氯氟醚菌唑是巴斯夫公司研发并于2018年上市的第一个新型异丙醇三唑类杀菌剂,是巴斯夫具有划时代意义的新产品。该产品具有广谱、高效、选择性和内吸传导性,兼具保护、治疗、铲除作用、安全性高等特点。同时,氯氟醚菌唑分子结构中具有能够使其在酶作用位点更加紧密结合的异丙醇基团,使得其生物活性优于传统三唑类杀菌剂,尤其对多种公认的较难防治的真菌病害具有良好的治疗作用,如锈病及壳针孢菌引起的病害,适用于大田作物、经济作物和特种作物等60多种作物,如玉米、谷物、大豆、水稻等大田作物,以及青椒、葡萄等经济作物,也可应用于草坪、观赏植物及种子处理等。研究表明,其具有优异的桶混性能,可与SDHI类杀菌剂、吡唑醚菌酯等杀菌剂复配,能进一步延缓杀菌剂的抗性产生和发展,是优秀的病害防治和抗性治理工具。氯氟醚菌唑将帮助全球种植户提升作物活力,提高作物产量和品质,缓解全球粮食危机。
1 理化性质
氯氟醚菌唑的国际通用名称：mefentrifluconazole,商品名称：Revysol®。化学名称：(2RS)-2-[4-(4-氯苯氧基)-α,α,α-三氟-邻甲苯基]-1-(1H-1,2,4-三唑-1-基)丙-2-醇；CAS登录号：[1417782-03-6]；分子式：C18H15ClF3N3O2；相对分子质量：397.8。该化合物化学结构式如图1所示：
图1 mefentrifluconazole化学结构式
氯氟醚菌唑纯品为无特殊气味的白色结晶粉末,原药登记含量97%,熔点：121～122℃,约300℃开始分解,无沸点。蒸气压：3.2×10-6 Pa(20℃),6.5×10-6 Pa(25℃)。相对密度：1.468 g/cm3(20℃)。水中溶解度(mg/L,20℃)：0.81(水中)、0.66(pH 4水中)、0.71(pH 7水中)。有机溶剂中的溶解度(g/L,20℃)：93.2±1.6(丙酮)、116.2±1.8(乙酸乙酯)、73.2±3.2(甲醇)、55.3±0.4(1,2-二氯乙烷)、49.4±0.7(乙腈)、8.5±0.1(二甲苯)、9.46×10-2±0.9×10-3(正庚烷)。pKa：3.0；辛醇-水分配系数logPow：3.4(20℃、pH 4)、3.4(20℃、pH 7)、3.4(20℃、pH 9)。亨利常数：1.6×10-3 Pa.m3/mol。稳定性较好。
2 剂型
由文献可知,目前氯氟醚菌唑的主要剂型有：悬浮剂(SC)和乳油(EC)。在国内已登记上市的主要制剂产品有：① 悬浮剂,如400 g/L氯氟醚菌唑悬浮剂、400 g/L氯氟醚.吡唑酯悬浮剂；② 乳油,如240 g/L氯氟醚.吡唑酯乳油。
3 毒理学及环境生态安全性
3.1 哺乳动物毒性研究
科研人员对大鼠及家兔的急性毒性进行了研究,结果为氯氟醚菌唑对大鼠的急性经口毒性、急性经皮毒性及急性吸入毒性LD50分别为＞2,000 mg/kg、5,000 mg/kg及＞5.31 mg/L。同时,研究结果表明,其对家兔眼睛及皮肤没有刺激性；但会引起豚鼠皮肤中度过敏(SPF分类：5)。以上表明,氯氟醚菌唑对动物和人的毒性较低,但对皮肤有潜在致敏性。研究数据显示,氯氟醚菌唑对哺乳动物(如鼠和兔)没有神经毒性、遗传毒性,无致畸性,对繁殖无影响。
3.2 生态毒性
氯氟醚菌唑对鸟类有轻微毒性,如山齿鹑急性毒性为816 mg/kg；对淡水鱼有中度至高度毒性,如虹鳟急性毒性LC50(96 h)为0.532 mg/L；对淡水无脊椎动物具有高毒性,如水蚤EC50(48 h)为0.944 mg/L,水蚤NOEC(21 d)为0.016 mg/L；对Americamysis bahia急性毒性LC50(96 h)为1.30 mg/L；对摇蚊急性毒性LC50(96 h)＞97.0 mg/L,NOEC(28 d)＞1.158 mg/L,表明无脊椎动物对氯氟醚菌唑不敏感。对蜜蜂接触急性毒性LD50(24、48、72 h)＞100μg/只；对蜜蜂经口急性毒性LD50(24、48、72 h)＞100μg/只；对大黄蜂接触急性毒性LD50(24、48、72 h)＞200 μg/只；对大黄蜂经口急性毒性LD50(24、48、72 h)＞195.4 μg/只,表明对蜜蜂毒性较低,安全性高。对蚯蚓的急性毒性LC50corr＞500 mg ac/kg(干土),表明对蚯蚓没有毒性。对水生植物几乎无毒。
3.3 环境行为
在科学施药的前提下,氯氟醚菌唑具有优良的环境特性。针对其在动物体内的代谢研究表明：大鼠、产蛋鸡和哺乳山羊主要经口吸收,在体内的残留物主要是氯氟醚菌唑、代谢产物1,2,4-三氮唑、2-[4-(4-氯苯氧基)-2-(三氟甲基)苯基]丙烷-1,2-二醇；排泄途径为通过胆汁进入粪便排泄,较少部分通过肾脏排出,排泄迅速且安全,蓄积作用较小。针对其在土壤/环境中的代谢研究表明：其水溶性、挥发性均低,吸附力强,因此不会通过淋溶进入地下水；在好氧及厌氧条件下,均无主要代谢产物；但其残效期长,土壤中降解较慢,应严格控制施药量和施药次数。
传统三唑类杀菌剂可以在生物体内经过食物链进行蓄积和生物放大,通过口和皮肤接触等方式进入体内,在生物体内循环,在肝脏中代谢并进入血浆、脑、肾脏,并对这些组织产生氧化损伤作用,同时抑制CYP450酶系的基因表达,从而影响生物体正常的生理功能。而氯氟醚菌唑打破了传统三唑类杀菌剂对人体、动物的潜在危害,被誉为三唑类产品新标杆。
4 作用机制及特点
氯氟醚菌唑作为三唑类杀菌剂,属于甾醇生物合成中C14-脱甲基化抑制剂(DMI),其通过阻止病菌细胞膜中麦角甾醇的生物合成,致使其生物结构发生改变,抑制了细胞生长,最终达到抑菌和杀菌的作用。
氯氟醚菌唑分子中独特的异丙醇基团,使其具有高于传统三唑类杀菌剂的杀菌活性,从而被分类为DMI中三唑杀菌剂下属的一个新的结构小组--异丙醇-三唑类,属于新型异丙醇三唑类杀菌剂。其结构中的异丙醇基团使其能够非常灵活地从游离态自由旋转与靶标结合成为结合态,在酶作用位点更紧密地结合,从而很好地抑制壳针孢菌的转移,减少病菌突变,延缓抗性的产生和发展。灵活多变的空间形态使得氯氟醚菌唑对多种抗性菌株始终保持高效,降低抗性进化风险。
5 知识产权概况
5.1 中国专利
化合物专利名称：杀真菌的取代的2-[2-卤代烷基-4-苯氧基苯基]-1-[1,2,4]三唑-1-基乙醇化合物,CN103649057A、CN103649057B,专利申请人：巴斯夫欧洲公司,专利申请日：2012年7月12日,专利到期日：2032年7月11日。
本发明涉及说明书中所定义的式(Ⅰ)的取代的2-[2-卤代烷基-4-苯氧基苯基]-1-[1,2,4]三唑-1-基乙醇化合物及其N-氧化物和盐,其制备及用于制备它们的中间体。本发明还涉及这些化合物在防治有害真菌中的用途和涂有至少一种该化合物的种子及包含至少一种该化合物的组合物。式(Ⅰ),其中R为C1～C2卤代烷基。其中式(Ⅰ)的结构式见图2。
图2 式(Ⅰ)的结构式
5.2 氯氟醚菌唑相关产品的专利在国内申请登记情况(表1)
表1 氯氟醚菌唑相关产品的专利在国内申请登记情况
5.3 氯氟醚菌唑在其他国家申请的专利
PCT/欧洲专利：化合物专利[巴斯夫欧洲公司；Fungicidal substituted 2-[2-halogen alkyl-4(phenoxy)-phenyl]-1-[1,2,4] triazol-1-yl-ethanol compounds,杀真菌的取代的2-[2-卤代烷基-4-苯氧基苯基]-1-[1,2,4]三唑-1-基乙醇化合物],WO2013007767A、EP2731935(A1),专利申请日为2012年7月12日,专利到期日为2032年7月11日。制备专利 [巴斯夫农业公司；Method for producing 2-[4-(4-chlorophenoxy)-2-(trifluoromethyl)phenyl]-1-(1,2,4-triazol-1-yl)propan-2-ol,2-[4-(4-氯苯氧基)-2-(三氟甲基)苯基]-1-(1,2,4-三唑-1-基)丙-2-醇的制备方法,WO2017102905A1,专利申请日为2016年12月15日,专利到期日为2036年12月14日。
与其相关的专利还有WO2014108286A1、WO20200208A1、WO2020078942A1、WO2020120202A2、WO2020120206A2、WO2017102905、EP2731935A1、US201710166540A1、WO2014095994、EP0275955A1、DE4003180A1、EP0113640A2、EP0470466A2US4940720、EP0126430A2、DE3801233A1等。
6 登记及上市情况
2016年起,巴斯夫陆续向欧盟、美国、加拿大、墨西哥、巴西等国家和地区申请登记氯氟醚菌唑。2018年,氯氟醚菌唑在韩国获得了其在全球的首个登记；商品名：Revysol®,用于葡萄和苹果等高附加值果树及水稻等作物。2019年,在美国、澳大利亚、哥伦比亚、法国、新西兰、英国等获得正式登记。2020年1月,氯氟醚菌唑在中国获得正式登记；商品名：锐收®。此次获得登记的产品包括：① 97%氯氟醚菌唑TC；② 400 g/L氯氟醚菌唑SC；③ 400 g/L氯氟醚.吡唑酯SC；④ 240 g/L氯氟醚.吡唑酯EC。
据相关报道显示,目前巴斯夫已先后向50多个国家及相关机构递交氯氟醚菌唑的登记资料；预测该产品年峰值销售额将突破10亿欧元。
7 合成工艺路线
通过对文献资料的调研和总结,氯氟醚菌唑的合成路线主要有4条,具体如下。
合成路线1(图3)：以4-氟-2-(三, 氟甲基)苯乙酮为起始原料,经醚化、环氧化、开环取代3步反应,得到氯氟醚菌唑。具体反应步骤如下：在碱性条件下,4-氟-2-(三氟甲基)苯乙酮与4-氯苯酚发生取代反应,生成1-[4-(4-氯苯氧基)-2-三氟甲基苯基]乙酮；再与三甲基碘化锍发生环氧化反应,生成2-[4-(4-氯苯氧基)-2-三氟甲基苯基]-2-甲基环氧乙烷；最后,在碱性条件下,与1,2,4-三氮唑发生开环反应,得到氯氟醚菌唑。
图3 氯氟醚菌唑合成路线1
该路线经3步反应得到目标产物,具有合成工艺路线短,反应收率高等优点,但是起始原料4-氟-2-(三氟甲基)苯乙酮价格较高,不易得,合成成本较高,因此该路线不易实现工业化生产。
合成路线2(图4)：以2-溴-5-氟-三氟甲苯为起始原料,经醚化、乙酰化、溴代、取代及格氏反应5步反应,得到氯氟醚菌唑。具体反应步骤如下：首先,在碱性条件下,2-溴-5-氟-三氟甲苯与4-氯苯酚发生取代反应,生成1-溴-4-(4-氯苯氧基)-2-(三氟甲基)苯；然后,在异丙基溴化镁作用下,与乙酰氯发生乙酰化反应,生成1-[4-(4-氯苯氧基)-2-三氟甲基苯基]乙酮；进一步与液溴发生取代反应,生成2-溴-1-[4-(4-氯苯氧基)-2-三氟甲基苯基]乙酮；随后,在氢化钠作用下,与1,2,4-三氮唑发生取代反应,生成1-[4-(4-氯苯氧基)-2-三氟甲基苯基]-2-[1,2,4]-三唑-1-基乙酮；最后,与甲基溴化镁发生格氏反应,得到氯氟醚菌唑。
图4 氯氟醚菌唑合成路线2
该路线经5步反应得到目标产物,虽然起始原料2-溴-5-氟-三氟甲苯价格低廉,但是该路线步骤较长,涉及两步格氏反应,产生的“三废”量较大,总收率相对较低,因此该路线不适合工业化生产。
合成路线3(图5)：以2-溴-5-氟-三氟甲苯为起始原料,经醚化、乙酰化、环氧化、开环取代4步反应,得到氯氟醚菌唑。具体操作步骤如下：首先,在碱性条件下,2-溴-5-氟-三氟甲苯与4-氯苯酚发生取代反应,生成1-溴-4-(4-氯苯氧基)-2-(三氟甲基)苯；然后,在异丙基溴化镁作用下,与乙酰氯发生乙酰化反应,生成1-[4-(4-氯苯氧基)-2-三氟甲基苯基]乙酮；进一步再与三甲基碘化锍发生环氧化反应,生成2-[4-(4-氯苯氧基)-2-三氟甲基苯基]-2-甲基环氧乙烷；最后,在碱性条件下,与1,2,4-三氮唑发生开环反应得到氯氟醚菌唑。
图5 氯氟醚菌唑合成路线3
该路线经4步反应得到目标产物,起始原料2-溴-5-氟-三氟甲苯易得,反应条件温和,路线短,总收率高,合成成本低。综合评估发现,这是一条较适宜的工业化路线,值得进行相关理论研究。
合成路线4(图6)：以2-碘-5-溴-三氟甲苯为起始原料,经乙酰化、环氧化、开环取代、取代、氧化、醚化6步反应,得到氯氟醚菌唑。具体操作步骤如下：首先,4-溴-2-三氟甲基碘苯与异丙基氯化镁(异丙基格氏试剂)发生卤素-镁交换反应,生成多官能团芳基格氏试剂,与乙酰氯发生乙酰化反应,生成4-溴-2-三氟甲基苯乙酮；接着,与三甲基碘化锍发生环氧化反应,生成2-(4-溴-2-三氟甲基苯基)-2-甲基环氧乙烷；然后,在碱性条件下,与1,2,4-三氮唑发生开环反应,生成1-(4-溴-2-三氟甲基苯基)-1-甲基-2-(1,2,4-三唑-1-基)乙醇；进一步再与双(频哪醇合)二硼发生取代反应,生成1-[2-氯-4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂戊环)-2-基]-1-甲基-2-(1,2,4-三唑-1-基)乙醇；随后用双氧水氧化,生成3-三氟甲基-4-[1-甲基-1-羟基-2-(1,2,4-三唑-1-基)乙基]苯酚；最后,在碱性条件下与4-氯氟苯发生醚化反应,得到氯氟醚菌唑。
图6 氯氟醚菌唑合成路线4
该路线经6步反应得到目标产物,合成路线较长,总收率较低,危险工艺较多,同时起始原料2-碘-5-溴-三氟甲苯为含碘化合物,价格昂贵不易得,原材料成本较高且稳定性较差,经综合评估,该路线不易实现工业化生产。
综上所述,路线3符合工业化生产的基本要求,值得开展相关理论研究,为国产化生产及相关产品的研究提供依据。
8 分析方法
氯氟醚菌唑原药和制剂产品可采用高效液相色谱法分析。方法以乙腈＋水为流动相,使用C18色谱柱和DAD或VWD检测器,检测波长为232 nm或230 nm和275 nm,采用外标法对氯氟醚菌唑原药和制剂产品进行定量分析。氯氟醚菌唑在土壤和水中的残留可采用LC-MS/MS检测。
9 防治对象及使用方法
氯氟醚菌唑是一种内吸性、选择性杀菌剂,能抑制病菌孢子萌发、菌丝生长和真菌在叶片表面形成孢子,可防控许多难以防治的真菌病害；适用于多种大田作物、特种经济作物、草坪和观赏植物等。研究显示,氯氟醚菌唑能够有效防治小麦叶斑病、锈病,大麦上由柱隔孢菌引起的病害,水稻纹枯病、穗腐病等, 还可与琥珀酸脱氢酶抑制剂(SDHI)类杀菌剂复配,用于防治壳针孢菌引起的病害和黄锈病等小麦病害,从而延缓杀菌剂抗性的产生。氯氟醚菌唑既可叶面喷雾,也能用于种子处理,同时具有优异的桶混性能。对该产品的防效研究表明,于封闭行前后至2周后,以推荐用量施用2次,该产品对目标病害表现出良好的预防效果。
目前氯氟醚菌唑在我国登记的作物、防治对象、用药量及施用方法如表2所示。
表2 氯氟醚菌唑在我国的登记使用情况
10 结论
氯氟醚菌唑是第一个新型异丙醇三唑类杀菌剂,与现有三唑类杀菌剂相比,其独特的作用机制,不仅使其在广谱、高效、持效期上表现得更加优秀,而且使用更加安全。其能够延缓抗性产生,能有效控制作物病害,降低农药使用次数,进行抗性治理,将病害防治水平提高到了新的层次,符合我国农药的发展方向,具有较好的市场发展潜力,应用前景广阔。
作者：江苏好收成韦恩农化股份有限公司 高士光 蔡旭阳 薛欢 陶涛