噻蟲啉的研究開發(fā)現(xiàn)狀與展望

程圓杰，崔蕊蕊，郭雯婷，左文靜，主艷飛，莊占興，范金勇

(山東省農(nóng)藥科學(xué)研究院 山東省化學(xué)農(nóng)藥重點實驗室，山東 濟(jì)南 250033)

1 發(fā)現(xiàn)

噻蟲啉是新型氯代煙堿類殺蟲劑，具有內(nèi)吸、胃毒和觸殺作用，作用于昆蟲的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，是煙堿型乙酰膽堿受體(nAChRs)的抑制劑，主要用于防治咀嚼式和刺吸式口器害蟲[1]。噻蟲啉于20世紀(jì)90年代由日本拜耳農(nóng)化公司和德國拜耳農(nóng)化公司合作開發(fā)而成，21世紀(jì)初引入我國[2]。該藥劑對人畜具安全，無刺激性；蒸汽壓低，不污染空氣；半衰期短，進(jìn)入土壤和河流后快速分解，對下茬作物安全；對水生生物和蜜蜂低毒[3-4]。目前主要用來防治天牛、粉虱和蚜蟲等害蟲。

2 理化性質(zhì)

噻蟲啉，通用名：Thiacloprid；商品名：Calypso；CAS登記號：111988-49-9；化學(xué)名稱：(3-(6-氯-3-吡啶基)-1,3-噻唑啉-2-亞基)氰胺；分子式：C10H9ClN4S；分子量：252.72；結(jié)構(gòu)式為[3-5]：

純品為淡黃色結(jié)晶粉末；熔點為128～129℃；20℃時，相對密度為1.46，飽和蒸汽壓為2×10-10hPa，水中溶解度為185mg/L，正辛醇/水分配系數(shù)log P=18.0，各有機(jī)溶劑中溶解度(g/L)：正乙烷(<0.1)，二甲苯(0.3)、二氯甲烷(160)，丙酮(64)、乙酸乙酯(9.4)；在50℃時可以穩(wěn)定存儲兩周；土壤中半衰期為1～3周[6-9]。

3 合成方法

目前國內(nèi)主要有以下合成路線：

線路一[10]：向半胱胺鹽酸鹽滴加荒酸二甲酯的甲醇溶液，合成中間體2-氰基亞氨基-1,3-噻唑烷。以甲醇與水做溶劑，反應(yīng)溫度在20～30℃，縛酸劑為氫氧化鈉。向中間體2-氰基亞氨基-1,3-噻唑烷中滴加原料2-氯5-氯甲基吡啶，混溶劑為二甲基亞砜與乙酸乙酯，縛酸劑為碳酸鈉，反應(yīng)合成噻蟲啉。該法原料成本低、工藝簡單、反應(yīng)時間較短，總收率為79%，產(chǎn)品純度為98.3%。

線路二[3]：以氰胺、二硫化碳和硫酸二甲酯為原料，芐基三乙基氯化銨為催化劑，合成N-氰亞胺基-S，S-二硫代碳酸二甲酯，再與半胱胺鹽酸鹽在縛酸劑碳酸鈉水溶液中反應(yīng)，得到2-氰基亞胺-1,3-噻唑烷。2-氯-5-甲基吡啶和次氯酸叔丁酯按1.5∶2.0的摩爾比進(jìn)行反應(yīng)，合成2-氯-5-氯甲基吡啶。2-氰基亞胺-1,3-噻唑烷與2-氯-5-氯甲基吡啶在溶劑正丁醇中合成產(chǎn)品噻蟲啉。該法反應(yīng)條件溫和、操作簡單、原料易得價廉、產(chǎn)物后處理簡單方便、純度較高，合成總收率達(dá)74.6%(以二硫化碳計)，產(chǎn)品純度為95%，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

線路三[6]：向氰胺和二硫化碳中滴加氫氧化鈉水溶液，然后再滴加硫酸二甲酯，合成中間體N-氰基二硫代亞胺基碳酸二甲酯。向氫氧化鈉水溶液中滴加半胱胺鹽酸鹽，再加入N-氰基二硫代亞胺基碳酸二甲酯,反應(yīng)得到中間體2-氰基亞胺噻唑烷，再溶于溶劑DMF，在縛酸劑碳酸鉀條件下，滴加2-氯-5-氯甲基吡啶，反應(yīng)得到噻蟲啉。該法總收率為50.3%，產(chǎn)品純度為99%以上。

線路四[11]：石灰氮、二硫化碳和水反應(yīng)過濾，滴加硫酸二甲酯，用10%氫氧化鈉水溶液保持pH值>8，反應(yīng)得到氰亞胺二硫代碳酸二甲酯。氰亞胺二硫代碳酸二甲酯和2-氨基乙硫醇鹽酸鹽溶在無水乙醇中，滴加三乙胺，反應(yīng)合成2-氰基亞胺噻唑烷。2-氰基亞胺噻唑烷、碳酸鉀和正丁醇混合，將2-氯-5-氯甲基吡啶滴入反應(yīng)，得噻蟲啉。該法產(chǎn)品含量97%，總收率39.6%(以石灰氮計)。

4 分析方法

4.1 產(chǎn)品含量檢測分析

石隆平等[12]采用高效液相色譜法，紫外檢測器，C18色譜柱，以甲醇-水為流動相，238nm檢測波長進(jìn)行定量分析。結(jié)果表明：標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.103%，變異系數(shù)為0.1042%，相關(guān)系數(shù)為0.99947，平均回收率為99.86%。該方法操作簡便、快速，結(jié)果重現(xiàn)性好，定量準(zhǔn)確。王躍鳳等[13]、武中平[14]等報道方法基本相同。

4.2 殘留分析

王點點等[15]采用超高效液相色譜法測定稻田土壤及水中噻蟲啉殘留快速分析方法。稻田水樣以乙酸乙酯萃取，有機(jī)相經(jīng)濃縮后定容；土壤樣品用水潤濕后以丙酮提取，液-液分配凈化，色譜分析檢測。結(jié)果表明：噻蟲啉在0.01～10.00mg/L質(zhì)量濃度范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為1.000，噻蟲啉的儀器測定限為0.001mg/L，在稻田水中的方法檢出限為0.0004mg/L，在土壤中的方法檢出限為0.0022mg/kg，對稻田水中的回收率為93%～103%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.81%～1.1%，對土壤中的回收率為83%～92%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.4%～2.8%。

張征等[16]采用高效液相色譜-二極管陣列檢測器對蔬菜中噻蟲啉殘留進(jìn)行測定。樣品用乙腈提取后，經(jīng)Florisil固相萃取小柱凈化，色譜分析檢測。結(jié)果表明：樣品回收率達(dá)到99.5%，平均加標(biāo)回收率為81.8%～97.5%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.36%～7.80%，線性相關(guān)系數(shù)為0.99995，蔬菜中噻蟲啉檢出下限為0.02mg/kg。

李敏潔等[17]采用分散固相萃取(DSPE)/液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(HPLC-MS/MS)快速檢測花生及土壤中噻蟲啉含量，在土壤、花生植株、花生果實及花生殼中噻蟲啉標(biāo)的定量下限為1.0～5.0μg/kg。陳昌云等[18]采用固相萃取-高效液相色譜測定飼料中噻蟲啉含量，噻蟲啉檢出限為3.95μg/kg。張丹莉等[9]采用固相萃取-液相色譜檢測黃瓜和土壤中噻蟲啉殘留，在黃瓜和土壤中噻蟲啉的最小檢出量(LOD)為6.0×10-10g，最低檢出濃度(LOQ)為0.03mg/kg。

5 作用機(jī)理

噻蟲啉作為殺刺吸式口器害蟲的殺蟲劑，作用機(jī)理與其它傳統(tǒng)殺蟲劑有所不同，它主要作用于昆蟲神經(jīng)接合后膜，通過與煙堿乙酰膽堿受體結(jié)合，干擾昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)正常傳導(dǎo)，在神經(jīng)通道積累化合物，引起神經(jīng)通道的阻塞，造成乙酰膽堿的大量積累，從而使昆蟲異常興奮，全身痙攣、麻痹而死。具有較強(qiáng)的觸殺、胃毒和內(nèi)吸作用，速效且持效期長。與有機(jī)磷、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類常規(guī)殺蟲劑無相互交抗性，可用于抗性治理[6,10]。

6 應(yīng)用

噻蟲啉為廣譜、內(nèi)吸性新煙堿類殺蟲劑，對一般殺蟲劑難以防治的天牛，具有快速殺滅效果，對松毛蟲、美國白蛾、尺蠖、蚜蟲、粉虱、各種甲蟲和鱗翅害蟲都有良好的效果。既可用于莖葉處理，也可以進(jìn)行種子處理。和其他農(nóng)藥化合物混用時沒有互抗性，能提高農(nóng)藥的藥效效果。根據(jù)作物、害蟲及施用方式的不同[6,10,19]，推薦用量為48～180 g a.i./hm2。

董建國等[20]進(jìn)行了50%噻蟲啉WDG防治葡萄上白粉虱的藥效試驗，在2000倍液藥后7d的防效高達(dá)94.65%，藥后14d的防效高達(dá)90.40%，且對葡萄生長安全。薛正帥等[21]采用不同濃度3%噻蟲啉微膠囊懸浮劑對美國白蛾1～5齡幼蟲進(jìn)行田間藥效試驗，48h防治效果達(dá)90%以上，持效期長達(dá)2個月，可代替部分已出現(xiàn)抗藥性的藥劑來對美國白蛾進(jìn)行防控。

衷敬峰等[22]研究了噻蟲啉微膠囊粉劑防治松墨天牛藥效比較試驗，常國彬[23]用2%噻蟲啉微膠囊懸浮劑進(jìn)行防治黃斑星天牛林間試驗，董文鋼[24]進(jìn)行了噻蟲啉對楊樹天牛成蟲的毒力測定及林間防治。結(jié)果均表明：速效快，效果好，防效期長，是當(dāng)前大面積防治松墨天牛的首選藥劑。

常國彬等[25]開展了噻蟲啉防治馬尾松毛蟲和蜀柏毒蛾林間試驗，靜電噴霧防治馬尾松毛蟲3～4齡幼蟲和蜀柏毒蛾4～5齡幼蟲的校正防效分別為96.1%和94.5%，且可節(jié)省農(nóng)藥。徐同冰[26]進(jìn)行了2%噻蟲啉微膠囊粉劑防治板栗主要害蟲試驗，采取山間霧化噴粉的施藥方法，持效期長，成本低，效果好，平均防治效果在60.69%～94.71%之間。徐加利等[27]采用田間試驗驗證70%噻蟲啉水分散粒劑防治茶尺蠖和假眼小綠葉蟬的藥效，施藥后14d防效在80%以上，防果好，持效長，對茶樹無藥害。

卜成成等[28]研究了噻蟲啉拌種對小麥種子萌發(fā)和幼苗生長及幼苗葉片保護(hù)酶活性的影響，與未拌種相比，噻蟲啉小麥拌種24g a.i./10kg處理效果最好，明顯促進(jìn)小麥種子萌發(fā)以及幼苗的生長，提高幼苗葉片保護(hù)酶活性，起到壯苗的作用。宋雪慧[1]研究了噻蟲啉種衣劑對玉米生長的影響及其持效期評價，對玉米種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率沒有不良的影響，能提高玉米種子的活力，對玉米幼苗生長、葉綠素、游離脯氨酸含量、抗氧化酶活性和根系活力的效果最好，有壯苗促苗的作用。董颯等[29]研究了36%噻蟲啉水分散粒劑對番茄幼苗根系活力及生理生化指標(biāo)的影響，處理盆栽番茄植株，可提高番茄幼苗展開葉片數(shù)、株高、主根長和鮮重等生理指標(biāo)，土壤施用適量的噻蟲啉可顯著促進(jìn)番茄幼苗植株的生長。

7 毒性

大鼠急性口服LD50(雄)：836mg/kg，(雌)：444mg/kg；大鼠急性經(jīng)皮LD50(24h)(雄、雌)：>2000mg/kg；大鼠急性吸入LC50(4h，氣霧)(雄)：2535mg/m3，(雌)：1223mg/m3。鵪鶉急性經(jīng)口LD50：2716mg/kg；虹鱒魚急性毒性LC50(96h):30.5mg/L；水蚤EC50分別為5.3μg/只和24.2μg/只；藻類EC50(生長速度72h，20℃)：97mg/L；蚯蚓LC50(14d，20℃，mg/kg培養(yǎng)基干重)：105mg/kg；蜜蜂口服及接觸LD50：5.3和24.2μg/只。對兔皮膚無刺激作用(4h)；對兔眼睛無刺激作用(24h)；對豚鼠皮膚無致敏作用；對大鼠無致癌作用；對大鼠和兔無原發(fā)的發(fā)育毒性；無遺傳和致突變作用[5,6,9]。

8 環(huán)境評價

噻蟲啉對人畜安全性高，無刺激性；有效成分的蒸汽壓低，不會污染空氣；半衰期短，殘質(zhì)進(jìn)入土壤和河流后也可以快速分解，對下茬作物危害性小，對環(huán)境安全；對水生生物的低毒性[3]。相對其他新煙堿類殺蟲劑，噻蟲啉對蜜蜂的急性毒性為低毒，風(fēng)險性為低風(fēng)險[4]。

張沖等[2]進(jìn)行的噻蟲啉環(huán)境行為研究表明：在25.5℃和50℃下，噻蟲啉在水溶液中較易水解，在土壤中較易降解，吸附性較弱，在東北黑土和太湖水稻土中移動性較弱，江西紅壤土中移動性較強(qiáng)。孔德洋等[30]對噻蟲啉等3種煙堿類殺蟲劑在土壤中的降解吸附特效及對地下水污染的影響研究表明:25℃下，噻蟲啉在三種土壤中屬于易降解、難吸附，在太湖水稻土和東北黑土中不易淋溶，在江西紅壤土中有一定的淋溶性，對地下水有一定的污染風(fēng)險。陳凱穎[31]進(jìn)行的噻蟲啉在土壤和水環(huán)境中的降解研究表明：噻蟲啉在好氧條件下屬易降解；在厭氧條件下三種土壤中分別為難降解、較易降解和中等降解；在25℃下，水解特性為較難降解，水中中等光解；研究發(fā)現(xiàn)噻蟲啉在環(huán)境中主要發(fā)生氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、水解反應(yīng)和氧化脫氯反應(yīng)。

季守民等[4]測定了7種生產(chǎn)中常用的新煙堿類殺蟲劑對蜜蜂的急性接觸毒性和經(jīng)口毒性，并做了風(fēng)險性評價。結(jié)果表明：噻蟲啉急性毒性為低毒，風(fēng)險性均為低風(fēng)險。

9 登記情況

噻蟲啉為拜耳公司于1997年開發(fā)，1999年首先在巴西取得登記，2001年在歐洲獲得臨時登記，2005年在歐洲正式登記，2003年在美國獲準(zhǔn)登記[32]。

噻蟲啉歐洲專利(EP0235725)于2012年2月23日到期，美國專利(US4849432)于2007年2月23日到期[32]。截止2018年12月，國內(nèi)登記產(chǎn)品共49個，原藥5個，懸浮劑23個，微囊懸浮劑5個，微囊粉劑3個，水分散粒劑8個，可分散油懸浮劑4個，可濕性粉劑1個[33]。

10 市場及展望

2000年上市的噻蟲啉，2009年全球銷售額為1.05億美元，成為上億美元殺蟲劑行列的一員，到2013年銷售額達(dá)到1.20億美元[32]。

由于對蜜蜂的毒性，歐盟已對3種新煙堿類殺蟲劑(吡蟲啉、噻蟲嗪和噻蟲胺)實施限用政策[32]，而噻蟲啉對蜜蜂低毒，風(fēng)險性低，且具有高效、廣譜、選擇毒性強(qiáng)、與常規(guī)農(nóng)藥無交互抗性和對環(huán)境安全等優(yōu)點，必將成為最具有發(fā)展前景的殺蟲劑。