烟碱类杀虫剂氟吡呋喃酮市场发展与制备方法

氟吡呋喃酮（flupyradifurone）是由德国拜耳公司针对部分新烟碱类杀虫剂存在着对蜜蜂高毒问题，在丁烯酸内酯类化合物结构基础上进行修饰和改性研发上市的一种全新的新烟碱类杀虫剂。

氟吡呋喃酮现有AltusR、Sivanto PrimeR、极显R等商品名称，该药剂优点是对蜜蜂低毒和安全，具有良好的内吸性和传导性。不仅对幼虫、成虫等所有生长时期害虫有很好的防治作用，而且可选择性地应用于多种刺吸式口器（如蚜虫、烟粉虱、斑潜蝇、介壳虫、叶蝉、蓟马、甲虫等）害虫，且药效快和持效期长。

随着全球高毒农药逐步退出市场，新烟碱类杀虫剂也逐渐成为防治大田作物和经济作物及花卉和观赏植物等作物害虫，尤其是防治刺吸式口器害虫、小型鳞翅目和鞘翅目害虫最为有效的一类杀虫剂。但在使用过程中发现部分新烟碱类杀虫剂（如吡虫啉、噻虫嗪、噻虫胺、呋虫胺等）对蜜蜂的急性毒性为高毒或剧毒，且具有亚致死效应；有效成分及其代谢物在花粉和花蜜中的残留，会导致蜜蜂种群的减少以及存活与繁殖能力大为降低等问题。此外，还发现吡虫啉、噻虫胺、噻虫啉、啶虫脒、烯啶虫胺等还对土壤生态系统代表性生物蚯蚓也存在高毒的问题。由此，多个国家和组织对部分新烟碱类杀虫剂的环境风险进行再评估，欧盟成员国于2018年5月通过投票，确定于2018年底前禁止户外施用对蜜蜂有害的吡虫啉、噻虫嗪、噻虫胺多种新烟碱类杀虫剂。欧盟对新烟碱类杀虫剂作出的限制使用，甚至禁用的决定，使新烟碱类杀虫剂市场遭受极大打击。

氟吡呋喃酮的开发成功和上市，其特点是防治害虫效果好、杀虫谱广、速效性好、持效期长、对作物和环境安全、毒性低，与其他新烟碱类杀虫剂几乎无交互抗性，是害虫抗性的一种重要工具。尤其是氟吡呋喃酮对蜜蜂安全、对蜜蜂的觅食行为、幼蜂和蜂群发育、蜂巢与蜜蜂健康和越冬蜂群等无不良影响，从而解决了上述部分新烟碱类杀虫剂的（蜜蜂高毒）问题。氟吡呋喃酮的上市，可作为目前市场份额极大的新烟碱类杀虫剂吡虫啉、噻虫嗪、噻虫胺等替代药剂来进行使用，目前该药已成为现阶段最有效和最有市场前景的新烟碱类杀虫剂品种。

分子结构特点和作用机理

1. 分子结构特点

据拜耳公司柑橘作物经理叶毅介绍，氟吡呋喃酮的研究开发灵感源于自然，其创制受到从亚洲中草药百部中提取的天然化合物百部叶碱的启发。百部叶碱为一种生物碱，具有很好的杀虫活性，几十年来，全世界的科学家都试图根据其结构开发杀虫剂产品，但都未获成功。拜耳公司的科学家们通过长期研究，成功鉴定了在这复杂的天然产物中具有杀虫活性的丁烯酸内酯基团，并将其与另外两个化学碎片相结合，创制出氟吡呋喃酮，从而大大提高了杀虫的效果和选择性。 

 氟吡呋喃酮是丁烯酸内酯类化合物，该类化合物生物活性骨架见图2（b）。主要包含［R1-CH2-N］和3个不同的取代基R2、R3和R4。

氟吡呋喃酮是在丁烯酸内酯类化合物的结构基础上，将N-甲基与N-乙基替换为N-2，-二氟乙基，即其结构中同时含有2个含氟取代基，即6-氯-吡啶-3-基（R1）和N-2，2-二氟乙基取代基（R4）。此外，研究人员还发现R1取代基为六元杂环（如吡啶）时，化合物对刺吸式口器昆虫活性最好；R4取代基为2-氟和2，2-二氟乙基时，化合物对桃蚜有很好的活性；R4取代基为2，2-二氟乙基时，化合物对小猿叶甲的活性更好。

2. 作用机理

新烟碱类杀虫剂是烟碱型乙酰胆碱受体的激动剂，对昆虫神经系统具有很好的选择性；而且具有触杀、胃毒、内吸、拒食和驱避等作用，尤其是对刺吸式口器类害虫如蚜虫、叶蝉及鞘翅目害虫有非常好的防效。氟吡呋喃酮是烟碱乙酰胆碱受体（nAChR）激动素，被国际杀虫剂抗性行动委员会（IRAC）归入烟碱乙酰胆碱受体调节剂第4组Group 4D亚组。氟吡呋喃酮可选择性地作用于昆虫中枢神经系统，键合受体蛋白，随后激活受体产生生物反应，诱导去极化离子流，使神经细胞处于激动状态。但与乙酰胆碱不同，氟吡呋喃酮不会被乙酰胆碱酯酶结合而失去活性，从而导致受体持续性开放；其持效作用导致昆虫神经系统失调，进而致其崩溃死亡。

产品主要特点

1. 具有内吸、触杀、胃毒和渗透作用发挥生物活性。氟吡呋喃酮含有特殊的药效基团丁烯酸内酯，不仅具有优异的内吸传导性，同时还具有触杀、胃毒、渗透和耐雨水冲刷的作用。当药剂施用叶面喷雾、土壤灌根或进行种子处理后，药剂能迅速传导至植株各部位。当害虫接触到药剂就能发挥其触杀作用而致效，取食的害虫进入体内，发挥其胃毒的作用致效。由于其具有渗透作用，即便药剂只喷到叶面上部也可防治叶面背部取食的害虫，或药剂喷施到叶片顶端，也可成功地防治在底部取食的害虫。通过药剂的这种内吸、触杀、胃毒和渗透作用，使害虫快速停止取食，从而起到速效、高效、持效的杀虫作用；同时，也可减少依赖昆虫介导的病原体（如柑橘黄龙病原菌蕃茄黄花曲叶病毒等）的传播，有效降低媒介害虫传播的病毒病和细菌性病害。 

2. 应用作物多。氟吡呋喃酮可用于许多作物，如蔬菜、果树、咖啡、可可、棉花、大豆以及其他大田作物等，并有助于作物生长，提高作物的品质。 

3. 杀虫谱宽。氟吡呋喃酮还可高选择性的防治主要刺吸式口器害虫，如蚜虫、粉虱、木虱、叶蝉、介壳虫、甲虫、潜叶蝇、粉蚧、软蚧、柑橘木虱、象甲和蓟马等，对包括所有生长时期的幼虫和成虫，皆有好的防效。 

4. 对防治抗性害虫有特效。氟吡呋喃酮是全新的新烟碱类杀虫剂，与其他的新烟碱类杀虫剂几乎无交互抗性。氟吡呋喃酮能有效防治对其他新烟碱类杀虫剂产生抗性的刺吸式口器害虫有特效，是害虫抗性治理的重要工具和手段。 

5. 突出的安全性。氟吡呋喃酮最突出的优点是对蜜蜂等传粉昆虫低毒，这是与其他常规新烟碱类杀虫剂品种无法相比的。长期以来，拜耳对基于氟吡呋喃酮的产品进行了广泛的实验室、半田间和田间试验，使用了高度吸引蜜蜂的作物作为供试作物。结果表明，只要按标签推荐剂量用药，氟吡呋喃酮产品对觅食蜜蜂、蜜蜂的觅食行为、幼蜂和蜂群发育、蜂巢及蜜蜂健康和越冬蜂群等均无不良影响，即使在作物花期用药，结果也不例外。该药剂可以在作物花期用药，对蜂源作物用药时也安全，因此被美国环保署（EPA）定为7类园艺作物与棉花种植的安全候选药剂。  

6. 施药方式灵活。氟吡呋喃酮施药方式除了可用传统的叶面喷雾外，也可用于种子处理，且还特别适用于土壤灌根和滴灌处理。由于氟吡呋喃酮有较高的水溶性和内吸性，在植物体内能快速传导吸收，使用合适的剂量能给幼苗带来较长时间的保护，且对哺乳动物和环境影响很小，是害虫综合防治较为理想的产品。

氟吡呋喃酮的市场发展

2007年3月31日，拜耳公司对氟吡呋喃酮等烯氨羰基化合物提出专利申请，并先后获得澳大利亚、英国、中国、欧洲、日本、韩国、美国等国家和地区授权。其欧洲专利、美国专利、中国专利分别为EP2004635B1、US 8106211B2、CN 102336747B。其他相关专利号为US 2010190990、US 2010240705、US 2011152534、US 2012016132、US 2010204480、US 2009253749。 

氟吡呋喃酮开发成功后，2014年拜耳公司首先在中美洲的洪都拉斯和危地马拉上市了200g/L氟吡呋喃酮可溶液剂（SL），商品名Sivanto PrimeR，用于防治番茄、辣椒、马铃薯、黄瓜、西瓜、咖啡和柑橘等作物上的刺吸式口器害虫（如蚜虫、烟粉虱、斑潜蝇等）。同年，还在多米尼加和哥斯达黎加上市。 

2015年1月15日，氟吡呋喃酮在美国获准登记，同年上市。其制剂产品Sivanto 200 SL登记用于果树、蔬菜和绝大多数大田作物，防治刺吸式口器害虫。同年，氟吡呋喃酮还在墨西哥和尼加拉瓜上市。 

2015年11月25日，拜耳公司氟吡呋喃酮原药及其两个产品Sivanto Prime和BUTEO Start 480 FS在加拿大获准正式登记。原药产品含量为99.9%，有效期至2023年12月31日。Sivanto Prime叶面和土壤处理，用于根菜类蔬菜如食用牛蒡、胡萝卜、芹菜、人参、欧芹、萝卜、芜菁等，茎类蔬菜如洋蓟、美人蕉、荸荠、芋头、马铃薯、甘薯、山药等作物，防治蚜虫、叶蝉、烟粉虱等害虫，有效期至2025年12月31日。BUTEO Start 480 FS（480g/L）作为种子处理剂使用，用于防治大豆蚜虫、豆叶跳甲，油菜跳甲等害虫，有效期至2025年12月31日。2016年，氟吡呋喃酮产品Altus（17.096%）和FDF 50 SL（4.24%）在美国登记，前者用于观赏植物、温室蔬菜，以及果树和坚果树，后者用于蔬菜、坚果树、水果和一年生花卉。

2016年8月30日，氟吡呋喃酮原药在澳大利亚登记。其单剂产品Sivanto Prime 200 SL Insecticide于2018年8月20日取得澳大利亚登记，有效期至2026年6月30日，用于牛油果、番茄、辣椒、葫芦、茄子、青豆、澳洲坚果、芒果、木瓜、甘薯等作物，防治蚜虫、白粉虱、银叶粉虱等害虫。 

2016年11月14日拜耳股份公司96%氟吡呋喃酮原药和17%氟吡呋喃酮可溶液剂在我国获得临时登记，2018年8月30日首获正式登记，有效期均至2023年8月29日。其中，17%氟吡呋喃酮可溶液剂登记用于防治番茄烟粉虱，制剂用量30~40mL/667m2，喷雾处理施用于防治番茄烟粉虱，有效成分用量为76.5~102g/hm2。同年拜耳公司在国内开展17%氟吡呋喃酮可溶液剂（商品名极显R）在我国柑橘上应用，该产品不仅能够防治柑橘上的刺吸式口器害虫，而且还可以有效控制虫传黄龙病等病毒病及细菌性病害，为国内柑橘生产带来了福音；2022年该药剂扩作至辣椒和茄子上防治烟粉虱。该药剂用于防治烟粉虱虫害，其制剂用量为30~40毫升/亩；用于防治柑橘树木虱虫害，用药量为3000~4000倍液。 

2017年1月，巴西国家卫生监督局批准氟吡呋喃酮在巴西登记，商品名Sivanto，用于咖啡、柑橘、甘蓝和烟草作物上。

2017年5月1日商品名AltusR（有效成分氟吡呋喃酮）在美国上市，用于温室害虫治理；并还在纽约州有针对性地控制温室作物、苗圃、园林观赏植物、蔬菜大棚等作物上如蚜虫和粉虱的害虫。2018年，BYI 02960 480 FS（氟吡呋喃酮40.68%）和Sivanto 400 SL（氟吡呋喃酮33.61%）在美国登记，前者用于大豆，后者用于谷物（水稻除外）、棉花、瓜类蔬菜、豆类蔬菜、叶类蔬菜、根类蔬菜（甜菜除外），以及球茎类蔬菜等作物。

2018年加拿大有害生物管理局（PMRA）已批准拜耳作物科学公司基于氟吡呋喃酮（flupyradifurone）两个杀虫剂Altus（200g/L）和BCS 2960（200g/L）的登记。Altus登记用于温室番茄、黄瓜、生菜、辣椒/茄子、草莓、观赏植物、圣诞树等作物，防治蚜虫、叶蝉、烟粉虱等害虫，有效期至2025年12月31日；BCS 2960登记用于圣诞树，温室番茄、辣椒、黄瓜、生菜，观赏植物等作物，防治蚜虫、叶蝉、烟粉虱等害虫，有效期至2024年12月31日。 

2020年，拜耳公司BYI 02960 200 SL和AcceleronR I-425在加拿大登记。BY 02960 200 SL用于水果、蔬菜、大田作物和圣诞树，防治蚜虫、叶蝉、白粉虱等害虫；AcceleronR I-425（480g/L）作为种子处理剂使用，用于防治大豆早期虫害。

又据报道，含有氟吡呋喃酮的AltusR是一款新型杀虫剂，非常适合于综合虫害的管理程序，可在生产周期中的任何时间内使用。AltusR对非靶标作物安全，与许多其他有益捕食者如蜜蜂和大黄蜂具有出色的非目标安全性，与许多有益的捕食者如蜜蜂和大黄蜂能够″和谐共处″。拜耳草坪与观赏植物客户营销经理John Wendorf表示，AltusR杀虫剂为景观和温室中的虫害提供了灵活而持久的控制。 AltusR杀虫剂产品的其他功能还包括：（1）淋施可实现长期控制；（2）无应用时间的限制，使用标签标注为在植物开花前、开花时和开花后使用；（3）长达4~6周的残效控制；（4）重新进入间隔（REI）期为4个小时；（5）快速而强力终止害虫取食；（6）单个产品可处理所有温室作物；（7）被EPA归类为低风险产品。 

氟吡呋喃酮2016年全球销售额小于1000万美元，2018年全球销售额为3500万美元，2019年全球销售额升至5500万美元，2014~2019年复合年增长率为94%，预计其年峰值销售额可达2.00亿美元。

氟吡呋喃酮制备方法

1. 董云轩等科研人员在氟吡呋喃酮的专利概述中，报道了拜耳公司对氟吡呋喃酮制备方法，申请了5件PCT，分别为WO 2009036899、WO 2010105772、WO 2010105779、WO 2011020564、WO 2011076715，专利内容包括得到高收率、高纯度和经济性等方面的合成路线（见图1），其合成路线主要有七条。

此外，拜耳公司还针对氟吡呋喃酮的施药方法和用途，申请了7件PCT，包括WO 2009043438、WO 2009046837、WO 2010022917、WO 2010063382、WO 2010078899、WO 2010083955、WO 2013182613，保护范围包括提高转基因植物的生产潜力、改善植物生长、防治土壤昆虫和抗性害虫等。

2. 刘瑞兵等科研人员据文献报道，介绍了3条合成氟吡呋喃酮的路线。

路线一：以氯代乙酰乙酸乙酯为起始原料，与叔丁醇钾反应生成4-叔丁氧基乙酰乙酸乙酯，然后在氯化氢的作用下环化得到特窗酸，特窗酸与二氟乙胺反应得到4-（二氟乙基氨基）呋喃2（5H）酮，最后与2-氯-5-氯甲基吡啶反应得到目标化合物氟吡呋喃酮。该路线虽短，但特窗酸不稳定，最后一步反应收率只有52%，导致最终合成收率低。合成反应路线见图2。

路线二：以2-氯-5-氯甲基吡啶为起始原料与二氟乙胺反应得到中间体N-（（6-氯-3-吡啶）甲基）2，2-二氟乙胺；然后中间体与特窗酸反应得到目标化合物氟吡呋喃酮。该路线同样存在最后一步反应收率偏低问题。合成反应路线见图3。 

 路线三：以丙二酸二甲酯为起始原料与氢氧化钾反应得到丙二酸单甲酯钾盐，然后与氯代乙酸甲酯反应得到2-钾氧基-2-氧代乙基丙二酸甲酯，在甲醇钠作用下环化得到中间体4-羟基-2-氧-2，5-二氢-3呋喃甲酸甲酯钠盐，该中间体与N-（（6-氯-3-吡啶）甲基）2，2-二氟乙胺在硫酸氢钠作用下反应得到目标化合物氟吡呋喃酮。该路线原材料易得，反应条件温和，易于工业化。合成反应路线见图4。 

为此，刘瑞兵等科研人员在上述路线的基础上，开展了氟吡呋喃酮的合成试验。

试验以2-氯-5-氯甲基吡啶为起始原料，在三乙胺的作用下与2，2-二氟乙胺反应得到N-（（6-氯-3-吡啶）甲基）-2，2-二氟乙胺（棕红色油状物），收率78%（文献值53%）。并以丙二酸二甲酯为原料，与氢氧化钾反应，得到丙二酸甲酯单钾盐（白色固体），收率72.3%（文献值65%）。然后在相转移催化剂四丁基溴化胺的作用下，与氯乙酸甲酯反应生成2-甲氧基-2-氧代乙基丙二酸甲酯（淡黄色油状物），收率88.94%（文献值80%）。随后进行分子内关环得到4-羟基-2-氧-2，5-二氢-3-呋喃甲酸甲酯钠盐（结晶固体），收率84%（文献值87%）；最后N-（（6-氯-3-吡啶）甲基）-2，2-二氟乙胺与4-羟基-2-氧-2，5-二氢-3-呋喃甲酸甲酯钠盐反应得到目标化合物氟吡呋喃酮（淡黄色油状物），收率97.2%（文献值91%），纯度95%）。经1HNMR光谱鉴定，产物与氟吡呋喃酮结构一致，总收率50.8%（以丙二酸二甲酯计算）。该工艺条件温和、方法简单，适合工业化生产。