譚海軍

(蘇州艾科爾化工科技有限公司,江蘇昆山 215300)

在昆蟲中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，煙堿乙酰膽堿受體(nAChR)對介導(dǎo)突觸傳遞起重要作用，一直是殺蟲劑領(lǐng)域研究的重要作用靶標(biāo)。自19世紀(jì)末煙草提取物煙堿作為天然殺蟲劑被廣泛使用，到20世紀(jì)90年代作用于煙堿乙酰膽堿受體的第一個合成殺蟲劑吡蟲啉問世，煙堿乙酰膽堿受體作為現(xiàn)代農(nóng)藥的生化靶標(biāo)得到了不斷地研究和開發(fā)。至今已有10多種作用于煙堿乙酰膽堿受體殺蟲劑開發(fā)上市，成為對刺吸式口器害蟲進(jìn)行防治和抗性管理最有效的農(nóng)藥種類之一。

然而，作用于煙堿乙酰膽堿受體的殺蟲劑(特別是競爭調(diào)節(jié)劑)多對蜜蜂等傳粉昆蟲的急性毒性較高(表1)，具有較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。歐盟、巴西、加拿大和法國等地區(qū)和國家先后出臺了有關(guān)吡蟲啉、噻蟲嗪、噻蟲胺、噻蟲啉、氟吡呋喃酮和氟啶蟲胺腈等品種的限用和禁用管理措施，使作用于煙堿乙酰膽堿受體的殺蟲劑的發(fā)展受到了較大影響。與此同時(shí)，越來越多的靶標(biāo)害蟲對該類殺蟲劑產(chǎn)生了抗藥性，且有不斷加重的趨勢。開發(fā)對傳粉昆蟲低毒、對抗藥性靶標(biāo)害蟲有效的作用于煙堿乙酰膽堿受體的新型殺蟲劑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

Flupyrimin是日本明治制果藥業(yè)株式會社新開發(fā)[7]的作用于煙堿乙酰膽堿受體的殺蟲劑，代號ME5382。該品種對傳粉昆蟲相對安全，對半翅目、鱗翅目以及對吡蟲啉等產(chǎn)生抗藥性的害蟲等多種害蟲均有效，可廣泛用于農(nóng)業(yè)和非農(nóng)領(lǐng)域，具有較大的市場潛力。本文從理化性質(zhì)、毒性、作用機(jī)制、生物活性、代謝殘留、產(chǎn)品合成與制劑應(yīng)用等方面對flupyrimin進(jìn)行介紹。

表1 競爭調(diào)節(jié)煙堿乙酰膽堿受體的主要?dú)⑾x劑對蜜蜂的急性毒性

1 理化性質(zhì)

Flupyrimin的IUPAC化學(xué)名稱為N-[(E)-1-(6-氯-3-吡啶甲基)吡啶-2(1H)-亞基]-2,2,2-三氟乙酰胺，CAS登錄號：1689566-03-7，分子式：C13H9ClF3N3O，分子量：315.68。Flupyrimin可看成是吡蟲啉、啶蟲脒、烯啶蟲胺、噻蟲啉、氟吡呋喃酮、環(huán)氧蟲啶(cycloxaprid)、哌蟲啶(paichognding)和戊吡蟲胍(guadipyr)等作用于煙堿乙酰膽堿受體的殺蟲劑的衍生物，在保留后者特征基團(tuán)2-氯-5-吡啶甲基(R)的同時(shí)引入N-[吡啶-2(1H)-亞基]三氟乙酰胺(R′)(圖 1)。值得注意的是，flupyrimin有效體的C=N雙鍵為反式構(gòu)型，與吡蟲啉、啶蟲脒和烯啶蟲胺等的一致。

圖1 作用于煙堿乙酰膽堿受體的flupyrimin及其他含R基團(tuán)的殺蟲劑

Flupyrimin為白色無臭味粉末固體(19 ℃)，熔點(diǎn)156.6～157.1 ℃，沸點(diǎn) 298.0 ℃，蒸氣壓＜2.2×10-5Pa(25 ℃)或＜3.7×10-5Pa(50 ℃)，密度 1.5 g/cm3(20 ℃)，土壤吸附系數(shù)為32～92(25 ℃)，油水分配系數(shù) log Pow為 1.68(25 ℃)，水溶解度 167 mg/L (20 ℃)；水中穩(wěn)定性 DT50：5.54 d (25 ℃、pH 4)、228 d (25 ℃、pH 7)或 4.35 d (25 ℃、pH 9)，水中光解穩(wěn)定性 DT50：10.2 d (滅菌緩沖液、pH 6.97～6.99、25 °C、22.2 W/m2、300～400 nm)或 5.8 d (滅菌自然水、pH 7.48、25 ℃、22.2 W/m2、300～400 nm)[8]。

2 毒 性

2.1 哺乳動物毒性

Flupyrimin對哺乳動物的急性毒性較低，大鼠(雌性)急性經(jīng)口毒性：300 mg/kg(體重)＜LD50≤2 000 mg/kg(體重)，大鼠急性經(jīng)皮毒性LD50＞2 000 mg/kg(體重)，大鼠急性吸入毒性LC50＞5 mg/L，對兔眼睛有輕微的刺激性，對兔皮膚無刺激性，對豚鼠皮膚無致敏性[8-9]。此外，flupyrimin無致畸性和遺傳毒性，每日允許攝入量(ADI)為 0.011 mg/kg(體重)，急性參考劑量(ARfD)為 0.08 mg/kg(體重)[8-9]。

2.2 生態(tài)毒性

Flupyrimin對生態(tài)相對安全[2,8]：鯉魚(Cyprinus carpio) LC50(96 h)＞99 600 μg/L，大型溞(Daphnia magna)EC50(48 h)＞99 600 μg/L；綠藻(Raphidocelis subcapitata)ErC50(72 h)為 48 000 μg/L；搖蚊(Chironomus)幼蟲EC50(48 h)為 99 μg/L；蜜蜂(Apis mellifera)急性經(jīng)口LD50(96 h) ＞ 53 μg/只，急性接觸 LC50(96 h) ＞100 μg/只；歐洲熊蜂(Bombus terrestris)急性接觸LC50(96 h)＞100 μg/只；角額壁蜂(Osmia cornifrons)急性接觸LC50(96 h) ＞100 μg/只。Flupyrimin 對魚、大型溞和藻類等水生生物低毒，對搖蚊具有一定的抑制作用，對傳粉昆蟲相對安全，對蜜蜂的安全性優(yōu)于吡蟲啉、氟吡呋喃酮、氟啶蟲胺腈和三氟苯嘧啶等競爭調(diào)節(jié)煙堿乙酰膽堿受體的其他殺蟲劑(表1)。然而，flupyrimin對蜜蜂還是存在一定的急性經(jīng)口毒性。

3 作用機(jī)制與生物活性

3.1 作用機(jī)制

與同類殺蟲劑環(huán)氧蟲啶[10]和三氟苯嘧啶[6]相同，flupyrimin對美洲大蠊的神經(jīng)元煙堿乙酰膽堿受體具有拮抗作用[2]，即同為煙堿乙酰膽堿受體拮抗劑。在家蠅體內(nèi)與 flupyrimin結(jié)合的煙堿乙酰膽堿亞型受體至少有 2個[2]，分別為煙堿乙酰膽堿受體激活劑吡蟲啉的敏感亞型受體和不敏感亞型受體，這與三氟苯嘧啶結(jié)合的受體不同。由于在與受體的結(jié)合位點(diǎn)和作用方式等方面存在差異，flupyrimin對吡蟲啉敏感和產(chǎn)生抗藥性的害蟲都有效。對大鼠大腦中的煙堿乙酰膽堿α4β2亞型受體的親和性研究表明[2,11]，flupyrimin對靶標(biāo)害蟲體內(nèi)的煙堿乙酰膽堿受體具有選擇活性，對非靶標(biāo)動物安全。

結(jié)合flupyrimin的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物化學(xué)特點(diǎn)，以及莖葉噴霧處理和土壤灌注施用后的殺蟲效果[7]，推測 flupyrimin具有一定的觸殺、胃毒、根部內(nèi)吸和跨層傳導(dǎo)活性，作用方式與吡蟲啉相似。

3.2 生物活性

與吡蟲啉等作用于煙堿乙酰膽堿受體的現(xiàn)有殺蟲劑相似，flupyrimin具有廣譜的殺蟲活性。室內(nèi)生測表明[7,12]，flupyrimin對危害甘藍(lán)、黃瓜、菜豆、水稻、小麥和蘋果等作物的小菜蛾(Plutella xylostella)、甜菜夜蛾(Spodoptera litura)、黏蟲(Mythimna separata)、豆蚜(Aphis fabae)、棉蚜(Aphis gossypii)、白粉虱(Trialeurodes vaporariorum)、灰飛虱(Laodelphax striatella)、褐飛虱(Nilaparvata lugens)、白背飛虱(Sogatella furcifera)、黑尾葉蟬(Nephotettix cincticeps)、稻負(fù)泥蟲(Oulema oryzae)、稻水象甲(Lissorhoptrus oryzophilus)、西花薊馬(Frankliniella occidentalis)、赤須盲蝽(Trigonotylus caelestialium)、蘋果小珀椿(Plautia crossota stali)和家蠅(Musca domestica)等多種害蟲均具有不同程度的殺蟲活性(表 2)。然而，flupyrimin對二斑葉螨(Tetranychus urticae)無明顯生物活性，也沒有殺菌和除草活性[12]。

表2 Flupyrimin對部分靶標(biāo)害蟲的殺蟲活性(殺死率)

與吡蟲啉相比，flupyrimin對西花薊馬、灰飛虱和黑尾葉蟬的殺蟲活性大致與之相當(dāng)，對家蠅、小菜蛾、褐飛虱、白背飛虱、負(fù)泥蟲、赤須盲蝽的殺蟲活性相對較高，但對棉蚜、豆蚜[12]和白粉虱的殺蟲活性相對較低(表3)。特別地，flupyrimin還對吡蟲啉產(chǎn)生抗藥性的稻飛虱顯示出了高殺蟲活性[7](表4)。

表3 Flupyrimin及對照藥劑對相關(guān)靶標(biāo)害蟲的毒效[2]

續(xù)表3

表4 Flupyrimin和吡蟲啉對稻飛虱2齡幼蟲的殺蟲活性(6 d后的殺死率)[7]

4 代謝殘留

Flupyrimin在動、植物體內(nèi)和環(huán)境中的代謝途徑和產(chǎn)物有所不同[9]。如圖2所示，flupyrimin在動物體內(nèi)主要代謝為 1-(6-氯-3-吡啶基甲基)吡啶-2-(1H)-亞胺(代謝物 A)和 2-(6-氯煙酰胺)乙酸(代謝物B)；在植物體內(nèi)主要代謝為代謝物 A和6-氯煙酸(代謝物 C)；而在土壤和水中則主要代謝為代謝物A。日本食品衛(wèi)生審查委員會[8-9]對flupyrimin及其代謝物在動、植物體內(nèi)的殘留進(jìn)行了限定：flupyrimin和代謝物A和B在動物體內(nèi)的殘留均不得超過0.01 mg/kg，flupyrimin及代謝物A在植物體內(nèi)的殘留分別不得超過0.01 mg/kg和0.02 mg/kg。在日本最新確定的最大殘留限定[13]中，flupyrimin在糙米中的殘留不得超過0.7 mg/kg。

圖2 Flupyrimin在動植物體內(nèi)、土壤和水中的代謝

Flupyrimin及其代謝物A和B在動、植物體內(nèi)的殘留量都可用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀(LC-MS/ MS)進(jìn)行測定[14]，但前處理的方法有所不同。植物樣品使用水溶脹后用丙酮-水(4∶1)混合溶液萃取，再用SAX柱和苯乙烯二乙烯基苯共聚物色譜柱進(jìn)行純化；動物樣品則使用乙腈溶解后用乙腈-水(1∶1)混合物萃取，再使用 HLB柱純化、正己烷洗脫(動物脂肪樣品在純化前需先用正己烷洗滌)。

5 產(chǎn)品合成

Flupyrimin可以 2-氨基吡啶和 2-氯-5-氯甲基吡啶(R-Cl) 2個吡啶衍生物為主要原料來合成。其中，2-氯-5-氯甲基吡啶為多個作用于煙堿乙酰膽堿受體的殺蟲劑(圖 1)的共同中間體。最先報(bào)道[7]的flupyrimin的合成工藝路線見圖3，2-氨基吡啶與無水三氟乙酸或三氟乙酸酐發(fā)生酰胺化反應(yīng)得到2,2,2-三氟-N-(吡啶-2(H)-亞基)乙酰胺，后者再與2-氯-5-氯甲基吡啶發(fā)生N-烷基化反應(yīng)得到粗產(chǎn)物，最后用乙醚重結(jié)晶得到成品。兩步反應(yīng)的收率分別為71%和66%，總收率僅為46.86%。為提高反應(yīng)收率，日本明治制果藥業(yè)株式會社還曾嘗試在第1步反應(yīng)中使用活性高且相對易控制的三氟乙酸酯作為酰胺化試劑[15]，但過量酯和昂貴難回收極性溶劑的使用使得該工藝并不適合工業(yè)化生產(chǎn)。

圖3 Flupyrimin的合成工藝路線

拜耳公司新開發(fā)的flupyrimin合成工藝專利[16]在不改變主要原料和合成路線的前提下，對其合成工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，使其更適合工業(yè)化生產(chǎn)，如圖4所示。該工藝第1步改用三氟乙酸甲酯為酰胺化試劑，甲醇鈉-甲醇溶液為催化介質(zhì)，從而使兩步反應(yīng)的總收率達(dá)到了83.9%(兩步反應(yīng)的收率分別為94.8%和88.5%)，原藥粗產(chǎn)物含量97.9%。同時(shí)，該專利還嘗試了以 2-氨基吡啶、2-氯-5-氯甲基吡啶和三氟乙酸甲酯為原料在甲醇鈉-甲醇溶液中進(jìn)行一鍋合成，收率可達(dá)77.9%，原藥粗產(chǎn)物含量96.9%。

圖4 Flupyrimin的新合成工藝路線

6 制劑與應(yīng)用

Flupyrimin微溶于水且可溶于有機(jī)溶劑，可制成可濕性粉劑(WP)、水分散顆粒劑(WG)、粉劑(DP)、乳油(EC)和顆粒劑(GR)等多種劑型的制劑產(chǎn)品。同時(shí)，flupyrimin的配伍性好，可與多種殺菌劑(噻菌靈、異噻菌胺、噻酰菌胺、噻呋酰胺、呋吡菌胺、戊菌隆、嘧菌酯、三環(huán)唑、雙氯氰菌胺、tebufloquin、硅氟唑、井岡霉素、春雷霉素和肟醚菌胺等)、除草劑(唑吡嘧磺隆、唑草胺、氰氟草酯、殺草隆和吡唑特等)、獸藥(伊維菌素和莫西菌素等)和殺蟲劑[7]復(fù)配或桶混使用。Flupyrimin與其他產(chǎn)品預(yù)混復(fù)配可制成多種制劑，如可與吡蟲啉復(fù)配制成WP、WG、DP和EC等劑型，與醚菊酯、tebufloquin復(fù)配制成DP劑型，與噻菌靈、氯蟲苯甲酰胺復(fù)配制成GR劑型。研究表明，flupyrimin與多種殺蟲劑混用后施用，對水稻、黃瓜、甘藍(lán)和菜豆上包含稻飛虱、二化螟、小菜蛾和西花薊馬在內(nèi)的多種害蟲具有顯著的增效作用(表 5)。

表5 與flupyrimin混用后增效的殺蟲劑

目前，flupyrimin單劑及其與噻菌靈、多殺菌素和三環(huán)唑的復(fù)配制劑已在日本取得登記，用于水稻及其秧苗的多種刺吸式口器害蟲的防治，可同時(shí)兼治二化螟、稻負(fù)泥蟲和稻椿象等害蟲，具體用法見表6。此外，flupyrimin在韓國和印度的登記也在進(jìn)行中，愛利思達(dá)公司(Arysta)在 2018年獲得了該產(chǎn)品在印度的獨(dú)家開發(fā)和銷售權(quán)利。

表6 在日本登記的flupyrimin制劑產(chǎn)品及其使用方法

續(xù)表6

7 總結(jié)與展望

由日本明治制果藥業(yè)株式會社新開發(fā)的作用于煙堿乙酰膽堿受體的殺蟲劑flupyrimin對半翅目(棉蚜、白粉虱、飛虱、黑尾葉蟬、赤須盲蝽和小珀椿)、鱗翅目(小菜蛾和甜菜夜蛾)、鞘翅目(稻負(fù)泥蟲和稻水象甲)、纓翅目(薊馬)和雙翅目(家蠅)等多種類別的害蟲都顯示出了較好的生物活性，可用于水稻、小麥、蔬菜和水果以及非農(nóng)領(lǐng)域的害蟲防治。由于與吡蟲啉和三氟苯嘧啶等作用于煙堿乙酰膽堿受體的殺蟲劑在對靶標(biāo)害蟲的作用位點(diǎn)和作用方式上存在差異，flupyrimin對這些殺蟲劑敏感和產(chǎn)生抗藥性的稻飛虱等害蟲均具有較高活性，同時(shí)對蜜蜂等傳粉昆蟲相對安全，有望為作用于煙堿乙酰膽堿受體殺蟲劑的可持續(xù)發(fā)展注入新的活力，具有較好的市場前景。

Flupyrimin可用吡蟲啉等作用于煙堿乙酰膽堿受體的多種殺蟲劑的共同中間體2-氯-5-氯甲基吡啶來合成，其合成路線相對簡單。該品種可制成多種不同類型的單一制劑或預(yù)混復(fù)配，莖葉噴霧或土壤灌注處理1次，即可實(shí)現(xiàn)對多種作物及其秧苗害蟲的有效防治。目前flupyrimin僅被開發(fā)和登記用于水稻害蟲防治，在其他農(nóng)作物和非農(nóng)領(lǐng)域的應(yīng)用值得研究開發(fā)。同時(shí)，由于 flupyrimin的主要受體與吡蟲啉等類作用于煙堿乙酰膽堿受體殺蟲劑的相同，且對蜜蜂還是存在一定的急性經(jīng)口毒性，在其應(yīng)用開發(fā)的過程中應(yīng)注意延緩靶標(biāo)害蟲的抗性發(fā)展、避免對生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響。