第一章 农药合成导论

农药合成第一章农药合成导论蔡崇aichonglin2003@163.com农药的概念

农药（pesticides）主要是指用来防治危害农林牧业生产的有害生物（害虫、害螨、线虫、病原菌、杂草及鼠类）和调节植物生长的化学药品，通常也把改善有效成分物理、化学性状的各类助剂包括在类。－≪中国农业百科全书•农药卷≫农药的概念

农药品种中的绝大部分为有机化合物，故农药合成主要属于有机合成的范畴。什么是有机合成?无机农药的缺点

无机农药是由天然矿物原料加工制成的农药。主要有砷酸钙、砷酸铅、磷化铝、石灰硫黄合剂、硫酸铜、波尔多液等。它们的有效成分都是无机化学物质。这一类农药作用比较单一，品种少，药效低，且易发生药害，所以目前绝大多数品种已被有机合成农药所代替，但波尔多液、石灰硫黄合剂等仍在广泛应用。无机农药药效差，防治面窄且易产生药害。无机农药每平方米用量在0.8～1.5克之间，其中杀虫剂多为胃毒剂，对人类等哺乳动物有毒，除草剂为无选择性农药，杀鼠剂属剧毒药物。无机农药，尤其是无机杀虫剂由于用量大，加之当时滥制、滥用，使农药中毒事件和环境污染等事故时有发生，这促使各国立法加强管理。绪论

有机合成：一般是指通过一系列有机反应，将一些易得的、廉价的原料制备成新的、较为复杂的、更有价值的有机化合物的过程。由较复杂的有机物降解为结构较简单的有机物的过程也属此例。绪论有机合成的任务：制备有机物，特别是具有特殊功能的有机物对天然产物结构的验证和改造为了理论研究有机合成的分类：

根据合成对象可分为:

根据合成目的可分为:

基本有机合成：如“三烯一炔（乙烯，丙烯，丁二烯，乙炔）

”、“三苯一萘（苯，甲苯，二甲苯，乙炔，萘）”精细有机合成：各类功能化和物实验室合成：新化合物、新路线、新理论工业合成：批量生产、重效益农药合成的任务：

运用化学为基础的有机化学的理论和技术，研究农药设计和合成的原理及方法，不断创制新的高效、低毒、低残留的农药，并找出各种农药的最佳合成路线及方法，以达到降低成本，提高效益，减少三废的目的。化学合成农药化学合成农药的分子结构复杂，品种繁多（常用的约300种），生产量大，是现代农药中的主体，其应用范围广，很多品种的药效很高，而且由于它们的主要原料为石油化工产品，资源丰富，产量很大。

化学合成农药的发展经历了三个阶段：20世纪50年代中期以前为开创时期，50年代后期至60年代末为发展时期，70年代以后为高效化时期。

现阶段化学合成农药的主要特点：①高效化。40年代以前7～8千克/公顷，50～70年代的用药量降低了一个数量级，为0.75～1.5千克/公顷，70年代以后150～15克/公顷，某些品种已降至15克以下，芸苔索内酯(植物生长调节剂)在10-5～10-6毫克／升的浓度下，便对植物显示生理活性。②随着人们对环境要求的提高，农药的管理及登记日趋严格，致使新农药品种出现速度滞缓，部分老品种因毒性或残留等原因而被禁用。化学合成农药发展趋势①增加新品种，特别是具有特异性能的新品种；②提高合成农药质量，由低纯度的粗制品向精细化工品方向发展；③更新筛选方法，提高新化合物的命中率。21世纪，“生物合理农药“、"环境和谐农药"。

有机氯杀虫剂的问世1828年德国著名化学家维勒由无机物合成出从生物体产生出来的有机物尿素，从而使当时盛行的“生命力”学说有机合成农药出现的一个重要标志是缪勒（P．Müller）于1939年发现了人工合成的有机氯杀虫剂滴滴涕，它具有优异的广谱杀虫作用；英国人法拉第（M．Faraday）于1925年第一个合成出六六六，由英国（1945年）和法国（1942年）独立地发现其杀虫作用有机磷杀虫剂的问世在20世纪40年代初，出现了另一类重要的杀虫剂——有机磷杀虫剂。由德国拜耳（Bayer）公司施拉德（G．Schrader）领导的研究小组开发的。1943年，第一个商品化的有机磷杀虫剂特普（TEPP）投入市场，用于农业害虫防治。

有机磷杀虫剂有机磷杀虫剂是我国使用最广泛、用量最大的一类杀虫剂，其品种繁多，性能也千差万别，但综合来看有如下特点：

(1)杀虫谱较宽。目前常用的有机磷杀虫剂品种可以防治多种农林害虫，有些可用于防治卫生害虫及家畜、寄生虫。

(2)杀虫方式多样化，可满足多方面需要。大多数具有触杀和胃毒作用，有些品种具有内吸作用或渗透作用，个别品种具有熏蒸作用，可进行多种方式施药，防治地上、地下、钻蛀、刺吸式等不同类型的农林害虫。其杀虫机理是抑制害虫体内的胆碱酯酶的活性，破坏神经系统的正常传导，引起一系列神经系统中毒症状，直到死亡。

(3)毒性较高，使用时应注意安全。大多数品种对人、畜毒性偏高，有些品种属于剧毒，如甲拌磷、甲胺磷、内吸磷等。使用时应注意安全，并保证农产品收获前有一定安全间隔时间，避免农药残留中毒。

(4)在环境中，易降解。一般品种易于在动植物体内降解成无毒物质，在自然条件中，如日晒、风雨的作用下水解、氧化。因此，储存时应避光、防潮。

(5)易解毒。有机磷杀虫剂虽然毒性偏高，易造成人、畜中毒，但已有高效解毒药物如阿托品、解磷定广泛应用。

(6)抗性产生较慢，对作物较安全。有机磷杀虫剂虽然使用时间很长了，药效也比当初有所降低，但相对来说害虫对其抗性发展较缓慢，目前仍在大量使用。同时对作物一般较安全，不易产生药害，当然某些农作物对个别品种较敏感，如敌百虫对高粱有药害、敌敌畏和氧化乐果对玉米、桃树在高浓度时有一定的药害。

(7)绝大多数有机磷杀虫剂在碱性条件下易分解，因此，不能与碱性物质混用。目前在我国注册登记并广泛使用的有机磷杀虫剂品种主要有：对硫磷、甲基对硫磷、甲胺磷、乙酰甲胺磷、水胺硫磷、乐果、氧化乐果、敌敌畏、马拉硫磷、辛硫磷、久效磷、甲拌磷、毒死蜱、三唑磷、甲基异柳磷、敌百虫、杀扑磷、丙溴磷等。氨基甲酸酯类杀虫剂氨基甲酸酯类杀虫剂是20世纪50年代由瑞士嘉基（Geigy）公司首先研制的，很快，这类品种于60年代达到盛期。氨基甲酸酯类农药（carbamates）用作农药的杀虫剂、除草剂、杀菌剂等。这类杀虫剂分为五大类：①萘基氨基甲酸酯类，如西维因；②苯基氨基甲酸酯类，如叶蝉散；③氨基甲酸肟酯类，如涕灭威；④杂环甲基氨基甲酸酯类，如呋喃丹；⑤杂环二甲基氨基甲酸酯类，如异索威。除少数品种如呋喃丹等毒性较高外，大多数属中、低毒性。由于有机农药的大量使用，这些农药尤其是难于降解的有机氯农药在环境中积存，导致对环境的污染问题慢慢凸现出来。1962年美国著名的生物学家卡尔逊（Carson）女士的惊世之作《寂静的春天》，严厉批评了化学农药对环境的污染，因之引起了社会及各国政府对环境保护的重视，各国政府进一步加强了对农药的管理。这些情况的出现迫使农药研究者必须竭力创制对环境友好的高效低毒的新一代有机农药品种。有机合成化学工作者通过不断努力，终于获得了突破性进展，高效甚至超高效农药品种不断面世。这些农药的出现，大大降低了农药的用量，使农药对环境的污染也得到了极大的降低，有机合成农药真正成为本世纪人类的福音。70年代，有机合成农药发展到了一个新的历史时期。一、价键理论（ValenceBondTheory）

价键理论是研究化合物结构、性质及发生化学反应的化学基础。凡化合物中两相邻原子或原子团之间因电子配合关系而使之结合在一起，就说其间形成一种化学键。

价键理论的核心

一、价键理论

是指两个含单电子的原子，若它们的电子自旋方向相反，则通过电子的配对，在这两个原子间形成一个共价键。1共价键的形成

原子A和B分别含有一个（两个或三个）未成对电子，且自旋方向相反，则可相互配对形成共价键单键（双键或三键），如HCl、CO、N2等。一、价键理论

若原子A有多个未成对电子，原子B有单个未成对电子，当它们自旋方向相反时，A可与B形成多个共价单键，如：NH3；一、价键理论2共价键的饱和性一个原子所能形成共价键的数目是一定的，即原子中未成对的电子数等于原子所能形成的共价键的数目。一、价键理论3共价键的方向性s轨道是球形对称的，p、d轨道在空间都有确定的取向。s轨道重叠形成共价键没有方向性要求，p、d轨道必须沿着某一确定方向才会有最大重叠，才能形成稳定的共价键。一、价键理论

组成有机分子的原子的电负性不同，对电子的吸引力存在差异，构成共价键的电子对不均等的分布在两个原子之间，而是偏向于电负性较大的原子，使整个分子电子云分布不均匀，势必产生正、负电荷中心，从而引起有机分子发生不同类型的反应。这种由于电子云分布不均匀而引起分子性质的变化，叫做电子效应。二、电子效应（Electroniceffect）

在分子中引进一个原子或原子团后，可使分子中电子云密度分布发生变化，这种变化不仅发生在直接相连部分，而且沿着分子键影响到分子中的其它部位，这种因某一原子或原子团的极性而引起分子中σ键电子云分布发生变化，从而引起分子性质变化的的效应叫诱导效应。1诱导效应（inductiveeffect）

诱导效应（I）：包括推电子（斥电子，＋I）诱导效应及吸电子诱导效应（－I），常以H原子为标准

1诱导效应（inductiveeffect）

－I:－X,－NO2,－CN,－CO2R(H),－COR(H),－OH－C6H5,－NO,－CH2ph,－CH=CH3,－C≡CH1诱导效应（inductiveeffect）＋I:主要是烷基和一些带负电的原子（团）如：—O—,COO—例如：乙酸及其取代酸H－CH2－COOHO2N－CH2－COOHF3C－COOHPka:4.761.680.231诱导效应（inductiveeffect）

由于形成共轭п键而引起分子性质的改变叫共轭效应。

2共轭效应（Conjugativeeffect）

正常п共轭（电子数和原子数相等）

多电子п共轭（电子数大于原子数）缺电子共轭（电子数小于原子数）2共轭效应（Conjugativeeffect）超共轭（σ键与п键）它是由一个烷基的C—H键的键电子与相邻的键电子互相重叠而产生的一种共轭现象。一个C—H键或整个CH基团可作为一个假原子来看待。超共轭效应存在於烷基连接在不饱和键上的化合物中，超共轭效应的大小由烷基中-H原子的数目多少而定，甲基最强。超共轭效应比一般正常共轭效应和多电子共轭效应弱得多。

2共轭效应（Conjugativeeffect）斥电子共轭效应＋C

吸电子共轭效应－C

－F>－Cl>－Br>－I,－OR>－SR,－NR2>－OR>－F>－O->－OR

-NO2,-CN,-COR,-CO2R

（1）产生的原因不同，前者是由于原子（团）的电负性的影响，后者则取决于共轭体系的存在；诱导和共轭效应的区别：（2）在体系上前者是沿σ键，后者是沿共轭体系；

（3）在电量影响上，前者每经过一个σ键，递减1／3，经三个σ键后诱导效应影响基本消失，而后者基本不变可一直传递到共轭体系另一端；

诱导和共轭效应的区别：

（4）电负性的影响，前者（负）电性在传递过程中是不变的，后者则出现正负交替的现象。酸碱理论的发展在化学史上占着相当重要的地位，并与有机化合物的分析、鉴定、分离提纯、有机合成和有机理论的发展密切相关。

三、酸碱理论1质子论1923年，Bronsted提出，凡是能放出质子的物质为酸，能与质子结合的物质为碱，酸放出质子后产生酸的共轭碱，同样所有的碱也有相应的共轭酸。1889年，Arrhenius提出，凡在水中能电离产生H＋的物质为酸，能产生OH－的为碱，酸碱中和生成盐和水。2离子论与Bronsted同时，Lewis从化学键理论提出了一个更广泛的酸碱理论，即能接受电子对的物质为酸，能提供电子对的物质为碱。3电子论C—CH<C=CH<C≡CH

tertiary<secondary<primary酸＞醇＞炔＞胺＞烷去质子的碳负离子反应活性（亲核）正好相反：酸＜醇＜炔＜胺＜烷四、反应试剂

亲核试剂：在反应过程中给出它的电子或同与之相互作用的原子或原子团共享电子的试剂；常见的亲核试剂有：H－，OH－，RO－，Rδ－，CN－，RCOO-，R－C≡C-,R-MgBr。

亲电试剂：在反应过程中接受电子或共享电子（这些电子原属于另外原子）的试剂；常见的亲电试剂有：H+,+NO2,+NO,PhN2+（氯化重氮苯阳离子），R3C+，+SO3，+BF3，+AlCl3，X2。四、反应试剂

对一个分子来讲，通常既有亲电反应中心又有亲核反应中心，不过其中一个反应性较大，它决定很多分子属于哪类试剂。四、反应试剂

如：Br2是亲电试剂（Br:BrBr＋＋Br-，在这两个离子中Br＋具有较高能量，因而具较大反应性能）；

Ｈ-CN为亲核试剂（CN-中碳原子上的自由电子对的存在决定了CN-的能量和反应能力都比H+大）。四、反应试剂

植保第一节

过渡态（transitionstate）：反应物转变成产物的过程中，经过的能量最高状态为过渡态。反应过程中能量变化如下图。五、活性中间体（reactiveintermediate）

活性中间体，在有机反应过程中，生成的活性大，但此过渡态相对稳定的中间体称活性中间体，如碳正离子、碳负离子、自由基、碳烯、氮烯、苯炔等。

五、活性中间体（reactiveintermediate）

碳正离子是一个带有正电荷的三价碳原子为中心原子的中间体。碳正离子的价电子层中共有六个电子，所以是缺电子的，它是Liews酸，是一个亲电试剂。1碳正离子Carbocation(CH3)3CCl(CH3)3COH-(CH3)3COHROHH+R