农药异构体及其农药登记要求

2023-06-05强伟王雪薛建强潘朝晖

世界农药 2023年5期

强伟，王雪，薛建强，潘朝晖

(江苏龙灯化学有限公司，江苏昆山 215301)

农药异构体可以是活性有效成分，也可以是非活性杂质成分。本文从登记的角度，介绍了判断异构体是活性成分还是非活性成分的方法，如果异构体包含在活性成分的国际标准化组织(ISO)名称，国际纯化学和应用化学联合会(IUPAC)名称或化学文摘社(CAS)名称中，则为活性成分，否则视为非活性成分[1]。活性成分化学名称查询权威网站有：ISO(https://www.iso.org/home.html)、IUPAC (https://iupac.org/)、CAS(https://www.cas.org/)、FAO(https://www.fao.org/)、欧洲农药数据库(https://food.ec.europa.eu/plants/pesti cides_en)、农药在线手册(https://www.bcpc.org/)等。

1 农药异构体

1.1 异构体是活性成分

根据农药名称判断异构体是否为农药活性成分。如粉唑醇(flutriafol)，IUPAC 名称为(RS)-2,4＇-二氟-α-(1H-1,2,4-三氮唑-1-亚甲基)二苯甲基乙醇，名称中包含R构型与S构型，即R构型与S构型均被视为活性成分；烯禾啶(sethoxydim)，IUPAC名称是(±)-(EZ)-2-(1-乙氧基亚氨基丁基)-5-[2-(乙硫基)丙基]-3-羟基环己酮肟-2-烯酮，即E构型和Z构型均为活性成分；苯霜灵(benalaxyl)，CAS 名为甲基-N-(2,6-二甲苯基)-N-(苯基乙酰基)-DL-氨基丙酸乙酯，D 构型与L 构型均为活性成分。

1.2 异构体是农药杂质成分

根据农药名称判断异构体是否为农药杂质成分。精苯霜灵(benalaxyl-M)，CAS 名为甲基-N-(2,6-二甲苯基)-N-(苯基乙酰基)-D-氨基丙酸乙酯，D 构型苯霜灵为活性成分，L 构型苯霜灵则是精苯霜灵的杂质，定量精苯霜灵有效成分含量时，需要对D、L 构型进行分离，其含量仅指D 构型的含量；吡虫啉(imidacloprid)，IUPAC 名称为(E)-1-(6-氯-3-吡啶甲基)-N-硝基咪唑烷酮-2-亚基胺，即E构型为活性成分，Z构型则是吡虫啉的杂质。

特别地，氟啶胺(fluazinam)，化学名称为3-氯-N-(3-氯-5-三氟甲基-2-吡啶)-α,α,α-三氟-2,6-二硝基-对甲苯胺。FAO 规格中规定了一个限量为3 g/kg 的相关杂质即5-氯-N-(3-氯-5-三氟甲基-2-吡啶)-α,α,α-三氟-4,6-二硝基-邻甲苯胺[2]，该相关杂质是氟啶胺的一个位置异构体(图1)。

图1 氟啶胺及其位置异构体结构图

随着研究深入，异构体是否为活性成分也会有所不同。如烯草酮(clethodim)，最初化学名称为(5RS)-2-2-{(E)-1-[(2E)-3-氯烯丙氧基亚氨基]丙基-5-[(2RS)-2-(乙硫基)丙基]-3-羟基环己-2-烯-1-酮，有效成分仅指E构型。2008 年有数据表明Z构型烯草酮也有除草活性[3]，2010 年7 月其化学名称更新为(5RS)-2-2-{(EZ)-1-[(2E)-3-氯烯丙氧基亚氨基]丙基-5-[(2RS)-2-(乙硫基)丙基]-3-羟基环己-2-烯-1-酮(图2)。

图2 烯草酮E/Z 构型结构图

2 农药登记法规对异构体的要求

中国、欧盟以及FAO 的登记法规均规定，各异构体是活性成分时，无需对其分离报告比例。

2.1 中国登记法规

农业农村部于2017 年9 月13 日公布《中华人民共和国农业部公告第2569 号》即《农药登记资料要求》附件1[4]中明确：有效成分存在异构体时，若通用名称对其进行了定义，则不需要在控制项目中重复规定异构体比例；若通用名称未对申请登记的混合物进行定义，则需规定异构体比例。

2.2 欧盟登记法规

(EU)No 283/2013[1]及SANCO10597[5]中规定，在申请原药等同性登记时，评估有效成分最低含量需要考虑有效成分中异构体的比例(如有)。

2.3 FAO 登记法规

《联合国粮食及农业组织和世界卫生组织农药标准制定和使用手册》第2 版[6]中也明确指出，当有效成分是异构体混合物并且ISO 通用名对其进行了定义，则不需定义该混合物。如果ISO 通用名没有对混合物进行定义，原药和制剂的产品标准中通常会包括一项关于异构体的比例。

3 农药异构体典型案例

3.1 手性碳R/S 构型异构体

R/S构型又称为绝对构型。R(rectus)和S(sinister)构型[7-8]互为不能重合的实体和镜像，互称为对映体。

茚虫威(indoxacarb)，IUPAC 名称为甲基(S)-N-[7-氯-2,3,4a,5-四羟基-4a-(甲氧羰基)茚并[1,2-e][1,3,4]乙二嗪-2-羰基]-4'-(三氟甲氧基)苯基氨基甲酸酯，S构型(DPX-KN128)具有活性，R构型(DPX-KN127)没有活性(图3)。初期茚虫威原药中S/R大多为1∶1(DPX-JW062)或3∶1(DPX-MP062)。随着工艺改进，目前FAO 已将其S/R调整为9∶1[9]。HPLC 见图4，色谱条件：Chiralcel OD-H 手性柱(250 mm×4.6 mm×10 μm)，流动相：正己烷+异丙醇(80+20，体积比)，柱温：35 ℃，流速：1.0 mL/min，波长：310 nm。

图3 茚虫威R/S 构型结构图

图4 茚虫威R-S 构型HPLC 图

分子含2 个不同手性碳原子将有RR、RS、SR、SS4 种异构体，分子含n 个不同手性碳理论上有2n个异构体。溴氰菊酯含2 分子不同手性碳和1 个C=C双键，将有8 个异构体(图5、表1)。

表1 溴氰菊酯8 个异构体

图5 溴氰菊酯结构图

溴氰菊酯(deltamethrin)，IUPAC 名为(S)-α-氰基-3-苯氧苄基(1R)-cis-3-(2,2-二溴乙烯基)-2,2-二甲基环丙烷羧酸酯，即αS,1R-cis(AE F032640)具有活性，其他7 个均为非活性杂质成分。

笔者申请溴氰菊酯FAO 规格时，被要求使用CIPAC4907[10]的方法，对CIPAC333/TC/M2[11]中定量有效成分的含量进行再次确认，旨在说明定量出的活性成分含量是准确的，未包含任何其他非活性成分。色谱见图6，色谱条件：色谱柱Phenomenex Lux Cellulose-1(250 mm×4.6 mm×5 μm)，流动相：正己烷+异丙醇(95+5，体积比)，柱温：25 ℃，流速：1.0 mL/min，波长：230 nm。

图6 溴氰菊酯8个异构体HPLC图

3.2 双键E/Z 构型异构体

烯酰吗啉(dimethomorpn)，IUPAC 名(E,Z)-4-[3-(4-氯苯基)-3-(3,4-二甲氧基苯基)丙烯酰]吗啉，则E/Z构型均是有效成分。试验表明虽然仅Z构型具有生物活性，但在有光的条件下，E构型会转换为Z构型，直至Z/E≈1∶1[12](图7)，HPLC 色谱见图8，色谱条件：色谱柱VP-OD(250 mm×4.6 mm×5 μm)，流动相：乙腈+水(45+55，体积比)，柱温：35 ℃，流速：1.0 mL/min，波长：243 nm。

图7 烯酰吗啉E/Z 构型结构图

图8 烯酰吗啉E/Z 构型HPLC 图

嘧菌酯(azoxystrobin)，IUPAC 名甲基(E)-2-{2-[6-(2-氰基苯氧基)嘧啶-4-基氧]苯基}-3-甲氧基丙烯酸酯，E构型为活性成分，Z构型为杂质(图9)。欧盟法规(EU)No.1107/2009[13]规定Z构型＜25 g/kg。GC 色谱见图10，分离条件[14]：FID 检测器，色谱柱Fused silica (25 m×0.32 mm×0.12 μm)，分离比50∶1，进样口275 ℃, 检测器325 ℃。

图9 嘧菌酯E/Z 构型结构图

图10 嘧菌酯E/Z 构型GC 图

3.3 环cis/trans 构型异构体

取代基位于环同侧为顺式构型(cis)，异侧为反式构型(trans)[7-8]。

氟环唑(epoxiconazole)，CAS 名cis-1-{[3-(2-氯苯基)-2-(4-氟苯基)环氧乙烷]甲基}-1-氢-1,2,4-三唑，cis构型为活性成分，trans构型为杂质(图11)。GC 色谱见图12，色谱条件：FID 检测器，色谱柱DB-1(30 m×0.32 mm×0.25 μm)，分离比50∶1，柱温：230 ℃，进样口：280 ℃，检测器：280 ℃。

图11 氟环唑cis/trans 构型结构图

图12 氟环唑cis/trans 构型GC 图

螺虫乙酯(spirotetramat)，IUPAC 名称为cis-4-(乙氧基羰基氧基)-8-甲氧基-3-(2,5-二甲苯基)-1-氮杂螺[4.5]癸-3-烯-2-酮。cis构型为活性成分，trans构型为杂质(图13)。拜耳1997 年螺虫乙酯专利[15]保护cis与trans构型；在随后的2003 年，拜耳又申请保护cis构型专利[16]；但2019 年被专利局宣告无效，尽管拜耳向北京知识产权法院提出诉讼，但直至今日仍尚未审结。色谱见图14，色谱条件：色谱柱XDB-C8(150 mm×4.6 mm×5 μm)，流动相：乙腈+水(40+60，体积比)，柱温：40 ℃，流速：0.8 mL/min，波长：220 nm。

图13 螺虫乙酯cis/trans 构型结构图

图14 螺虫乙酯cis/trans 构型HPLC 图

3.4 D/L 构型异构体

人为规定右旋甘油醛为D(Dexcro)构型，左旋甘油醛为L(Leavo)构型，以甘油醛为参照确定的构型称之为相对构型[7-8]。

甲霜灵(metalaxyl)，IUPAC 名为甲基-N-(乙酰甲氧基)-N-(2,6-二甲苯基)-DL-丙氨酸酯，D/L 构型均为有效成分(图15)；深入研究表明仅D 构型具有生物活性，为此开发了精甲霜灵(metalaxyl-M)，IUPAC 名为甲基-N-(乙酰甲氧基)-N-(2,6-二甲苯基)-D-丙氨酸酯。HPLC 色谱图见图16，色谱条件：手性柱Chiralcel OJ-H(150 mm×4.6 mm×5 μm)，流动相：正己烷+异丙醇(90+10，体积比)，柱温：35 ℃，流速：1.0 mL/min，波长：220 nm。

图15 甲霜灵D/L 构型结构图

图16 精甲霜灵D/L 构型HPLC 图

3.5 外消旋体

外消旋体即旋光度是零的对映体等量混合物，用符号(±)或(dl)来表示[7]。如丙硫菌唑(prothioconazole)，IUPAC 名为2-[(2RS)-2-(1-氯环丙基)-3-(2-氯苯基)-2-羟丙基]-2H-1,2,4-三唑-3(4H)硫酮，它是一个R/S=1∶1 的外消旋体(图17)。色谱见图18，色谱条件：Chiralcel OJ-RH手性柱(150 mm×4.6 mm×5 μm)，流动相：乙腈+水(40+60，体积比)，柱温：40 ℃，流速：1.0 mL/min，波长：245 nm。