创制杀虫剂环丙氟虫胺的研究开发

2021-02-03刘吉永周丽琪相君成倪珏萍李宗成庞怀林

世界农药 2021年1期

刘吉永，周丽琪，相君成，倪珏萍，李宗成，庞怀林，吕亮

(1.南通泰禾化工股份有限公司，南通 226407；2.上海晓明检测技术服务有限公司，上海 200335)

环丙氟虫胺是南通泰禾化工股份有限公司创制的间二酰胺类杀虫剂[1]，英文通用名cyproflanilide，开发代号CAC-I-785，CAS登录号为2375110-88-4，结构式如图1所示。环丙氟虫胺作用机制新颖，杀虫谱广，对鳞翅目二化螟、稻纵卷叶螟、甜菜夜蛾、小菜蛾、草地贪夜蛾，鞘翅目跳甲，部分蓟马防效优异，尤其对水稻二化螟具有杰出的防效，对水生生物安全性好，与现有杀虫剂无交互抗性，可以有效解决二化螟抗性区域无药可用的痛点。本文从研发背景、创制经纬、杀虫活性3方面对环丙氟虫胺进行介绍。

图1 环丙氟虫胺结构式

1 研发背景

1.1 水稻二化螟

水稻是我国第二大粮食作物，我国一半以上人口以水稻为主食。我国水稻种植面积约为3 000万hm2，稻谷总产量为2.08亿t，占全国粮食总产量的三分之一。因此，水稻产量和品质在我国粮食安全中的重要性不可忽视，水稻的高产、稳产关系到社会稳定及粮食安全。

我国是水稻害虫发生严重的国家，其中二化螟每年发生面积约1 267万hm2(1.9亿亩)，防治面积约1 853万hm2(2.78亿亩)，水稻螟虫的防治费用45亿～60亿元[2]，而且江西、浙江、湖南等地二化螟对现有杀虫剂的抗性越来越强，部分地区已出现无药可用的局面。同时，现有主流二化螟防治药剂对水生生物的毒性较高，存在对环境不利的因素[3-5]。

鉴于水稻二化螟的抗性问题及现有杀虫剂品种的环境安全性问题，急需开发新的高效、安全、环境友好的杀虫剂，解决农业生产中面临的虫害威胁和现有农药品种的安全性问题。

1.2 双酰胺类杀虫剂

图2 双酰胺类杀虫剂研发路径

双酰胺类杀虫剂具有广谱、高效、低毒的特点，其中氟苯虫酰胺[6]是一个开创性的产品，带来了新的作用机制和新的结构类型，标志着一个新时代的到来，但氟苯虫酰胺对水生生物安全性存在高风险。杜邦公司在氟苯虫酰胺基础上发现了突破性的产品氯虫苯甲酰胺[7]，此产品对水生生物的安全性大大改善。杜邦公司将氯虫苯甲酰胺苯环上的氯原子替换成氰基得到溴氰虫酰胺[8]，一个简单的替换，带来了杀虫谱的改变。溴氰虫酰胺不但可以防治咀嚼口器害虫，还可以防治蚜虫、飞虱等刺吸口器害虫及蓟马等锉吸口器害虫。拜耳公司将溴氰虫酰胺结构中吡唑环上的溴原子替换成四唑甲基得到新的杀虫剂四唑虫酰胺。与氯虫苯甲酰胺相比，四唑虫酰胺杀虫谱进一步扩大，杀虫活性提高。石原公司将氯虫苯甲酰胺结构中的甲基替换成环丙甲基得到环溴虫酰胺[9]，环溴虫酰胺具有广谱的杀虫活性[10]。

溴虫氟苯双酰胺是三井化学研发的间二酰胺类杀虫剂，尽管同为双酰胺类杀虫剂，但作用机制与氯虫苯甲酰胺完全不同。溴虫氟苯双酰胺为GABA门控氯离子通道别构调节剂[11]，可用于防治危害园艺作物和大田作物的咀嚼式口器害虫，也可用作种子处理剂，防治危害谷物的线虫，用于非作物用途，防治白蚁、蚁类、蜚蠊、蝇类等害虫。

从双酰胺类化合物的研发路径来看，先导化合物分子结构中一个基团的改变可以带来杀虫谱的跨越甚至带来作用机制的改变，这些都为化学家分子设计提供了思路。

2 环丙氟虫胺的创制经纬

间二酰胺类化合物杀虫谱宽，杀虫活性高，作用机制新颖等优点引起了科研人员广泛的研究兴趣[12]，现有文献中公开的间二酰胺类杀虫化合物超过20万个。基于目前的研究现状，从哪个方向进行课题切入很重要，本课题组在课题设计时参考了双酰胺类杀虫剂的研发路径，将环溴虫酰胺结构中环丙甲基引入间二酰胺的骨架中(图3，通式I)。

对修饰化合物杀虫活性测试结果显示，引入环丙甲基后的化合物对二化螟的杀虫活性显著提高，同时，对鱼、藻、溞的安全性也得到明显改善。鉴于这个结果，本课题组合成了大量的通式I化合物，经过多轮构效关系分析，结合安全性评价结果，最终发现了活性优异、综合性能最佳的环丙氟虫胺。

3 环丙氟虫胺的杀虫活性

3.1 环丙氟虫胺对二化螟的室内杀虫活性

采用稻茎浸药法，对环丙氟虫胺对二化螟3龄幼虫长沙种群的杀虫活性进行了测定，环丙氟虫胺的LC50为0.453 0 mg/L，活性显著优于溴虫氟苯双酰胺、阿维菌素、甲氧虫酰肼和氯虫苯甲酰胺(图4)。环丙氟虫胺的活性是阿维菌素的10倍以上，长沙种群对氯虫苯甲酰胺抗性水平较高，故氯虫苯甲酰胺的杀虫活性较低。

图3 环丙氟虫胺的创制经纬

图4 环丙氟虫胺对二化螟的室内杀虫活性

3.2 环丙氟虫胺的田间杀虫活性

环丙氟虫胺对二化螟的田间防治效果非常显著。在南昌地区，环丙氟虫胺在30 g/hm2用量下对一代二化螟的防治效果是94.22%，对二代二化螟的防治效果是84.24%，优于5倍用量的阿维菌素的防效(表1)。在湖南长沙地区，环丙氟虫胺在30 g/hm2用量下对一代二化螟的防治效果是94.19%，与5倍用量的阿维菌素的防效相当(表1)。江西南昌和湖南长沙地区二化螟对氯虫苯甲酰胺已产生高抗药性，氯虫苯甲酰胺的田间防效不理想。

环丙氟虫胺对稻纵卷叶螟的防治效果也非常显著。在绍兴地区，环丙氟虫胺在15 g/hm2用量下对稻纵卷叶螟的防治效果是92.74%，显著优于5倍用量的阿维菌素的防效(表2)，与2倍用量的氯虫苯甲酰胺的防效相当。

表1 环丙氟虫胺对二化螟的田间防效

表2 环丙氟虫胺对稻纵卷叶螟的田间防效(浙江绍兴，2020年7月)

环丙氟虫胺用于防治小菜蛾时具有用量低、速效性好、持效期长的特点，在15 g/hm2用量下药后1 d的防效是71.87%，药后3 d防效是91.68%，优于对照药剂虫螨腈、氯虫苯甲酰胺和阿维菌素，体现了较好的速效性。药后10 d的防效是98.12%，优于对照药剂，体现了较好的持效性。整体上，环丙氟虫胺对小菜蛾的田间防效优于虫螨腈、氯虫苯甲酰胺和阿维菌素在2～6倍用量的活性(表3)。