprinodon variagatus) durchgeführt, um die mittlere lethale Konzentration (LC&sub5;&sub0;) zu bestimmen, die sich aus kontinuierlicher Einwirkung ergibt. Für die Regenbogenforelle war das Einwirkungsmedium Quellwasser, für den Schafskopfaal filtriertes Meerwasser. Jede Gruppe mit 20 Fischen (10 pro Aquariumswiederholung) wurde entweder einer von fünf Konzentrationen des in einem Verdünnersystem in Dimethylformamid (DMF) bereitgetellten Pyrethroids, 30 µl/l DMF im Einwirkungsmedium (Lösungsmittelkontrolle) oder dem Einwirkungsmedium allein (Kontrolle) ausgesetzt. Untersuchungen auf Sterblichkeit, Morbidität und andere offenkundige Zeichen einer Toxizität wurden in festgelegten Intervallen bestimmt.

Die Konzentrationen der Testsubstanzen wurden zu Beginn und am Ende der Einwirkung unter Verwendung eines validierten HPLC-Verfahrens gemessen. Der Cypermethrinisomergehalt (Gew.-%) des bei dieser Untersuchung verwendeten technischen Produkte sigma-Cypermethrin war: insgesamt 88.2 % Isomere, S-Isomere - 82 %, cis/trans-Verhältnis - 53/47.

Die bei der Untersuchung verwendeten gemessenen Konzentrationen waren: beim Schafskopfaal:

für Cypermethrin: 4.61, 2.14, 0.765, 0.601, 0.446 µg/l

für sigma-Cypermethrin: 3.00, 1.79, 0.91, 0.62, 0.28 µg/l

bei Regenbogenforelle:

für Cypermethrin: 2.24, 1.35, 0.719, 0.366, 0.219 µg/l

für sigma-Cypermethrin: 5.27, 2.77, 1.65, 0.82, 0.47 µg/l

Die "Konzentration ohne beobachtbare Wirkung" (NOEC) und die bei den Tests festgestellten LC&sub5;&sub0;-Werte waren:

beim Schafskopfaal:

Cypermethrin: NOEC - 2.14 µg/l, LC&sub5;&sub0; - 3.88 µg/l

sigma-Cypermethrin: NOEC - 1.79 µg/l, LC&sub5;&sub0; - 2.37 µg/l

bei Regenbogenforelle:

Cypermethrin: NOEC - 0.366 µg/l, LC&sub5;&sub0; - 0.897 µg/l

sigma-Cypermethrin: NOEC - 0.47 µg/l, LC&sub5;&sub0; - 0.69 µg/l

Da sigma-Cypermethrin etwa zweimal so toxisch gegenüber kommerziell wichtige Insekten wie Cypermethrin ist, würde auch, wenn es zweimal so toxisch gegenüber Fisch wäre, erwartet werden, daß die LC&sub5;&sub0; für sigma-Cypermethrin die Hälfte des Werts für Cypermethrin sind. Anders angegeben würde erwartet werden, daß das Verhältnis des LC&sub5;&sub0; von Cypermethrin zum LC&sub5;&sub0; von sigma-Cypermethrin 2.0 ist. Jedes geringere Verhältnis bedeutet, daß sigma-Cypermethrin weniger toxisch gegenüber Fisch ist, als aus seiner Toxizität gegenüber Insekten erwartet wird. Das Verhältnis für Regenbogenforelle beträgt 1.3, das für Schafskopfaal 1.64. So ist sigma-Cypermethrin gegenüber diesen zwei Fischarten weniger toxisch als aus den relativen Toxizitäten der zwei Produkte gegenüber Insekten erwartet wird.

Zusammenfassend ist sigma-Cypermethrin zweimal so wirksam wie Cypermethrin gegenüber bestimmten Insektenarten, die die Hauptfeldfrüchte angreifen, ist aber in Verhältnissen, die eine handelsübliche Bekämpfung der zu bekämpfenden Getreidein sekten ergeben, deutlich weniger toxisch gegenüber Säuger und bestimmte Fischarten. Folglich vermindert die Verwendung von sigma-Cypermethrin statt Cypermethrin die Menge des in der Umwelt angewandten Insektizids um die Hälfte, vermindert das Risiko des Tötens von Fischen, das sich aus dem durch Ablaufen ergebenden Eindringen von Insektizid in Seen und Flüsse ergibt, vermindert das Einwirken von Insektizid auf aufbringende Personen und die, die eine behandelte Getreidefläche kurz nach dem Sprühen betreten könnten, und vermindert die Menge der Rückstände, die auf geernteten Feldfrüchten verbleiben könnten. Außerdem wird erwartet, daß jeder Rückstand von sigma- Cypermethrin, der auf geernteten Feldfrüchten verbleiben könnte, deutlich weniger toxisch ist als der Rückstand von aufgebrachtem Cypermethrin, um den gleichen Schutz gegen Insekten von Feldfrüchten zu erreichen, und Cypermethrin selbst weist für ein Feldfrüchteinsektizit relativ geringe Säugertoxizität auf.


Anspruch[de]

1. Verwendung einer Cypermethrinzusammensetzung, bestehend im wesentlichen aus einem Gemisch der 1S-cis-S- 1R-cis-S-, 1S-trans-S- und 1R-trans-S-Isomeren von Cypermethrin, in dem die Isomere in etwa gleichen Konzentrationen vorhanden sind, das mindestens insgesamt 88 % Cypermethrinisomere und mindestens 80 % S-Isomere von Cypermethrin enthält und ein cis/trans-Verhältnis im Bereich von 45/55 bis 55/45 aufweist, als ein Mittel zur Verminderung der aus der Anwendung einer Cypermethrinzusammensetzung zur Bekämpfüng von Insekten resultierenden Toxizität für Säuger und Fische.

2. Verwendung einer Cypermethrinzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Produkt der Umsetzung von racemischem cis/trans-3- (2,2-Dichlorethenyl)-2,2-dimethylcyclopropandicarbonsäurechlorid mit (S)- Cyano-(3-phenoxyphenyl)methanol ist.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Cypermethrinzusammensetzung im Gemisch mit einem oder mehreren landwirtschaftlich verträglichen Zusatzstoffen verwendet wird.







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