（应用化学专业论文）高效新农药取代苯基异噁唑和取代苯基吡唑类除草剂的研究.pdf

大连理工大学博十学位论文 摘要 如今，化学农药将进入“高效、低毒、无污染”的新时期。而原卟啉原氧化酶抑 制剂类除草剂以植物细胞中催化叶绿素合成的酶为作用点，确保了动植物之问的选择毒 性，具有高效、低毒、残效适中的特点，成为新型除草剂开发的热点。 新中国建立以后，我国的农药工业取得了长足的发展。如今，农药生产企业已达1 0 0 0 多家，生产原药品种近2 5 0 个，产量占世界第二位。但是，我国的农药结构不甚合理， 杀虫剂比重太大，除草剂发展不足，高毒或低效品种过多。而且，我国的农药品种大都 为仿制国外已开发品种，缺乏具有自主知识产权的新产品。 针对以上问题，本文以创制具有取代苯基异嗯唑和取代苯基毗唑结构的新型原卟 啉原氧化酶抑制剂类除草剂为研究方向，主要工作有： 1 ) 以邻氯对氟苯酚或对硝基甲苯为原料，经过甲基化、酰化、缩合、闭环、烷基化等 反应合成了1 5 个具有取代苯基异嚼唑结构的化合物，总收率2 7 5 9 ，产物结 构通过质谱、核磁共振、红外光谱、元素分析确认正确。其结构均未见文献报道。 初步生物活性测试表明：所合成的取代苯基异啜螋衍生物对几种供试杂革均有不同 程度的抑制活性，对禾本科杂草和阔叶杂草的差异不显著。 2 ) 以邻氯对氟苯酚或对硝基甲苯为原料，经过酰化、闭环、甲基化等一系列反应，合 成了3 2 个具有取代苯基吡唑结构的化合物，总收率2 1 4 8 ，产物结构通过质 谱、核磁共振、红外光谱、元素分析确认正确。其结构均未见文献报道。初步生物 活性测试表明：所合成的取代苯基吡唑衍生物大都对供试阔叶杂草具有很高的防效 ( 尤其是苋菜) ，对供试的两种禾本科杂草防效稍差一些，但部分化合物也具有较 高的活性。其中，0 - 甲基2 氯5 ( 4 氯1 甲基一5 三氟甲基1 h - 口l c 唑3 基) 4 氟苯甲 醛肟( 3 - 1 0 a ) 是一个活性很高的化合物。在土壤处理时，它不但在1 5g h m 2 剂量 下对两种阔叶杂草的防效在9 0 以上，而且在1 5 0 h m 2 剂量下对四种供试杂草的 防效均高达1 0 0 。活性明显高于对照药剂氟磺胺草醚和嗯嗪酮。 3 ) 用g c o s y ，g h s q c ，g h m b c 等技术完成了部分取代苯基吡唑衍生物的1 h ，”cn m r 谱带的归属，用高分辨谱较准确地测定了”f 一1 h 和”f 一”c 的偶合常数。核磁共 摘要 振波谱研究表明：取代苯基毗唑衍生物中， 苯环和吡哗环之间的夹角显著增大。同时， 分子的电荷分布也有重要的影响。 吡唑环的4 位的氢原子被氯或溴取代后， 苯坏5 位和吡唑环4 位的取代基对整个 4 ) 讨论了取代基对化合物活性的影响。取代苯基吡唑衍生物的毗唑环的4 位为氢的化 合物的活性差，当该位置上的氢被氯或溴取代后，活性得到显著提高。取代苯基异 嗯唑衍生物的异嗯唑环的4 位为氯取代的化合物的活性要比该位置为氢的化合物稍 高一些。 关键阋： 除草剂；原卟啉原氧化酶抑制剂；取代苯基异嗯唑衍生物；取代苯基毗唑衍 生物；合成 查堡型三盔生堕主堂垡塑塞 a b s t r a c t n o w a d a y s ，c h e m i c a lp e s t i c i d e sa r ec o m i n gi n t ot h en e we p o c ho f h i g he f f e c t i v i t y , l o w t o x i c i t y , n op o l l u t i o n ”p r o t o p o r p h y r i n o g e no x i d a s ei n h i b i t i n gh e r b i c i d ei sb e c o m i n gah o t p o i n to fn o v e lh e r b i c i d ed e v e l o p m e n tb e c a u s ei ti n h i b i t st h ee n z y m ec a t a l y s i n gt h es y n t h e s i s o f c h l o r o p h y li np l a n tc e l l ，i n s u r e st h ed i f f e r e n ta c t i v i t yb e t w e e np l a n t sa n da n i m a l s ，a n dh a s t h ev i r t u e so f h i g he f f e c t i v i t y , l o wt o x i c i t ya n d m e z z or e s i d u e t h ep e s t i c i d ei n d u s t r yi nc h i n ah a sb e e ng r e a t l yd e v e l o p e ds i n c e19 4 9 n o w , t h e r ea r e m o r et h a n1 0 0 0m a n u f a c t u r i n gf a c t o r i e sa n da l m o s t2 5 0k i n d s o f p e s t i c i d e sa r ep r o d u c e d t h e t o t a lo u t p u to f p e s t i c i d e si nc h i n a r a n k st h es e c o n di nt h ew o r l d h o w e v e r , t h e m a k e u p o ft h e p e s t i c i d e s i nc h i n ai sn o ts o s a t i s f a c t o r y i n s e c t i c i d e so c c u p yt o o l a r g ep r o p o r t i o n a n d h e r b i c i d e sn e e dt ob eg r e a t l yd e v e l o p e d a tt h es a m et i m e ，t o om a n yh i g ht o x i c i t yo rl o w a c t i v i t yp r o d u c t s ，w h i c hw i l lb ew a s h e do u t ，a r es t i l lp r o d u c e d f u r t h e r m o r e ，t h ep e s t i c i d e k i n d sm a d ei nc h i n aa r ea l m o s tt h o s eh a v i n gb e e nd e v e l o p e da b r o a dp r e v i o u s l y c h i n e s e c o m p a n i e sl a c kn e wp r o d u c tw i t hi t so w n i n t e l l e c t u a lp r o p e r t y r i g h t s a i m e da tt h ep r o b l e md i s c u s s e da b o v e ，i nt h ef i e l do fc r e a t i n gn e wp r o t o p o r p h y r i n o g e n o x i d a s e i n h i b i t i n g h e r b i c i d e sw i t ht h es t r u c t u r eo fs u b s t i t u t e d p h e n y l i s o x a z o l e sa n d s u b s t i t u t e dp h e n y l p y r a z o l e s ，t h ef o l l o w i n gw o r k i sd o n ei nt h i sp a p e r , 1 ) f r o m2 - c h l o r o 一4 一f l u o r o p h e n o lo r4 - n i t r o t o l u e n e ，f i f t e e ns u b s t i t u t e dp h e n y li s o x a z o l e d e r i v a t i v e s ，w h i c hw e r en o tr e p o r t e db e f o r e ，a r ep r e p a r e dv i am e t h y l a t i o n ，a c y l a t i o n ， c o n d e n s a t i o n ，r i n g c l o s u r er e a c t i o n ，a l k y l a t i o na n ds oo n ，w i t ht o t a ly i e l d2 7 0 5 9 t h e i r s t r u c t u r e sa r ec o n f i r m e db ym s ，n m i ra n de l e m e n t a la n a l y s i s p r e l i m i n a r yb i o a s s a y s h o wt h a tt h es u b s t i t u t e dp h e n y li s o x a z o l ed e r i v a t i v e sh a v ed i f f i r e n ti n h i b i t i n ga c t i v i t yt o s e v e r a lt e s t e dw e e d s ，a n dt h ed i f f i r e n c eb e t w e e n g r a m i n e o u sw e e d sa n dl a t i f o l i a t ew e e d s i ss m a 1 2 ) f r o m2 - c h l o r o 一4 一f l u o r o - p h e n o lo r4 - n i t r o t o l u e n e ，t h i r t y - t w os u b s t i t u t e dp h e n y lp y r a z o l e d e r i v a t i v e s ，w h i c hw e r en o tr e p o r t e db e f o r e ，a r ep r e p a r e dv i am e t h y l a t i o n ，a c y l a t i o n ， c o n d e n s a t i o n ，r i n g c l o s u r er e a c t i o n ，a l k y l a t i o n ，a n ds oo nw i t ht o t a ly i e l d2 1 4 8 t h e i r s t r u c t u r e sa r ec o n f i r m e db ym s ，n m r ，i ra n de l e m e n ta n a l y s i s p r e l i m i n a r yb i o a s s a y a b s t r a c t s h o w st h a tm o s ts u b s t i t u t e dp h e n y lp y r a z o l ed e r i v a t i v e se x h i b i th i g hh e r b i c i d a la c t i v i t yt o t h et e s t e dl a t i f o l i a t ew e e d s ( e s p e c i a l l yt oa c a l y p h aa u s t r a l i s ) ，w h i l eal i t t l el o w e ra c t i v i t y t ot e s t e d g r a m i n e o u sw e e d s h o w e v e r ，s o m e o ft h e ma l s os h o w h i g ha c t i v i t y t o g r a m i n e o u s w e e d s a m o n gt h e m ，0 一m e t h y l 一2 一c h l o r o 一5 一( 4 一c h l o r o 一1 一m e t h y l - 5 一 t r i f l u o r o m e t h y l 一1 h o p y r a z o l - 3 - y 1 ) 4 - f l u o r o b e n z a l d e h y d eo x i m e ( 3 - 1 0 a ) i s ac o m p o u n d h a v i n gv e r yh i 曲a c t i v i t y i ns o i lt r e a t m e n t ，i t si n h i b i t i n gr a t i ot ot h et e s t e dl a t i f o l i a t e w e e d si sm o r et h a n9 0 a tt h ed o s eo f15g h m 2 m o r e o v e r ，a tt h ed o s eo f15 0g 仙n 2 ，i t c a nk i l la l lt e s t e dw e e d s i t sa c t i v i t yi so b v i o u s l yh i g h e rt h a nf o m e s a f e na n dp e n t o x a z o n e 3 1s o m es u b s t i t u t e d p h e n y lp y r a z o l ed e r i v a t i v e s a b s o r p t i o n s o f1 ha n d ”cn m ra r e a s s i g n e dt h r o u g hv a r i o u st w o d i m e n s i o n a ln m rs p e c t r a s ( g c o s y ，g h s q c , g h m b c e t a 1 1 t h ec o u p l i n gc o n s t a n t sb e t w e e n1 9 fa n d1 h n ca r ed e t e r m i n e da c c u r a t e l y t h es t u d y o nn m rs h o w st h a tt h eb e n z e n e r i n ga n d t h e p y r a z o l er i n ga r ea l m o s ti nt h es a n l ep l a n e ， w h i l et h e r ei sa h y d r o g e na t o mi nt h e4 t hp o s i t i o no f t h ep y r a z o l er i n g ；a n dt h eb e n z e n e r i n ga n dt h ep y r a z o l er i n ga r ei nd i f f e r e n tp l a n e s ，w h i l et h e r ei sac h l o r i n eo rb r o m i n e a t o mi nt h e4 t hp o s i t i o no ft h ep y r a z o l er i n g a n dt h ec h a r g ed e n s i t yi sg r e a t l yi n f l u e n c e d b y t h es u b s t i t u t e dg r o u p si nt h e5 t h p o s i t i o no f t h eb e n z e n er i n ga n dt h e 4 t h p o s i t i o no f t h e p y r a z o l er i n g 4 ) t h e e f f e c t so ft h es u b s t i t u t e dg r o u p so nt h ea c t i v i t ya r ed i s c u s s e d t h es u b s t i t u t e d p h e n y l p y r a z o l ed e r i v a t i v e sw i t hah y d r o g e na t o mi nt h e4 t hp o s i t i o no ft h ep y r a z o l er i n gh a v e l o w e ra c t i v i t y ，w h i c hc a nb e g r e a t l yi m p r o v e di ft h eh y d r o g e na t o mi sr e p l a c e db y c h l o r i n eo rb r o m i n ea t o m t h eh e r b i c i d a l a c t i v i t yo ft h es u b s t i t u t e dp h e n y li s o x a z o l e d e r i v a t i v e sw i t hac h l o r i n ea t o mi nt h e4 t hp o s i t i o no ft h ei s o x a z o l er i n gi sal i t t l e h i g h e r t h a nt h o s ew i t ha h y d r o g e n a t o mi nt h es a n l ep o s i t i o n k e y w o r d ：h e r b i c i d e ；p r o t o p o r p h y r i u o g e no x i d a s ei n h i b i t o r ；s u b s t i t u t e dp h e n y li s o x a z o l e d e r i v a t i v e s ；s u b s t i t u t e dp h e n y lp y r a z o l ed e r i v a t i v e s ；s y n t h e s i s 人连理1 _ 人学似i 学位论殳 h u吾 我国的农药研究开发走出了一条有中国特色的道路。1 9 4 9 年，我国生产的农药几 乎全是无机农药。新中固建立以来，我国的农药工业经历了5 0 年的发展历程。1 9 5 1 年， 研究开发成功滴滴涕，随后，又研究开发成功六六六、毒杀芬、氯月、艾氏剂等。6 0 年代。一批有机磷类农药品利被开发成功，如1 6 0 5 、甲基1 6 0 5 、敌百虫、d d v p 、1 0 5 9 等。与此l 叫时，还丌展了氨基甲酸酯类农药的研究与丌发。7 0 年代，一批氨基甲酸酯 类农药新品种商品化，如速灭威、叶蝉散、巴莎、害扑威等。改革丌放以后，农药工业 取得了快速发展，一大批高效、低残留的农药品种，有机磷( 膦) 酸酯、氨基甲酸酯、 拟除虫菊酯、有机氮、杂环化合物以及生物源农药中一些好品种陆续研制成功并很快投 放市场，如甲胺磷、乐果、氧化乐果、久效磷、马拉松、克百威、残杀威、灭多威、好 安威、氯菊酯、氯氰菊酯、溴氰菊酯、戊菊酯、甲氰菊酯、杀虫脒、杀虫双、杀虫单、 多菌灵、e p 基托布津、灭幼脲、甲黄隆、氯黄隆、苄黄隆、胺苯黄隆、吡虫啉等。农药 制剂继乳油、水剂、浓乳剂、可湿性粉剂、粉剂、干悬浮剂、颗粒剂、微胶囊剂、气雾 剂、烟剂及各种复配制剂之后，又开发了种衣剂、水乳剂、水悬剂、微乳剂、干悬剂、 水分散粒剂、干拌种剂等新剂型i i j 。至今已捐j 有5 0 0 多家原药生产厂，1 0 0 0 多家农药加 工及分装厂，农药生产企业总数已达1 6 0 0 家左右，所生产的原药品种近2 5 0 个，加工 制剂5 0 0 多种。1 9 9 8 年按有效成分计产量近4 0 万吨，销售收入近2 5 0 亿元，农药原药 产量占l ! = ! = 界第二位。销售收入占唑界农药市场总销售额的8 9 。但从世界农药工业 发展的现状和趋势看，我国农药工业还存在着许多问题，其中产品的结构调整、环境保 护与新药创制等值得认真对待“：i j 。 多年来，业界人士一直认为我国农药结构不甚合理，并早已提出过结构调整问题， 但到目前为止，尚未见明显成效。1 9 9 9 年，我国原药产量比例仍为杀虫剂6 8 5 ，除 草剂1 8 3 ，杀菌剂1 0 4 和植物生长调节剂2 8 ，与世界格局( 除草剂4 7 5 ，杀虫 剂2 9 5 ，杀菌剂1 7 5 ，其他5 5 ) 相差甚远，尤其是杀虫剂中有机磷占7 0 ，而 高毒有机磷又占杀虫剂产量的一半左右，对生产和使用中的人畜安全及生态环境具有很 大压力。为适应世界农药工业的发展趋势和我国经济建设的进程，调整农药结构，限制 生产、使用甚至是淘汰高毒农药品种势在必行。对此，有研究者提出“发展除草剂， 前言 改造杀虫剂，稳定杀菌剂。开发其他农药”的方针j 4 】。 我国农药品种老化比较严重。无论是生产还是使用过程中的环境污染问题都比较 严重。与其他化工生产一样，我国的农药生产企业技术、管理都比较落后，对环境问题 重视不够，污染比较严重。同时，我国使用的农药剂型多为乳油，每年因使用农药而投 放到环境中的有机溶剂量也不可低估。开发新的剂型提高现有农药品种的利用率，也 是必须注意的问题。另外，由于使用者素质有限，使用过程中的农药流失也很严重，对 土壤、地下水造或了污染。因此，我们必须提高生产、使用中的管理水平，改进生产工 艺，提高产品质量，加快剂型开发，提高农药利用率。同时，还要推进农药使用技术服 务，加强对农民的培训，提高使用者的素质，充分发挥农药的使用效果”“。 从1 9 9 3 年起中国修改的专利法已实施保护农药化合物，在这种情况下，再仿制国 外丌发的：争利保护期未过的农药己不符合知识产权保护的精神。同时，中国已经加入 w t o 农药进出口更加方便国产农药大都面临品种老化问题，很难与进口农药竞争。 为了在新形势下进一步发展中国的农药工业，必须迎接挑战，加速刨制工作。另外，农 药品种所具有的作用特点，使其容易产生抗性，加之我国的用药水平低下，抗性管理水 平不高我国农药的抗性发展也相对较快，农药品种的更新换代不可避免，这也要求我 们加速新农药的创制”i 。“七五”以后，我国_ 丌始启动农药创制工作，并很快建立了 以湖南化工研究院、上海农药研究所、江苏农药研究所和浙江化工研究院四基地组成的 南方农药创制中心和以沈阳化工研究院、南开大学元素所两家组成的北方农药研究工程 中心；形成了以南、北两个中心为主体的我国新农药创制格局。通过国家加大投入，研 究条件有所改善，取得了一定的研究成果。但与国外大公司相比，在资会投入、研究设 施和实验手段、工作的协调与管理以及分予设计的思路与方法等方面矧5 还存在很火的差 距。 此外，还存在生产规模小，工艺技术落后，产品质量差，剂型加工落后，各厂家 重复生产严重，经济效益差的问题1 8 l 。 在当前形势下，我国的农药工业不但要进行产品结构调整，发展除草剂，用高效 低毒品种替代目前仍占很大比例的低效高毒品种；还要完成从仿制到创制的转变，丌发 有自主知识产权的品种。 因此，本论文选择了创制具有自主知识产权的新型高效、低毒除草荆为研究目标， 设计并合成了1 5 个具有取代苯基异嚼唑结构和3 2 个取代苯基吡哗结构的新化合物。采 用盆栽法初步测定了所合成化合物的除草活性，从中筛选出活性较高的7 个取代苯基异 嗯唑和2 6 个取代苯基毗唑衍生物进入下一步除草活性复筛，以期最终从中开发出性麓 大连理工人学博士学位论文 优异的具有自：- l z 知识产权的新型除草剂。 【1 1 【2 】 1 3 】 1 4 】 【5 】 【6 j 【7 1 【8 】8 参考文献 臧开保。王晓光农药的研究开发与发展趋势 j 湖南化- 1 2 ，2 0 0 0 。3 0 ( 3 ) ：1 8 成思危发展农药工业，争取农业丰收 j 现代化工，1 9 9 4 ，1 4 ( 8 ) ：3 4 杨春河新药创制、环境保护与结构调整对我国农药t 业发展的一点恐考 j 农药，2 0 0 0 3 9 ( 1 ) ：1 6 张一宾对中国农药发展之浅见 j 农药1 9 9 8 ，3 7 ( 5 ) ：1 2 凌世海我国农药加工工业现状和发展建议【j 农药，1 9 9 9 ，3 8 ( 】0 ) ：1 9 2 4 袁增雯，张一宾农药与环境 j 化学世界。2 0 0 0 。( 增) ：2 2 2 4 陈万义薛振样，王能武主编新农药研究与开发m 北京：化学：【：业出版社，1 9 9 5 1 15 梁诚我国农药工业生产现状及发展趋贽 j 1 河南化工。2 0 0 1 ，( 1 0 ) ：i 5 第一章文献综述 第一章文献综述 农药是用于防治病、虫、草、鼠等危害，以及调节农作物生长发育的精细化学品， 对促进农业生产、争取农业丰收具有不可缺少的作用。 掘报道，目前全世晃共有有害昆虫约1 万种、有害线虫约3 千种、植物病原微生 物约l o 万种，这些有害生物使世界粮食产量平均损失3 5 左右，收获进仓后到消费前 还要损失1 0 2 0 。使用农药是防治这些有害生物的有效方法。大约可挽回上述损失 的三分之一以上。据我国农业部门统计，我国由于使用农药而平均每年挽回粮食2 5 万 吨、棉花4 0 万吨、蔬菜8 0 0 万吨、果品3 3 0 万吨，减少直接经济损失约3 0 0 亿元。大 体上说，每使用一元钱的农药，可得到5 元以上的直接收益。此外，农药还广泛用于卫 生保健及其它领域，如杀蚊蝇、蟑螂、家鼠，工业产品的防蛀、防霉、防腐，建筑物的 防蚁，交通沿线及工业场地的除草，城市绿化区的防虫、灭病、除草等。 农药的分类方式多种多样，按防治对象可以分为杀虫剂、杀螨剂、杀菌剂、除草 剂、杀鼠剂等；根据来源不同，可以分为化学农药( 如d d t 、乐果、除草醚等) 、植物 农药( 如从除虫菊中提取的除虫菊素、从鱼藤中提取的鱼藤酮、从烟叶中提取的烟碱等) 、 微生物农药( 如春雷霉素、井冈霉索等抗菌素。苏云金杆菌、青虫菌等细菌杀虫剂) 等： 按化学组成和结构不同，可以分为无机农药、有机农药等等【2 l 。 1 。1 除草剂发展现状 农田杂草从人类在大地上耕作那天起就一直是困扰农业生产发展，阻碍农作物产 量提高的一个重要因素。据估计，全球1 5 亿公顷耕地每年杂草危害就造成7 6 - 3 亿美元 的损失，占病、虫、草、鼠所造成的总损失( 2 4 3 7 亿美元) 的1 ，3 ，仅粮食就损失1 2 5 亿吨，足够2 5 亿人生活一年【”。 除草剂能够有效地杀死或抑制农田杂草的生长，而对农作物无害或伤害轻微，是 人类提高粮食产量的有力手段。随着世界上农业机械化水平的不断提高，农村劳动力逐 步转移到工商业，化学除草剂市场不断扩大。1 9 6 0 1 9 9 0 年的三十年中，除草剂以年平 均1 6 6 的速度增长，所占农药市场的比例超过4 5 t “。 4 大连璀工夫学博士学位论文 1 1 1 我国除草剂的发展现状剐q 在我国，列入名录的杂草有7 0 4 种，分属8 7 科3 6 6 属，对农业生产造成危害的重 要农田杂草有6 0 多种i 。我国1 亿公顷耕地，因为农田杂草危害，每年作物产量损失 达1 0 以上，仅粮食就损失近7 0 亿公斤。 按1 9 9 9 年统计，我国农药产量4 2 6 万吨( 见表1 】) ，是1 9 8 6 年的4 倍，居世界第 二位i l 2 1 。 表1 1 近年我国农药产量表( 1 0 0 有效成分计) t a b l e1 1 o u t p u tn f p e s t i c i d e si nr e b u ty e a r s ( 1 0 0 n e tw e i g h t ) 我国除草剂工业是从6 0 年代初生产2 ，4 一d 开始的，其后不久，2 甲4 氯、敌稗、 除草醚等相继工业化生产，在解决农田草害中发挥了显著作用，但其产量在我国农药总 产量中所占比例极小，远不能满足农业生产的需求。改革开放以来，伴随着国外大量高 活性与超高活性除草剂品种不断进入我国进行试验与使用，推动了我国除草剂工业发展 的步伐，目前原药生产已达4 0 余个，其中大吨位品种有丁草胺、乙草胺、莠去津、草 甘膦、2 ，4 - d 、2 甲4 氯、快杀稗、普施特、虎威、杂草焚、禾草灵、普乐宝、敌稗、 绿麦隆、氟乐灵、赛克津、农得时、豆磺隆等近2 0 个品种，与此同时，除草剂原药产 量占农药总产量的比例显著提高。近年来，除草剂混剂的发展更为迅猛，成为我国除草 荆发展中的一大特色，虽然尚需进一步规范，但毕竟在农业生产中发挥了较大的作用。 一m 兰絮 g m 一 三鬻案| 焉ll似叶l 弓九= | l 絮竺叫叭瓦川羔脯薹| 善舌i 弓儿 髂 篙一 啪 第一帝文献综述 1 9 9 9 年，我国除草剂7 ，7 万吨，占总量的1 8 3 ，是1 9 8 6 年的1 0 倍多【6 l 。 在我国当前形势下，在从计划经济向市场经济过度的过程中，不可避免的产生一 些问题，具体表现为： 1 ) 生产厂家过多而分散，御局不合理，我国除草剂原药生产及复配生产厂家超过2 0 0 家，且多集中于东部沿海各省，重复生产严重，形成不了规模生产效益，经济效益 差，缺乏竞争力。 、 2 ) 品种与设备老化，大吨位品种仍集中于较老的化合物，如丁草胺、乙草胺、莠去津、 2 , 4 - d 丁酯等，而且设备陈旧，自动化水平低，原耗高，在我国加入w t o 后，难 以与国外品种竞争。 3 ) 仿制品种一直占统治地位，几乎形成一统天下的局面；由于企业本身经济力量有限， 难以投入大量人力与财力从事新品种开发，而研究单位限于条件及经济限制更难 开展新化合物的合成筛选；出于专利限制，今后品种仿制的路子将目益窄小。 随着我国除草剂工业的发展，9 0 年代以来，除草剂开始出口，每年出口量逐步增 加，主要出口品种有草甘膦、丁草胺、2 , 4 - - d 酸、敌稗、禾草灵、绿麦隆、乙氧氟草 醚、乙草胺等。但是，在除草剂出1 = 1 中存在许多问题，主要表现为：各个农药企业为了 抢出口，互相压份，无序竞争，使经济效益下降；原药质量亟待提高，一些品种由于原 药中有效成分含量低，达不到国外要求的标准，影响出口：缺乏产品全分析材料；不了 解各国对农药登记注册的要求，因而难以在平时积累与整理出有针对性的有关产品的系 统资料。 表1 21 9 9 7 年世界前1 0 位农药公司各类农药产品的结构( ) t a b l e1 2r a t i oo f p e s t k i d eb r e e do ft h et o p l 0c o m p a n yi n1 9 9 7 ( ) c o m p a n y h e r b i c i d ei n s e c t i c i d eb a c t e r i c i d eo t h e r s n o v a r t i s4 7 2 22 92 m o n s a n t o8713 z e n e c a a g p r o d u c t s6 32 0 1 3 d u p o n t 6 81 21 6 a g r e v o 4 32 3 】3 b a y e r 2 54 62 8 r h o n ep o u l e n c3 83 2 2 1 d o w a g r o s c i e n c e s 5 92 2 5 a m e r r i c a nc y a n a m i d 6 82 38 b a s f 6 052 7 4 4 2 l i 9 1 4 1 8 6 大连理工大学博士学位论文 在世界上，往往以除草剂在农药中所占比例来衡量一个国家的农药水平。目前( 1 9 9 6 年统计) ，世界三大类农药的平均比例是：除草剂：杀虫剂：杀菌齐0 = 4 6 7 ：2 8 9 ：1 9 3 ，而在 我国为1 7 0 ：6 9 6 ：1 0 4 ，这正是我国农药的落后所在。1 9 9 7 年排名世界前1 0 位的农药公 司，它们各类农药产品的结构如表1 2 所示f 1 ”。 从表1 2 可以看出，大多数大公司的农药都是以除草剂为主，而我国除草剂不到农 药总量的2 0 。1 9 9 7 年，我国已有4 5 个除草剂品种( 见表1 3 ) ，以苯氧羧酸、二苯醚、 氯乙酰胺、硫代氨基甲酸酯、取代脲、有机磷、均三氮苯和磺酰脲类为主，这些大多为 一些老的传统除草剂品种，故而每年仍需大量进口以弥补不足。其进口量和进口品种也 是三大类农药之首，这正说明了我国除草剂的不足。尤其是近年来，农村劳动力大量流 失，以及农业机械化程度的提高，势必增加除草剂的使用。近年来的发展已经证实了这 一点。除草剂总产量从1 9 9 1 年的1 9 8 万吨增至1 9 9 9 年的7 7 万吨，8 年几乎增长了四 倍。1 9 9 1 1 9 9 7 年的增长率分别为1 7 6 7 ，2 3 1 7 ，1 8 1 8 ，2 6 4 7 ，1 3 2 1 ，1 1 6 7 ，远远高于杀虫剂和杀菌剂 1 4 1 5 】。预计在以后几年里，除草剂的需求还将以每年3 0 0 0 万亩次的速度增长。就作物而言，需求最大的将是水稻田除草剂，占总产量的4 7 5 ， 其次是小麦1 3 1 ，玉米、高粱、谷子等杂粮占6 7 ，蔬菜田占5 6 。目前，我国水 田除草剂发展较快，相比之下，旱田除草剂发展较慢较晚。小麦、玉米、大豆及三园等 早地除草剂，今后将是除草剂开发的重点方向1 ”1 。 表1 3 近年我国生产各类农药品种数 t a b l e1 3a m o u n t o f p e s t i c i d e b r e e d sp r o d u c e di nr e c e n ty e a r ! 堕! ! ! ! ! 塑! 塑! ! ! 型型! ：璺! 竺! 堕坐婪! ! 幽韭塑塑! g ! ! 业苎剑! ! ! 1 1 9 8 67 54 21 71 31 0 1 9 9 41 7 48 0 4 14 58 1 9 9 51 7 78 54 24 28 1 9 9 61 8 l8 94 24 28 1 9 9 71 8 89 24 34 58 ( i n e l u d ea c a r i c i d ea n dr o d e n l i c i d e ) t 1 , 1 2 新型化学除草剂的研制情况m 删 农药的发展，先后经历了无机农药为主、有机氯农药为主、有机磷及拟除虫菊酯为 主等几个时期。由于人类对环保问题的重视，对农药的毒，隘及其对环境的影响提出了更 第一章义猷综述 高的要求；同时随着有机化学和生物化学的重大进步，使农药化学提高到一个新的水平， 化学农药将进入“高效、低毒、无污染”的新时期| 2 9 】。其主要标志是：象有机磷农药那 样高毒性的杀虫剂将逐步地被淘汰例，取而代之的将是超高效的杂环和稠杂环等类的新 杀虫剂，除草剂和杀菌剂也将是以杂环和稠杂环为主的新一代超高效化合物。所谓“高 效、低毒、无污染”是指： 传统农药的药效往往不是很高，许多品种的用量都在每公顷数百甚至数千克。超 商效是指新发展起来的农药的生物活性较之过去的农药高出数十倍乃至百倍，达到每公 顷数十克甚至十克以下。这样农药就出过去的大吨位生产，变为小吨位生产。 现在新发展的超高效农药，大都是低毒的。一般此类化合物的急性毒性的致死量， 都在1 0 0 0m g 以上，并且无慢性毒性，无致畸、致癌及致突变作用。这就大不同于有 机磷等高毒农药。这是发展的需要，也是现实的可能。 所谓无污染，一方面是新开发的新农药低毒，对益虫无害；另一方面是因为农药 都具有较好的环境行为，在自然界中会降解掉，残留量很少，不会积累；而且，由于农 药的超高效，用药量极低，而不污染环境。一般来说，其用量每公顷不过数十克，甚至 更少，这样的用药量对环境基本上没有什么污染【”i 。 在这场变革中杂环化合物是主角。在世界农药的专利中，大约有百分之九十是 杂环化合物。其重要的原因是，在杂环化合物中，超高效的农药很多，其用量为1 0 1 0 0 虮m 2 ，甚至达到5 1 0g h m 2 。这样的超高效农药的使用，不但使用成本低，更重要的 是对环境的影响可以降低到很小的程度。杂环化合物的另一个特点是大多数的杂坏化合 物新农药对温血动物的毒性很小，对鱼类的毒性也很低。而且易于在自然界降解，而无 害予环境。近2 0 年来，杂环化合物中，不但出现了超高效的除草剂、杀菌剂，也有杀 虫剂，这给农药的发展带来了极其广阔的发展前景。在新发展起来的杂环化合物农药中， 含氮杂环化舍物特别多，效果也特别好，因而最引人注目，其中最为重要的是毗啶类、 毗唑类、三唑类、嘧啶类以及咪唑、噻唑等 8 - 2 3 , 3 l l 。 其次，含氟农药研究开发成为热点之。由于氟原子具有模拟效应、电子效应、 阻碍效应和渗透效应，农药分子中引入氟原子之后，活性往往成倍地提高环境相容性 也有所改善。因此，含氟农药的研究开发获得重大进展。1 9 8 8 1 9 9 7 年间共开发含氟 农药6 2 个，1 9 9 8 1 9 9 9 两年研究开发2 1 个含氟农药，其中含氟除草剂品种1 4 个，杀 菌剂4 个，杀虫剂3 个【3 引。 另外，手性农药研究开发十分活跃。2 0 世纪7 0 年代以后，农药研究已深入到分子 的立体异构领域，由于单一手性体农药药效高、用量低、三废少、对作物和环境更安全， 犬连理工大学博士学位论文 相对成本低、市场竞争力强，引起农药研究人员的高度重视。众多单一手性体农药相继 问世，如：【j r 3 r 2 s 溴氰菊酯( 敌杀死) 、 s s 】氰戊菊酯( 双爱土、来福灵) 、s 生物丙 烯菊酯、精盖草能、精禾草克j 敌草强、s ( + ) 烯效唑、r ( ) 烯唑醇、r ( ) 己唑醇、r ( 一) 甲 霜灵等相继出现在国际市场。在目前销售的农药品种中。具有旋光异构体的品种约占 2 5 。目静单一手性体农药的销售份额已占7 左右，许多公司对手性体农药的拆分技术 和定向合成技术表现出浓厚的兴趣。各种行之有效的拆分方法与定向合成技术已成功地 运用于制造手性农药。目前，在苯氧基羧酸酯、苯基苯氧基丙酸酯、咪唑啉酮、环己二 酮、拟除虫菊酯、有机磷、三唑类和酰基氮基丙酸类具有手性的农药中。约有3 0 个单 一光学活性农药品种已经商品化n 】。 近年来各大农药公司开发了许多除草剂新品种，它们分别属于磺酰脲、三唑、 嘧啶、吡唑、亚胺、二苯醚、磺酰胺、吡啶等等。这些品种表现为：( 1 ) 活性高，用量 低；( 2 ) 大部分晶种的靶标仍集中于原外啉原氧化酶稻乙酰乳酸合成酶；( 3 ) 使用范围 仍集中于水稻、大豆、玉米与麦类作物，缺少使用面积不大而迫切需要的蔬菜及经济作 物应用的品种1 2 ”。 1 2 除草剂分类 除草剂也和其他农药一样。可以从各种角度来进行分类。根据散布部位可以分为 茎时处理剂、土壤处理剂：根据散布时期可分为芽前处理剂和芽后处理剂：根据防治杂 草对象可分为一年生杂草防治剂和多年生杂草防治剂或者可分为禾本科杂草防治剂、莎 草科杂草防治剂以及阔叶杂草防治剂；若按化学结构对其进行分类，则可分为苯氧羧酸 类、酚类、氨基甲酸酯类、取代腮类、杂环类、酰胺类等等。在除草剂使用同益普遍的 今天，单纯按化含物分类、特别是使用时期分类已难以阐明使用中所发生的一系列润题， 这时就需要按作用机理进行分类。将除草剂按作用机理进行分类，既可以指导新化合物 的合成与筛选，又能够指导实际应用，制定正确的使用技术，以利于药效的充分发挥。 除草剂通过干扰与抑制植物的生理活动而造成杂草死亡。其中包括光合作用、细 胞分裂、蛋白质及脂类合成等。这些生理过程往往由不同的酶系统所诱导，因此，8 0 年代以来开发的超高活性品种的作用靶标多是不同的酶系统，通过对靶酶的抑制，最终 干扰植物的生理作用。按照作用枧理的不同，大致可以把除草剂分为以下几类一。j ： 9 箱一章文献综述 1 2 1 干扰光合作用 骤。 光合作用的本质是植物将光能转变为化学能的过程，包括光反应和暗反应两个步 回圃回团 图1 1光合作用机理i f i g 1 1m e c h a n i s mo f p h o t o s y n t h e s i s l 4 1 i 不同除草剂作用于光合系统的部位是有差别的，其作用点可概略划分为以下三种 类型： 1 。2 。1 1 抑制光舍电子传递 干扰光合作用的除草剂品种中大约有7 0 是抑制光合电子传递，其种类很多，主 要结构类型为取代脲类、三氮苯类、三嗪酮类、哒嗪酮类等，商品化品种有去草净、敌 草隆、塞克津、敌稗、苯达松等。 1 2 1 2 抑制光合磷酸化反应 有些除草剂不抑制电子传递，但影响磷酸化作用，抑制腺三磷的合成，如：p e r i l u i d o n e 即属于这类解偶联剂。而1 , 2 ，3 一硫毗唑基苯脲类属于能转换抑制剂，即直接作用于磷 酸化的部位。 i o 大连理工大学博士学位论文 1 2 1 3 拦截传递到n a d p 的电子 敌草快、百草枯这类联吡啶类