創(chuàng)制殺蟲劑環(huán)丙氟蟲胺的研究開發(fā)

劉吉永，周麗琪，相君成，倪玨萍，李宗成，龐懷林，呂 亮

(1.南通泰禾化工股份有限公司，南通 226407；2.上海曉明檢測技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 200335)

環(huán)丙氟蟲胺是南通泰禾化工股份有限公司創(chuàng)制的間二酰胺類殺蟲劑[1]，英文通用名cyproflanilide，開發(fā)代號CAC-I-785，CAS登錄號為2375110-88-4，結(jié)構(gòu)式如圖1所示。環(huán)丙氟蟲胺作用機(jī)制新穎，殺蟲譜廣，對鱗翅目二化螟、稻縱卷葉螟、甜菜夜蛾、小菜蛾、草地貪夜蛾，鞘翅目跳甲，部分薊馬防效優(yōu)異，尤其對水稻二化螟具有杰出的防效，對水生生物安全性好，與現(xiàn)有殺蟲劑無交互抗性，可以有效解決二化螟抗性區(qū)域無藥可用的痛點。本文從研發(fā)背景、創(chuàng)制經(jīng)緯、殺蟲活性3方面對環(huán)丙氟蟲胺進(jìn)行介紹。

圖1 環(huán)丙氟蟲胺結(jié)構(gòu)式

1 研發(fā)背景

1.1 水稻二化螟

水稻是我國第二大糧食作物，我國一半以上人口以水稻為主食。我國水稻種植面積約為3 000萬hm2，稻谷總產(chǎn)量為2.08億t，占全國糧食總產(chǎn)量的三分之一。因此，水稻產(chǎn)量和品質(zhì)在我國糧食安全中的重要性不可忽視，水稻的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)關(guān)系到社會穩(wěn)定及糧食安全。

我國是水稻害蟲發(fā)生嚴(yán)重的國家，其中二化螟每年發(fā)生面積約1 267萬hm2(1.9億畝)，防治面積約1 853萬hm2(2.78億畝)，水稻螟蟲的防治費用45億～60億元[2]，而且江西、浙江、湖南等地二化螟對現(xiàn)有殺蟲劑的抗性越來越強(qiáng)，部分地區(qū)已出現(xiàn)無藥可用的局面。同時，現(xiàn)有主流二化螟防治藥劑對水生生物的毒性較高，存在對環(huán)境不利的因素[3-5]。

鑒于水稻二化螟的抗性問題及現(xiàn)有殺蟲劑品種的環(huán)境安全性問題，急需開發(fā)新的高效、安全、環(huán)境友好的殺蟲劑，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的蟲害威脅和現(xiàn)有農(nóng)藥品種的安全性問題。

1.2 雙酰胺類殺蟲劑

圖2 雙酰胺類殺蟲劑研發(fā)路徑

雙酰胺類殺蟲劑具有廣譜、高效、低毒的特點，其中氟苯蟲酰胺[6]是一個開創(chuàng)性的產(chǎn)品，帶來了新的作用機(jī)制和新的結(jié)構(gòu)類型，標(biāo)志著一個新時代的到來，但氟苯蟲酰胺對水生生物安全性存在高風(fēng)險。杜邦公司在氟苯蟲酰胺基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了突破性的產(chǎn)品氯蟲苯甲酰胺[7]，此產(chǎn)品對水生生物的安全性大大改善。杜邦公司將氯蟲苯甲酰胺苯環(huán)上的氯原子替換成氰基得到溴氰蟲酰胺[8]，一個簡單的替換，帶來了殺蟲譜的改變。溴氰蟲酰胺不但可以防治咀嚼口器害蟲，還可以防治蚜蟲、飛虱等刺吸口器害蟲及薊馬等銼吸口器害蟲。拜耳公司將溴氰蟲酰胺結(jié)構(gòu)中吡唑環(huán)上的溴原子替換成四唑甲基得到新的殺蟲劑四唑蟲酰胺。與氯蟲苯甲酰胺相比，四唑蟲酰胺殺蟲譜進(jìn)一步擴(kuò)大，殺蟲活性提高。石原公司將氯蟲苯甲酰胺結(jié)構(gòu)中的甲基替換成環(huán)丙甲基得到環(huán)溴蟲酰胺[9]，環(huán)溴蟲酰胺具有廣譜的殺蟲活性[10]。

溴蟲氟苯雙酰胺是三井化學(xué)研發(fā)的間二酰胺類殺蟲劑，盡管同為雙酰胺類殺蟲劑，但作用機(jī)制與氯蟲苯甲酰胺完全不同。溴蟲氟苯雙酰胺為GABA門控氯離子通道別構(gòu)調(diào)節(jié)劑[11]，可用于防治危害園藝作物和大田作物的咀嚼式口器害蟲，也可用作種子處理劑，防治危害谷物的線蟲，用于非作物用途，防治白蟻、蟻類、蜚蠊、蠅類等害蟲。

從雙酰胺類化合物的研發(fā)路徑來看，先導(dǎo)化合物分子結(jié)構(gòu)中一個基團(tuán)的改變可以帶來殺蟲譜的跨越甚至帶來作用機(jī)制的改變，這些都為化學(xué)家分子設(shè)計提供了思路。

2 環(huán)丙氟蟲胺的創(chuàng)制經(jīng)緯

間二酰胺類化合物殺蟲譜寬，殺蟲活性高，作用機(jī)制新穎等優(yōu)點引起了科研人員廣泛的研究興趣[12]，現(xiàn)有文獻(xiàn)中公開的間二酰胺類殺蟲化合物超過20萬個?；谀壳暗难芯楷F(xiàn)狀，從哪個方向進(jìn)行課題切入很重要，本課題組在課題設(shè)計時參考了雙酰胺類殺蟲劑的研發(fā)路徑，將環(huán)溴蟲酰胺結(jié)構(gòu)中環(huán)丙甲基引入間二酰胺的骨架中(圖3，通式I)。

對修飾化合物殺蟲活性測試結(jié)果顯示，引入環(huán)丙甲基后的化合物對二化螟的殺蟲活性顯著提高，同時，對魚、藻、溞的安全性也得到明顯改善。鑒于這個結(jié)果，本課題組合成了大量的通式I化合物，經(jīng)過多輪構(gòu)效關(guān)系分析，結(jié)合安全性評價結(jié)果，最終發(fā)現(xiàn)了活性優(yōu)異、綜合性能最佳的環(huán)丙氟蟲胺。

3 環(huán)丙氟蟲胺的殺蟲活性

3.1 環(huán)丙氟蟲胺對二化螟的室內(nèi)殺蟲活性

采用稻莖浸藥法，對環(huán)丙氟蟲胺對二化螟3齡幼蟲長沙種群的殺蟲活性進(jìn)行了測定，環(huán)丙氟蟲胺的LC50為0.453 0 mg/L，活性顯著優(yōu)于溴蟲氟苯雙酰胺、阿維菌素、甲氧蟲酰肼和氯蟲苯甲酰胺(圖4)。環(huán)丙氟蟲胺的活性是阿維菌素的10倍以上，長沙種群對氯蟲苯甲酰胺抗性水平較高，故氯蟲苯甲酰胺的殺蟲活性較低。

圖3 環(huán)丙氟蟲胺的創(chuàng)制經(jīng)緯

圖4 環(huán)丙氟蟲胺對二化螟的室內(nèi)殺蟲活性

3.2 環(huán)丙氟蟲胺的田間殺蟲活性

環(huán)丙氟蟲胺對二化螟的田間防治效果非常顯著。在南昌地區(qū)，環(huán)丙氟蟲胺在30 g/hm2用量下對一代二化螟的防治效果是94.22%，對二代二化螟的防治效果是84.24%，優(yōu)于5倍用量的阿維菌素的防效(表1)。在湖南長沙地區(qū)，環(huán)丙氟蟲胺在30 g/hm2用量下對一代二化螟的防治效果是94.19%，與5倍用量的阿維菌素的防效相當(dāng)(表1)。江西南昌和湖南長沙地區(qū)二化螟對氯蟲苯甲酰胺已產(chǎn)生高抗藥性，氯蟲苯甲酰胺的田間防效不理想。

環(huán)丙氟蟲胺對稻縱卷葉螟的防治效果也非常顯著。在紹興地區(qū)，環(huán)丙氟蟲胺在15 g/hm2用量下對稻縱卷葉螟的防治效果是92.74%，顯著優(yōu)于5倍用量的阿維菌素的防效(表2)，與2倍用量的氯蟲苯甲酰胺的防效相當(dāng)。

表1 環(huán)丙氟蟲胺對二化螟的田間防效

表2 環(huán)丙氟蟲胺對稻縱卷葉螟的田間防效(浙江紹興，2020年7月)

環(huán)丙氟蟲胺用于防治小菜蛾時具有用量低、速效性好、持效期長的特點，在15 g/hm2用量下藥后1 d的防效是71.87%，藥后3 d防效是91.68%，優(yōu)于對照藥劑蟲螨腈、氯蟲苯甲酰胺和阿維菌素，體現(xiàn)了較好的速效性。藥后10 d的防效是98.12%，優(yōu)于對照藥劑，體現(xiàn)了較好的持效性。整體上，環(huán)丙氟蟲胺對小菜蛾的田間防效優(yōu)于蟲螨腈、氯蟲苯甲酰胺和阿維菌素在2～6倍用量的活性(表3)。

4 小結(jié)與展望

環(huán)丙氟蟲胺是南通泰禾化工股份有限公司創(chuàng)制的間二酰胺類殺蟲劑，對鱗翅目二化螟、稻縱卷葉螟、小菜蛾、草地貪夜蛾等害蟲防效優(yōu)異，具有速效、高效、持效的特點，對魚、蝦、蟹等水生生物安全性好，環(huán)境友好。

表3 環(huán)丙氟蟲胺對小菜蛾的田間防效(浙江紹興，2019年5月)

環(huán)丙氟蟲胺與現(xiàn)有殺蟲劑無交互抗性，對抗性水稻二化螟等抗性害蟲具有優(yōu)異的防效，通過產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，可用于水稻等農(nóng)作物有害生物的綜合治理，為水稻等作物的保產(chǎn)和增產(chǎn)提供保障，具有較大的市場潛力和社會價值。