噻虫啉的研究开发现状与展望

2019-04-15程圆杰崔蕊蕊郭雯婷左文静主艳飞庄占兴范金勇

山东化工 2019年6期

程圆杰，崔蕊蕊，郭雯婷，左文静，主艳飞，庄占兴，范金勇

(山东省农药科学研究院山东省化学农药重点实验室，山东济南 250033)

1 发现

噻虫啉是新型氯代烟碱类杀虫剂，具有内吸、胃毒和触杀作用，作用于昆虫的中枢神经系统，是烟碱型乙酰胆碱受体(nAChRs)的抑制剂，主要用于防治咀嚼式和刺吸式口器害虫[1]。噻虫啉于20世纪90年代由日本拜耳农化公司和德国拜耳农化公司合作开发而成，21世纪初引入我国[2]。该药剂对人畜具安全，无刺激性；蒸汽压低，不污染空气；半衰期短，进入土壤和河流后快速分解，对下茬作物安全；对水生生物和蜜蜂低毒[3-4]。目前主要用来防治天牛、粉虱和蚜虫等害虫。

2 理化性质

噻虫啉，通用名：Thiacloprid；商品名：Calypso；CAS登记号：111988-49-9；化学名称：(3-(6-氯-3-吡啶基)-1,3-噻唑啉-2-亚基)氰胺；分子式：C10H9ClN4S；分子量：252.72；结构式为[3-5]：

纯品为淡黄色结晶粉末；熔点为128～129℃；20℃时，相对密度为1.46，饱和蒸汽压为2×10-10hPa，水中溶解度为185mg/L，正辛醇/水分配系数log P=18.0，各有机溶剂中溶解度(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℃时可以稳定存储两周；土壤中半衰期为1～3周[6-9]。

3 合成方法

目前国内主要有以下合成路线：

线路一[10]：向半胱胺盐酸盐滴加荒酸二甲酯的甲醇溶液，合成中间体2-氰基亚氨基-1,3-噻唑烷。以甲醇与水做溶剂，反应温度在20～30℃，缚酸剂为氢氧化钠。向中间体2-氰基亚氨基-1,3-噻唑烷中滴加原料2-氯5-氯甲基吡啶，混溶剂为二甲基亚砜与乙酸乙酯，缚酸剂为碳酸钠，反应合成噻虫啉。该法原料成本低、工艺简单、反应时间较短，总收率为79%，产品纯度为98.3%。

线路二[3]：以氰胺、二硫化碳和硫酸二甲酯为原料，苄基三乙基氯化铵为催化剂，合成N-氰亚胺基-S，S-二硫代碳酸二甲酯，再与半胱胺盐酸盐在缚酸剂碳酸钠水溶液中反应，得到2-氰基亚胺-1,3-噻唑烷。2-氯-5-甲基吡啶和次氯酸叔丁酯按1.5∶2.0的摩尔比进行反应，合成2-氯-5-氯甲基吡啶。2-氰基亚胺-1,3-噻唑烷与2-氯-5-氯甲基吡啶在溶剂正丁醇中合成产品噻虫啉。该法反应条件温和、操作简单、原料易得价廉、产物后处理简单方便、纯度较高，合成总收率达74.6%(以二硫化碳计)，产品纯度为95%，适于工业化生产。

线路三[6]：向氰胺和二硫化碳中滴加氢氧化钠水溶液，然后再滴加硫酸二甲酯，合成中间体N-氰基二硫代亚胺基碳酸二甲酯。向氢氧化钠水溶液中滴加半胱胺盐酸盐，再加入N-氰基二硫代亚胺基碳酸二甲酯,反应得到中间体2-氰基亚胺噻唑烷，再溶于溶剂DMF，在缚酸剂碳酸钾条件下，滴加2-氯-5-氯甲基吡啶，反应得到噻虫啉。该法总收率为50.3%，产品纯度为99%以上。

线路四[11]：石灰氮、二硫化碳和水反应过滤，滴加硫酸二甲酯，用10%氢氧化钠水溶液保持pH值>8，反应得到氰亚胺二硫代碳酸二甲酯。氰亚胺二硫代碳酸二甲酯和2-氨基乙硫醇盐酸盐溶在无水乙醇中，滴加三乙胺，反应合成2-氰基亚胺噻唑烷。2-氰基亚胺噻唑烷、碳酸钾和正丁醇混合，将2-氯-5-氯甲基吡啶滴入反应，得噻虫啉。该法产品含量97%，总收率39.6%(以石灰氮计)。

4 分析方法

4.1 产品含量检测分析

石隆平等[12]采用高效液相色谱法，紫外检测器，C18色谱柱，以甲醇-水为流动相，238nm检测波长进行定量分析。结果表明：标准偏差为0.103%，变异系数为0.1042%，相关系数为0.99947，平均回收率为99.86%。该方法操作简便、快速，结果重现性好，定量准确。王跃凤等[13]、武中平[14]等报道方法基本相同。

4.2 残留分析

王点点等[15]采用超高效液相色谱法测定稻田土壤及水中噻虫啉残留快速分析方法。稻田水样以乙酸乙酯萃取，有机相经浓缩后定容；土壤样品用水润湿后以丙酮提取，液-液分配净化，色谱分析检测。结果表明：噻虫啉在0.01～10.00mg/L质量浓度范围内呈良好线性关系，相关系数为1.000，噻虫啉的仪器测定限为0.001mg/L，在稻田水中的方法检出限为0.0004mg/L，在土壤中的方法检出限为0.0022mg/kg，对稻田水中的回收率为93%～103%，相对标准偏差为0.81%～1.1%，对土壤中的回收率为83%～92%，相对标准偏差为1.4%～2.8%。

张征等[16]采用高效液相色谱-二极管阵列检测器对蔬菜中噻虫啉残留进行测定。样品用乙腈提取后，经Florisil固相萃取小柱净化，色谱分析检测。结果表明：样品回收率达到99.5%，平均加标回收率为81.8%～97.5%，相对标准偏差为1.36%～7.80%，线性相关系数为0.99995，蔬菜中噻虫啉检出下限为0.02mg/kg。

李敏洁等[17]采用分散固相萃取(DSPE)/液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)快速检测花生及土壤中噻虫啉含量，在土壤、花生植株、花生果实及花生壳中噻虫啉标的定量下限为1.0～5.0μg/kg。陈昌云等[18]采用固相萃取-高效液相色谱测定饲料中噻虫啉含量，噻虫啉检出限为3.95μg/kg。张丹莉等[9]采用固相萃取-液相色谱检测黄瓜和土壤中噻虫啉残留，在黄瓜和土壤中噻虫啉的最小检出量(LOD)为6.0×10-10g，最低检出浓度(LOQ)为0.03mg/kg。

5 作用机理

噻虫啉作为杀刺吸式口器害虫的杀虫剂，作用机理与其它传统杀虫剂有所不同，它主要作用于昆虫神经接合后膜，通过与烟碱乙酰胆碱受体结合，干扰昆虫神经系统正常传导，在神经通道积累化合物，引起神经通道的阻塞，造成乙酰胆碱的大量积累，从而使昆虫异常兴奋，全身痉挛、麻痹而死。具有较强的触杀、胃毒和内吸作用，速效且持效期长。与有机磷、拟除虫菊酯和氨基甲酸酯类常规杀虫剂无相互交抗性，可用于抗性治理[6,10]。

6 应用

噻虫啉为广谱、内吸性新烟碱类杀虫剂，对一般杀虫剂难以防治的天牛，具有快速杀灭效果，对松毛虫、美国白蛾、尺蠖、蚜虫、粉虱、各种甲虫和鳞翅害虫都有良好的效果。既可用于茎叶处理，也可以进行种子处理。和其他农药化合物混用时没有互抗性，能提高农药的药效效果。根据作物、害虫及施用方式的不同[6,10,19]，推荐用量为48～180 g a.i./hm2。

董建国等[20]进行了50%噻虫啉WDG防治葡萄上白粉虱的药效试验，在2000倍液药后7d的防效高达94.65%，药后14d的防效高达90.40%，且对葡萄生长安全。薛正帅等[21]采用不同浓度3%噻虫啉微胶囊悬浮剂对美国白蛾1～5龄幼虫进行田间药效试验，48h防治效果达90%以上，持效期长达2个月，可代替部分已出现抗药性的药剂来对美国白蛾进行防控。

衷敬峰等[22]研究了噻虫啉微胶囊粉剂防治松墨天牛药效比较试验，常国彬[23]用2%噻虫啉微胶囊悬浮剂进行防治黄斑星天牛林间试验，董文钢[24]进行了噻虫啉对杨树天牛成虫的毒力测定及林间防治。结果均表明：速效快，效果好，防效期长，是当前大面积防治松墨天牛的首选药剂。

常国彬等[25]开展了噻虫啉防治马尾松毛虫和蜀柏毒蛾林间试验，静电喷雾防治马尾松毛虫3～4龄幼虫和蜀柏毒蛾4～5龄幼虫的校正防效分别为96.1%和94.5%，且可节省农药。徐同冰[26]进行了2%噻虫啉微胶囊粉剂防治板栗主要害虫试验，采取山间雾化喷粉的施药方法，持效期长，成本低，效果好，平均防治效果在60.69%～94.71%之间。徐加利等[27]采用田间试验验证70%噻虫啉水分散粒剂防治茶尺蠖和假眼小绿叶蝉的药效，施药后14d防效在80%以上，防果好，持效长，对茶树无药害。

卜成成等[28]研究了噻虫啉拌种对小麦种子萌发和幼苗生长及幼苗叶片保护酶活性的影响，与未拌种相比，噻虫啉小麦拌种24g a.i./10kg处理效果最好，明显促进小麦种子萌发以及幼苗的生长，提高幼苗叶片保护酶活性，起到壮苗的作用。宋雪慧[1]研究了噻虫啉种衣剂对玉米生长的影响及其持效期评价，对玉米种子的发芽势、发芽率没有不良的影响，能提高玉米种子的活力，对玉米幼苗生长、叶绿素、游离脯氨酸含量、抗氧化酶活性和根系活力的效果最好，有壮苗促苗的作用。董飒等[29]研究了36%噻虫啉水分散粒剂对番茄幼苗根系活力及生理生化指标的影响，处理盆栽番茄植株，可提高番茄幼苗展开叶片数、株高、主根长和鲜重等生理指标，土壤施用适量的噻虫啉可显著促进番茄幼苗植株的生长。

7 毒性

大鼠急性口服LD50(雄)：836mg/kg，(雌)：444mg/kg；大鼠急性经皮LD50(24h)(雄、雌)：>2000mg/kg；大鼠急性吸入LC50(4h，气雾)(雄)：2535mg/m3，(雌)：1223mg/m3。鹌鹑急性经口LD50：2716mg/kg；虹鳟鱼急性毒性LC50(96h):30.5mg/L；水蚤EC50分别为5.3μg/只和24.2μg/只；藻类EC50(生长速度72h，20℃)：97mg/L；蚯蚓LC50(14d，20℃，mg/kg培养基干重)：105mg/kg；蜜蜂口服及接触LD50：5.3和24.2μg/只。对兔皮肤无刺激作用(4h)；对兔眼睛无刺激作用(24h)；对豚鼠皮肤无致敏作用；对大鼠无致癌作用；对大鼠和兔无原发的发育毒性；无遗传和致突变作用[5,6,9]。

8 环境评价

噻虫啉对人畜安全性高，无刺激性；有效成分的蒸汽压低，不会污染空气；半衰期短，残质进入土壤和河流后也可以快速分解，对下茬作物危害性小，对环境安全；对水生生物的低毒性[3]。相对其他新烟碱类杀虫剂，噻虫啉对蜜蜂的急性毒性为低毒，风险性为低风险[4]。

张冲等[2]进行的噻虫啉环境行为研究表明：在25.5℃和50℃下，噻虫啉在水溶液中较易水解，在土壤中较易降解，吸附性较弱，在东北黑土和太湖水稻土中移动性较弱，江西红壤土中移动性较强。孔德洋等[30]对噻虫啉等3种烟碱类杀虫剂在土壤中的降解吸附特效及对地下水污染的影响研究表明:25℃下，噻虫啉在三种土壤中属于易降解、难吸附，在太湖水稻土和东北黑土中不易淋溶，在江西红壤土中有一定的淋溶性，对地下水有一定的污染风险。陈凯颖[31]进行的噻虫啉在土壤和水环境中的降解研究表明：噻虫啉在好氧条件下属易降解；在厌氧条件下三种土壤中分别为难降解、较易降解和中等降解；在25℃下，水解特性为较难降解，水中中等光解；研究发现噻虫啉在环境中主要发生氧化反应、还原反应、水解反应和氧化脱氯反应。

季守民等[4]测定了7种生产中常用的新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的急性接触毒性和经口毒性，并做了风险性评价。结果表明：噻虫啉急性毒性为低毒，风险性均为低风险。