双酰胺类杀虫剂是继新烟碱类杀虫剂之后, 最受市场关注的一类产品。它作用于昆虫的鱼尼汀受体, 具有作用机制新颖、高效、与传统农药无交互抗性、对非靶标生物安全和对环境相容性好等特点。目前已上市的双酰胺类杀虫剂主要有:氟苯虫酰胺 (2007) 、氯虫苯甲酰胺 (2008) 、溴氰虫酰胺 (2012) 、四氯虫酰胺 (2014) 和环溴虫酰胺 (2017) 等。其中龙头老大氯虫苯甲酰胺的销售额在几年前就赶超了新烟碱类杀虫剂的当家品种吡虫啉和噻虫嗪, 成为全球杀虫剂市场的第一大产品。
环溴虫酰胺是由日本石原产业株式会社研发的邻甲酰氨基苯甲酰胺类杀虫剂。具有广谱的杀虫活性, 对鳞翅目、鞘翅目、缨翅目和双翅目等害虫均具有较好的杀死效果, 且具有内吸活性, 它的主要作用位点为鱼尼汀受体变构体, 与其他双酰胺类杀虫剂不同, 环溴虫酰胺并不是完全鱼尼汀受体作用剂[4,5]。鉴于其突出的生物活性, 笔者合成了环溴虫酰胺, 并以氯虫苯甲酰胺和溴氰虫酰胺为对照, 研究了其对其鳞翅目害虫 (粘虫) 和半翅目害虫 (蚜虫) 的活性。
1 合成实验
1.1 合成路线
目标化合物合成路线如下。
1.2 仪器和试剂
仪器:Agilent 1100 series高效液相色谱仪 (美国Agilent公司) 、INOVA-300型核磁共振仪 (以CDCl3为溶剂, 四甲基硅烷为内标, 美国Varian公司) 、7890/5975C型气相-质谱联用仪 (美国Agilent公司) 、1260/6120型气相-质谱联用仪 (美国Agilent公司) 。
试剂:实验所用试剂均为AR或CP。
1.3 实验步骤
1) 中间体2-氨基-3-溴-5-氯苯甲酸 (1) 的合成
在配有磁力搅拌器、冷凝管的500 mL三口圆底烧瓶中加入8.6 g (50 mmol) 2-氨基-5-氯苯甲酸, 13.4 g (75 mmol) N-溴化丁二酰亚胺 (NBS) , 100m L冰醋酸, 加热回流反应6 h。反应完毕, 过滤, 滤饼水洗, 烘干, 得到中间体1, 收率80%。其结构经LC-MS确证。
2) 中间体6-氯-8-溴-2H-苯并[d][1,3]噁嗪-2, 4 (1H) -二酮 (2) 的合成
在配有磁力搅拌器、冷凝管的100 mL三口圆底烧瓶中加入4.1 g (20 mmol) 1, 3.0 g (10 mmol) 三光气, 50 mL四氢呋喃 (THF) , 滴加2 ml吡啶, 加热回流反应4 h。反应完毕, 过滤, 滤饼用少量THF洗涤, 烘干, 得到中间体2, 收率70%。其结构经LC-MS确证。
3) 中间体2-氨基-3-溴-5-氯-N- (1-环丙基乙基) 苯甲酰胺 (3) 的合成
在配有磁力搅拌器的单口瓶中加入1.5 g (6mmol) 2, 1.1 g (12 mmol) 1-环丙基乙胺, 15 mL水, 室温25℃反应3 h。反应完毕, 用饱和食盐水和乙酸乙酯萃取, 无水硫酸钠干燥后脱去溶剂, 得到中间体5。收率65%。其结构经LC-MS确证。
4) 中间体3-溴-1- (3-氯-2-吡啶基) -1H-吡唑-5-碳酰氯 (4) 的合成
在配有磁力搅拌器、冷凝管的100 mL三口圆底烧瓶中加入3.1 g (10 mmol) 3-溴-1- (3-氯-2-吡啶基) -1H-吡唑-5-羧酸、50 mL二氯乙烷2.4 g (20 mmol) 、二氯亚砜, 加热回流反应4 h, 脱去溶剂待用。
5) 环溴虫酰胺 (Cyclaniliprole) 的合成
在配有磁力搅拌器、冷凝管的100 mL三口圆底烧瓶中加入1.0 g (32 mmol) 3, 中1.1 g (3.5mmol) 间体4, 20 mL甲苯, 加热回流反应约4 h。反应完毕, 冷却至室温, 加入约10 mL石油醚, 析出固体, 过滤, 滤饼用石油醚洗涤, 烘干, 得到目标化合物, 收率80%。m.p.235.5～237.1℃;LC-MS (Positive ion) m/z:603.9[M+H]+。1H NMR (300MHz, CDCl3) , δ:0.249～0.754 (m, 4H) , 3.369～3.391 (m, 1H) , 6.369 (d, J=6.9 Hz, 1H) , 7.262 (s, 1H) , 7.433 (s, 1H) , 7.450 (s, 1H) , 7.364 (dd, J=7.5, 1.8 Hz, 1H) , 7.848 (d, J=7.5Hz, 1H) , 8.441 (bs, 1H) , 10.096 (s, 1H) 。
2 生物活性
2.1 杀虫活性
2.1.1 供试靶标
粘虫 (Mythimmaseparata) 系室内以玉米苗饲养多年的敏感品系, 棉红蜘蛛 (Tetranychusurticae) 和蚕豆蚜 (Aphis fabae) 系室内以蚕豆苗常年饲养的敏感品系。
2.1.2 药剂配置
称取适量的供试药剂, 用N, N-二甲基甲酰胺 (DMF) 溶解后, 再加入0.2%Tween 80乳化剂, 以玻璃棒搅拌均匀, 再加入定量的清水配成所需浓度的母液, 再用含0.2%Tween80乳化剂的水稀释成试验浓度进行试验, 设含溶剂乳化剂的清水为对照。
2.1.3 试验方法
蚜虫 (浸渍法) :将蚜虫接于刚出土的豆苗上。每株接20头以上, 然后将豆苗连同试虫一起浸入配好药剂中, 5～10 s后取出, 吸去多余药液, 插入吸水的海棉中培养, 24 h后检查存活和死亡的虫数。活性相对于空白对照以百分比计。每个浓度重复了3次。
粘虫 (Potter喷雾法) :取鲜嫩的玉米叶剪成大小基本一致的片段, 放入事先垫有滤纸的培养皿中, 然后在皿中接入粘虫3龄幼虫10～20头, 放入Potter喷雾塔下进行定量喷雾, 喷药液量1 mL, 每浓度重复3次。处理完毕, 盖上皿盖, 置于观察室内培养, 定期观察, 于72 h后检查记录试虫死亡情况, 计算死亡率。
棉红蜘蛛 (浸渍法) :采用浸渍法测试棉红蜘蛛的活性, 方法参照文献。
2.2 杀菌活性
根据国家农药创制工程技术研究中心湖南化工研究院有限公司生物活性测定标准操作程序与方法 (SOP) , 采用菌丝生长抑制 (25 mg·L-1) 和温室盆栽 (500 mg·L-1) 两种方法, 分别测试了环溴虫酰胺对辣椒疫霉病菌、烟草赤星病菌、小麦赤霉病菌、黄瓜灰霉病菌、油菜菌核病菌和小麦白粉病、玉米锈病、水稻纹枯病的杀菌活性。
2.3 除草活性
根据国家农药创制工程技术研究中心湖南化工研究院有限公司生物活性测定标准操作程序与方法 (SOP) , 采用茎叶处理和土壤处理两种方法, 测试了环溴虫酰胺在2 250 g a.i.·hm-2剂量下, 对双子叶杂草[苘麻 (Abutilon theophrasti) 、刺苋 (Amaranthusspinosus L) 、藜 (Chenopodium album) ]和单子叶杂草[马唐 (Digitariasanguinalis) 、稗 (Echinochloa crus-galli) 、狗尾 (Setariaviridis) ]的除草活性。
3 结果与讨论
3.1 杀虫活性
环溴虫酰胺在500 mg·L-1普筛条件下, 对蚜虫和粘虫的的致死率均为100%, 对红蜘蛛没有表现出明显的生物活性。进一步初筛结果表明环溴虫酰胺对粘虫和蚜虫均具有较好的杀虫活性, 但其对粘虫的活性低于氯虫酰胺和氰虫酰胺, 对蚜虫的活性低于氰虫酰胺, 显著高于氯虫酰胺。具体结果见表1。
表1 环溴虫酰胺对粘虫和蚜虫的杀虫活性Table 1 The insecticidal activities against M.separataand A.fabae
3.2 杀菌、除草活性
环溴虫酰胺在普筛条件下, 没有表现出明显的杀菌和除草活性。
4 结 论
以2-氨基-5-氯苯甲酸和3-溴-1- (3-氯-2-吡啶基) -1H-吡唑-5-羧酸为原料合成了环溴虫酰胺, 并以氯虫苯甲酰胺和溴氰虫酰胺为对照, 研究了其对鳞翅目害虫 (粘虫) 和半翅目害虫 (蚜虫) 的生物活性。生物活性结果表明环溴虫酰胺对粘虫和蚜虫均具有较好的杀虫活性, 但其对粘虫的活性低于氯虫酰胺和氰虫酰胺, 对蚜虫的活性低于氰虫酰胺, 显著高于氯虫酰胺。因其作用机制有别于其他双酰胺类化合物, 未来有望在防治抗性害虫领域发挥重要作用。
5 登记情况
2013年4季度，石原已向日本和欧盟申请登记杀虫剂环溴虫酰胺，并于2014年一季度向美国、加拿大和澳大利亚申请登记该产品。2017年，石原产业在美国登记了环溴虫酰胺产品（50 SL），用于果树、蔬菜和葡萄等。
环溴虫酰胺是由日本石原产业株式会社研发的邻甲酰氨基苯甲酰胺类杀虫剂，距离其中国的化合物专利届满时间还有将近5年（届满时间：2025年2月）。所以国内市场目前空白，具有很大的潜力。对于各位有意愿的企业，现在逐步进行原药和制剂产品的登记试验和资料准备，具有充足的时间。
部分来源：精细化工中间体