楊益軍，張 波，吳 江，馮 克

(1.安徽中農(nóng)縱橫農(nóng)化信息咨詢(xún)有限公司，安徽 合肥 230061；2.聊城市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，山東 聊城 252000)

1 產(chǎn)品類(lèi)型、作用機(jī)理和技術(shù)背景

砜吡草唑系日本組合化學(xué)與庵原化學(xué)共同開(kāi)發(fā)研制的除草劑，英文通用名為Pyroxasulfone，化學(xué)名稱(chēng)為3-[5-(二氟甲氧基)-1-甲基-3-(三氟甲基)吡唑-4-基甲磺酰基]-4，5-二氫-5，5-二甲基-1，2-異噁唑，開(kāi)發(fā)代號(hào)：KIH-485、KUH-403，CAS登記號(hào)：447399-55-5。產(chǎn)品適用于玉米、大豆、麥田等禾本科及闊葉雜草苗前的防除，屬于新型異噁唑類(lèi)選擇性除草劑，國(guó)際除草劑抗性行動(dòng)委員會(huì)(HRAC)將砜吡草唑歸入K3類(lèi)除草劑。

根據(jù)研究及報(bào)道[1]，砜吡草唑主要抑制植物體內(nèi)(雜草)極長(zhǎng)側(cè)鏈脂肪酸(C20～C30)的生物合成，在雜草幼苗早期抑制其生長(zhǎng)，進(jìn)而破壞分生組織與胚芽鞘，最終使其本體生長(zhǎng)停止而死亡。

異噁唑類(lèi)除草劑最初由日本K-I化學(xué)研究所發(fā)現(xiàn)，并研發(fā)了砜吡草唑和苯磺噁唑草兩個(gè)品種，隨后日本組合化學(xué)公司與日本庵原化學(xué)公司實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn)。自從砜吡草唑和苯磺噁唑草的結(jié)構(gòu)式公開(kāi)后，世界各國(guó)對(duì)異噁唑類(lèi)除草劑的研究不斷深入，開(kāi)發(fā)并申請(qǐng)了諸多專(zhuān)利，如韓國(guó)化學(xué)研究所開(kāi)發(fā)的Methiozolin，巴斯夫公司開(kāi)發(fā)的苯唑草酮等。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，砜吡草唑看似是異噁唑環(huán)和甲基吡唑環(huán)兩個(gè)活性基團(tuán)通過(guò)硫?；罱ǘ?，如異噁唑環(huán)見(jiàn)于異噁唑草酮、苯唑草酮等，而甲基吡唑環(huán)見(jiàn)于磺酰草吡唑和苯唑草酮等。

為使此2個(gè)化合物的旱田施用量達(dá)到常用除草劑精異丙甲草胺和乙草胺的 1/10而有利于商品化，隨后進(jìn)行了更深入的探索研究，將芐基位的苯環(huán)變換成各種雜環(huán)，以使取代基最優(yōu)化，由此發(fā)現(xiàn)了砜吡草唑(圖1)。隨后，日本組合化學(xué)公司于2002年在我國(guó)申請(qǐng)了砜吡草唑的化合物專(zhuān)利，保護(hù)該化合物及其作為除草劑的用途。

2 產(chǎn)品特點(diǎn)、防治對(duì)象

根據(jù)文獻(xiàn)記載[2]和市場(chǎng)報(bào)道，砜吡草唑應(yīng)用作物廣泛，玉米、大豆、棉花、花生、小麥、向日葵及馬鈴薯等作物都有應(yīng)用，產(chǎn)品兼具用藥量低(100～250 g ai/hm2)、除草效果好、對(duì)作物相對(duì)安全及除草持效期較長(zhǎng)等特點(diǎn)。

根據(jù)相關(guān)研究[3]，砜吡草唑相比傳統(tǒng)封閉除草劑，單位面積用量比氯代乙酰胺類(lèi)除草劑品種低8～10倍，且其水中溶解度較低(20℃)為3.1 mg/L，說(shuō)明其通過(guò)降雨與淋溶污染地表水與地下水的可能性較小，降低了對(duì)生態(tài)的破壞風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)前在歐盟禁用乙草胺與異丙甲草胺的背景下，砜吡草唑有可能逐步取代乙草胺、(精)異丙甲草胺等氯代乙酰胺類(lèi)除草劑品種。因此，砜吡草唑具有良好的應(yīng)用前景，是值得關(guān)注與開(kāi)發(fā)的除草劑新品種。

3 全球砜吡草唑登記狀況

基于砜吡草唑的產(chǎn)品性質(zhì)，組合化學(xué)和lharamical加快了砜吡草唑推廣開(kāi)發(fā)，分別與BASF、FMC、Valent(住友化學(xué)子公司)和Bayer等多家企業(yè)建立聯(lián)合開(kāi)發(fā)協(xié)議。目前，砜吡草唑全球登記和開(kāi)發(fā)的主體為拜耳、Valent、巴斯夫和富美實(shí)等跨國(guó)企業(yè)。

砜吡草唑作為芽前封閉處理劑，以封殺禾本科為主闊葉草為輔，產(chǎn)品特點(diǎn)較為突出。砜吡草唑登記推廣始于2011年，在澳大利亞小麥上登記使用、2012年在美國(guó)和加拿大獲得登記，之后產(chǎn)品相繼在阿根廷、巴西、日本、新西蘭、南非和沙特阿拉伯國(guó)家或地區(qū)取得登記。2019年1月31日，在我國(guó)獲得其原藥登記。目前，砜吡草唑尚未在歐盟取得登記。

砜吡草唑產(chǎn)品登記形式不僅包括單劑，還與小麥、玉米、大豆田的常用除草劑品種混配登記，在澳大利亞、美國(guó)、加拿大等多個(gè)國(guó)家都已經(jīng)完成了復(fù)配產(chǎn)品的登記，包括砜吡草唑與甲基二磺隆、吡氟酰草胺、莠去津、唑草酮、嗪草酸甲酯、苯嘧磺草胺、丙炔氟草胺、精二甲吩草胺、甲磺草胺等多種成分混配，既可延緩抗性發(fā)展，也可拓寬除草譜。

2019年以后，跨國(guó)公司擴(kuò)大登記布局，且以復(fù)配為主，使得砜吡草唑市場(chǎng)發(fā)展加快。如2019年巴斯夫在阿根廷推出砜吡草唑和苯嘧磺草胺的復(fù)配除草劑Zidua?Pack，用于玉米、大豆和花生等，防除闊葉雜草和禾本科雜草。2020年，Ihara公司在巴西推出含砜吡草唑的四款除草劑，一款單劑產(chǎn)品，三款復(fù)配產(chǎn)品。單劑產(chǎn)品Yamato(懸浮液(懸浮劑48))已經(jīng)在10多個(gè)國(guó)家獲得登記，Yamato可控制作物中的抗性雜草，具有高選擇性，持效期長(zhǎng)，在馬鈴薯、咖啡、甘蔗和玉米等作物上表現(xiàn)良好，可防除包括臂形草、平枝馬唐、兩耳草、大黍等在內(nèi)的多種雜草。此外，Ihara公司還推出3款砜吡草唑復(fù)配產(chǎn)品，如砜吡草唑與丙炔氟草胺復(fù)配的除草劑Kyojin和Falcon，砜吡草唑與氨唑草酮復(fù)配的除草劑Ritmo，其中，Kyojin用于大豆和玉米，防除牛筋草、香絲草、平枝馬唐等雜草，而Falcon登記用于甘蔗、咖啡、柑橘、桉樹(shù)、松樹(shù)和木薯等農(nóng)作物，防除闊葉雜草和禾本科雜草，Ritmo專(zhuān)用于甘蔗田，防除禾本科雜草和闊葉雜草。

2022年，Summit Agro在阿根廷推出Yamato Top除草劑(砜吡草唑)，Yamato Top為新的懸浮液濃縮液(懸浮劑48)配方，住友商事集團(tuán)全資子公司Summit Agro產(chǎn)品經(jīng)理認(rèn)為 ，Yamato Top具有優(yōu)良的“綠色波帶毒理學(xué)”特性，在儲(chǔ)罐混合物中具有更好的兼容性和穩(wěn)定性。

2022年美國(guó)Valent公司的玉米復(fù)配除草劑Maverick獲得美國(guó)環(huán)保署登記批準(zhǔn)，Maverick含有7.45%二氯吡啶酸、9.91%硝磺草酮和7.45%砜吡草唑，劑型為SC，Maverick結(jié)合了三種不同的作用模式，使得Maverick成為抗性管理的可選擇除草劑。

全球砜吡草唑產(chǎn)品的登記和推廣情況(表1)。

表1 全球砜吡草唑登記主體及登記情況(不完全統(tǒng)計(jì))

4 砜吡草唑合成路線

根據(jù)文獻(xiàn)及相關(guān)的研究[4]發(fā)現(xiàn)砜吡草唑的合成路線較多，報(bào)道的合成方法中主要策略是先合成吡唑環(huán)和二氫異惡唑環(huán)的中間體，然后將兩個(gè)雜環(huán)進(jìn)行對(duì)接成硫醚化合物，最后氧化硫醚得到目標(biāo)產(chǎn)物。目前現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的制備方法，最終都需要將硫醚類(lèi)中間體進(jìn)行氧化，制得砜吡草唑，但存在副產(chǎn)雜質(zhì)多、路線步驟長(zhǎng)、生產(chǎn)難度大、總收率較低等問(wèn)題。

經(jīng)對(duì)這些工藝路線分析和歸納，發(fā)現(xiàn)主要存在兩類(lèi)問(wèn)題：一是路線中所用原料和試劑價(jià)格昂貴，導(dǎo)致砜吡草唑的生產(chǎn)成本提高；二是反應(yīng)收率低，副反應(yīng)多，分離困難。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)砜吡草唑的工藝尚未成熟，以提高收率、簡(jiǎn)化操作和降低成本為目標(biāo)，本文推薦一條適合砜吡草唑工業(yè)化的合成路線，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了條件優(yōu)化和篩選。具體合成路線(圖2)。

圖2 適合砜吡草唑工業(yè)化的合成路線示意圖

5 全球砜吡草唑總體市場(chǎng)發(fā)展概況

砜吡草唑自2011年上市，當(dāng)年全球?qū)崿F(xiàn)了0.3億美元的銷(xiāo)售額，隨后上市前4年銷(xiāo)售額均值達(dá)1.13億美元，市場(chǎng)初露鋒芒。2014～2015年，面對(duì)全球植保市場(chǎng)寒冬期(2015年全球植保市場(chǎng)銷(xiāo)售額下降9.9%)，砜吡草唑銷(xiāo)售額隨之影響而下降，2016～2017年市場(chǎng)重拾升勢(shì)，2018～2021年以來(lái)，全球市場(chǎng)規(guī)模維持在2億美元以上。

根據(jù)Phillips McDougall&Agbioinvestor及組合化學(xué)折合統(tǒng)計(jì)，2022年是全球砜吡草唑市場(chǎng)爆發(fā)的一年，當(dāng)年銷(xiāo)售額和使用量分別為4.2億美元和3 500 t(折百)左右(圖3)。組合化學(xué)預(yù)計(jì)，2023年砜吡草唑銷(xiāo)售額可達(dá)4.5億美元以上，同比增長(zhǎng)可達(dá)30%。

數(shù)據(jù)來(lái)源：Phillips McDougall&Agbioinvestor及組合化學(xué)

2022年全球砜吡草唑市場(chǎng)爆發(fā)的主要因素主要有兩點(diǎn)。一是因砜吡草唑與酰胺類(lèi)除草劑的活性比為10：1,如當(dāng)砜吡草唑原藥價(jià)格為50多萬(wàn)元,砜吡草唑的替代作用則超過(guò)30%(以美國(guó)市場(chǎng)為例),因2021～2022年酰胺類(lèi)除草劑原藥處于漲價(jià)周期(原藥均價(jià)一度在5.5萬(wàn)元以上),(圖4 ),且產(chǎn)品供應(yīng)還有不足導(dǎo)致砜吡草唑性?xún)r(jià)比明顯增加,市場(chǎng)需求旺盛,二是砜吡草唑本身市場(chǎng)處于上升期,兩者疊加使得市場(chǎng)需求出現(xiàn)爆發(fā)。

數(shù)據(jù)來(lái)源:中農(nóng)縱橫SDIP數(shù)據(jù)體系之價(jià)格

近些年,全球砜吡草唑市場(chǎng)呈現(xiàn)量、額雙增的態(tài)勢(shì),是集產(chǎn)品優(yōu)秀性質(zhì)、企業(yè)共同開(kāi)發(fā)、全球范圍推廣疊加的結(jié)果,加上歐盟對(duì)氯代乙酰胺類(lèi)除草劑禁(限)用,砜吡草唑可能被列為替代解決方案的市場(chǎng)預(yù)期,加之砜吡草唑化合物進(jìn)入過(guò)專(zhuān)利保護(hù)時(shí)期,有利于整體市場(chǎng)持續(xù)的發(fā)展。

6 全球砜吡草唑市場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析

6.1 細(xì)分市場(chǎng)及結(jié)構(gòu)(按照市值評(píng)估) 根據(jù)Phillips McDougall&Agbioinvestor及組合化學(xué)折合統(tǒng)計(jì),2022年全球砜吡草唑市場(chǎng)規(guī)模為4.2億美元(表2),細(xì)分市場(chǎng)銷(xiāo)售額領(lǐng)先的有美國(guó)、澳大利亞和阿根廷,市場(chǎng)規(guī)模依次為2.0、1.0和0.9億美元,top3合計(jì)為3.9億美元,占全球市場(chǎng)比例為92.88%,可見(jiàn)當(dāng)前砜吡草唑細(xì)分市場(chǎng)非常集中,而美國(guó)和澳大利亞為砜吡草唑的先導(dǎo)市場(chǎng)處于領(lǐng)先地位,在大豆和小麥種植廣泛,封閉除草需求基礎(chǔ)廣泛的背景下,全球未來(lái)增長(zhǎng)的形勢(shì)仍然良好。

表2 全球砜吡草唑細(xì)分市場(chǎng)的銷(xiāo)售額排名(2021～2022年 百萬(wàn)美元)

6.2 應(yīng)用作物(領(lǐng)域)結(jié)構(gòu)(按照使用量評(píng)估)按照砜吡草唑市場(chǎng)適用作物使用量來(lái)看,2021年應(yīng)用領(lǐng)先的作物分別為大豆、麥類(lèi)、玉米和果蔬等,使用量分別依次為948.40、505.36、240.74和31.38 t(表3)。

表3 全球砜吡草唑作物使用細(xì)分情況(2021年 t)

結(jié)合上表數(shù)據(jù)、按照細(xì)分市場(chǎng)使用量來(lái)看,美國(guó)、阿根廷和澳大利亞等砜吡草唑使用量領(lǐng)先,使用量分別為924.23、393.79和381.64 t。美國(guó)砜吡草唑應(yīng)用作物較為廣泛,大豆、玉米和麥類(lèi)等作物使用量居前,而土豆、棉花和果蔬用量較小;阿根廷與美國(guó)的應(yīng)用作物相似,即為大豆、玉米和麥類(lèi)領(lǐng)先;而澳大利亞、南非則是麥類(lèi)作物;其它國(guó)家應(yīng)用作物市場(chǎng)情況(表4)。

表4 全球砜吡草唑使用領(lǐng)先的國(guó)家(2021年 t)

通過(guò)對(duì)7年的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理,砜吡草唑作物市場(chǎng)發(fā)展的主要脈絡(luò)為:首先從麥類(lèi)、大豆以及非農(nóng)方面除草開(kāi)始,遵循登記先行的原則,之后逐漸向玉米、油菜、棉花和果蔬等方面進(jìn)行登記拓展,其中,大豆市場(chǎng)發(fā)展最為迅速,是目前砜吡草唑使用量最大的作物市場(chǎng)(表4)。

7 產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化結(jié)論

砜吡草唑是日本組合化學(xué)公司開(kāi)發(fā)的一種新型廣譜、高活性芽前土壤處理劑,廣泛用于玉米、棉花、豆類(lèi)、花生、馬鈴薯、水稻、向日葵、蓖麻等作物除草,效果明顯且對(duì)環(huán)境相對(duì)安全,正確使用對(duì)當(dāng)茬和下茬作物安全,持效期可達(dá)到28 d左右。

目前,砜吡草唑的作物和區(qū)域市場(chǎng)還不廣泛。隨著登記的加快以及企業(yè)共同推廣,其作為作物芽前封閉處理劑,以封殺禾本科為主闊葉雜草為輔,在大豆、小麥、玉米、棉花等旱田市場(chǎng)空間仍然比較廣闊。

砜吡草唑?qū)β却阴０奉?lèi)和三嗪類(lèi)除草劑的替代和迭代趨勢(shì)明顯。砜吡草唑是取代乙草胺,異丙甲草胺等產(chǎn)品的熱門(mén)品種,尤其是過(guò)專(zhuān)利期后,規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)供應(yīng)加大,性?xún)r(jià)比提高,勢(shì)必會(huì)加快相關(guān)產(chǎn)品的替代進(jìn)程。若砜吡草唑進(jìn)入歐盟市場(chǎng),根據(jù)測(cè)算和經(jīng)驗(yàn)估計(jì),如果其對(duì)歐盟酰胺類(lèi)小麥田除草劑市場(chǎng)替代50% ,預(yù)計(jì)砜吡草唑全球市場(chǎng)將會(huì)增加約1億美元銷(xiāo)售額。