新型杀虫剂异噁唑虫酰胺的研究开发与应用进展 | 研发生产 | 文章中心 | 农药资讯网-凯发k8国际

       原标题：异噁唑虫酰胺的研究开发与应用进展

       极端天气、地缘冲突、疫情冲击和经济放缓等不利因素对农业生产和粮食供应产生了不利影响。农药对实现农业丰收和保障粮食安全具有重要作用，但种植结构和气候环境的变化以及大量农药的频繁施用，有害生物对现有农药耐药性不断增强；加上多种高风险农药的禁用和限用，新型绿色农药的研究开发和应用显得更为迫切。

       由于具有广谱、高效和安全等优点，异噁唑啉类杀虫剂逐渐成为作物保护和动物保健领域的新热点。氟噁唑酰胺（fluxametamide）、阿福拉纳（afoxolaner）、艾司索拉纳（esafoxolaner）和氟雷拉纳（fluralaner）等杀虫剂先后得以开发应用，但其在作物保护领域的应用和推广受到了成本等因素的限制。先正达公司（syngenta）利用多参数优化和设计-合成-测试-分析（dsta）快速循环等新农药创制方法对异噁唑啉类化合物进行了系统研究，并于2011年发现新型杀虫剂异噁唑虫酰胺。该杀虫剂在化学结构上与同类品种存在着较高的相似性，可视为由氟雷拉纳等进行结构修饰得到（图1）。

图1  异噁唑虫酰胺的化学结构与创制思路

       异噁唑虫酰胺对鳞翅目、半翅目、缨翅目、鞘翅目、双翅目和蜱螨目等多类害虫具有较高杀虫活性，且对哺乳动物、作物和环境生态安全性较高，其生产和使用成本相对较低，在作物保护领域具有广阔的市场开发和应用前景。其开发代号syn547407、ism-555，商品名plinazolin以及国际英文通用名isocycloseram被广泛用于该杀虫剂的研究开发和应用报道。本文从理化性质、毒性、作用机制、生物活性、代谢残留、合成分析和制剂应用等方面对异噁唑虫酰胺的研究开发与应用进展情况进行总结介绍。

1  理化性质

       iupac化学名称：4-[(5rs)-5-(3,5-二氯-4-氟苯基)-4,5-二氢-5-(三氟甲基)异噁唑-3-基]-n-[(4rs)-2-乙基-3-氧代异噁唑烷-4-基]-邻甲基苯甲酰胺，分子式c₂₃h₁₉cl₂f₄n₃o₄，相对分子质量548.314。异噁唑啉环和异噁唑啉酮环各含有1个手型碳原子，(5s,4r)-对映体含量≥80%。异噁唑虫酰胺理化性质数据见表1，其具有较高熔点、较低蒸气压和水溶性，在芳香烃和极性有机溶剂中具有较好的溶解性，油水分离系数大于3；其稳定性较好，不易被氧化或还原，对镀锡钢外的大多数物质无腐蚀性。此外，异噁唑虫酰胺易降解，在甘蓝和土壤中半衰期分别为2.50～2.88、3.87～4.81 d。

表1  异噁唑虫酰胺的理化性质

2  毒性

2.1  哺乳动物毒性

       先正达公司提交澳大利亚农药和兽药管理局的登记资料表明：异噁唑虫酰胺对哺乳动物的急性经口、经皮和吸入毒性均较低，对皮肤无刺激性和致敏性，但对眼睛有轻微刺激性；不太可能具有延迟神经毒性、致癌性、生殖和发育毒性、基因毒性和免疫毒性，异噁唑虫酰胺及其已知杂质和代谢物也不太可能具有遗传毒性；基于每日摄取允许量（adi）0.02 mg/kg bw，育龄妇女每日急性参考剂量（arfd）0.08 mg/kg b w，正常使用条件下对人体健康无不利影响。

2.2  生态毒性

       表2生态毒性数据表明：异噁唑虫酰胺对陆生节肢动物的急性、短期和长期毒性相对较小，对土壤中无脊椎动物、微生物菌以及非靶标陆生植物无不利影响；但对有益昆虫（如蜜蜂、捕食性和寄生性天敌）和水生动物（特别是水生无脊椎动物）具有较高的急性和/或慢性毒性，对水生植物也有中等毒性，使用时应避免将其纳入包含有地栖节肢动物的综合虫害管理（ipm）计划，并避免或减少影响水生生物的使用环境。对鸟类的生殖影响在可接受的范围，在哺乳动物和鱼类组织中的富集可能性较低。

表2  异噁唑虫酰胺的生态毒性

       注：^ald₅₀-半致死量；noel-无效应水平；noec-无效应浓度；lc₅₀-半致死浓度；ec₅₀-半抑制浓度；erc₅₀-生长率半抑制浓度；lr₅₀-半致死用量；noedd-无效应膳食量；noer-无效应剂量。

3  作用机制

       异噁唑虫酰胺对靶标害虫具有较好的触杀和胃毒活性、中度的击倒效果，无内吸活性。类同氟噁唑酰胺和氟雷拉纳等，异噁唑虫酰胺为γ-氨基丁酸门控氯离子通道（gaba-cl）受体变构调节剂，通过选择性抑制无脊椎动物的抗狄氏剂gaba-cl受体亚基（rdl）阻断抑制性神经传递而表现出杀虫作用，对哺乳动物具有优异安全性。

       研究表明：靶标害虫rdl受体的a301s、d472n和v263i突变不影响rdl受体对异噁唑虫酰胺的敏感性（但却使rdl受体对狄氏剂、氟虫腈和/或阿维菌素的敏感性降低），而第3跨膜区域g335m突变则使rdl受体敏感性降低，这一点与间苯二酰胺类杀虫剂的情况相同。放射性配体受体结合试验也证实，异噁唑虫酰胺与间苯二酰胺杀虫剂存在拮抗作用，与氟虫腈则无拮抗作用；与阿维菌素类杀虫剂虽然存在拮抗作用，但其亲和力却比后者高约10,000倍。异噁唑虫酰胺的作用方式和作用位点类同于间苯二酰胺类杀虫剂，不同于有机氯类、芳基吡唑类和阿维菌素类等同作用靶标杀虫剂。国际杀虫剂抗性行动委员会（irac）将其与氟噁唑酰胺和溴虫氟苯双酰胺（broflanilide）等杀虫剂共同列为第30组。

4  生物活性

       异噁唑虫酰胺对鳞翅目、半翅目、缨翅目和蜱螨目等类别的害虫均有效，预计对当前主流杀虫剂产生耐药性的害虫有特效。室内生测普筛结果表3表明：其对不同发育阶段的海灰翅夜蛾、小菜蛾、玉米根虫、蚜虫、蓟马和螨虫具有较高活性。

表3  异噁唑虫酰胺的室内生测普筛结果

       注：^a处理浓度200 mg/l；^b卵杀死率与孵化及生长抑制率的总和。

       表4结果表明：异噁唑虫酰胺对小菜蛾、黏虫、朱砂叶螨和二化螟的杀虫活性优于阿维菌素和四氯虫酰胺，但对桃蚜活性不如吡虫啉。

表4  异噁唑虫酰胺的室内生物活性初筛结果

       表5结果表明：异噁唑虫酰胺对小菜蛾、二化螟和甜菜夜蛾的2龄幼虫毒力远远优于溴虫氟苯双酰胺、氯虫苯甲酰胺、硫虫酰胺、溴氰虫酰胺、四唑虫酰胺和四氯虫酰胺，但对棉铃虫2龄幼虫的毒力则不如硫虫酰胺、氯虫苯甲酰胺和四氯虫酰胺。浸叶法结果同样表明，异噁唑虫酰胺对小菜蛾3龄幼虫毒力优于阿维菌素。

表5  异噁唑虫酰胺对鳞翅目害虫2龄幼虫的毒力测试结果

5  代谢残留

       异噁唑虫酰胺在番茄、荠菜、水稻、大豆、生菜、萝卜、小麦、哺乳山羊和蛋鸡体内的主要代谢产物（除母体化合物外）主要有syn548569、syn549431、syn549436和syn549544（图2），分别为开异噁唑啉环、脱异噁唑啉酮环、脱乙基及进一步开异噁唑啉酮环的产物。澳大利亚食品中异噁唑虫酰胺最大残留限量（mrl，mg/kg）被建议为：菜心、甘蓝、大头菜、西兰花和花椰菜0.7，芥菜、生菜和菠菜4，洋葱、牛奶、哺乳动物和家禽的肉和内脏0.01，大葱0.6，果蔬0.2，干番茄渣2。

图2  异噁唑虫酰胺的主要代谢产物

       异噁唑虫酰胺及其代谢产物可用乙腈/水或己烷匀浆法萃取，直接或离心过滤或乙腈/丙酮分离等处理后，用液相色谱质谱/质谱联用（lc-ms/ms）进行定量分析，定量限可达0.01 mg/kg。韩国开发了满足韩国食品药品安全部和国际食品法典委员会cac/gl 40要求的异噁唑虫酰胺及其代谢产物syn548569和syn549431的分析方法，用20 ml含0.1%甲酸的乙腈溶液、4 g无水硫酸镁和1 g氯化钠对样品进行萃取（转速4,700 g和4℃离心处理10 min），再通过基质分散固相萃取（d-spe）去除干扰物和水分后用lc-ms/ms进行分析。该方法对糙米、马铃薯、大豆、柑橘和红辣椒中代谢残留物的检测限和定量限分别可达0.003、0.01 mg/kg。

       异噁唑虫酰胺在甘蓝和土壤中的残留可用quechers-hplc法进行测定，即乙腈萃取后用高效液相色谱仪在波长264 nm时测定。该方法验证结果表明，异噁唑虫酰胺残留在甘蓝基质里的消解比土壤中更快，而甘蓝叶片上的残留则可以通过氯化钠或柠檬酸水溶液浸泡去除。

6  合成分析

       以4-乙酰基-2-甲基-苯甲酸（i）、4-氟-3,5-二氯-2,2,2-三氟苯乙酮（i₁，即代谢产物syn548569）和(r)-4-氨基-2-乙基-异噁唑啉-3-酮三氟甲酸盐（i₂）为原料，可采用先环合和后环合2种不同的路线合成异噁唑虫酰胺（图3），推测其生产成本可能低于阿福拉纳和艾司索拉纳等同类杀虫剂。

       先环合法：以（i）为起始原料，经酯化、与（i₁）缩合、脱水、环合、水解和酰氯化后，再与（i₂）酰胺化。其中，（i）可由4-溴-2-甲基-苯甲酸（i₀）乙酰化得到，（i₁）为异噁唑啉类杀虫剂沙罗拉纳（sarolaner）关键中间体，（i₂）可以(d)-环丝氨酸（i₂₀）为原料，用二碳酸二叔丁酯保护得到(3-氧代-异噁唑烷-4-基)氨基甲酸叔丁酯（i₂₁）后，再n-乙基化和脱叔丁氧羰基保护得到（图4）。先环合路线步骤长，但每步收率较高。郭春晓等采用先环合法合成异噁唑虫酰胺总收率达36.7%，但原药中(5s,4r)-对映体的含量值得进一步研究。

图3  异噁唑虫酰胺的2条合成路线

图4  中间体（i₂）的合成路线

       后环合法：同样以（i）为起始原料，经酰氯化、酰胺化、缩合和脱水后，再在碱性环境和手性相转移催化剂（ptc）的作用下与羟胺环合。其中，手性相转移催化剂可选自2,3,5,6-五氟苯基-1,4-二(甲基奎宁鎓溴化物)（ptc-1）或2,3,5,6-五氟苯基-1,4-二(甲基奎宁鎓离子四氟化硼盐)（ptc-2），而（ptc-2）可由奎宁（ⅷ）与1,4-二溴甲基-2,3,5,6-四氟苯二鎓化得到（ptc-1）后置换得到（图5）。选用r/s＞99∶1且e/z＞99∶1的（ⅶ）为底物，反应可得(5r,4s)-对映体占优势（含量≥85%）的原药且反应收率≥60%。后环合法需要用到价格相对较高的手性相转移催化剂，但合成步骤较短，原药中活性对映体含量较高。

图5  手性相转移催化剂的合成路线

       先正达公司在澳大利亚和越南登记提交或声称的异噁唑虫酰胺原药含量分别为96.9%和96%，其中，(5s,4r)-对映体含量应分别≥77.5%和≥76.8%。暂未见异噁唑虫酰胺原药中有效成分含量的分析报道，罗娟以乙腈-0.1%甲酸水（体积比为65∶35）为流动相，具zorbax eclipse xdb-c₁₈反相色谱柱的高效液相色谱仪在波长264 nm时对异噁唑虫酰胺制剂中的有效成分含量进行了测定，但对映体的含量尚未知。 

7  制剂应用

       异噁唑虫酰胺难溶于水，易溶于有机溶剂，熔点高且对水解不敏感，可制成悬浮剂（sc）、可分散液剂（dc）和种子处理悬浮剂（fs）等多种剂型，单用或与其他农药混用。异噁唑虫酰胺制剂产品以单剂为主，正在美国、俄罗斯和中国等国家开展田间试验和应用推广研究，并已在多国取得了农药登记批准。 

7.1  应用研究

       2021—2022年，在美国蔬菜、水果、马铃薯、棉花、苜蓿、高羊茅和豆类等作物的田间试验结果表明（表6）：异噁唑虫酰胺制剂可进行茎叶喷雾和种子处理，田间使用浓度下对试验作物安全，并可有效控制鳞翅目、半翅目、双翅目、缨翅目、蜈蚣目和蜱螨目等害虫种群密度，对作物具有减损和增产作用；田间效果优于阿维菌素类、多杀霉素类、双酰胺类、新烟碱类、拟除虫菊酯类、有机磷类、氨基甲酸酯类、生物多肽类和微生物类等杀虫剂或与之大致相当，与噻虫嗪等其他类别的杀虫剂混用具有减量增效作用。异噁唑虫酰胺对不同害虫的速效性和持效期存在差异，如对钝鼻叶蝉若虫药后1～3 d的防效低于甲氰菊酯，但在第7天时与之相当；对西花蓟马和柑橘全爪螨药后14～28 d的防效与对照无显著差异，对牧草盲蝽、三角苜蓿蝉和其他椿象药后7 d的防效与对照无差异。由于缺乏内吸和渗透活性，异噁唑虫酰胺制剂一般与主要成分为甲基化种子油与有机硅非离子表面活性剂的助剂dyne-amic（体积分数0.125%～0.500%）混用。即使是同样的处理，不同田块处理之间存在一定的差异，而同剂量的dc制剂产品效果要略优于sc。

表6  异噁唑虫酰胺制剂在美国的田间试验结果

       注：^a除非另有说明，处理均为茎叶喷雾；^b与助剂dyne-amic（体积分数0.25%）混用；^c与助剂dyne-amic（体积分数0.125%）混用；^d与助剂dyne-amic（体积分数0.50%）混用；^e种子处理，均为活性成分用量。

       此外，异噁唑虫酰胺制剂浸叶处理蔓越莓叶片对美国红头跳甲（systena frontalis）的致死率（1～7 d）优于克百威、氯菊酯、乙酰甲胺磷、吡虫啉、氯虫苯甲酰胺、唑虫酰胺和溴氰虫酰胺；田间茎叶喷雾处理对美国棉花二点斑叶螨成螨和若螨种群密度的控制效果（3～20 d）与乙螨唑大致相当，优于阿维菌素、唑螨酯、螺甲螨酯和甲氨基阿维菌素苯甲酸盐。

       在俄罗斯西北部进行的2年田间试验结果表明：异噁唑虫酰胺制剂120 g/hm²在移栽前浇泼处理白球甘蓝秧苗，可有效减少作物移栽后跳甲、拟甘蓝地种蝇（d. brassicae）和小菜蛾等春季害虫侵染，3～21 d防效≥91.00%，优于25%噻虫啉wg（制剂用量300 g/hm²）。在中国进行田间试验结果表明：100 g/l异噁唑虫酰胺dc 600、1,200 ml/hm²茎叶喷雾处理对大豆田蓟马具有优异的速效性和持效性，1、7 d防效分别为74.93%～85.61%和94.76%～94.83%，优于60 g/l乙基多杀菌素sc、50%氟啶虫胺腈wg、25%噻虫嗪wg和5%甲氨基阿维菌素苯甲酸盐me；按300 ml/hm²茎叶喷雾处理对甘蓝小菜蛾3～14 d的防效≥94.00%，按225 ml/hm²茎叶喷雾处理对玉米甜菜夜蛾3～14 d防效均＞83.00%，与同剂量的溴虫氟苯双酰胺大致相当，而优于氯虫苯甲酰胺、硫虫酰胺、溴氰虫酰胺、四唑虫酰胺和四氯虫酰胺等双酰胺类杀虫剂。甘蓝2年田间防效研究表明：100 g/l异噁唑虫酰胺dc 150～300 ml/hm²茎叶喷雾处理后对小菜蛾7、14 d防效均可达61.82%～99.02%，均优于1.8%阿维菌素ec。

7.2  应用登记

       异噁唑虫酰胺在多地田间的应用研究结果有力地支持了先正达公司在全球的农药登记。自2021年，该公司先后在阿根廷、韩国、澳大利亚和越南等国取得了sc和dc制剂的登记批准（表7）。巴西、印度、印尼、美国、加拿大和中国等国家的登记也正在进行中。其中，登记的作物主要为蔬菜和水果，以及马铃薯和胡椒等作物，防治对象为鳞翅目害虫、半翅目害虫、蓟马、斑潜蝇和螨虫等。使用方法被建议为在害虫卵孵化初期或侵染为害初期使用（但应避开花期、避免与天敌昆虫和益螨混用），与表面活性剂或矿物油混用为佳，但每种作物生长周期最多使用2～3次，每次间隔7～10 d。异噁唑虫酰胺在不同作物上的安全间隔期差异较大，在苹果和梨上分别为135、120 d，在水稻、大豆、花生和棉花上至少为21 d，而在番茄和胡椒上仅为1 d。

表7  异噁唑虫酰胺制剂在相关国家获批登记的信息

       注：^aphi-安全间隔期；^b与矿物油（体积分数0.25%～2%）混用；^c单位为ml/l；^d与非离子表面活性剂混用。

8  总结与展望

       作为杀虫剂领域研究新热点，异噁唑虫酰胺的问世将有力推动异噁唑啉类杀虫剂在植物保护领域的应用。异噁唑虫酰胺具独特的化学结构和作用机制，对哺乳动物和作物安全，在环境中易降解且生物富集可能性较低，有望填补因狄氏剂和氟虫腈等禁限用和当前主流杀虫剂耐药性增强而带来的市场空缺。其杀虫活性和田间防效优于双酰胺类、阿维菌素类和新烟碱类杀虫剂或与之相当，适合作为轮换工具用于抗性害虫治理。异噁唑虫酰胺可共用沙罗拉纳等同类杀虫剂的中间体采用不同的路线进行合成，生产和使用成本理论上具有一定优势，其sc和dc单剂产品在蔬菜、水果和水稻等作物上的农药登记和市场推广也正在全球范围内开展。不足的是，异噁唑虫酰胺对蜜蜂和水生生物具有较高毒性，其产品生产和终端使用成本也不低。

       展望未来，应进一步加强对异噁唑虫酰胺及其同类杀虫剂的研发和应用。一方面，加强异噁唑虫酰胺及其对映体的活性、毒性和抗性及其作用机制研究，进一步提高产品的选择性和可持续性，降低对环境生态的不利影响，延长其生命周期。另一方面，推进原药和制剂的创新开发，通过优化原药有效体控制和制剂剂型配方改进的生产工艺，在提高产品质量的同时降低生产成本。同时，积极探索异噁唑虫酰胺在农林业、公共卫生和动物保健上的应用及其配套的应用技术和实践，并通过避开有益昆虫和水生生物环境使用、与表面活性剂或其他杀虫剂混用、轮用等措施，在保护环境生态的前提下，实现对有害生物的综合治理和抗性管理。此外，加强氟噁唑酰胺、阿福拉纳、艾司索拉纳、氟雷拉纳、洛替拉纳（lotilaner）、沙罗拉纳（sarolaner）、米伏拉纳（mivorilaner）和尤米伏拉纳（umifoxolaner）等同类品种的研究开发和应用推广，以及新型异噁唑啉类杀虫剂的创制开发也都具有重要意义。