溴虫腈

溴虫腈
【背景及概述】[1][2][3]
二恶吡咯霉素是美国的氰胺公司在1987年从微生物链霉菌Streptomyces中分离得到的，其后发现该化合物具有良好的杀虫杀螨性，继而开发出新型芳基吡咯腈类杀虫杀螨剂-溴虫腈，用于防治各类害虫，应用非常广泛。
溴虫腈是美国氰胺公司于80年代后期发现并开发的芳基吡咯类杀虫、杀螨剂，是通过对天然抗生素的化学结构改造而得以成功开发的具有独特作用机理的一类新颖杀虫杀螨剂，经过10多年的应用开拓，已发展成为一个颇受关注的高效杀虫杀螨剂，高效广谱，对咀嚼和刺吸式害虫及害螨都具有优异的活性，可以用来防治小菜蛾、斜纹夜蛾、菜青虫、菜蚜等农业害虫，尤其对氨基酸酯类、有机磷类和拟除虫菊酯类农药已产生抗性的害虫和害螨，如小菜蛾、斜纹夜蛾等有特效。它作为一种前体杀虫剂，在昆虫体内经脱去N-乙氧基乙基之后转化成一种氧化磷酸化解偶剂，由于解偶联剂本身不存在靶标部位，也就不可能产生靶标部位抗性，因而对许多抗性昆虫的防治有特效。溴虫腈的作用方式以胃毒为主，兼有触杀和杀卵活性，没有明显的内吸活性。与触杀为主的杀虫剂相比，其速效性稍差，施药时期尽量在低龄幼虫盛发期，同时由于其没有明显内吸活性，因此不太适宜用于通过内吸作用防治的害虫防治。
溴虫腈于1994年进入实际应用阶段，迄今已在美国、澳大利亚、巴西、墨西哥、埃及、阿根廷、以色列、土耳其、日本、韩国、印尼、南非等 30多个国家登记使用。10% 除尽悬浮剂也已进入我国市场，用于蔬菜害虫防治。目前该产品在中国登记在十字花科作物上使用，年销售额已达1000万美元2001年美国 EP A还批准溴虫腈作为试验用药，用于防治白蚁及其它侵害木材或木质制品的害虫，该杀白蚁剂/杀虫剂产品已在美国33个州进行应用试验，并在不久后投放市场。美国氰胺公司还在继续开拓新的应用领域。该农药在全球农药市场的销售额已超过 1亿美元。
【药品概况】
通用名称：溴虫腈
英文名称：chlorfenapyr
商品名：除尽；Pirate；Stalker
化学名：4-溴-2-(对氯苯基)-1-乙氧基甲基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈
Cas No：122453-73-0
分子量：407.62
分子式：C15H11Br ClF3N2O
结构式：
 
【性状】[4]
溴虫腈外观为白色固体，气味为典型的酮味，熔点100-101℃，挥发性小、 水溶性低，具有强烈的亲脂性和电子亲和性，易溶于丙酮，在去离子水中溶解度为 0.13-0.14 /l（pH=7）。在土壤中降解时间可长达半年。
【药理作用】[4]
溴虫腈是一种杀虫剂前体，本身对昆虫无毒杀作用。其作用机制是昆虫取食或接触溴虫腈后，在昆虫体内经过多功能氧化酶转变为具杀虫活性化合物（CL303，268），然后作用于标靶虫体细胞内线粒体，破坏氧化磷酸化ADP转变成 ATP 的生理过程。 ATP 是细胞维持生命的化学能，在线粒体积累高能量的H+离子，这些离子为线粒体生理学过程（例如氧化磷酸化）提供能量来源；具有生物活性的CL303，268滞留在线粒体的内膜和外膜，在线粒体内膜与H+结合并释放于外膜，使线粒体内膜不积累H+离子。缺少H+离子，ADP 转化为 ATP 的氧化磷酸化过程就因缺少能量而停止，不能产生 ATP，细胞就停止生命功能，最终导致害虫死亡。
【毒性研究】[4]
溴虫腈按中国毒性分类属于低毒，大鼠急性经口LD50为626 mg/kg；兔急性经皮LD5> 2000 mg/kg（M/F），兔急性吸入LC50为083/> 27 mg/L（M/F），对兔眼睛有轻微刺激性，对兔皮肤无刺激；日本鲤鱼LC50为0.5 mg/ kg；经改进的Ames试验及中国仓鼠卵巢试验表明无致突变性。溴虫腈对水生生物及蜜蜂、 鹌鹑等的毒性较高。为确定溴虫腈是否具有遗传毒性，李利用单细胞凝胶电泳技术检测了溴虫腈对小鼠脾、肝细胞的 DNA 损伤作用，并在同等剂量下，比较了脾、肝两种组织细胞DNA对溴虫腈毒性敏感性的差异，试验结果表明，无论是脾细胞还是肝细胞，419-1916 mg/kg剂量范围内溴虫腈所致的受损细胞率和 DNA 损伤程度与阴性对照组比较均具有显著性差异，说明溴虫腈可引起脾细胞和肝细胞DNA的损伤。国内已经以多种害虫为靶标进行了溴虫腈的室内毒力和田间防效研究，如甜菜夜蛾、小菜蛾、棉铃虫、棉红蜘蛛等等，以溴虫腈对不同龄期甜菜夜蛾的毒力及田间防效的研究为例，溴虫腈在试验浓度范围内，显著好于高效氯氰菊酯的防治效果。
【合成路线】 [5][6][7]
方法1：以对氯苄胺、三氟乙酸甲酯、2-氯丙烯腈和氯甲基乙基醚为主要原材料，经酰化、氯化、环加成、溴化和乙氧基甲基化等5步反应合成溴虫腈，该工艺具有原料易得、反应条件温和、环境污染小、中间体的纯度和收率高等特点，具有工业应用价值，具体反应过程如下：

方法2：（1）对氯苄胺在三氯化磷的存在下与三氟乙酸发生反应，三氟乙酰化得到N-对氯苄基三氟乙酰胺；（2）N -对氯苄基三氟乙酰胺在三氯氧磷的存在下通过氯化得到对氯苄基氯偕三氟乙酰亚胺；（3）对氯苄基氯偕三氟乙酰亚胺在碱的存在下与氯代丙烯腈发生1,3偶极环加成反应，区域定向性的得到2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈；（4）2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈在氯苯中与溴发生取代反应，得到2-对氯苯基-4-溴-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈；（5）2-对氯苯基-4-溴-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈在碱的作用下分别与氯溴甲烷、乙醇钠反应，得到目标产物溴虫腈。具体反应过程如下：

方法3：以对氯苯甘氨酸、三氟乙酸、2- 氯丙烯腈为原料，经内酯化、吡咯环化、溴代和乙氧甲基化 4 步反应合成溴虫腈，总收率大于 73.4 ％，纯度大于 99 ％，均高于国内同行水平 4 ％～5 ％。该路线采用价格低廉的三氟乙酸和二乙氧基甲烷代替昂贵的三氟乙酸酐和二溴甲烷，大大降低了原料成本，避免了强致癌物的使用，条件温和，对工艺要求不高，所有原料在国内皆有生产，来源丰富，适宜于工业化生产。具体反应过程如下：

【应用】[4]
溴虫腈由于其独特的杀虫原理，对作物安全，有效施用量低。该农药可防治包括鳞翅目、鞘翅目、半翅目和双翅目在内的多种害虫，还可防治多种害螨（包括叶螨），所以它被广泛使用在蔬菜、水果及作物上，为广大农户所欢迎。其中 10%溴虫腈悬浮剂的开发，使该农药的应用前景更加开阔，可有效防治莴苣、甘蓝、番茄、甜椒、黄瓜、马铃薯和甜菜等各种蔬菜上的害虫，防效超过苏云金杆菌，毒死蜱、氰戊菊脂、灭多威、速灭磷、氯菊脂和硫双灭多威等常规杀虫剂。许多蔬菜害虫，例如甜菜夜蛾（Spodopteraexigua）、小菜蛾（P lutellaxylostella）、 马铃薯叶甲（Leptinotarsadecemlineata）和叶螨（Tetranychusspp）对传统杀虫剂已产生抗性，但用10%溴虫腈悬浮剂可达到有效控制，除此以外，对菜螟、蓟马和潜夜蛾也有相当的防效，药剂的使用浓度一般建议在 1000-2000倍。
10% 溴虫腈悬浮剂也可用于防治果树虫害，尤其对大多数害螨、锈螨、典型的食叶害虫-卷叶蛾和潜夜蛾，用10 %溴虫腈悬浮剂约500-1000倍均可有效控制，另外对蚧壳类虫害有一定的防效。
10% 溴虫腈悬浮剂还可有效防治非抗性和对菊脂、有机磷、有机氯和氨基甲酸脂产生抗性的害虫，例如实夜蛾（Heliothis.）、夜蛾（Spodopteraspp.）、粉纹夜蛾（Trichoplusiaspp.）、尺夜蛾（Pseudoplusiaspp.）和叶螨（Tetranychusspp .）。试验表明，10% 溴虫腈悬浮剂与上述已产生抗性的害虫品系无交互抗性，所以， 10% 溴虫腈悬浮剂对全球棉花害虫的抗性治理及防治有潜在价值。10 % 溴虫腈悬浮剂防治叶螨效果等同于或高于常规杀螨剂，使用50 ml有效成分/hm2的低计量同样可达到效果。防治害螨的持效期与使用计量呈正相关性。10%溴虫腈悬浮剂对二点叶螨表现出杀卵活性。综上所述，10% 溴虫腈悬浮剂剂型的杀虫谱广，并且被广泛应用于蔬菜、果树及部分的作物，并且表现出高效而用量低的特点。
【新剂型开发】[4]
目前国内普遍剂型为悬浮剂，巴斯夫产品为10% 悬浮剂，国内自行开发的也有5 %、10 % 悬浮剂、5% 溴虫腈+高效氯氰菊酯、还有10% 乳油。
1. 试验发现，苏云金杆菌与10% 溴虫腈以3 : 1的比例相混合，不仅具有速效性，而且具有持效性。
2. 2004报道了10% 溴虫腈微乳剂的开发，该乳剂是由溴虫腈 、 乳化剂、溶剂及水混配而成的一种新型环保杀虫剂，对蔬菜、果树、观赏植物等作物上的多种害虫有很好的防治效果。10%溴虫腈微乳剂每 hm2用量 300-600 m l 药后 1d ，防效达 85% -90%，药后 5- 7d，防效最高达 95 % 以上。
3. 2006年成功进行了环保型纳米溴虫腈制剂的研究，利用硬脂酸对Ag2+/TiO2表面进行改性，其表面由亲水性变为亲油性，将溴虫腈农药、改性Ag2+/TiO2和相应的添加剂混合制成颗粒分布较均匀、平均粒径约为100n m的纳米农药新剂型-溴虫腈纳米功能化制剂。该新制剂室内、 田间药效对比试验表明，比常规制剂具有更强的毒力，是乳油毒力的 1.77倍，用量下降，施药剂量减少一半的条件下，纳米制剂防治甘蓝斜纹夜蛾的田间防效高于溴虫腈乳油。同时易于光降解，不至于在环境中造成残留，是一种非常具有开发前景的新剂型。
【主要参考资料】
[1] 裴晖等. 溴虫腈的杀虫活性及作用方式研究. 现代农药. 2006, 5(1):33-35.
[2] 徐尚成等. 溴虫腈的研究与开发进展. 农药.2003, 42(2):5-8.
[3] 谢建武等. 新型芳香吡咯类农药溴虫腈的合成工艺探究. 浙江师范大学学报（自然科学版）. 2015,38(2):185-189.
[4] 孙国强等. 溴虫腈农药的作用机理、应用及开发前景. 安徽农学通报. 2007, 13(7 ): 69-71.
[5] 程绎南等. 溴虫腈合成新方法. 农药. 2010, 49(8):560-562.
[6] 陆阳等. 新型吡咯类杀虫剂溴虫腈合成研究.化工中间体.2007,6:13-15.
[7] 付庆等. 溴虫腈的合成.农药.2006,45(6):385-386.