氰基频那酮(溴氰虫酰胺研究进展及应用现状)

Posted 2023-05-30

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氰基频那酮(溴氰虫酰胺研究进展及应用现状)

近年来，随着我国农业现代化进程的发展，出现一些高效、低毒、环境相容性好，具备独特作用机理的新型农药，顺应了农业现代化发展的必然趋势。其中，鱼尼丁受体抑制剂因其高效低毒、广谱杀虫、环保的特点而备受世界各国重视，成为杀虫剂研究领域的热点。杜邦公司在推出氯虫苯甲酰胺后，继续推出杀虫剂溴氰虫酰胺，其属于鱼尼丁受体抑制剂类杀虫剂的第二代产品，具有较强的抑制性杀虫效果[3]，相比较而言，溴氰虫酰胺针对农作物的适用范围更为广泛，对包括鳞翅目、鞘翅目和半翅目等类型在内的害虫，都可以保持良好杀虫效果，并且兼具触杀性与内吸性，市场前景广阔。

1 研究进展

1.1 历史沿革

1950年前后，美国科研人员通过多次研究，从南美大枫子科灌木尼亚那（Ryania speciosa）中得到一种有效提取物，发现其相对生物活性较高，并命名为鱼尼丁（ryanodine）。研究发现，在动物的细胞膜上，有一类能够控制钙离子进出的通道（CRC），其上具备一种特殊的结构，能与鱼尼丁发生高度亲和性的反应，由此命名为鱼尼丁受体（RyR）。随着相关研究的深入，日本著名生物学研究人员Tsuda博士在其研究著作中对一种可以在鱼尼丁受体中进行广泛应用的新型化合物进行全面介绍，最终总结其拥有较好除草和杀菌效果，但是并不能起到强大杀虫作用。以此为基础，日本农药公司针对此化合物展开深入分析，期间拜耳公司参与进来后，氟虫双酰胺作为第一种鱼尼丁受体调节剂类杀虫剂于20世纪末期正式问世。美国杜邦公司在此基础上，修改了活性结构与基团，取得了良好的效果。最新形式的邻甲酰胺基苯甲酰胺类化合物于21世纪初研发完成，并以此为基础，全新一代鱼尼丁受体抑制剂类杀虫剂氯虫酰胺（chlorantraniliprole）正式进入生产、应用阶段。在研发后期，研究人员多次对苯环上的各种极性基团进行改变调整，发现溴氰虫酰胺具有较强的内吸活性，因此研发出了鱼尼丁受体抑制剂类杀虫剂的第二代产品，其中试验代号为DPX-HGW869。

1.2 作用机理

钙离子在细胞组成中有着十分关键的作用，不仅有助于促进神经递质释放，同时对蛋白质激素合成、细胞新陈代谢等过程进行控制，并且参与不同膜层之间的生物信号传递和肌肉与神经系统兴奋性的维持等，都需要钙离子充分发挥自身效用，不断对腺体分泌进行调节，满足相关生理活动需求。细胞内一旦出现严重的钙离子缺失现象，很可能引发机体死亡等严重问题，因此，钙信号往往被称为细胞体的死亡信号。对于细胞体而言，大部分钙离子均存储于内质网中，也有横纹肌内的钙离子存在于肌浆网中，内质网和肌浆网都可以提供钙离子通道，分别是鱼尼丁受体（RyRs）和1，4，5-三羟甲基氨基甲烷磷酸肌醇酯受体（IP3Rs）。大部分哺乳动物体内包含3种不同的鱼尼丁受体，分别是RyR1、RyR2和RyR3，其中，不同受体的基因表达方式往往存在较大差异，但从氨基酸水平的同源性角度分析，3种受体的相似性特征可以达到60%以上。Sattelle D B、Gutteridge S通过研究发现，不同昆虫之间拥有十分相近的氨基酸排序，但其与哺乳动物之间往往无法达成一致性。所以，对于研制出不会对哺乳动物形成威胁的高效杀虫剂来说，RyRs是一个非常不错的标靶。

溴氰虫酰胺吸收到昆虫体内，导致昆虫细胞内的大部分钙离子被迫释放，致使细胞内外钙离子严重失衡，大部分钙离子向昆虫肌肉组织内转移，一旦钙离子与肌钙蛋白有效结合，一段时间后会引发肌动朊与肌球朊收缩现象，最终使得肌肉纤维收缩。不仅如此，钙离子在释放的过程中，大量钙离子泵被激活，细胞内的大部分钙离子流动均带有显著的不可逆特征，随着钙离子流失量持续增加，昆虫肌肉长期保持收缩状态，将会导致昆虫出现无法进食、脱水、呕吐等现象，最终由于肌肉过度收缩而死亡。该药剂的内吸性特征十分显著，可以在木质部中进行传递，因此，无论采用喷洒、灌根，还是土壤混施等方式，均可以达到良好杀虫效果。溴氰虫酰胺与氯虫苯甲酰胺的最大差异性在于拥有更广的杀虫范围，除了可以对咀嚼式口器的鳞翅目和鞘翅目害虫直接进行杀害，还对半翅目等类型害虫具备一定杀伤作用。通常情况下，果树、蔬菜上可直接喷洒溴氰虫酰胺或用溴氰虫酰胺进行灌根，甚至直接采用溴氰虫酰胺进行种子处理及土壤混施等处理方式，利用溴氰虫酰胺自身所具备的良好内吸性特征，以达到预期杀虫效果。2010年，对7种不同农作物所存在的13种靶标害虫（小白菜菜青虫、西瓜烟粉虱、豇豆蓟马、大葱蓟马、大葱甜菜夜蛾、豇豆美洲斑潜蝇、小白菜跳甲等）所引发的虫害问题采用喷洒新型农药溴氰虫酰胺进行处理，发现该类型农药对上述害虫在低龄阶段具备很强的杀伤效果，而且溴氰虫酰胺不会对农作物产生威胁，其基本满足目前市场上对农药高效低毒的相关应用要求。

1.3 合成路线

目前，溴氰虫酰胺的合成方式主要有以下几种。（1）杜邦公司所采用的碘代噁嗪酮和取代胺开环获得最终合成物。（2）杜邦公司利用氰基噁嗪酮与取代胺开环获得最终合成物。相比较而言，第二种合成方式在合成效率及合成便捷性方面具有显著优势。其中，3-溴-1-（3-氯-2-2-吡啶基）-1H-吡唑-5-羧酸与氰基苯胺在甲基磺酸氯在三乙胺作用下合环生成中间体氰基嗯嗪酮。（3）杜邦公司采用邻氨基苯甲酰胺类化合物形成模式，在甲基磺酸氯条件下，苯胺与吡唑羧酸最终缩合而成。（4）杨桂秋，张宇，李斌发现，在吡唑啉羧酸酰氯化过程中，可同时氧化形成中间体吡唑酰氯，最终与氰基苯胺无缚酸剂共同合成溴氰虫酰胺。上述合成方法相比较，最后一种合成方式相对简单，而且环境污染少，相对安全性较高。

2 应用现状

赵坤霞在山东、北京两地开展了大田试验，利用高效液相色谱三重四级杆串联质谱（LC-MS/MS）测定方法，进行溴氰虫酰胺及其代谢产物J9Z38在土壤和葱中的测定。试验采用100 g/L和150 g/L溴氰虫酰胺油悬剂在葱中分别进行3次和4次药物喷洒，根据测量，距最后一次施药1 d时葱中溴氰虫酰胺的最高残留量为0.13 mg/kg，100 g/L溴氰虫酰胺油悬剂在葱中使用后的残留物量较低。试验结果显示，溴氰虫酰胺在土壤与葱的残留分解半衰期分别为1.3～2.6 d和2.4～4.3 d，均属易降解农药。

王猛通过施用溴氰虫酰胺与氯虫苯甲酰胺在玉米螟、甜菜夜蛾及小地老虎上进行试验比较，研究过程中采用了多种不同类型的试药方式（浸叶法、浸卵法、饲喂毒营养液法）。试验结果显示，玉米螟、甜菜夜蛾和小地老虎的三龄幼虫在溴氰虫酰胺亚致死浓度为0.10， 0.05， 0.14 mg/L的剂量下均无法正常进食，而且在药物施用2 d后，药效最为明显，害虫拒绝进食比例基本达到80%以上。害虫在遇到该类型农药后，自身体节快速缩短，短时间内体重明显减少。可知，针对3种鳞翅目害虫而言，溴氰虫酰胺所具备的杀伤能力高于氯虫苯甲酰胺，溴氰虫酰胺可作为氯虫苯甲酰胺的替代药品。

黄耀亮采用10%溴氰虫酰胺可分散油悬浮剂与60%乙基多杀霉素悬浮剂对豇豆豆野螟进行田间防治对比试验，试验结果显示，10%溴氰虫酰胺可分散油悬浮剂与60%乙基多杀霉素悬浮剂对豇豆豆野螟的防治均有效，其中10%溴氰虫酰胺可分散油悬浮剂稀释1600倍后施药2次，7 d后的防治效果均大于94.4%，优于60%乙基多杀霉素悬浮剂稀释3000倍后的施药效果。

曾广通过浸叶法测定了溴氰虫酰胺、噻虫啉、呋虫胺、氟啶虫胺腈4种新型杀虫剂对西花蓟马二龄若虫的室内毒效，为开展防治西花蓟马的后续研究提供了有效参考依据。试验结果显示，10%溴氰虫酰胺OD、48%噻虫啉SC、20%呋虫胺SG、50%氟啶虫胺腈WG对西花蓟马二龄若虫处理24 h后，LC50值分别为5.972， 6.644， 27.848， 10.468 mg /L；在药剂处理72 h后，各药剂对西花蓟马二龄若虫的LC50值分别为3.522， 25.726， 5.851， 9.226 mg/L。试验结果证明，溴氰虫酰胺的毒力在上述4种农药中较高。

张明进行10%溴氰虫酰胺可分散油悬浮剂防治烟粉虱田间药效试验，试验结果显示，将10%溴氰虫酰胺可分散油悬浮剂稀释750倍后，在第1次用药后3 d、7 d和第2次用药后14 d，对烟粉虱的防治效果分别为92.4%、91.9%和98.2%，效果明显优于25%噻虫嗪水分散粒剂稀释3000倍、40%啶虫脒水分散粒剂稀释2500倍防治烟粉虱的效果。

FETTIG C J采用滤纸法和点滴法比较溴氰虫酰胺悬浮剂和溴氰虫酰胺油悬剂对中欧山松大小蠹的毒力，试验结果显示，经处理24 h后，溴氰虫酰胺悬浮剂的毒力效果低于溴氰虫酰胺油悬剂的毒力效果。在单株树应用中，溴氰虫酰胺油悬剂占优势。

3 展望

我国作为农业大国，农药在病虫害的防治过程中发挥着十分重要的作用。随着社会经济发展水平的不断提升，人们的生活质量有了显著改善，人们对农药的效用、安全性、环保性等也提出了更高要求。由于双酰胺类杀虫剂具有靶标独特、低毒，兼具触杀性与内吸性的特点，使其广泛成为很多国家在害虫防治中使用的重要手段。溴氰虫酰胺作为新型鱼尼丁受体杀虫剂，不仅对鳞翅目害虫具有较强杀伤力，对哺乳动物安全，且环境相容性好，同时与传统杀虫剂没有交互抗性。自第一种双酰胺类杀虫剂研发成功后，越来越多公司对其展开深入研究，鱼尼丁受体类杀虫剂也代表了新时期农药生产的主体方向，发展前景广阔。