杀虫剂抗性的日益加剧以及全球范围内对更安全、更环保农药的迫切需求，不断推动着农药领域科学家们去发现全新作用机制和化学骨架的杀虫剂。在这一背景下，由日本住友化学株式会社（Sumitomo Chemical Co., Ltd.）发现的噁唑磺酰虫啶（Oxazosulfyl，1616678-32-0）应运而生。
图1 | 噁唑磺酰虫啶/Oxazosulfyl分子结构
作为首个接近商业化上市的sulfyl（砜/亚磺酰基）类杀虫剂，噁唑磺酰虫啶代表了农药化学的一个新突破，对半翅目（Hemiptera）、鳞翅目（Lepidoptera）和鞘翅目（Coleoptera）害虫展现出卓越的广谱防控效果。尤为值得一提的是，噁唑磺酰虫啶单剂即可高效防控包括三种主要飞虱（Planthopper）物种、稻纵卷叶螟（Cnaphalocrocis medinalis）以及水稻负泥虫（Oulema oryzae）在内的多种水稻害虫，为水稻虫害的可持续治理提供了强有力的工具。
图2 | 常见水稻害虫照片
发现背景在农药研发中，发现新先导化合物（Lead compound）的常规策略通常包括天然产物结构修饰以及已知化学骨架的深入研究。住友化学团队发现噁唑磺酰虫啶的历程，最初始于寻找对害虫若虫和成虫均具有杀虫活性的新型分子。研究人员对公司内部化合物库中独特的化学物质类别进行了系统性筛选（图3），从中发现了若干具有潜力的化合物，经初步先导优化后得到了化合物1、2和3。尽管这些早期化合物对蚜虫和粉虱若虫等刺吸式害虫表现出较高活性，但它们对同种害虫的成虫阶段活性较弱，且杀虫谱较窄。
为克服这一局限性，团队调整了筛选策略，专门从内部化合物库中搜寻那些不仅对成虫有效，而且具备广谱杀虫活性的化合物。这一努力最终锁定了化合物4。该化合物表现出包括成虫杀灭活性在内的中等杀虫活性，因此被选为新一轮先导优化的起点。
图3 | 住友化学内部化合物库中的独特化学物质类别
先导优化第一步：苯环取代基的精准定位优化初始阶段聚焦于苯环上甲硫基（Methylthio）部分改造（图4）。实验表明，将甲硫基移至间位（meta）或对位（para）会导致活性完全丧失，这证实了邻位（ortho）对于维持杀虫活性至关重要。进一步研究发现，邻位硫原子的存在是实现高杀虫活性的关键，而甲硫基硫原子的氧化态（如亚砜或砜）对杀虫效力影响甚微。因此，团队在保持砜基（Sulfone group）不变的前提下，对邻位取代基进行了系统修饰。当将硫原子上的烷基替换为苯基时，活性出现下降。在评估了多种其他烷基取代基后，最终选择了邻位乙基砜基（Ethyl sulfonyl group）进行后续深入研究。
图4 | 初步优化聚焦于苯环上的甲硫基部分
第二步：芳香环系的替换与选择接下来，团队将含有乙基砜基的苯环部分替换为其他环系（图5）。尽管仔细考察了多种芳香环和非芳香环，但结果一致显示芳香环的活性更高。基于这一发现，选择了2-吡啶基（2-Pyridyl group）作为进一步优化的最佳骨架。
图5 | 将含有苯环的乙基砜基替换为其他环
第三步：左侧稠合杂环的筛选在第三步优化中，团队将目光投向了分子左侧的稠合杂环部分（图6）。研究证实，稠环中氮原子的位置对杀虫活性具有决定性影响。最终，苯并噁唑（Benzoxazole，一种6-5稠合杂环）被选中。选择它的理由不仅在于其对害虫的广谱防控能力，还因为其类似物可以非常方便地从市售苯酚制备，具备优异的工业化潜力。
图6 | 考察左侧稠合杂环的可能候选结构。
第四步：苯并噁唑5位取代基的终极优化最后，团队聚焦于苯并噁唑核心，对5位取代基进行了终极优化（图7）。实验表明，5位取代基的存在对于赋予化合物高活性至关重要。综合考量整体杀虫活性、田间试验结果以及工业制造方法的可行性，最终确定 5位取代基为S(O)₂CF₃的化合物，即噁唑磺酰虫啶。
图7 | 优化苯并噁唑5位上的取代基
生物活性
噁唑磺酰虫啶对各类害虫的杀虫活性数据汇总于表1中。该化合物对半翅目、鳞翅目和鞘翅目害虫均表现出广谱活性，对水稻常见害虫如三种飞虱（Nephotettix cincticeps、Laodelphax striatellus、Sogatella furcifera）、稻纵卷叶螟（Cnaphalocrocis medinalis）和水稻负泥虫（Oulema oryzae）具有强效杀灭作用。例如，对Nephotettix cincticeps的LC₅₀低至0.01–0.1 ppm（叶面喷雾）。
尤为重要的是，噁唑磺酰虫啶对包括三种飞虱在内的多种昆虫表现出极高活性，而这些害虫已对现有的苯基吡唑类（Phenylpyrazoles）和新烟碱类（Neonicotinoids）化学杀虫剂产生了抗性。这意味着噁唑磺酰虫啶不仅是一个新的防治工具，更在抗性害虫治理中具有不可替代的价值。
表1 | 噁唑磺酰虫啶的杀虫活性
目 (Order) | 物种 (Species) | 阶段 (Stage) | 施用方式 (Application) | LC₅₀值 (Value of LC₅₀)ᵃ | LD₅₀值 (Value of LD₅₀)ᵃ |
半翅目 (Hemiptera) | Nilaparvata lugens | 若虫 (Nymph) | 叶面喷雾 (Foliar spray) | 0.1–1 | – |
半翅目 (Hemiptera) | Laodelphax striatellus | 若虫 (Nymph) | 叶面喷雾 (Foliar spray) | 0.1–1 | – |
半翅目 (Hemiptera) | Sogatella furcifera | 若虫 (Nymph) | 叶面喷雾 (Foliar spray) | 0.1–1 | – |
半翅目 (Hemiptera) | Nephotettix cincticeps | 若虫 (Nymph) | 叶面喷雾 (Foliar spray) | 0.01–0.1 | – |
鳞翅目 (Lepidoptera) | Cnaphalocrocis medinalis | 幼虫 (Larva) | 叶面喷雾 (Foliar spray) | 0.1–1 | – |
鞘翅目 (Coleoptera) | Oulema oryzae | 成虫 (Adult) | 点滴法 (Topical) | – | 1–10 |
ᵃ 叶面喷雾或点滴法的单位分别为ppm或ng AI/insect。
合成路线
噁唑磺酰虫啶的合成路线如图8所示，设计简洁且易于放大，具体步骤如下：
苯酚的硝化与转化：苯酚5用硝酸硝化，随后转化为氨基苯酚7。
吡啶部分的构建：3-氯-2-氰基吡啶8与乙硫醇和NaH反应，得到腈9；9在酸性条件下水解，生成羧酸10。
缩合与环化：氨基苯酚7与羧酸10发生缩合及环化反应，生成苯并噁唑中间体12。
氧化：中间体12经氧化（如使用mCPBA）最终得到目标产物 噁唑磺酰虫啶。
图8 | 噁唑磺酰虫啶的合成路线。*1 EDCI·HCl：1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐。*2 DMEAD：偶氮二甲酸双(2-甲氧基乙基)酯。*3 mCPBA：3-氯过氧苯甲酸。
理化性质与产品安全
噁唑磺酰虫啶的主要理化性质与安全性数据如下：
理化性质：
熔点：138.2–140.1°C
正辛醇/水分配系数（Log P₀/w）：2.69
水溶性：15.6 mg/L
土壤吸附系数（Koc）：208–2348
产品安全：
大鼠急性经口LD₅₀：300–2000 mg/kg
大鼠急性经皮LD₅₀：>2000 mg/kg
鲤鱼96小时LC₅₀：>7.9 mg/L
致突变性：阴性
这些数据表明，噁唑磺酰虫啶在环境中具有适中的迁移性和持效期，对非靶标生物（如鱼类）相对安全，且符合现对低毒、低残留的要求。
结论
日本住友化学研发团队通过系统性筛选内部化合物库，成功发现了对成虫具有杀虫活性的含甲硫基新型先导化合物4，并以此为核心开启了全面而深入的先导优化。经过对苯环取代基、芳香环系、左侧稠合杂环以及苯并噁唑5位取代基的层层筛选与精准结构修饰，最终成功创制出新型广谱杀虫剂噁唑磺酰虫啶。
作为日本住友化学正在大力商业化推广的首个Sulfyl类杀虫剂，噁唑磺酰虫啶能够作为单一有效成分，广泛、高效地防控稻田中的多种重大害虫，尤其是对现有苯基吡唑类和新烟碱类杀虫剂已产生抗性的半翅目、鳞翅目及鞘翅目害虫表现出卓越的防效。这一创新成果不仅极大地丰富了杀虫剂的化学多样性，也为全球作物的可持续管理与保护做出了宝贵贡献。
展望未来，随着噁唑磺酰虫啶研发进程的推进与商业化应用的落地，其独特的作用机制和优异的杀虫谱有望为全球水稻虫害的抗性管理提供全新的解决方案。同时，该分子的发现也印证了“sulfyl”骨架在农药创制中的巨大潜力，为后续基于该骨架开发更多高效、低毒、环境友好的新型农药品种开辟了广阔前景，将有力推动绿色植保事业的持续发展。