2.杀虫剂

氨基甲酸酯类杀虫剂作为杀虫剂的氨基甲酸酯，通常有以下通式：其中，与酯基对应的羟基化合物R1OH往往是弱酸性的，R2是甲基，R3是氢或者是一个易于被化学或生物方法断裂的基因。氨基甲酸酯类杀虫剂早在1864年，人们曾发现在西非生长的一种蔓生豆科植物毒扁豆的咖啡色小豆中，存在一种剧毒物质。后来特此毒物命名为毒扁豆碱，直到1925年它的结构才得以阐明，1931年又进行了合成验证。这是首次发现天然存在的氨基甲酸酯类化合物。氨基甲酸酯类杀虫剂关于毒扁豆碱的毒理性质，早在19世纪中叶已有记载。1870年发现它能引起强烈的神经反应，而阿托品可使其解毒，同时还观察到它可以作为箭毒的解毒剂。后来又发现毒扁豆碱作为药物的用途，如使瞳孔收缩、降低眼压、治疗青光服，以及用于解除肌肉无力等症状。在生物化学上，毒扁豆碱在弄清哺乳动物神经冲动的传递机制上起过重要作用，从而肯定它是胆碱酯酶的一种强抑制剂。对毒扁豆碱的这些研究成果，引起后来许多氨基甲酸酯类似物的合成和作为杀虫剂的应用。氨基甲酸酯类杀虫剂1931年DuPont公司最先研究了具有杀虫活性的二硫代氨基甲酸衍生物，发现双(四乙基硫代氨基甲酰)二硫物2(R＝Et)对蚜虫和螨类有触杀活性，福美双2(R＝Me)有拒食作用、代森钠3有杀螨作用。这些氨基甲酸衍生物最终未能成为杀虫剂，由于它们具有更卓越的杀菌活性．而作为杀菌剂进入了商品行列。氨基甲酸酯类杀虫剂40年代中后期，第一个真正的氨基甲酸酯杀虫剂地麦威4，在Geigy公司由Gysin所合成成。打算开发为忌避剂，但化合物4的忌避作用不佳，却发现其具有很好的杀蝇和蚜虫的活性。氨基甲酸酯类杀虫剂此后，Gysin把研究目的转向氨基甲酸酯杀虫剂，并且认为最有希望的化合物是杂环烯醇的衍生物。其中异索威5、敌蝇威6和地麦威4于50年代在欧洲相继进入商品化生产。所有这些化合物均为二甲氨基甲酸酯。氨基甲酸酯类杀虫剂1953年UnionCarbide公司的Lambrech合成了试验性化台物UC7744。该化合物把烯醇酯换成芳香酯，把二甲氨基换成甲氨基，从而使之具有非常好的杀虫活性。1957年第一次正式公布了这个化合物，并且定名为西维因7。这个化合物后来成为世界上产量最大的农药品种品种之一，1971年美国的产量超过2700吨／年。1999年全球销售额1亿美金。氨基甲酸酯类杀虫剂1954年Metcalf与Fukuto等合成了一系列脂溶性、不带电荷的毒扁豆碱类似物，成为研究这类化合物结构与活性关系的典范。后来，这些化合物的几个在日本发展成杀虫剂品种，它们是害扑威8、异丙威9、二甲威10、速灭威11。氨基甲酸酯类杀虫剂更重要的是，这项研究工作牢牢地确定了N-甲基氨基甲酸芳基酯在杀虫剂中的地位，为后来大量新的氨基甲酸酯杀虫剂的出现奠定了基础。此外，在氨基甲酸酯杀虫剂的早期发展过程中，Casida研究小组在弄清氨基甲酸酯在机体及环境中的归宿的化学及生物机制方面也有许多出色的工作。氨基甲酸酯类杀虫剂UnionCarbide公司的化学家们在结构上的又一创新是将肟基引入氨肟甲酸酯中，从而导致具有触杀和内吸作用的高效杀虫、杀螨和杀线虫活性的化合物的出现,其中涕灭威12就是一例（1.0亿美金,1999)。氨基甲酸酯类杀虫剂氨基甲酸酯类杀虫剂由于具有作用迅速、选择性高、有些还有内吸活性、没有残留毒性等优点，到70年代已发展成为杀虫剂中的一个重要方面。到目前为止，估计全世界已有近40个商品化品种，在防治害虫上起着不可忽视的作用。氨基甲酸酯类杀虫剂氨基甲酸酯类杀虫剂（1）氯甲酸酯法（2）氨基甲酰法氨基甲酸酯类杀虫剂（3）异氰酸酯氨基甲酸酯类杀虫剂（1）克百威/丁硫克百威：1.4亿美金OOCH3CH3CH3NHCOLD50=8-14mg/kgLD50=185-250mg/kgOCH3CH3OOCH3-N-S-N((CH2)3CH3}2除虫菊酯杀虫剂早年16世纪初，已有人发现除虫菊的花具有杀虫作用CH3CH3CH3CH3HCOOR除虫菊酯杀虫剂直到19世纪中期，这种源于波斯(现伊朗)的植物才在欧洲种植应用。第一次世界大战期间，日本大力提倡栽培除虫菊，曾一度独占该药市场。由于除虫菊适宜于较高海拔地区生长，现在的非洲肯尼亚高原地区发展很快并逐渐取代日本。在50年代以后，肯尼亚、坦桑尼亚、卢旺达已成为其主要产地。到70年代末，全世界除虫菊干花的总产量仍有2.5万吨。除虫菊酯杀虫剂除虫菊干花提取的除虫菊素适于家庭卫生害虫，不宜于农业使用。大约花了40年时间(从20年代到50年代)，天然除虫菊素的化学成分和化学结构才得以确定。自此之后，人们致力于人工合成除虫菊配的研究，目的在于寻找结构简单，既能保留除虫菊素的优点，又能克服不适于农业使用的缺点。这种新型的人工合成除虫菊酯通常称为拟除虫菊酯。除虫菊酯杀虫剂1947年第一个合成除虫菊酯即烯丙菊酯问世。由于当时有机氯、有机磷杀虫剂正处于发展时期,而合成除虫菊酯生产工艺复杂、成本高，所以对这类杀虫剂的研究开发末引起足够重视。60年代以来，由于有机氯、有机磷杀虫剂的大量使用，对湿血动物高毒和对环境污染等问题日益严重，于是农药更加重视天然来源杀虫剂的研究。60年代后期，特别是70年代，拟除虫菊酯的开发进入大发展时期.除虫菊酯杀虫剂1973年第一个对日光稳定的拟除虫菊酯苯醚菊酯开发成功，开创了除虫菊酯用于田间的先河。此后，溴氰菊酯、氯氰菊醋、杀灭菊酯等优良品种不断出现，拟除虫菊酯的开发和应用有了迅猛的发展。日前，已合成的化合物数以万计，新品种相继投产，重要的品种已达20余个。拟除虫菊酯已成为农用及卫生杀虫剂的重要支柱之一。除虫菊酯杀虫剂拟除虫菊酯的一些优良品种大都具有低毒、广谱等特点，特别对防治棉花害虫效果突出。在有机磷、氨基甲酸酯出现抗性的情况下，其优点更为明显。和天然除虫菊素一样，它们的杀螨性都很低。近来已注意开发有良好杀螨活性的药剂,如甲氰菊酯等,另一方面，在菊酯分子中引入氟原子，也能提高杀虫及螨活性.除虫菊酯杀虫剂拟除虫菊酯的其它缺点是鱼毒高和缺乏内吸性。目前已有个别鱼毒较低的新品种出现，可用于防治水稻害虫，如杀螟菊酯。拟除虫菊酯分子大都比较大，亲肪性较强，因而缺乏内吸性，可以通过与其它类型内吸剂的混配使用来适当弥补其内吸性之不足。除虫菊酯杀虫剂害虫对拟除虫菊酯的抗药性。有些地区仅仅几年的用药期，抗性发展得相当迅速。由于拟除虫菊酯的作用机制与DDT相似，已发现对DDT有抗性的昆虫对拟除虫菊酯有交互抗性；另一面,对拟除虫菊酯的过度使用,会加速昆虫抵抗药剂的选育过程。抗性问题已严重威胁拟除虫菊酯的使用寿命，今后必须寻找有效对策。除虫菊酯杀虫剂—天然除虫菊素20世纪30年代，Staudinger、Yamamoto（山本）以及后来的LaForge等人，对除虫菊素活性成分的分离鉴定以及结构的阐明进行了大量研究工作，为后来拟除虫菊酯的发展奠定了基础。由两种旋光活性的环丙烷羧酸，即（+）反式菊酸1和(+)反式菊二酸2与三种旋光活性的环戊烯醇酮生成。除虫菊酯杀虫剂—天然除虫菊素除虫菊酯杀虫剂—天然除虫菊素除虫菊酯杀虫剂—天然除虫菊素六个组分的杀虫活性各不相同，除虫菊素杀虫活性最高。茉酮除虫菊素毒效很低。除虫菊素I对蚊、蝇有很高的杀虫活性。除虫菊素I有较快的击倒作用除虫菊酯杀虫剂—结构与活性醇组分作为仿生合成的拟除虫菊酯，最初是以杀虫活性最高的除虫菊素I为其模拟对象，寻找结构简单的醇与菊酸合成有杀虫活性的拟除虫菊酯。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性早在天然除虫菊素的结构尚未完全确定之前，Staudinger最先开始这方面的研究，合成了具有一定活性的菊酸苄酯12。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性1947年，LaForge以烯丙基代替天然菊酯环戊烯醇酮的戊二烯侧链，简化了除虫菊素I的结构，合成了烯丙菊酯13，即第一个人工合成的拟除虫菊酯杀虫剂。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性1963年Kato(加藤)报道酞酰亚胺甲基菊酯类有杀虫活性，并筛选出具有迅速击倒作用的胺菊酯14。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性1965年E11iott对取代呋喃甲基菊酯的结构与活性关系进行研究之后，发现具有空前强烈杀虫活性的苄呋菊酯15。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性问题—光稳定性？上述几种改进醇组分的化合物，虽然保持甚至提高了杀虫活性，但它们仍然是一些对日光不稳定的药剂，难以用于田间。在光稳定性方面的决定性突破，是1968年Itaya等在醇组分中引入间苯氧基苄基，从而合成了高活性光稳定的苯醚菊酯16。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性随后，他们又将氰基连于苄基α-碳上，合成了氰基苯醚菊酯17。氰基的引入，使杀虫活性大大提高。除虫菊酯类杀虫剂不能用于田间的历史结束了。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性苯氧基苄基这样两个重要基团的高效、耐光拟除虫菊酯杀虫剂相继开发成功。在这方面最重要的品种有：二氯苯醚菊酯18、氯氰菊酯19、溴氰菊酯20：Mt、杀灭菊酯21等。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性酸组分在酸组分改造方面取得更大进展的是卤代菊酸的出现1957年Farkas首先报道以卤素代替菊酸异丁烯上的侧链上的甲基,合成了二卤乙烯基菊酸酯。1973年采用二氯菊酸与间苯氧基苄醇合成了光稳定性好、杀虫谱广、残效较长的二氯苯醚菊酯即氯菊酯18。CH3CH3CH3CH3HCOOR除虫菊酯杀虫剂—结构与活性随后再用二氯菊酸合成了比氯菊酯活性高2-4倍的氯氰菊酯19。同年，Elliott用二溴菊酸合成了旋光活性的溴氰菊酯20,它的活性是氯菊酯的10倍，是传统杀虫剂的25-50倍。溴氰菊酯的开发成功人大促进了拟除虫菊酯立体化学的发展以及立体异构体与活性关系的研究。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性与Elliott的发现几乎同时的是Ohno发现了可以替代经典三元环式菊酸组分的2-(4-氯苯基)异戊酸，合成了杀虫活性很高、田间持效期很好的杀灭菊酯21。这种非三元环的酸结构简单，易于合成，便于工业化生产。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性当菊酸中异丁烯侧链被芳基、烷氧基、芳氧基或双甲基取代后，可以得到具有杀螨活性的化合物,从而克服了传统除虫菊酯不能杀螨的缺点。这些化合物中两个较优秀的代表是甲氰菊酯22，有很好的杀螨活性。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性以旋光活性氯氰菊酯和溴氰菊酯为母体，用溴使酸侧链烯键饱和，这样得到的Tralocythrin24和四溴菊酯25也具有很好的杀虫活性。它们进人昆虫体后，首先脱去溴生成为母体化合物，发挥杀虫作用。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性模拟DDT类似物DDC的部分结构合成的新杀虫剂杀螟菊酯，也是对酸组分改造的结果，此药剂杀虫活性很强，鱼毒又低，适宜于田间使用。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性非酯基团的引入酯基是可以替代的，以杀灭菊酯为原型，用肟醚代替酯基的肟醚菊酯26,以及以醚键代替酯键的醚菊酯27，这些化合物的毒性和鱼毒均较低，27已被推荐用于防治水稻害虫。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性以酮的结构代替酯，也能得到具有杀虫活性的拟除虫菊酯。以甲醚菊酯为原型的化合物28、以氯氰菊酯为原型的化合物29，这些化合物对南方粘虫、墨西哥甲虫、象鼻虫等有效。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性烃基结构代替酯基的化合物也已出现。例如以醚菊酯为原型的化食物33，不但有杀虫活性而且有杀螨活性,其效果优于醚菊酯。C2H5CH3CH3CH2OCH2OC2H5CH3CH3CH2CH2CH2OXX=H,F33醚菊酯除虫菊酯杀虫剂—结构与活性一般拟除虫菊酯的杀螨效果不佳，而在分子中引入氟原子之后，不但能提高杀虫活性,而且可以改善杀螨性能。氟原子可在酸组分中引人，如氟氰菊酯36，该药剂的特点是高效、广谱、残效较长，能兼治蜱螨，用药量低于杀灭菊酯。除虫菊酯杀虫剂—结构与活性氟氨氰菊酯37,该约杀虫谱广,而且有杀螨作用,功夫菊酯38(氟氯氰菊酯)，对家蝇的毒力为氯菊酯的8.5倍.除虫菊酯杀虫剂—结构与活性醇组分引入氟原子的实例也很多，如百树菊酯39和氯苯百树菊