Insecticidal chromenes from the Asteraceae: structure‐activity relations

Chromenes (benzopyrans), common to many genera of the Asteraceae, are lethal to the neonate variegated cutworm, Peridroma saucia Hübner, when presented on the inner walls of glass vials at concentrations of 1.0 μmol/vial or less. Closely related benzofurans, including some from the same plants, are relatively inactive at these concentrations. The most potent of seven naturally‐occurring and four derived chromenes is the well known allatocidin, precocene II, with an LD 50 of 0.134 μmol/vial or 0.67 μg/cm 2 . A more widely distributed chromene, desmethoxyencecalin, is also relatively toxic with an LD 50 of 0.98 μg/cm 2 . Structure‐activity comparisons of the chromenes tested in this study suggest that the presence of a free hydroxyl group at either C‐7 or C‐11 significantly diminishes activity. Saturation of the 3,4 double bond, which destroys the allatocidal activity of the precocenes, diminishes, but does not alleviate, contact toxicity of chromenes to cutworm larvae. Brief exposure (24 h) of 2‐day‐old larvae to chromene residues significantly inhibits subsequent larval growth. The degree of chronic growth inhibition (sublethal toxicity) from five different chromenes is highly correlated to their lethal potencies to neonate larvae. ZUSAMMENFASSUNG Insektizide Chromene aus Asteraceen: Struktur‐Aktivitäts‐Beziehungen Verschiedene Chromene (Benzopyrane), die in einer Vielzahl von Gattungen aus der Familie der Asteraceae vorkommen, erwiesen sich als insektizid gegenüber frischgeschlüpften Raupen von Peridroma saucia. Die getesteten Substanzen wurden dabei als Film an den Innenwänden von Glass‐Scintillationsgefäßen in Konzentrationen bis zu 1 μmol/Gefäß appliziert und die Raupen über 24 h in diesen Gefäßen gehalten. Den Chromenen biogenetisch ähnliche Benzofurane, die oft gemeinsam in Asteraceen gefunden werden, zeigten im Vergleich keine oder nur schwache insektizide Wirkungen. Von sieben natürlich vorkommenden und vier durch Partialsynthesen getesteten Chromenen erwies sich das bekannte Allatocidin Precocen II als die aktivste Verbindung. Der LD 50‐Wert dieses Chromens betrug 0.134 μmol/Scintillationsgefäß oder 0.67 μg/cm 2 . Das weitaus häufigere Chromen Desmethoxyencecalin wies im Vergleich einen LD 50‐Wert von 0.98 μg/cm 2 in diesem Biotest auf. Struktur/Aktivitätsuntersuchungen der getesteten Chromene zeigten, daß die Anwesenheit einer OH‐Gruppe an den Positionen C‐7 und C‐11 zu einer deutlichten Aktivitätsminderung führte. Hydrierung der heterocyclischen Doppelbindung, die einen völligen Verlust der allatociden Wirkung von Precocenen bewirkt, verringerte die Kontakttoxizität der Chromene auf 50% der ursprünglichen Aktivität. Ein kurzer Kontakt (24 h) von zwei Tage alten Peridroma ‐Raupen des ersten Larvenstadiums mit den Chromenen resultierte in einer signifikanten Verringerung des nachfolgenden Wachstums der Raupen auf künstlicher Diät. Die deutlichsten Struktur/Aktivitätsbeziehungen, die in der vorliegenden Arbeit ermittelt wurden, lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1) Die Gegenwart eines Furanringes statt eines Pyranringes (Chromen) bewirkt einen zumeist vollständigen Verlust an insektizider Wirkung; 2) die Gegenwart eines OH‐Substituenten führt zu einer drastischen Abnahme an Aktivität. Eine Übersicht der bisher vorliegenden Daten sowie laufender Untersuchungen zeigt, daß Chromene ein breites Spektrum an insektizider Wirkung besitzen.