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第23卷第1期 青岛化工学院学报 Vo1.23No.1 2002年3月 Journal of Qingdao Institute of Chemical Technology Mar.2002 文章编号:1001—4764(2002)0卜0048 04 拟除虫菊酯类杀虫剂的研究进展 胡志强,许良忠,任雪景,郭玉晶 (青岛化工学院应用化学系.山末青岛266042) 摘要:综述了国内外拟除虫菊酯类杀虫利的研究进展,讨论了结构与活性的关系,总结 了拟除虫菊酯的应用现状及存在问题,提出了一些改进措施。 关键词:拟除虫菊酯;杀虫剂;结构与活性 中图分类号:TQ 453.2 92 文献标识码:A Progress of Pyrethroids Insecticides HU Zhi—Qiang,xu Liang—Zhong,REN Xue—Jing,GUO Yu—Jm (Department of Applied Chemistry.Qingdao Institute of Chemical Technology.Shandong Qingdao gS6042) Abstract:The progress of Pyrethroids insecticides is reviewed.The relationship be tween the structure and the relative activities is discussed,and application of the titled substances is summarized toghter with some suggestion of improvement. Key words:Pyrethroids;insecticide;structure and the relative activities 天然除虫菊素具有理想杀虫剂的某些特征, 虫荆的主要支柱之 因为它们击倒快,杀虫力强,广谱,低毒,低残留。 但它们对日光和空气不稳定,故只能用于家庭卫 1结构与活性的关系 生害虫的防治,不能经济有效地防治农业和林业 1.1酸组分和醇组分对活性的影响 害虫。为了克服这一缺陷,人们致力于人工合成除 2O世纪20年代,Staudinger、Yamamoto以 虫菊酯的研究,目的在于寻找结构简单,既能保留 及后来的La Foege等人对除虫菊索活性成分的 除虫菊素的优点,又能克服不适于农业使用的缺 分离鉴定以及结构的阐明进行了大量的研究工 点。6o年代以来,由于有机氯、有机磷杀虫剂的大 作,为拟除虫菊酯的发展奠定了基础。直到 o年 量使用,对温血动物高毒和对环境污染等问题日 代,除虫菊素的化学结构才得以确定。它包括6个 益严重,于是农药界更加重视天然来源杀虫剂的 成分“J,其中主要的有效成分为除虫菊素I(结构 研究。6O年代后期,特别是7o年代,拟除虫菊酯 如图1)和除虫菊素Ⅱ(结构如图2)。除虫菊素I 进入大发展时期。1973年,第一个对日光稳定的 对蚊蝇有很高的杀虫活性。 拟除虫菊酯苯醚菊酯开发成功。Elliot合成的二 传统意义上的拟除虫菊酯包括酸和醇两部 氯苯醚菊酯、氯氰菊酯、溴氰菊酯比天然除虫菊酯 分。最初人们在进行拟除虫菊酯的合成研玩时,都 活性要强,且对日光稳定 。J,只要使用有机磷、氯 是以除虫菊素以合成模板,进行生物等排,用简单 基甲酯1O ~20 的药量就能得到很好的防治 的醇和菊酸来合成具有杀虫活性的拟除虫菊酯。 效果。此后,拟除虫菊酯的开发应用有了迅猛发 1948年,Schechter等人用烯丙基代替环戍烯醇 展。目前,已合成的化合物数以万计,新产品相继 酮的戌二烯侧链,合成了丙烯菊酯[5],后者对家蝇 投产,拟除虫菊酯类杀虫剂已成为农用及卫生杀 收稿日期:2001—04—27 作者简介: 志强(1 978~),男.硕士研充生i 指导教师:许良忠、(1 963~).男,副教授 维普资讯 http://www.cqvip.com
第1期 胡志强等:拟除虫菊酯类杀虫剂的研究进展 "39 JH3c H F L 】 tl l刳!障山抽索1绗栅 [he LVUC1 ure of Pyre ri n H 2 山甜集I1结构 F1E 2 I'he struc Lure 0I Pyre Lhri n II 的作用比天然除虫菊素更迅速有效,但对其他害 虫的作用效果与除虫菊酯相差较大。在这一时期, 人们合成了许多菊酸环戌烯酮酯类化合物,发现 活性都较差。1 963年,加藤报道了酞酰亚胺甲基 菊酯类化合物的杀虫活性,并筛选出具有迅速击 倒作用的胺菊酯 ]。这时,人们认为醇部分基团与 酸部分基团之间的空间关系对化合物的生物活性 菊酸合成的氯氰菊酯的活性是氯菊酯的2~4倍; 用二溴菊酸合成的溴氰菊酯是后者的10倍,是传 统杀虫剂的25~50倍,且在阳光下非常稳定,用 量常低于5Og・ha_。,对哺乳动物无害。 与环丙烷拟除虫菊酯同等重要的是取代的苯 乙酸类,日本住友化学公司1 974年报道此类化合 物为活性很高的杀虫剂 ]。这是拟除虫菊酯组分 上最大的突破,这种非三元环的酸结构简单,易于 合成,便于工业化生产。其代表性的品种为氰戌菊 酯,1 976年首次商品化投放市场 。 1.2氟基与氟原子的引人对活性的影响 氰基的引入,可班使杀虫活性大大提高,在苄 基的 碳上引入氰基可以使活性几乎增至三倍。 一具有影响。于是,人们将除虫菊酯中的环戌烯酮环 用空间相当的呋喃环加以取代,其二烯侧链用苯 加以取代,合成了许多化合物进行结构与活性关 系的研究,制得了第一个对多种害虫具有象除虫 菊酯I那拌的药效的拟除虫菊酯.苄呋菊酯 ,并 且人们发现其对哺乳动物的毒性比除虫菊酯I更 低。然而苄呋菊酯对日光也不稳定,呋哺环和异丁 烯侧链都是降解反应易发生点,并且降解反应物 均无生物活性,所以其也无法用于田间。这时人们 希望对醇部分加以改进使之对日光稳定而保留与 活性有关的立体化学特性。1968年,Itaya等在醇 般拟除虫菊酯的杀螨果不佳,如果在分子 中引入氟原子,可以提高对害螨的防效,同时引入 氟原子还可以缓解抗性的产生 氟原子可以在酸 组分中引入,如氟胺氰菊酯。 ,其可以防治叶螨,’ 而对蜜蜂无毒、无驱避作用。氟原子也可在醇组分 中引入,在醇组分中引入氟原子,不仅可以提高杀 组分中引入间苯氧基苄基,取代了对日光敏感的 呋喃环和异丁烯侧链基,合成了第一个对日光稳 定且活性很高的拟除虫菊酯一苯醚菊酯E83,开始 了拟除虫菊酯杀虫剂在田间的使用。此后人们开 发成功一大批含间苯氧基苄基的拟除虫菊酯,这 类拟除虫菊酯成为目前拟除虫菊酯杀虫剂中晟重 螨活性,如百树菊酯,还可以降低抗性的产生。研 究表明,五氟苯菊酯及其他多氟代苄基拟除虫菊 酯对家蝇和其他害虫的抗性系数同间苯氧基苄基 拟除虫菊酯相比非常低。氟氯氰菊酯同氯氰菊酯 相比,抗性系数低,其主要原因是氟氯氰菊酯的对 位氟取代基数起根本作用。最近,英国罗萨姆斯蒂 德试验站指出,低抗性杀虫剂可阻反复施用,没有 引起抗性并且具有较好的防效。因此,低抗性的多 氟代拟除虫菊酯可能成为治理抗性害虫的理想产 品 】2]。 要的一类,最重要的品种有氯氰菊酯、溴氰菊酯、 杀灭菊酯等。 人们在进行醇组分结构与活性研究的同时也 进行了酸组分与活性的研究。对酸组分最大的改 进是用卣素代替菊酸异丁烯侧链上的甲基,合成 了卤代乙烯基环丙烷结构的拟除虫菊酯,在相同 的醇组分的情况下,其生物活性要高。例如用二氯 1.3非酯基团的;f人对活性的影响 近年来,人们在不断创制和合成新农药以及 维普资讯 http://www.cqvip.com
50 青岛化工学院学报 第23卷 对原有农药分子进行生物等排、修饰改造与探索 绝大多数的拟除虫菊酯杀虫剂有相应的立体 新农药的过程中,发现了用一些其他基团取代传 异构体,立体异构体不论是旋光异构体还是顺反 统拟除虫菊酯巾的酯基,可 提高杀虫杀螨活性, 异构体,均对生物活性有重大影响。氰戌菊酯有四 缓解抗性的产生,降低鱼毒.并对各种结构与活性 个光学异构体,研究其生物活性表明,酸部分及醇 的关系进行了研究 。 部分(苄基上)均为(s)构型的即(2S,aS)体有杀 醚键代替酯键的醚菊酯是一类新的化合 虫活性,而其对映体(2S,aR)却有强的叶子白化 物,它们不是酯类,无对称中心,其分子内碳氧双 药害性。天然除虫菊酯是一个单一的异构体,即 键上取代基不同而存在不同的顺反异构体 80年 1R,3R一反式酸一4s一顺式菊酸酯 对由环丙烷羧酸 代,Bull等以氰戌菊酯为原型,用肟醚代替酯基台 合成的拟除虫菊酯来说,只有在环丙烷按酸部分 成 肟醚类拟除虫菊酯,发现具有生物活性。 中有(JR)立体构型才能有较高的生物活性。烯丙 Geoge Holan、Katsumi Nanyo、黄润秋等曾详细 菊酯有八种立体异构体,其中,与除虫菊酯构型相 研究了具有拟除虫菊酯杀虫活性的肟醚化合物构 同的(JR,3R)反式as一菊酸酯有最高的杀虫活 型与生物活性的关系 1 5l,发现这类化合物在毒 性,其对映体[(JR,3S)顺式一 s]体只有其二分之 性特征上氰戌菊酯有明显差异,其中E一式异构体 一活性;而另一个异构体[(JS.3S)反式一 R]体的 呈现更好的杀虫活性。醚菊酯与烃菊酯是日本三 活性只有其活性的1/200。对由非环丙烷羧酸合 井东压化学公司于80年代相继开发报道的新型 成的拟除虫菊酯来说,以酸部分(s)体,醇部分也 非酯类拟除虫菊酯 。这类化合物对稻田害虫呈 是(s)体的绝对构型的对映体(2S,as)杀虫活性 现良好的杀虫活性.对鱼和哺乳动物毒性很低,例 最强,而其对照体(2R,aR)几乎没有活性。氰戌菊 如:溴氰菊酯大鼠急性口服毒性LDj。为128.5 mg 酯的酸部分的绝对构型(2S)具有高杀虫活性是 ・ 一,而醚菊酯大鼠急性口服毒性I D > 与天然菊酸的绝对立体结构相类似的 。 107 200mg・kg一,氯菊酯对鲤鱼TLm(48)<l X 10 g・mL~,而醚菊酯对鲤鱼TLm(48)为5× 2应用现状 10一g・mL一,毒性都低三个数量级。另外据报 拟除虫菊酯杀虫剂由于成本低,用量少,杀虫 道 ,醚菊酯对抗菊酯的高抗和超高抗水平的家 谱广及使用安全等优点,自1978年投放市场以 蝇品系敏感性变化不大,醚菊酯与溴氰菊酯、氯氰 来,获得了广泛的应用。J987年,全球的杀虫荆市 菊酯无交互抗性,对超高抗的辛硫磷品系,表现负 场约为61亿美元,其中2j (1 5亿美元)为拟除 交互抗性的趋势。杀螨醚菊酯则是9O年代三井东 虫菊酯。世界杀虫剂市场中,棉田杀虫剂市场最 压公司开发的非酯类拟除虫菊酯杀螨剂。对各种 大,其规模近l 5.4亿美元,其中拟除虫菊酯占 植食螨具有很强的触杀活性,同时对螨类从幼虫、 49 ,为7.55亿美元。拟除虫菊酯在10亿美元 若虫、成虫等各个阶段均呈现优异的快速击倒活 的水果市场和6.25亿美元的蔬菜市场中分别占 性。日本住友化学公司报道以醚菊酯和烃菊酯为 了22 和29 口 。同时,拟除虫菊酯在全世界公 母体结构的含硅拟除虫菊酯对鱼毒性远远低于醚 共卫生和传病媒介昆虫防治中具有广泛的应用并 菊酯和烃菊酯。Tsushima等报道含锡拟除虫菊酯 且发挥了显著的作用口。_。 具有良好的杀虫活性,对家蝇和二化螟的活性高 根据文献Ez1]统计1972 ̄1995年四种杀虫 于醚菊酯和氯菊酯,对德国小蠊活性与之相当。 荆的递变规律如表1。 l_4立体构型对活性的影响 表1 1972 ̄1995年四种杀虫剂的递变 Table l The change 0{four types of nsec ts from 1972 to 1995 (百万美元) 从表1可看出,拟除虫菊酯类杀虫剂在四大 (1)易产生抗性 类杀虫剂中增长最快。拟除虫菊酯在获得广泛使 拟除虫菊酯在使用3~5年后,害虫就会产生 用的同时,也存在以下几个问题: 抗药性。在我国山东省棉区,l 980年开始使用溴 维普资讯 http://www.cqvip.com
第1期 胡志强等:拟除虫菊酯类杀虫剂的研究进展 氰菊酯防治棉蚜、棉铃虫等害虫,到1 983年大量 进口使用。此后仅三年,棉蚜就产生r严重的抗药 性;1 985年,棉蚜对溴氰菊酯的抗性比198]年增 高了3 200倍,拟除虫菊酯类杀虫荆属于高抗类 杀虫剂,害虫对其产生抗性的速度比有机磷娄杀 虫剂快的多。北京农业大学在北京市海淀区测定 桃蚜的LD 。值表明:1 985年与1 98,1年相比,澳氰 菊酯抗性增高10倍,百树菊酯12倍,而敌敌畏、 乐果仅增长2~3倍 。另外,由于拟除虫菊酯的 作用机制与DDT类似,已发现对DDT有抗I生的 害虫对拟除虫菊酯有交互抗性。 (2)高鱼毒性 绝大多数的拟除虫菊酯对鱼高毒,倒如,溴氰 菊酯对鱼的LCs。约1,ug・L 。这是由于拟除 虫菊酯是一类亲脂很强的化台物,甚至在水巾浓 度很低时,也可被鱼磷强烈地吸收。拟除虫菊酯的 高水生物毒性长期 来了其在水稻害虫防治 上的应用。 (3)低内吸性 拟除虫菊酯由于分子量大,亲脂性强,因而缺 乏内吸性。 3展望 尽管拟除虫菊酯类杀虫剂存在 上的问题, 但与其它类型的杀虫剂相比,其仍然具有巨大的 发展前景。通过加快拟除虫菊酯抗性产生机理的 研究,尽快开发低抗系数的产品,台理使用现有的 拟除虫菊酯商品,对已产生抗性的要停止使用一 段时间,对末产生抗性的,要加强与其他类型杀虫 剂的复配与轮用,来延缓抗性的产生。积极推进非 酯类拟除虫菊酯杀虫荆的研究,探索其在稻田的 使用,拓宽拟除虫菊类杀虫剂的使用范围。加强与 其它类型的杀虫剂的复配来弥补其内吸性的不 足。例如高效氯氰菊酯与吡虫啉或阿维菌素复配, 效果要比单用高效氯氰菊酯好的多。近年来,尚未 出现可以替代拟除虫菊酯的新型化合物,拟除虫 菊酯杀虫剂在未来十几年内仍然是最有发展前途 的杀虫剂之一。 参考文献 []]E]liott M.Farnham A W.Janes N F.ei al Photostab[e pyrethroid_I]Nature.1 973.246 1 69 [2] lt0t M.Farnham A w Ja…N F_l I al Synthetic……Ii cide widl ailew order of actlviIy ’Na Lure.1 974 2 48 719 Es]唐除痴、亭煜弛、阵椎等编著农药化学[M:天津:甫开太 学出版社.1 998 [4] Micha el El[iott The Pyrethroids:Ea rly Discove ry.Recen ̄ AdvanceH and the FuII lj]Pes ̄i£Sci 1989.Z7:297 E6]Schechte r.Green M S.N&j Forge F B c。n tiruen ̄H of pyrethrum fl㈣X X I Cimerotone口nd the ynthesis of related cyclopenthenolones[J]J Amer Chem Soc 19t9.71: 316 5 [6] Kato T Ueda K Fujir ̄mto K N cw insecricidally active ch ysanth e [J].Agric.Biol Chem.,1 964 28:9]4 ET]Elliot L M.Farnham A w, nes N F …1.5 Benyl 3 furyl methylch ̄ysanthemate w order of activity[I]Natu re. 19 57.217 4 93 :8] Fujimc*to K ]taya N.Okuno Y.eT al New inseticida[ pyrethroid ester[J].Ag ̄ic Biol Chem ,1973.37:2681 9] Ohno N Fujimoto K.Mizutaai Y,et a1.New class of. pyrethyoidal insecticldes substituted phen) lacetic acid es' ̄ersEJ]Agric Biol Chem.1 974.38 88l [1o]Yoshioka H Development of fervalerate… nd uniqe synthetic pyrcthr0id costain/ng the pheny11 alerlc acid moiety ̄J]Roy Plant Prot Res 1 978.11:39 f11]Hendrick C A.Garcia B A.Staal G B・et al Pes ̄ic Sci 1980 11;924 [1 2]周卫干编详拟除虫菊百旨发展契机:醇部分引入氟的研究 (下) ].农药洋丛,1 998.95(5).25 f1 3]马军安.黄润秋.非酯类似除虫菊酯研究进展f门.台戚化 学.1999.7(3):238 E14]刘天崎.谢建华肟醚(酯)娄农药的发展及其掏型与生物 活性戋系_J].农药译 .18(4):22 [I ]黄润袱.孙建宇,马军安等取代苹甲醛肟教酯酯的合成厦 生物话性研究I取代苯甲醛肟二氯菊醴酯的台成厦生物 活性[J:应用化学.1 998.1 5(1):9 [1fi]Kiyoshi N.Sato ̄hi N,Tsuaeo.I.et a1.Get.Often..DE 3 11 7 510 [1 7]王成菊.张丈吉.拟除虫菊酯及有机磷的交互抗性研究 _J].农药.1 993.38(5) 7 D8]镣逸帽.光学活性农药开发的现状与展望(上)_j].农药译 丛.1 998.20(1):7 [1 应松鹤拟除虫菊酯在害虫防治中的经济作用EJ].农药译 丛.1 990.1 2(5):91 [2o]剖祖培,拟赊虫菊酌在公共卫生和传病媒丹肪治中的直用 [J]农药译丛、1 990.2( );33 [z1]李亲成国外农药概况EJ].农药,1993,33(】】;2 f2z]胡笺形拟除虫菊酯娄采虫剂的抗性问题_J]农药.1986. 4 27 [2胡单正军.朱忠林,阐李斌等.菊酯类农药在稻田使用初探 (一)n]农药科学与管理.2c)口0,2](5):2 3