專利名稱：包括二氫荊芥內酯的驅蟲劑組合物的制作方法
技術領域：
本發明涉及驅蟲劑領域，以及二氫荊芥內酯立體異構體作為驅蟲物質的廣泛應用。
背景技術：
驅蟲物質一般會將昆蟲驅離或者使得昆蟲排斥原本昆蟲可接受的食物源或者棲所。對于驅蟲劑而言，至少85％在美國銷售的用于驅蟲的驅蟲劑含有N，N-二乙基-間甲苯甲酰胺(DEET)作為它們的主要活性成分。此外，消費者報告試驗表明含有最高濃度DEET的產品驅蚊效果持續時間最長。雖然是有效的驅蟲劑，但是DEET具有不良氣味并且給皮膚以油膩的感覺。此外，雖然該化合物再次得到EPA登記在美國使用，但是對于其安全性，尤其是對于將其應用于兒童時的安全性的關注程度越來越高(Briassoulis，G.；Narlioglou，M.；Hatzis，T.(2001)Human & Experimental Toxicology，20(1)，8-14)。一些研究已經提出，高濃度DEET在一些個體中可能會引起過敏反應或者中毒反應。其它與DEET相關的缺點包括1)它是合成化學制品，即它不能從天然來源中得到；2)它顯示出有限的活性譜一例如，它不是驅除黑腿蟲或者鹿虱的期望的有效化學制品(Schreck，C.E.，Fish，D.& McGovern，T.P.(1995)，Journal of the American MosquitoControl Association，11(1)，136-140)；3)DEET溶解或者損害多種塑料制品和涂漆的表面；和4)DEET可以增塑一些一般用于局部制劑中的惰性成份，這導致用戶的可接受性較低。
由于上述限制因素，具有驅蟲活性但不含有DEET的產品受到消費者的青睞。特別是，對含有天然產品的組合物的需要正在逐步提高。新的待選驅蟲劑應該具有合意的性能平衡，和優選達到或者超過DEET的正面性能，和/或不具有它的負面性能(Hollon，T.，(2003)，TheScientist，2003年6月16日，25-26)。其次，可能的DEET替代物應該合宜地顯示出優良的驅蟲活性、高殘留活性和對人類(或者寵物)以及環境低毒性的結合。此外，對可以從天然植物原料中獲得的或者可以由天然植物原料合成的、并且使用起來合宜的驅蟲劑化合物的需求日益增加。任何取代DEET的選擇物都應該對人類認為有毒的多種昆蟲顯示出驅蟲活性，昆蟲包括但不限于咬人昆蟲、鉆木類昆蟲、有毒昆蟲和居家昆蟲等等。
許多植物種產生用作驅蟲劑和芳香化學制品的天然來源的香精油(芳香油)[Hay，R.K.M.，Svoboda，K.P.，Botany，in‘Volatile OilCropstheir biology，chemistry and production’.Hay，R.K.M.，Waterman，P.G.(著).Longman Group UK Limited(1993)]。香茅油，因其對昆蟲的普遍驅除性而聞名，得自禾本科植物冬香茅(Cymbopogon winterianus)和亞香茅(C.nardus)。用作芳香化學制品來源的植物的實例包括蜜蜂花(Melissa officinalis)(蜜蜂花屬)、白蘇子(紫蘇屬)、Posostemon cablin(廣藿香)和多種熏衣草(熏衣草屬)。所有這些出產有價值的油的植物實例都屬于唇形科(Lamiaceae)族。荊芥屬(貓薄荷)植物也屬于該科，并且它們產生為商業次要品目的香精油。這種油富含于一類通稱為環烯醚萜的類單萜化合物中[Inouye H.Iridoids，Methods in Plant Biochemistry，799-143(1991)]，更具體而言，富含于甲基環戊烷樣荊芥內酯[Clark，L.J.等人，The Plant Journal，111387-1393(1997)]及其衍生物中。
長期以來，環烯醚萜類單萜類是熟知對多種昆蟲物種有效的驅蟲劑(Eisner，T.，(1964)，Science，1461318-1320；Eisner，T.，(1965)，Science，148966-968；Peterson，C.和Coats，J.，(2001)，Pesticide Outlook，12154-158；Peterson，C.等人，(2001)，Abstractsof Papers American Chemical Society，222(1-2)AGR073)。荊芥油(主要是荊芥內酯)的驅蟲活性研究表明，通過短期曝曬后，該荊芥油是對許多昆蟲物種的驅蟲劑，但是對于許多其它物種它不是驅蟲劑(Eisner，T.，(1964)，Science，1461318-1320)。
美國專利4,663,346公開了具有含有二環環烯醚萜內酯(例如蟻素)的組合物的驅蟲劑。此外，美國專利4,869,896公開了將這些二環環烯醚萜內酯組合物應用于含有DEET的增效驅蟲劑混合物中。美國專利6,524,605公開了包括由貓薄荷植物荊芥獲得的荊芥內酯的驅蟲劑，以及荊芥內酯立體異構體作為驅蟲劑的不同效力。
已知含有二氫荊芥內酯(DHN)(一類由荊芥內酯衍生得到的環烯醚萜類單萜類(如附圖1所示))的組合物能夠提供殺蟲作用。例如，光臀虹臭蚊屬螞蟻的肛腺分泌物組分研究表明其中存在相當大量的異二氫荊芥內酯，同時還存在異蟻素(Cavill，G.W.K.和D.V.Clark.，(1967)，J.Insect Physiol.，13131-135)。當時，已知異蟻素具有良好的‘致命’殺蟲活性。
Cavill等人(1982)(Tetrahedron，381931-1938)公開了在螞蟻驅蟲劑分泌物中存在二氫荊芥內酯，但是據稱化合物琉蟻二醛是主要的驅蟲劑組分。
Jefson，M.等人(1983)(J.Chemical Ecology，9159-180)公開了在蒸氣相中，二氫荊芥內酯在25秒鐘內對螞蟻表現出有效的驅避性。沒有對更長的時間進行研究。暴露于純二氫荊芥內酯蒸氣25秒鐘后，大約50～60％的破壞單家蟻停止采食。關于驅蟲劑作用的持續時間，沒有給出任何指征。

發明內容
本發明的一種實施方案是包括下面通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體的混合物的物質的驅蟲組合物 本發明的另一實施方案是應用于人類、動物或者無生命主體時驅離昆蟲的物質的組合物，所述物質包括上面通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體的混合物。
本發明的另一實施方案是一種驅離一種或多種昆蟲的物質的組合物，昆蟲選自蜜蜂、黑蠅、恙螨、跳蚤、綠頭蠅、蚊子、廄蠅、壁虱、黃蜂、鉆木類昆蟲、家蠅、樟腦蟑螂、虱子、蟑螂、木虱、粉甲蟲和豆甲蟲、塵螨、蛾、蠹蟲和象鼻蟲，所述物質包括上面通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體混合物。
本發明的另一實施方案是一種物質的組合物，所述物質具有統計學上不能與N，N-二乙基-間甲苯甲酰胺區分的平均完全保護時間，該物質包括上面通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體的混合物。
本發明的另一實施方案是一種物質的驅蟲劑組合物，所述物質包括按重量計約0.001％～約80％的上面通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體的混合物。
本發明的另一實施方案是一種制造驅蟲劑組合物或者驅蟲劑制品的方法，所述方法包括將上面通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體的混合物形成組合物或者制品，或者將上面通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體混合物并入組合物或者制品中。
本發明的另一實施方案是一種給予、增加或者增強制品驅蟲效果的方法，所述方法通過將上面通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體的混合物并入到制品中進行。
本發明的另一實施方案是一種將昆蟲驅離人類、動物或者無生命宿主的方法，所述方法通過將昆蟲暴露于上面通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體的混合物而進行。被驅離的昆蟲可以是，例如，蚊子、廄蠅和壁虱中的一種或多種。
本發明的另一實施方案是上面通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體的混合物將昆蟲驅離人類、動物或者無生命宿主的用途。驅離的昆蟲可以是，例如，蚊子、廄蠅和壁虱中的一種或多種。
本發明的另一實施方案是一種用于生產式(XVI)二氫荊芥內酯的方法，所述方法根據以下方案進行，在負載于催化劑載體(不是SrCO3)上的鈀存在下，氫化式(XV)荊芥內酯而得到產物
申請人:已經發現，二氫荊芥內酯作為一類新有效驅蟲劑化合物效果很好，它不具有現有技術中組合物的不利性能特征。當用作驅蟲劑時，DHN通過使昆蟲食物來源或者生活環境對昆蟲無吸引力或者令其討厭，以此防止其對植物和動物(包括人類)或者對制品的損害。


圖1顯示了天然存在的環烯醚萜(甲基環戊烷樣)荊芥內酯的化學結構。
圖2顯示了從市售貓薄荷油經蒸餾富集荊芥內酯后的餾分(A)以及對由該餾分通過氫化反應得到的物質(B)進行氣相色譜/質譜(GC-MS)聯用分析得到的總離子色譜圖。
圖3顯示了通過圖2中GC-MS分析鑒定的富集荊芥內酯的餾分(A)和氫化物質(B)的主要組分的質譜圖。
圖4顯示了對將市售購得的貓薄荷油蒸餾富集荊芥內酯后的餾分進行13C NMR分析。
圖5顯示了由二氫荊芥內酯分析獲得的13C NMR譜，其中所述二氫荊芥內酯是通過將市售貓薄荷油蒸餾富集荊芥內酯后的餾分氫化而得到的。
圖6顯示了在體外驅蟲活性試驗中，在各種驅蟲劑對雌性伊蚊試驗期間試探密度隨時間的分布。
圖7顯示了反式，順式-荊芥內酯的13C NMR分析。
圖8顯示了由反式，順式-荊芥內酯氫化衍生得到的內酯的13C NMR分析。
圖9顯示了在體外驅蟲活性試驗中，在由順式，反式-荊芥內酯氫化衍生得到的二氫荊芥內酯對雌性伊蚊進行試驗期間，試探密度隨時間的分布。
圖10顯示了在體外驅蟲活性試驗中，在各種驅蟲劑對廄蠅(廄蠅屬)進行試驗期間，降落密度隨時間的分布。
圖11顯示了在體外驅蟲活性試驗中，在各種驅蟲劑對雌性按蚊(白足按蚊)進行試驗期間，試探密度隨時間的分布。
具體實施例方式
荊芥內酯是具有如下通式結構的化合物 如上所示，四個手性中心位于荊芥內酯的甲基環戊烷樣骨架上的4、4a、7和7a位碳原子上；(7S)-荊芥內酯可以由一些植物和昆蟲得到。
已知二氫荊芥內酯是一些荊芥屬唇形科植物香精油的次要組分(Regnier，F.E.等人，(1967)，Phytochemistry，61281-1289；DePooter，H.L.等人，(1988)，Flavour and Fragrance Journal，3155-159；Handjieva，N.V.和S.S.Popov，(1996)，J.Essential Oil Res.，8639-643)。二氫荊芥內酯如下式1所定義
式1其中1、5、6和9表示分子的四個手性中心，并且所示結構包含二氫荊芥內酯所有的立體異構體。可以由(7S)-荊芥內酯衍生得到的二氫荊芥內酯立體異構體的結構如下所示。
化合物名稱如下所示 (1S，5S，9S，6R)-5，9-二甲基 (1S，9S，5R，6R)-5，9-二甲基-3-氧雜二環[4.3.0]-壬-2-酮 -3-氧雜二環[4.3.0]-壬-2-酮 (1S，5S，9S，6S)-5，9-二甲基 (1S，9S，6S，5R)-5，9-二甲基-3-氧雜二環[4.3.0]-壬-2-酮 -3-氧雜二環[4.3.0]-壬-2-酮 (9S，5S，1R，6R)-5，9-二甲基 (9S，1R，5R，6R)-5，9-二甲基-3-氧雜二環[4.3.0]-壬-2-酮 -3-氧雜二環[4.3.0]-壬-2-酮 (9S，6S，1R，5S)-5，9-二甲基 (9S，6S，1R，5R)-5，9-二甲基-3-氧雜二環[4.3.0]-壬-2-酮 -3-氧雜二環[4.3.0]-壬-2-酮“二氫荊芥內酯”(DHN)應當被理解為包含任何和全部二氫荊芥內酯立體異構體及其混合物，除非詳細說明了具體異構體或者混合物。當二氫荊芥內酯由荊芥內酯天然存在來源制備得到時，可以預期立體異構體在摩爾濃度上存在一些差異。無論如何，由天然存在來源進行制備是優選的制備方法。
Regnier等人，op.cit.公開了由荊芥內酯制備DHN，通過催化氫化從荊芥屬植物(貓薄荷)香精油分離的荊芥內酯進行。由此，一種合成二氫荊芥內酯的優選和便利方法就是將荊芥內酯氫化，所述荊芥內酯是從通過多種方法從荊芥屬植物(貓薄荷)中分離的香精油中獲得的相對純的荊芥內酯。催化劑例如氧化鉑和鈀(負載于碳酸鍶上)得到產率為24～90％的二氫荊芥內酯(Regnier等人，op.cit.)。特別優選的方法公開于美國申請SN 10/405,444中，該申請提交于2003年4月2日，出于各種目的，該申請的全文在此引入作為本文的一部分。香精油分離的方法是本領域熟知的，提取油的方法的實例包括(但不限于)蒸汽蒸餾、有機溶劑提取、微波促進的有機溶劑提取、超臨界流體抽提、機械提取和花香吸取法(首先冷提取到油脂內，接著再用有機溶劑提取)。
眾所周知，從不同荊芥屬物種分離的香精油具有不同比例的荊芥內酯的各天然存在的立體異構體(Regnier等人，op.cit.；DePooter等人，op.cit.；handjieva等人，op.cit.)。因此，由任何荊芥屬物種獲得的油制備的DHN將必定是其立體異構體的混合物，所述混合物的組成取決于獲得混合物的荊芥屬的具體物種。
如上所述，四個手性中心存在于荊芥內酯的甲基環戊烷樣骨架內的碳4、4a、7和7a位上，如下所示 氫化荊芥內酯后，可能存在總共八對二氫荊芥內酯對映異構體。在這些立體異構體中，迄今為止公開的天然存在的立體異構體是(9S)-二氫荊芥內酯。根據本發明優選的驅蟲劑物質包括任何或者所有可能的二氫荊芥內酯立體異構體的混合物。進一步優選的驅蟲劑物質包括(9S)-二氫荊芥內酯混合物。最優選的是由(7S)-荊芥內酯衍生獲得的(9S)-二氫荊芥內酯立體異構體。它包括通常稱為順式，反式-荊芥內酯、順式，順式-荊芥內酯、反式，順式-荊芥內酯和反式，反式-荊芥內酯的化合物，如附圖1所示。優選通過荊芥得到的主要立體異構體(順式，反式和反式，順式)。
氫化反應完成后，所得的異構體產物的混合物可以通過常規方法(例如制備性液相色譜法)得到分離，從而得到各對高度純化的二氫荊芥內酯非對映異構體。這允許以對特定昆蟲最為有效的方式使用多種不同的非對映異構體。優選從植物中分離出具體的荊芥內酯異構體，以通過氫化將其轉化為它相應的一對非對映異構體。
除了不同荊芥屬物種之間在荊芥內酯立體異構體含量上的差異之外，還已知在同一物種內也存在差異。給定物種的植物可以產生具有不同組分的香精油，這取決于它們生長的條件或者在收獲時所處的生長階段。事實上，在紫花貓薄荷中已經發現，油組成上的差異與生長條件或者在收獲時的成長階段無關(Clark，L.J.等人，op.cit.)。顯示出不同油組成的單一物種的植物被稱作化學型(chemotypes)。在紫花貓薄荷中，存在在不同荊芥內酯立體異構體比例中顯示出顯著差異的化學型。因此，優選生產特定二氫荊芥內酯對映異構體的方法是氫化由已知含有特定荊芥內酯立體異構體的荊芥屬化學型提取出來的油。
被本發明組合物驅離的昆蟲包括無脊椎動物大類中的任意一種，其特征在于其在成蟲期(非成蟲期包括幼蟲和蛹)軀體被劃分為頭部、胸部和腹部、三對足和通常(但也不盡是)兩對膜翼。因此，該定義包括但不限于多種咬人昆蟲(例如螞蟻、蜜蜂、黑蠅、恙螨、跳蚤、綠頭蠅、蚊子、廄蠅、壁虱、黃蜂)、鉆木昆蟲(例如白蟻)、有毒昆蟲(例如家蠅、樟腦蟑螂、虱子、蟑螂、木虱)和居家害蟲(例如粉甲蟲和豆甲蟲、塵螨、蛾、蠹蟲、象鼻蟲)。在一種實施方案中，例如，本發明DHN組合物是廣闊范圍內常見害蟲的有效驅蟲劑，常見害蟲例如上述提及的那些害蟲，同樣包括咬人昆蟲、鉆木昆蟲、有毒昆蟲和家居害蟲，最具體而言包括蚊子、廄蠅和壁虱(例如鹿屬壁虱)。
在另一種實施方案中，本發明DHN組合物可有效驅離以下任何一種或多種昆蟲，所述昆蟲選自蜜蜂、黑蠅、恙螨、跳蚤、綠頭蠅、蚊子、廄蠅、壁虱、黃蜂、鉆木昆蟲、家蠅、樟腦蟑螂、虱子、蟑螂、木虱、粉甲蟲和豆甲蟲、塵螨、蛀蟲、蠹蟲和象鼻蟲。然而，被驅離的昆蟲還可以是一種或多種選自上述亞組的昆蟲，所述亞組由本段第一句中所述整個昆蟲組中略去的一種或多種昆蟲組成。因此，被驅離的昆蟲可以不只是選自可以由上述整個昆蟲組形成的任何范圍亞組的昆蟲情形，但是可以排除由整個昆蟲組形成亞組時已經略去的昆蟲。此外，由上面列舉的整個昆蟲組略去的多種昆蟲形成的亞組可以是整個昆蟲組的獨立組成部分，如此使得被驅離的昆蟲排除整個昆蟲組的所有其它昆蟲。
宿主是任何受昆蟲影響的植物或者動物。一般認為宿主是昆蟲可接受的食物來源或者昆蟲可接受的棲所。宿主可以是動物(包括但不限于寵物和/或其它馴養動物)、人類、植物或者所謂“昆蟲敏感制品”，所述“昆蟲敏感制品”包括任何受昆蟲影響的無生命制品。這可以包括建筑和家具等等。
在本發明的另一實施方案中，基于阻止昆蟲落在制品上或者阻止昆蟲占據制品周圍空間的目的，將DHN結合進宿主(例如昆蟲敏感制品)中以形成驅蟲制品。預期應用這種技術方案的情形是，在用本發明DHN組合物處理之前，制品可能已經顯示出一些程度的驅蟲活性的情形。在這種情形下，可以預期通過使用本發明DHN組合物，制品的驅蟲活性將得到增強。
驅蟲劑是任何阻止昆蟲接近宿主的化合物或者組合物。應當理解，上述用法沒有對具有短期效果的化合物與顯示出長期有益效果的化合物和/或對昆蟲狀態產生顯著影響之前需要很高表面濃度的化合物進行區分。
由此，術語“驅蟲劑”表示與根本不進行處理時相比給予宿主防護昆蟲能力的化合物或者組合物。“保護作用”理想地導致統計學上昆蟲數目的顯著減少，例如可以通過測量試驗中的平均完全保護時間(“CPT”)對其進行有效地測定，在所述試驗中，對昆蟲接近經處理的動物(包括人類)和經處理的無生命表面的行為進行觀察。平均CPT是指重復試驗時間的平均長度，在試驗中對昆蟲在處理表面上首次降落、試探或者叮咬(在是咬人昆蟲的情況下)或者爬行(在是爬行動物(例如壁虱或者恙螨)的情況下)之前的時間進行觀測[參閱，例如US EPA Office of Prevention，Pesticides and Toxic Substancesproduct performance test guidelines OPPTS 810.3700；和Fradin，M.S.，Day，J.F.(2002)，New England Journal of Medicine，347，13-18]。在本發明的一個例證性實施方案中，本文中的驅蟲劑組合物具有在統計學上不能與DEET區分的平均CPT。在表明DHN組合物和DEET的平均CPT在統計學不能區分的試驗中，所使用的試驗條件(包括活性成分的量)必須毫無疑問是等同的，或者如果不等同，必須僅僅是方式的不同，所述方式不妨礙為了引證所述存在條件的目的而進行的結果應用。
如上所述，與DEET相比，DHN在性能上較為有利。此外，DHN可以有利地由源自于植物的天然存在荊芥內酯進行制備，然而DEET和許多其它驅蟲劑并非由天然來源制備，天然來源是選擇有效驅蟲劑時消費者考慮重要的因素。由天然來源進行的制備也提供了低生產成本的潛在可能性。
本發明尤其驚人的方面是DHN在表現有效驅蟲活性的同時，相對于DEET的氣味也提供了相當大的改進。本發明的DHN化合物和組合物具有宜人的香味。DHN物質的香味特征使得它們可用于給予、改變、增加或者增強驅蟲劑組合物或者制品的總體嗅覺組分，例如，通過利用或者緩和由組合物中一種或多種其它成分引起的嗅覺反應。明確而言，可以將本發明的DHN組合物用于掩蔽或者改變由最終驅蟲劑組合物或者制品的制劑中其它成分引起的氣味，和/或通過給予特征香味或者芳香增強產品對消費者的吸引力。
應當理解，DHN或者任何驅蟲劑的效力取決于活性成分在將其應用的宿主表面上的表面濃度。許多本領域中已知的化合物為了表現驅蟲活性都是如此使用，然而，它們僅僅在相對濃的形式下才表現出驅蟲活性。參閱，例如McGovern等人的美國專利4,416,881，該專利公開了濃度為6.25～25％的驅蟲劑的應用。在其它本領域技術代表性情形中，常常發現DEET濃度遠低于1％時需要重復應用，直至獲得有效的表面濃度，然而濃度高于30％將導致過高的表面濃度，這既浪費又會促進不希望的副作用產生。因而本發明的另一優點是DHN不僅在濃度與用于DEET的濃度類似時提供有效的驅蟲活性，而且DHN可以使用最高達并且包括純DHN的濃度(即，如果期望，本文中組合物可以含有按重量計100％的DHN)。DHN的有效驅蟲性能對于DHN活性成分的經濟應用在濃度水平的很寬范圍內提供了多種選擇。
在本發明的一種實施方案中，將有效量的DHN并入到適于應用至宿主植物或者動物的組合物中，優選應用至人類皮膚。適宜的組合物包括DHN和賦形劑，賦形劑優選醇類(例如異丙醇)、洗液(例如，諸如在本領域熟知的許多護膚霜)或者含硅粘土。優選DHN以按重量計約0.1％～30％的濃度存在于本發明的驅蟲劑組合物中，優選按重量計約0.5％～20％，并且最優選按重量計約1％～15％。
為了使驅蟲劑產生效力，從宿主皮膚或者處理制品上蒸發的活性成分的蒸發速率必須充分高，這樣以產生對目標昆蟲具有預期效果的蒸氣密度。然而，必須在蒸發速率與期望的驅蟲劑效果持續時間之間達成一個平衡-蒸發速率過高將耗盡表面上的驅蟲劑，造成效力損失。許多外界因素都會影響蒸發速率，例如環境溫度、處理表面的溫度和存在或者不存在氣流。本發明組合物具有至少為最小有效蒸發速率的皮膚表面蒸發速率，并且優選具有持續至少5小時的至少為最小有效蒸發速率的皮膚表面蒸發速率。
一般，滲入和透過皮膚是不希望的造成皮膚表面化合物損失的方式。例如，已知將驅蟲劑吸收到人類皮膚中，一方面會引起潛在毒性的憂慮，并且顯然將從活性驅蟲劑中除去驅蟲劑的吸收量。對于驅蟲劑制品必須進行類似的考慮。
雖然DHN在一般的使用條件下能提供有效的驅蟲活性，但是在一些環境下可以合宜地降低其蒸發速度。如果期望，可以應用多種策略降低DHN的蒸發速率。例如，一種方法是將DHN與聚合物或者其它惰性成份組合使用，迫使DHN在可以蒸發之前需要透過混合物轉移至其表面。然而，如果結果是稀釋了可以應用于宿主皮膚表面或者存在于驅蟲劑制品表面上的DHN溶液的濃度，這樣做會降低制劑的總體效能，這在蒸發策略選擇中必須進行考慮。另外，可以將活性成分微量密封入膠囊以控制從宿主皮膚表面或者驅蟲劑制品上的損失率。再另外，可以制備在皮膚表面或者驅蟲劑制品上慢慢碎裂以釋放活性成分的前體分子。
例如，可以通過例如亞微型膠囊釋放活性成分，其中僅僅按照將空氣充入氣囊的方式將活性成分包封于(圍繞)滋養皮膚的蛋白質內。蛋白質可以以例如20％的濃度使用。一種驅蟲劑的應用包含許多這類懸浮在水基洗液或者水中用于噴射應用的蛋白質膠囊。與皮膚接觸后，蛋白質膠囊開始崩解，釋放裝入膠囊中的二氫荊芥內酯。
當各個微小膠囊耗盡，然后接著被接觸皮膚和釋放其活性成分的新膠囊替代時，該步驟繼續進行。該方法一次應用可以持續24小時。因為蛋白質對皮膚的粘著性是十分顯著的，因此這些制劑非常耐汗(出汗)和水。
當進行應用時，它們是干燥和舒適的，沒有油膩感。該系統會產生非常有效的保護，但是僅僅將其用在皮膚上時有效，因為衣服并不具備釋放蛋白質的能力。替代系統使用聚合物包覆驅蟲劑，這樣減緩了早期蒸發而剩下更多可用于后期蒸發的二氫荊芥內酯。與非封裝產品相比，這種系統通常可以使驅蟲劑的有效時間增加25％～50％，但是由于聚合物的存在通常會感覺油膩。在另一種替代系統中，增效劑用來不斷刺激組合物中二氫荊芥內酯的蒸發。
在本發明中，對于上述公開的二氫荊芥內酯可以使用多種載體或者稀釋劑。所述載體可以將制劑調節到驅蟲劑分子的有效濃度。當配制成適于人類或者動物皮膚的局部驅蟲劑時，優選將驅蟲劑分子混入皮膚學上可接受的載體中。載體可以進一步提供拒水性、防止皮膚刺激和/或緩和和調理皮膚。
當選擇用于任何驅蟲劑制劑的一種或多種載體時應當考慮的因素包括市場可購買性、成本、驅蟲活性、蒸發速率、氣味和穩定性。一些載體自身就具有驅蟲特性。此外，載體還應該優選不會對環境產生危害的載體。
適于本發明的載體是在配制驅蟲劑產品領域中已知的一種或多種市售的有機和無機流態、固態或半固態載體或者載體制劑。例如，載體可以包括硅酮、礦脂或者羊毛脂。
有機液態載體的實例包括液態脂肪族烴(例如戊烷、己烷、庚烷、壬烷、癸烷及其類似物)和液態芳香烴。其它液態烴類的實例包括通過煤蒸餾和多種類型及等級的石化原料蒸餾所產生的油，包括經石油分餾得到的煤油。
其它的石油類包括通常稱為農業噴淋油的油類(例如，所謂的輕型和中級噴淋油類，由石油蒸餾中的中間餾分組成并且僅僅輕微揮發)。上述油通常是高度精制的，并且可能僅僅含有微量的不飽和化合物。此外，這類油通常是石蠟油類，并且據此可以用水和乳化劑乳化、稀釋至較低濃度和用作噴淋油。使用硫酸浸提木漿所獲得的妥爾油，和石蠟油類一樣，也可以類似使用。其它的有機液態載體可以包括液態萜烴和萜烯醇，例如α-蒎烯、雙戊烯和萜品醇等等。
其它的載體包括脂肪族和芳香族醇、酯、醛和酮、礦物油、高級醇、細碎的有機和無機固體材料。除了上述液態烴類之外，載體可以包含常規的乳化劑，所述乳化劑可以用來使二氫荊芥內酯化合物分散在水中從而被水稀釋以用于終端應用。
脂肪族一元醇包括甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、仲丁醇和叔丁醇。適宜的醇包括二元醇(例如乙二醇和丙二醇)和頻哪醇。適宜的多羥基醇包括丙三醇、阿糖醇、赤藻糖醇和山梨醇等等。最后，適宜的環狀醇包括環戊醇和環己醇。
另外，常規的或者所謂的“穩定劑”(例如叔丁基亞硫酰基二甲基二硫代碳酸酯)可用于與載體或者包括本發明組合物的載體聯合使用或者作為其組分之一。
可用于本發明組合物的固態載體包括細碎的有機和無機固態物質。適宜的細碎固態無機載體包括硅質礦(例如合成和天然粘土、皂土、硅鎂土、漂白土、硅藻土、高嶺土、云母、滑石和細碎的石英等等)以及合成得到的硅質物質(例如白炭黑和沉淀及氣相白炭黑)。細碎的固態有機物質的實例包括纖維素、鋸屑和合成有機聚合物等等。半固態或者膠態載體的實例包括蠟狀固體、凝膠(例如凡士林油)和羊毛脂等等，以及眾所周知的可以提供半固態載體產品的液態和固態物質的混合物，所述混合物用于提供本發明范圍內的有效驅蟲活性。
包含二氫荊芥內酯的本發明驅蟲劑組合物還可以包含個人護理產品制劑領域公知的輔劑，例如增稠劑、緩沖劑、螯合劑、防腐劑、香味劑、抗氧化劑、膠凝劑、穩定劑、表面活性劑、軟化劑、著色劑、蘆薈液、蠟、其它的滲透增強劑及其混合物和治療活性劑或者化妝用活性劑。
對本發明組合物有用的治療活性成分或者化妝用活性成分包括殺真菌劑、遮光劑、防曬劑、維生素、鞣劑、植物提取物、消炎藥、抗氧化劑、游離基清除劑、類維生素A、α-醇酸、潤膚劑、防腐劑、抗生素、抗菌劑或者抗組胺劑，并且它們可以以達到期望治療學或者化妝效果的有效量存在。
本發明組合物也可以與非二氫荊芥內酯驅蟲劑混合，非二氫荊芥內酯例如包括于以下化合物二苯基乙二酮、苯甲酸芐基酯、2，3，4，5-雙(丁-2-烯)四氫糠醛、丁氧基聚丙二醇、N-丁基-N-乙酰苯胺、6，6-二甲基-5，6-二氫-1，4-吡喃酮-2-甲酸正丁基酯、己二酸二丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯、琥珀酸二正丁酯、N，N-二乙基-間甲苯甲酰胺、驅蚊靈、鄰苯二甲酸二甲酯、2-乙基-2-丁基-1，3-丙二醇、2-乙基-1，3-己二醇、吡啶2，5-二甲酸二正丙酯、2-苯基環己醇、對-烷-3，8-二醇和N，N-二乙基琥珀酰胺酸正丙酯中。
為了滿足任何具體應用的需要，本發明DHN組合物可以包括許多種上述輔劑。各個成分的具體的比例將根據應用的需要類似地進行確定。然而，優選本發明組合物應該包括按重量計至少約0.001％的DHN，或者按重量計約0.001％～約80％的DHN，或者按重量計約0.01％～約30％的DHN，或者按重量計約0.1％～約30％的DHN，優選按重量計約0.5％～約20％，最優選按重量計約1％～約15％。一般而言，驅蟲劑組合物應該包含充分量的活性驅蟲劑物質，以在一段時期內(優選持續至少幾個小時的時間)有效地將昆蟲驅離宿主。
二氫荊芥內酯在本發明中可以以單個非對映異構體或者多種非對映異構體的混合物的形式使用，或者同其它驅蟲劑組合使用。DHN可以以適于具體需要的任何濃度使用，包括使用純DHN。然而，預期在根據本發明的驅蟲劑組合物或者驅蟲劑制品中的DHN的量將通常不超過按重量計約80％。
可以對本發明組合物進行配制和包裝，從而可以以多種形式遞送產品，包括形成溶液、懸浮液、乳膏劑、膏劑、凝膠、膜劑或者噴淋劑，這取決于優選使用的方法。載體可以是適合于將二氫荊芥內酯通過壓縮氣體分散于大氣中的氣霧劑組合物。
局部驅蟲劑合意的特性包括低毒性、對水浸或者出汗損失的抵抗性、輕微或者沒有氣味或者至少是令人愉快的氣味、易于應用和在宿主皮膚上迅速形成干燥的不粘表膜。為了獲得這些性能，用于局部驅蟲制品的制劑應當滿足通過用有效量的驅蟲劑制品接觸所述動物的皮膚、毛皮或者羽毛，將昆蟲侵染的動物(例如有跳蚤的狗、有虱的家禽、有壁虱的母牛和人類)用本發明驅蟲劑組合物進行處理，將昆蟲驅離動物宿主。因此，將制品分散于大氣或者將組合物分散成液態霧或者細粉塵可以使得驅蟲劑組合物落在期望的宿主表面上。同樣，液態/半固態/固態驅蟲劑制品在宿主上的直接分散是使宿主面接觸有效量驅蟲劑組合物的有效方法。
特別由于與DHN相關的令人愉快的芳香味，本發明進一步的實施方案是將DHN并入基本無驅蟲活性的產品中，以便所述產品提供有效程度的驅蟲活性。所述產品包括(但不限于)古龍香水、洗液、噴淋劑、乳膏劑、凝膠劑、膏劑沐浴和淋浴凝膠劑、起泡產品(例如修剪泡沫體)、化妝品、除臭劑、洗發香波、毛發光潔劑/潤發劑和個人的肥皂組合(例如洗手肥皂和沐浴/淋浴肥皂)。
本發明另外預期的實施方案是通過將DHN并入制品，使其在多種對昆蟲破壞敏感的制品中提供有效驅蟲活性的實施方案。在一種一般實施方案中，制品是戶外制品，但不必必須是。預期的制品包括但不限于空氣清新劑、蠟燭、多種香味制品、纖維、被單、紡織品、紙張、涂料、墨水、粘土、木材、家具(例如庭院用和裝飾用家具)、地毯、衛生用品、塑料和聚合物等等。
在一種實施方案中，將二氫荊芥內酯與聚合物組合以提供可塑性、降低的蒸發速率和控制釋放。上述聚合物可以是生物可降解的適宜聚合物，包括但不限于高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、生物可降解的熱塑性聚氨酯、生物可降解的乙烯高聚物和聚(ε-羥基己酸內酯)均聚物，以及與例如U.S.4,496,467、U.S.4,469,613和U.S.4,548,764中公開的組合物包含相同的組合物。優選的生物可降解聚合物包括DuPont Biomax的生物可降解聚酯和聚L-丙交酯。
本發明也涉及制造DHN的方法，其中使用鈀催化劑。在此使用的術語“催化劑”是指影響化學反應速率(而不是反應平衡)并且從所述方法中無化學變化地分離的物質。
用于式(XVI)二氫荊芥內酯的制備方法涉及在負載于催化劑載體(不是SrCO3)上的鈀存在下，根據以下方案對式(XV)荊芥內酯進行氫化
在此使用的術語“促進劑”是一種將其加入以增強催化劑物理或者化學性能的化合物。化學促進劑通常會增強催化劑活性并且可以在催化劑組分化學處理的任意步驟中將其并入催化劑中。化學促進劑通常會增強催化劑的物理或者化學性能，但是也可以將其加入以防止不期望的副反應發生。“金屬促進劑”是一種將其加入以增強催化劑物理或者化學性能的金屬化合物。
荊芥內酯的氫化在適宜活性金屬氫化催化劑存在下進行。Augustine，Heterogeneous Catalysis for the Synthetic Chemist，MarcelDecker，New York，N.Y.(1996)中公開了一般而言用于氫化的可接受的溶劑、催化劑、裝置和方法。許多加氫催化劑都是有效的，包括(但不限于)以銥、鈀、銠、鎳、釕、鉑和錸及其化合物、其組合物及其負載形式作為主要成分的加氫催化劑。
用于本發明方法的金屬催化劑可以用作負載催化劑或者用作無負載催化劑。負載催化劑是一種其中活性催化劑通過以下方法沉積在載體物質上的催化劑，對活性催化劑進行噴淋、浸泡或者物理混合，接著進行干燥、煅燒和如果必要，通過例如還原或者氧化的方法對其進行活化，如此沉積在載體物質上。往往用作載體的物質是具有高總表面積(外部和內部總表面積)的多孔固體，所述高總表面積可以提供高濃度活性部位/單位重量催化劑。催化劑載體可以增強催化劑性能，并且因為使用活性金屬催化劑更為有效，所以通常優選負載催化劑。未負載在催化劑載體上的催化劑為未負載催化劑。
催化劑載體可以是任何固態、惰性物質，包括但不限于氧化物，例如二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦、碳酸鈣、硫酸鋇和碳。催化劑載體可以為粉劑、顆粒和丸劑等等形式。優選本發明的載體物質選自碳、氧化鋁、二氧化硅、硅鋁石(silica-alumina)、二氧化鈦、鈦鋁石(titania-alumina)、鈦硅石(titania-silica)、鋇、鈣和其化合物及其組合物。適宜的載體包括碳、SiO2、CaCO3、BaSO4和Al2O3。此外，負載催化的金屬可以具有相同的載體物質或者不同的載體物質。
在本發明的一種實施方案中，更優選載體為碳。進一步優選的載體(尤其是碳)為表面積大于100～200m2/g的載體。更進一步優選的載體(尤其是碳)為表面積至少為300m2/g的載體。
市售的可用于本發明的碳包括出售的為以下商標的碳Bameby &SutcliffeTM、DarcoTM、NucharTM、Columbia JXNTM、Columbia LCKTM、Calgon PCBTM、Calgon BPLTM、WestvacoTM和Barnaby Cheny NBTM。同樣市售的碳為例如Calsicat C、Sibunit C或者Calgon C(市售注冊商標為Centaur)。
優選催化金屬和載體系統的組合包括吸附在碳上的鈀(例如在ESCAT#142催化劑(Englehart)中)。
雖然催化劑在載體上的重量百分數并非決定性的，但是應當理解，金屬的重量百分數越高反應進行得越快。優選金屬在負載催化劑中的含量為負載催化劑總重量(催化劑重量加上載體重量)的約0.1wt％～約20wt％。更優選催化金屬的含量為占負載催化劑總重量的約1wt％～約10wt％。更進一步優選催化金屬的含量為占負載催化劑總重量的約3wt％～約7wt％。
任選金屬促進劑可以在本發明方法中與催化金屬一起使用。適宜的金屬促進劑包括1)周期表第1族和第2族的元素；2)錫、銅、金、銀及其組合物；和3)更少量的周期表第8族金屬的組合物。
溫度、溶劑、催化劑、壓力和混合速率都是影響氫化的參數。可以對這些參數間的關系進行調整，從而在所述方法的反應中得到期望的轉化率、反應速率和選擇性。
在本發明的上下文中，優選溫度為約25℃～250℃，更優選為約50℃～約150℃，并且最優選為約50℃～100℃。氫氣壓力優選為約0.1～約20MPa，更優選為約0.3～10MPa，并且最優選為約0.3～4MPa。反應可以在不加入溶劑或者在溶劑存在下進行。有效的溶劑包括氫化領域已知的溶劑，例如烴類、醚類和醇類。最優選醇類，尤其是低級烷醇，例如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇。根據優選的實施方案進行的反應中，可以獲得至少為70％的選擇性，其中一般選擇性至少為85％。選擇性是轉化的物質即二氫荊芥內酯的重量百分數，其中轉化的物質是參與氫化反應的那部分原料。
本發明的方法可以在任何連續方法通常使用的設備中以間歇式、順序間歇式(即許多間歇式反應器)或者連續方式進行(參閱，例如，H.S.Fogler，Elementary Chemical Reaction Engineering，Prentice-Hall有限公司，NJ，USA)。將作為反應產物的冷凝水通過通常用于這種分離的分離方法除去。
氫化反應完成后，可以通過常規方法(例如通過蒸餾、通過結晶或者通過制備性液相色譜)將所得的二氫荊芥內酯異構體產品混合物進行分離，從而得到高度純化的二氫荊芥內酯對映異構體對。手性色譜可以用來分離對映異構體。
本發明在以下具體實施方案中將得到進一步描述，但不限于以下實施例在下文實施例中，符號“w/v”是指活性成分(單位是克)在100mL溶液中的重量。
使用的其它縮略語如下“h”表示小時，“min”表示分鐘，“sec”表示秒，“d”表示天，“mL”表示毫升，“L”表示升，“m/z”表示質量(m)與電荷(z)的比例，“ppm”表示百萬分之一，“mol％”表示以摩爾計的百分比，“Hz”表示赫茲(1/秒)和“psig”表示磅/平方英寸表壓。
實施例1通過蒸汽分餾荊芥油所進行的荊芥內酯的制備通過蒸汽蒸餾來自貓薄荷荊芥屬的草本物質，制備得到市售的荊芥油樣品(Berjé，Bloomfield，NJ，USA)。原始樣品油的氣相層析-質譜聯用(GC-MS)分析表明其主要組分是荊芥內酯立體異構體(圖1)。然而，購買的油是高度污染的天然產物，可以合意地對萃取液進行精制以得到純化的荊芥內酯。我們對其進行精餾以除去與荊芥內酯相比具有較高和較低沸點的雜質。
由此，通過對接收到的油的分餾制備得到荊芥內酯餾分(2升容量；用0.24″SS填充的12英寸×l英寸填充柱；可變回流頭；約2mmHg，收集80℃～99℃之間的餾分)。圖2A顯示了通過荊芥香精油商業樣品分餾制備的富集荊芥內酯的餾分的GC-MS總離子色譜圖。操作條件為HP5-MS柱，25m×0.2mm；烘箱120℃，2min，15℃/min，210℃，5min；1ml/min的He。m/z為166的峰是荊芥內酯；未標記峰對應于少量的倍半萜化合物雜質。
在圖3A中顯示了圖2A中主峰(6.03min，荊芥內酯)的質譜圖。對所述油和純化物質還進行了1H和13C NMR分析，列出了13C數據(圖4)。將文獻中報道的四種可能的立體異構體的13C化學位移與樣品得到的譜圖進行比較。檢測出三種立體異構體，以位于170ppm附近的羰基區域為基礎對其進行定量。
原始油和富集物質的化學位移都提供于表1中。荊芥內酯的各個碳原子得到鑒定，如圖4所示。
表1存在于貓薄荷(荊芥)香精油的商業樣品和經蒸汽蒸餾純化的餾分中的荊芥內酯立體異構體的13C化學位移和mol％值

該分析表明在所述油中，荊芥內酯以下述比例存在80.2mol％順式，反式-荊芥內酯、17.7mol％反式，順式-荊芥內酯和2.1mol％順式，順式-荊芥內酯。這些數據表明荊芥內酯在純化物質中的比例為84.5mol％順式，反式-荊芥內酯、14.3mol％反式，順式荊芥內酯和1.2mol％順式，順式荊芥內酯。此純化餾分的GC-MS分析表明其主要由這些荊芥內酯(m/z 166)組成，伴有微量倍半萜類石竹烯和律草烯(數據未顯示)。
實施例2二氫荊芥內酯的制備將107g如實施例1所述由貓薄荷油蒸餾得到的荊芥內酯餾分溶于乙醇(200ml)中，并將其置于裝有12.7g 2％ Pd/SrCO3(Aldrich41，461-1)催化劑的Fisher-Porter燒瓶中。將試管排空和用H2充氣兩次，然后充入30psig的H2。在室溫下攪拌48h后，將試管排空和將內裝物通過硅藻土過濾以除去催化劑。
將溶劑在真空下除去，得到透明油狀物。
對上述物質進行GC-MS分析(HP5-MS柱，25m×0.2mm；烘箱120℃，2min，15℃/min，210℃，5min；1ml/min的He)。總離子色譜圖如附圖2B所示。該分析表明，主要成分(65.43％面積；Rt 7.08min)為二氫荊芥內酯異構體，m/z為168；此組分的質譜如圖3B所示。所述譜圖含有一個m/z為113的離子，被確定為二氫荊芥內酯(Jefson，M.等人，op.cit)。表示剩余二氫荊芥內酯非對映異構體的五個附加峰也顯示在色譜圖中，所述二氫荊芥內酯非對映異構體可能由存在于原料中的三種荊芥內酯衍生而來。這些峰出現在Rt 5.41min，6.8％面積，m/z 168；Rt 5.93min，1.2％面積，m/z 168；Rt 6.52min，4.88％面積，質量168；Rt 6.76min，13.8％面積，m/z 168和Rt 7.13min，1.25％面積，m/z 168。通過GC-MS沒有檢測出殘余的荊芥內酯。
還對該物質進行了1H、13C和系列2D NMR分析。13C NMR譜圖(附圖5)的羰基區域表明存在至少五個自旋體系，其中一個自旋體系的量大于其它四個(大約75％)。檢測到極少的殘余荊芥內酯。
根據偶合常數分析和觀察到的不同NOE穿越峰的強度，確定所述物質主要成分的立體化學為式2的二氫荊芥內酯((9S，5S，1R，6R)-5，9-二甲基-3-氧雜二環[4.3.0]壬-2-酮)。
式2甲基(i)和質子(d)之間的距離大于甲基(j)和質子(e)之間的距離，該觀察結果與順-反立體化學構型一致。
類似地，通過13C化學位移，立體異構體異二氫荊芥內酯((9S，5R，1R，6R)-5，9-二甲基-3-氧雜二環[4.3.0]壬-2-酮(式3))得到了鑒定，它以3.6％存在。
式3由此，GC-MS和NMR數據表明，正如所料，荊芥內酯立體異構體混合物的氫化得到相應的二氫荊芥內酯非對映異構體。由順式，反式-荊芥內酯(原料的84.5Mol％)衍生而來的非對映異構體對(式2和式3)是主要的二氫荊芥內酯，占氫化后混合物的78.6％。
實施例3二氫荊芥內酯混合物的驅蟲活性試驗對根據實施例2(命名為“mDHN”)制備的DHN評價其對于雌性伊蚊的驅蟲效果。
將大約250只雌性伊蚊引入到含有5個孔的室內，每個孔都用Baudruche(動物腸管)膜覆蓋。將孔內充滿含有檸檬酸鈉(防止凝結)和ATP(每26ml血液含72mg ATP二鈉鹽)的牛血，并將其加熱至37℃。將含有一種如表2中所示測試樣品的25μl體積的異丙醇施加于各個膜上。
表2用于驅蟲活性測試的試驗設計

5分鐘后，將4天大的雌性蚊子加入室內。在20分鐘內，每隔2分鐘對用于各次處理的試探膜的蚊子的數目進行記錄。各個數據表示三次重復試驗的平均值。
表3顯示了在雌性伊蚊首次試探各處理膜之前所經歷的時間。括號中的數值為三次重復試驗的平均標準誤差(SEM)。
表3二氫荊芥內酯濃度對“首次試探”平均時間的影響

在4.6分鐘內蚊子開始試探未處理的對照孔。發現5％二氫荊芥內酯濃度阻止蚊子“首次試探”的時間為大約19分鐘，對比于DEET(1％w/v)的“首次試探”時間為12分鐘。發現較低濃度的二氫荊芥內酯(1％w/v和2.5％w/v)阻止首次試探的平均時間分別為8分鐘和9.3分鐘。
對雌性伊蚊在經二氫荊芥內酯處理的膜上的降落/試探密度分布隨時間的變化進行分析，分布如圖6中的圖表所示。確定試驗期間允許在各個膜上的試探總數，并將結果匯總于表4中。發現濃度為5％的DHN差不多可以消除蚊子試探達20分鐘，在整個20分鐘測試時間內僅記錄了個別試探，而DEET(1％w/v)允許平均4.55只蚊子降落。同樣發現較低濃度的DHN(1％w/v和2.5％w/v)也表現出驅蟲活性(與未處理的對照相對比)，但是與陽性對照(DEET 1％w/v)相比處于較低水平。
表4根據驅蟲劑濃度允許的試探次數

數據同樣表明二氫荊芥內酯在所有測試濃度下都有驅蟲活性，盡管只有在5％(w/v)時才觀察到相對于1％DEET顯著增加的驅蟲活性。
實施例4由反式，順式-荊芥內酯制備二氫荊芥內酯許多植物都由貓薄荷紫花貓薄荷種子(Chiltern種子，Cumbria，UK)長成。將采自單株植物的葉對浸入乙酸乙酯中，2小時后將溶劑除去并通過氣相色譜對浸出液進行分析。由此，確定了在它們的油中主要產生反式，順式-荊芥內酯的植物(Clark，L.J.等人，op.cit.)，并將它們培育成熟。將這些植物的葉片物質進行采集、冷凍干燥、浸入乙酸乙酯中并將浸出液濃縮。通過硅膠色譜法(己烷/乙酸乙酯(9∶1))從濃縮的浸出液中純化荊芥內酯，然后使用相同的溶劑混合物在二氧化硅上通過制備性薄層色譜進行純化。將溶劑除去并且再溶于己烷后，在干冰上對反式，順式-荊芥內酯進行結晶。GC-MS和NMR(1H和13C)分析證實該結晶物質為反式，順式-荊芥內酯。與表1的化學位移對比的該13C化學位移如表5中所示。
表5.實施例4中制備的荊芥內酯樣品的13C化學位移，與反式，順式-荊芥內酯(表1)的化學位移進行對比

在乙醇中使用ESCAT#142催化劑(Englehart)在50℃下將這樣制備的反式，順式-荊芥內酯氫化4小時。GC-MS和NMR(1H和13C)證實反式，順式-荊芥內酯已經定量地轉化為相應的二氫荊芥內酯立體異構體，其中一個顯著過量。主要非對映異構體的NMR分析1H NMR(500MHz，CDCl3)d 0.97(d，3H，J＝6.28Hz)，0.98(d，3H，J＝6.94Hz)d 1.24(m，2H)，1.74(m，1H)，1.77(m，2H)，1.99(m，2H)，2.12(dd，1H，J＝6.86和13.2Hz)，2.51(m，1H)，3.78(tr，1H，J＝11.1Hz)，4.33(dd，1H，J＝5.73和11.32Hz)；13C(500MHz，CDCl3)d 15.43，18.09，27.95，30.81，31.58，35.70，42.51，51.40，76.18，172.03.13C NMR譜(附圖8)表明該主要非對映異構體占產物的大約93.7％。根據觀察到的亞甲基與內酯氧、帶有甲基的立體異構次甲基碳、甲基自身以及橋頭次甲基的耦合，可以推斷非對映異構體最可能是式4的(1S，9S，5R，6R)-5，9-二甲基-3-氧雜二環[4.3.0]壬-2-酮。
式4觀察到的耦合的數值與根據Karplus方程(參見，Spectrophotometric Identification of Organic Compounds，第四版，Robert M.Silverstein，G.Clayton Bassler和Terence C.Morill，1981，208-210頁)計算得到的上述結構中相鄰碳原子上質子間的二面角一致。
實施例5通過氫化反式，順式-劑芥內酯制備的二氫荊芥內酯的驅蟲活性試驗基本上如實施例3所述，對實施例4中制備的二氫荊芥內酯(式4)進行針對伊蚊的驅蟲活性試驗。試驗設計匯總于表6中，并且所顯示的數據都得自五次重復試驗。
表6用于驅蟲活性測試的試驗設計

表7顯示了DHN濃度對于雌性伊蚊首次試探各處理膜之前所經歷的時間的影響。
表7二氫荊芥內酯濃度對達到“首次試探”的平均時間的影響

發現濃度為1％的二氫荊芥內酯阻止蚊子“首次試探”的時間大約為16分鐘。在相同濃度下的DEET顯示首次試探的平均時間為14.8分鐘。發現較低濃度的二氫荊芥內酯(0.5％w/v和0.2％w/v)阻止首次試探的平均時間分別為9.6分鐘和8.4分鐘。
對雌性伊蚊在經二氫荊芥內酯處理的膜上的降落試探密度分布隨時間的變化進行分析，如圖9中圖表所示。確定試驗期間允許在各個膜上試探的總數，并將結果匯總于表8中。發現濃度為1.0％的DHN完全排除蚊子試探的時間為10分鐘，而DEET(1％w/v)允許蚊子開始試探的時間為6分鐘。同樣發現較低濃度的二氫荊芥內酯(0.5％w/v和0.2％w/v)也表現出驅蟲活性(與未處理的對照相對比)，但是在比陽性對照(DEET 1％(w/v))更低的水平下。
表8在20分鐘觀察期內根據驅蟲劑和濃度允許試探的次數

對于各驅蟲劑處理，在各觀察期內使用以下方程對驅蟲活性百分比進行計算％驅蟲活性＝100-[(T/C)×100]其中T＝在時間tx時重復測定的蚊子試探處理孔的次數的平均值C＝在時間tx時蚊子試探IPA對照孔的平均次數然后將所得百分比進行反正弦轉化，并且利用根據五次重復測定值計算的驅蟲活性進行方差分析(ANOVA)。使用Student-Newman-Keuls test進行平均值的多重比較。然后將得自ANOVA的平均反正弦轉化回百分比。結果示于表9中。
表9根據ANOVA計算的平均驅蟲活性百分數

1％DHN在驅蟲活性上排在首位，并且與1％DEET在統計學上不可區分。
實施例6二氫荊芥內酯針對廄蠅(廄蠅屬)的驅蟲活性測試基本上按照實施例3所述的方法，對由反式，順式-荊芥內酯氫化衍生得到的DHN(主要由1S，9S，5R，6R-5，9-二甲基-3-氧雜二環[4.3.0]壬-2-酮(式4)組成)(命名為“試驗樣品#1”)和根據實施例2制備的二氫荊芥內酯混合物(命名為試驗樣品#2；mDHN)針對廄蠅屬的驅蟲活性進行試驗。在此使用的DHN與實施例4制備的DHN的區別在于，它衍生于由商品油(Berje，NJ)結晶得到的反式，順式-荊芥內酯的氫化作用(使用Pd/SrCO3催化劑)。在這些試驗中，包括了另外的陽性對照化合物，即對烷-3，8-二醇(PMD)，得自于Takasago InternationalCorp.(美國)，Rockleigh，NJ。將試驗設計匯總于表10中，并且所有呈現的數據都是五次重復試驗的平均值。
表10用針對廄蠅的驅蟲活性測試的試驗設計

在這些試驗中，“首次降落”的準確時間不能得到確定，因為對于各試驗變量的五次重復試驗中，有三次或更多次降落發生于首次2分鐘曝露期之前。
對廄蠅在經二氫荊芥內酯處理的膜上的降落密度分布隨時間的變化進行分析，如圖10中圖表所示。確定試驗期間允許在各個膜上的降落總數，并將結果匯總于表11中。將昆蟲曝露于測試孔后降落開始，并且在大約5分鐘后可以看到峰隨時間逐漸降低。總的來說，在用濃度為1％的二氫荊芥內酯處理的膜上的降落次數顯著少于在未處理(IPA)膜上觀察到的降落次數，以及與用DEET(1％w/v)處理的膜上的降落次數相當。在驅離降落中，在整個試驗過程中對烷-3，8-二醇(PMD)比二氫荊芥內酯或者DEET更為低效，并且雖然可以觀察到一些初始驅蟲活性，但是6分鐘后該化合物就會變得無效。此數據同樣表明1％二氫荊芥內酯顯示與1％DEET相當的驅蟲活性。
表11在20分鐘測試期間允許降落的次數

如實施例5所述進行驅蟲活性百分數分析和統計分析，結果示于表12中。
表12根據ANOVA計算的平均驅蟲活性百分數

mDHN、DEET和DHN在統計學上表現得同樣好，提供43.2～55.5％的驅蟲活性，并且都在統計學上好于PMD，當與IPA對比時，PMD僅僅給出了4.7％的驅蟲活性。
實施例7二氫荊芥內酯對按蚊屬蚊子(白足按蚊)的驅蟲活性測試基本上按照實施例3所述方法，對由反式，順式-荊芥內酯氫化衍生得到的DHN(主要由1S，9S，5R，6R-5，9-二甲基-3-氧雜二環[4.3.0]壬-2-酮(式4)組成)(命名為“試驗樣品#1”)和根據實施例2制備的二氫荊芥內酯混合物(命名為試驗樣品#2；mDHN)針對一百只未飼養成熟的雌性白足按蚊的驅蟲活性進行試驗。在此使用的DHN與實施例4制備的DHN的區別在于，它衍生于由商品油(Berje，Bloomfield，NJ)結晶得到的反式，順式-荊芥內酯的氫化作用(使用Pd/SrCO3催化劑)。再次將PMD包括在內作為另外的對照。將試驗設計匯總于表13中，并且所有數據都是五次重復試驗的平均值。
表13用于按蚊屬蚊子驅蟲活性測試的試驗設計

在這些試驗中，達到“首次試探”的準確時間不能得到確定，因為在對于各變量的五次重復試驗中，有兩次或更多次試探發生于首次2分鐘曝露期之前。針對按蚊屬蚊子在經二氫荊芥內酯處理的膜上的降落試探密度分布隨時間的變化進行分析，如圖11中圖表所示。將昆蟲曝露于測試孔后試探開始，并且此后隨時間的進行而逐漸增加。總的來說，在整個試驗中，在用濃度為1％的二氫荊芥內酯處理的膜上的降落次數顯著少于在未處理(IPA)膜上觀察到的降落次數。
對試驗期間允許在各個膜上的試探總數進行確定，并將結果匯總于表14中。數據表明，與同等濃度的DEET或者PMD任意之一相比，1％的二氫荊芥內酯顯示出更高的驅蟲活性。
表14在20分鐘測試期間允許降落的次數

如實施例5所述進行驅蟲活性百分數分析和統計分析，結果示于表15中。
表15根據ANOVA計算的平均驅蟲活性百分數

mDHN在統計學上要優于DEET并且提供46.1％的驅蟲活性。DHN在統計學上與mDHN相等，在統計學上也與DEET相等，提供32.9％的驅蟲活性。DEET和PMD，分別提供13.3％和11.5％的驅蟲活性，在統計學上的效力是相等的。
實施例8二氫荊芥內酯對鹿屬壁虱(有胛硬蜱)的驅蟲活性對如實施例7中制備的由反式，順式-荊芥內酯氫化衍生得到的DHN(主要由1S，9S，5R，6R-5，9-二甲基-3-氧雜二環[4.3.0]壬-2-酮(式4)組成)和根據實施例2制備的二氫荊芥內酯混合物針對有胛硬蜱稚蟲(L Scapularis)的驅蟲活性進行試驗，將DEET包括在試驗中作為陽性對照。
將25μl各化合物(在異丙醇中濃度為30％(w/v))應用于直徑4cm的圈內，所述圈戴在六個男性志愿者的左前臂上。每個志愿者在此前臂上都有單獨應用于一個圈內的兩種驅蟲劑；戴在另一手臂上的一個直徑4cm的圈未進行處理以用作壁虱吸引的對照。
把實驗室培養的未喂食的鹿屬壁虱有胛硬蜱稚蟲置入棉簽上的1mm未處理圈內(Q-tip)。如果觀察到正常的探索行為，和/或昆蟲在未經處理區域爬行，就認為其合格并且然后將其置于處理區域。將在60秒內在處理區域上探索或者爬行的合格壁虱記錄為沒有受到驅離。將在60秒內在處理區域上不進行探索或者爬行的合格壁虱記錄為受到驅離。另外，將在處理區域上爬行但是在另外60秒內從上面掉下的合格壁虱記錄為受到驅離。
在大約一個小時的間隔中，每個志愿者有5個向各處理圈提供的合格壁虱。持續曝露，直至任何一組5個提供的壁虱中有3個被認為是“受到引誘”。在同一或隨后的曝露期內，將第一個非驅離壁虱稱為第一引誘壁虱，隨后為第二引誘壁虱。將第一個確定引誘壁虱的時間認為是該志愿者全部驅蟲活性‘中止’的時間。
表16將30％(w/v)的DHN、mDHN和DEET局部應用于人類志愿者時免于鹿屬壁虱有胛硬蜱的平均完全保護時間

數據(表16)表明，DEET提供免于鹿屬壁虱有胛硬蜱的平均完全保護時間為124分鐘，同時類似地DHN的有效時間為109分鐘，以及mDHN(DHN非對映異構體的混合)為85分鐘。由此，顯然DHN和mDHN都是對鹿屬壁虱的驅蟲劑。對于保護時間進行ANOVA，表明DHN、mDHN和DEET在它們針對這些壁虱的驅蟲活性持久性方面在統計上是不可區分的。
實施例9應用于人類主體的二氫荊芥內酯針對白足按蚊屬蚊子的驅蟲活性使用成熟的人類志愿者，對如實施例7中制備的由反式，順式-荊芥內酯氫化衍生得到的DHN(主要由1S，9S，5R，6R-5，9-二甲基-3-氧雜二環[4.3.0]壬-2-酮(式4)組成)和根據實施例2制備的二氫荊芥內酯混合物對白足按蚊的驅蟲活性進行試驗，將DEET加入作為陽性對照。使用有兩個套管入口孔各在兩個相對側一側的測驗籠子(2×2×2英尺)，在中央有一個扶手。將側面和頂部進行屏蔽并且將底部裝配上鏡子以便于觀察。將兩百只成熟的雌性蚊子放入測試籠子內，所述蚊子從來沒有進食過血液并且在使用前24小時已經停止了它們的正常飲食(10％蔗糖)。每個志愿者預先被確認為有引誘能力，有10只蚊子在30秒內落在他們伸入籠子內的未經處理的前臂上。
將1.0ml各化合物(在異丙醇中為5％或者10％(w/v))應用于六個男性志愿者的前臂上250cm2的區域內，對肢體的其余部分已經進行處理使得昆蟲難于接近。將不同的驅蟲劑單獨應用于每個志愿者的前臂上。使應用的驅蟲劑干燥30分鐘后，每隔30分鐘將前臂置于測試籠子5分鐘時間，對每個曝露期間蚊子試探或者叮咬的次數進行記錄。對于每個志愿者上的每個驅蟲劑的驅蟲活性中止進行記錄。把中止定義為首次確定叮咬發生的時間；將首次證實的叮咬定義為一次叮咬，其后是在同一或者下一曝露期內的第二次叮咬。數據顯示于表17中，作為平均完全保護時間。數據表明DHN和mDHN賦予了顯著長時間的免于叮咬的完全保護(例如在10％(w/v)下分別為3.5和5小時)，這比得上在相同濃度下DEET所提供的完全保護時間。
使用ANOVA對數據進行分析，以及該數據表明5％和10％mDHN溶液在效力上分別與5％和10％DEET是不可區分的。5％和10％DHN溶液，雖然在統計學上與相應的mDHN溶液相等，但是提供了較短的保護時間。
表17濃度為5％和10％(w/v)的二氫荊芥內酯局部應用于人類志愿者，針對雌性白足按蚊屬蚊子的平均完全保護時間

權利要求
1.一種應用于人類、動物或者無生命宿主時驅離昆蟲的物質的組合物，所述物質包括如下通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體的混合物
2.權利要求1的組合物，其中二氫荊芥內酯立體異構體是由(7S)-荊芥內酯衍生得到的(9S)-二氫荊芥內酯立體異構體。
3.權利要求1的組合物，其中包括1S，9S，5R，6R-5，9-二甲基-3-氧雜二環[4.3.0]壬2-酮。
4.權利要求1的組合物，其中包括按重量計為組合物總重量約0.001％～約80％的二氫荊芥內酯。
5.權利要求1的組合物，其中包括按重量計占組合物總重量的約0.01％～約30％的二氫荊芥內酯。
6.權利要求1的組合物，它包括一種或多種選自輔劑、載體和作為非二氫荊芥內酯的驅蟲劑化合物的組分。
7.權利要求6的組合物，其中輔劑選自增稠劑、緩沖劑、螯合劑、防腐劑、芳香劑、抗氧化劑、膠凝劑、穩定劑、表面活性劑、軟化劑、著色劑、蘆薈、蠟和治療或者化妝用活性成分。
8.根據權利要求6的組合物，其中載體選自硅酮、礦脂、羊毛脂、液態烴、農業噴淋油、石蠟油、妥爾油、液態萜烯烴和萜烯醇類、脂肪族和芳香族醇、酯、醛、酮、礦物油、高級醇、細碎的有機和無機固體材料。
9.權利要求6的組合物，其中載體包括適合于通過壓縮氣體將二氫荊芥內酯分散于大氣中的氣霧劑組合物。
10.權利要求6的組合物，其中非氫化荊芥內酯驅蟲劑選自二苯基乙二酮、苯甲酸芐基酯、2，3，4，5-雙(丁-2-烯)四氫糠醛、丁氧基聚丙二醇、N-丁基-N-乙酰苯胺、6，6-二甲基-5，6-二氫-1，4-吡喃酮-2-甲酸正丁基酯、己二酸二丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯、琥珀酸二正丁酯、N，N-二乙基-間-甲苯甲酰胺、驅蚊靈、鄰苯二甲酸二甲酯、2-乙基-2-丁基-1，3-丙二醇、2-乙基-1，3-己二醇、吡啶-2，5二甲酸二正丙酯、2-苯基環己醇、對-烷-3，8-二醇和N，N-二乙基琥珀酰胺酸正丙酯。
11.權利要求1的組合物，所述組合物驅逐的昆蟲包括咬人昆蟲、鉆木昆蟲、有毒昆蟲和居家害蟲。
12.權利要求1的組合物，所述組合物驅離一種或多種蚊子、廄蠅和壁虱。
13.權利要求1的組合物，所述組合物為古龍香水、洗液、噴淋劑、乳膏劑、凝膠、膏劑、沐浴或者淋浴凝膠、起泡制品、化妝品、除臭劑、洗發香波、毛發光潔劑或者潤發劑或者個人肥皂的形式。
14.權利要求1的組合物，所述組合物為驅蟲劑制品的形式。
15.權利要求14的制品，所述制品選自空氣清新劑、蠟燭、香味制品、纖維、被單、布料、紙張、涂料、墨水、粘土、木材、家具、地毯、衛生用品、塑料和聚合物。
16.一種驅離一種或多種昆蟲的物質的組合物，所述昆蟲選自蜜蜂、黑蠅、恙螨、跳蚤、綠頭蠅、蚊子、廄蠅、壁虱、黃蜂、鉆木昆蟲、家蠅、樟腦蟑螂、虱子、蟑螂、木虱、粉甲蟲和豆甲蟲、塵螨、蛾、蠹蟲和象鼻蟲，所述物質包括如下通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體的混合物
17.一種具有在統計學上不能與N，N-二乙基-間甲苯甲酰胺區分的平均完全保護時間的物質的組合物，所述物質包括下面通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體的混合物
18.一種將昆蟲從人類、動物或者無生命宿主驅離的方法，所述方法包括將昆蟲暴露于下面通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體的混合物
19.下面通式所示的二氫荊芥內酯或者二氫荊芥內酯立體異構體的混合物將昆蟲從人類、動物或者無生命宿主驅離的用途
20.一種制備式(XVI)二氫荊芥內酯的方法，包括在負載于催化劑載體上的鈀存在下，根據以下方案氫化式(XV)的荊芥內酯，其中所述載體不是SrCO3
21.根據權利要求20的方法，其中催化劑載體選自碳、氧化鋁、二氧化硅、硅鋁石、二氧化鈦、鈦鋁石、鈦硅石、鋇、鈣和其化合物及其組合。
22.如權利要求20所述的方法，其中催化劑載體是碳。
23.如權利要求20所述的方法，其中鈀含量為約0.1％～約20％。
24.如權利要求20所述的方法，其中所述方法在金屬促進劑存在下進行。
25.如權利要求20所述的方法，其中所述方法在約25℃～約250℃的溫度和約0.1MPa～約20MPa的壓力下進行。
全文摘要
二氫荊芥內酯，貓薄荷(荊芥屬)例如荊芥香精油的次要天然組分，已經被確認為是有效的驅蟲劑化合物。二氫荊芥內酯可以通過氫化荊芥內酯(貓薄荷香精油的主要成分)而得到合成。同時還具有芳香性的這種化合物由于其驅蟲性能因而可以在商業上使用。
文檔編號A61K31/35GK1838881SQ03827095
公開日2006年9月27日 申請日期2003年9月18日 優先權日2003年9月18日
發明者D·L·哈拉漢, L·E·曼澤爾 申請人:納幕爾杜邦公司