苯唑草酮（Topramezon）是由德国巴斯夫公司发现和开发的第一个苯甲酯吡唑酮类除草剂，并属于对羟基苯基丙酮酸酯双氧化酶（HPPD）类抑制剂中的重要一员。该产品为广谱的、安全和内吸传导型玉米田苗后除草剂，能有效防除全球范围内玉米作物上主要禾本科杂草和阔叶杂草，并在高剂量下对莎草科杂草也有一定的抑制作用。相对于三酮类除草剂硝磺草酮、磺草酮，其对狗尾草、马齿苋、马唐等杂草的防效几乎可以达到100%。若与其他类的除草剂如烟嘧磺隆、噻吩磺隆、二甲酚草胺等制成混剂，可以有效地拓宽杀草谱；若与三嗪类除草剂或麦草畏制成混剂几乎可以防治所有属的阔叶杂草。苯唑草酮是玉米田使用最为安全和高效的HPPD类除草剂品种，其优势是对所有玉米品种表现出高度安全性和对种植后茬作物安全。此外，其对耐草甘膦、三嗪类、乙酰乳酸合成酶（ALS）抑制剂和乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）抑制剂的杂草有很好的防除效果。
图 1 苯唑草酮的结构式
1 苯唑草酮进展和市场
苯唑草酮于2005年初在美国和加拿大申请登记，2006年首次在加拿大登记，用于玉米田苗后除草，也是该品种首次在全球获得登记，并由Amvac Chemcal公司于2006年以商品名Impact®开发上市。2007年在阿根廷、墨西哥获得登记和上市，用于玉米田除草。巴斯夫公司已将该产品在北美市场的开发和登记和商品化专用权授于了Amvac Chemcal公司，在日本市场的这些权利则授予日本曹达公司，苯唑草酮也在德国登记，商品名为Calo®。
2009年苯唑草酮已登陆中国农药市场，2011年巴斯夫公司的33.8%苯唑草酮悬浮剂产品，以商品名“苞卫”在中国登记上市，登记作物为各种类型的玉米，包括常规玉米、甜玉米、特种玉米和爆裂玉米等。2012年巴斯夫公司在美国上市了苯唑草酮产品Armezon®，用于玉米田、居住区及草坪。
目前，苯唑草酮在全球登记和销售的国家主要有：美洲北部和中部的加拿大、美国、墨西哥和危地马拉；南美洲的阿根廷、乌拉圭和智利；欧洲的德国、奥地利、比利时、乌克兰、俄罗斯、荷兰、捷克、匈牙利、波兰等；亚洲的日本、印度、印度尼西亚和中国等国家。除此之外，还在非洲（如南非）等地区进行销售。苯唑草酮除了在奥地利和危地马拉的应用市场为果蔬作物外，其他国家都应用于玉米作物。
苯唑草酮自上市以来，在全球市场推广应用下，市场呈现出持续增长之势，2014年全球销售额为0.85亿美元。其中玉米田市场约占71.4%，其他作物市场约占28.6%。2015年由于美国市场增加和在中国市场的推广应用，苯唑草酮全球销售额有所上升，为1.11亿美元，增幅为16.42%，玉米田市场约占71%，其他作物市场约占29%，苯唑草酮全球销售额也成为跨入1亿美元品种行列的一员。
2016年全球销售额有所下降，为1.06亿美元，虽然在美国的市场有所增加，但谷物和非农市场基数较小，其苯唑草酮玉米田市场约占67%和其他作物约占33%。这是由于德国市场受雨水和天气影响和受玉米价格原因，以及对种植玉米兴趣下降，导致玉米田市场下降所致。2017年全球销售额升至历史最高值为1.24亿美元，这是由于巴斯夫公司多年推广，拜耳和先正达等公司已达成协议，共同开发耐HPPD大豆，此项技术助推苯唑草酮销售额市场，以及美国的市场持续增长所致，其苯唑草酮玉米田市场约占67%和其他作物约占33%。
2018年苯唑草酮全球销售额有所下降，为1.09亿美元，据FAO的统计，2017/2018年全球玉米种植面积减少和加工低迷，导致苯唑草酮市场规模下降，其苯唑草酮玉米田市场约占65.55%和和其他作物约占34.45%。总体可以看出，苯唑草酮全球销售额目前基本保持在1亿美元以上，也成为位列HPPD抑制剂类除草剂第4位的品种（前三位分别为硝磺草酮、异噁唑草酮和环磺酮）。
从市场销售量来看，2013年全球苯唑草酮使用量约在121 t，其中德国和美国的苯唑草酮用量较大。2014年全球苯唑草酮使用量有所下降，约在114.59 t（德国和美国使用量持续较大），2015年约在112.28 t，这两年基本持平。2016年使用量升至新高，约在215.70 t，这是由于美洲的美国和墨西哥使用量增加了1倍多，以及中国使用量也明显增加的结果。2017年全球苯唑草酮使用量飙升至历史最高，约为363.80 t，增加量主要来自印度和印度尼西亚等国家。2018年全球苯唑草酮使用量有所回落，降至269.34 t。
2 作用机理和特点
苯唑草酮从化学结构来看属于对羟基苯基丙酮酸酯双氧化酶（HPPD）类抑制剂除草剂中吡唑酮类的产品。HPPD是一种存在于各种生物体内，包含并依靠Fe2＋起配位作用的非血红素氧化酶。在20世纪末将HPPD确定为除草剂的新靶标，也是目前最重要的除草剂靶标之一。
2.1 作用机理
HPPD为靶标的抑制剂除草剂会与HPPD中的亚铁离子（Fe2＋）在HPPD酶活性部位形成稳定的配位化合物，继而造成对羟基苯基丙酮（HPP）无法转化成黑尿酸（2,5-dihydroxyphenylacetate，HGA），黑尿酸是质体醌和生育酚的前体。质体醌和生育酚在植物光合作用中起到关键作用，主要有2方面作用：① 转递光合作用中转移电子，② 辅助八氢番茄红素去饱和酶催化合成胡萝卜素。因此，抑制质体醌和生育酚的合成，可以间接地抑制类胡萝卜素的生物合成，干扰叶绿体的合成和功能。由于叶绿素的氧化降解，导致发芽的敏感杂草的白化，从而使失绿的组织坏死。
苯唑草酮作为芽后除草剂，使用剂量50～100 g/hm2。在苗后药剂通过喷雾茎叶处理后，敏感杂草通过叶片吸收后，在杂草中向顶、向下传导到分生组织，2～5 d内出现白化中毒症状，其中以生长点、节点、叶片、叶脉的中毒症状最为明显，白化的组织逐渐坏死，并很快停止生长，随后死亡。
2.2 杀草特点
（1）杀草谱较广。主要为一年生禾本科和阔叶杂草。主要防治的单子叶杂草有马唐、稗草、狗尾草、牛筋草、野稷、蒺藜草、异型莎草、碎米莎草等；主要防治的阔叶杂草有苋蓼、藜、苍耳、龙葵、苘麻、曼陀罗、鼬瓣花、母菊、野芥、野胡萝卜、鸭跖草等。
（2）杀草活性高。相对于防治玉米田杂草的硝磺草酮和磺草酮药剂，苯唑草酮对狗尾草、马齿苋、马唐等杂草的防效几乎可以达到100%；倘若苯唑草酮与其他类的除草剂如三嗪类除草剂或麦草畏制成混剂，几乎可以防治所有属的阔叶杂草。
（3）可混性强。与苯唑草酮混用药剂较多，有莠去津、特丁津、烟嘧磺隆、硝磺草酮、双氟磺草胺、炔草酯等；从而扩大了苯唑草酮杀草谱，对卷茎蓼、扁蓄和野西瓜苗等都能起到良好的防治效果。在与莠去津混用情况下，对已经错过最佳施药期间或有恶性杂草如铁苋菜、鸭跖草等田块，对田中杂草去除有很好的促进效果；而且对土壤起着触杀和封闭作用，对杂草的防除效果可达到35 d以上。所有夏季谷物类作物如油菜、土豆可以在施药的下一年种植。
（4）对玉米和后茬作物安全。苯唑草酮药剂使用后，对所有玉米品种如常规玉米、甜玉米、糯玉米、爆裂玉米和特种玉米等表现出高度安全性。且对种植后茬作物安全，如春夏玉米收获后，秋天种植冬季谷物类很安全；所有夏季谷物类作物如油菜、土豆可以在施药的下一年种植。
（5）死草速度快，持效期适中。苯唑草酮通常在施药后2～5 d就可使杂草白化，一周左右就陆续死草，与硝磺草酮药剂类似，但比使用烟嘧磺隆药剂需要15 d左右死草速度快得多。苯唑草酮的持效期适中，大约控草时间在40 d左右，可避免玉米受杂草的危害。
（6）原药价格贵，使用成本高。巴斯夫公司苯唑草酮原药（97%）价格接近400万元/t，而常用玉米田除草剂如硝磺草酮原药（97%）价格约23万元/t和烟嘧磺隆原药（95%）价格约32万元/t。苯唑草酮使用成本至少比上述2药剂高10倍以上，这是制约苯唑草酮在国内大量使用的一个硬伤。
3 合成路线简介
据专利报道的苯唑草酮合成路线最主要有以下3条：路线1系德国巴斯夫公司专利US 6147031A1、路线2系日本曹达株式会社专利US 20030216580和路线3系中国药科大学专利CN 103788083A。
3.1 合成路线1（US 6147031A1）
该路线所用原料难以得到，成本较高，合成收率低仅为13.8%，不适合优化，也不易工业化生产。
3.2 合成路线2（US 20030216580）
该方法主要使用关键中间体3-[3-溴-甲基-6(甲基磺酰基)苯基]4,5-二氢化异噁唑，该中间体与一氧化碳和1-甲基-5-羟基吡唑在催化剂存在下进行羧基化反应得到苯唑草酮（图2）。
图 2 日本曹达株式会社专利合成路线
关键中间体3-[3-溴-甲基-6（甲基磺酰基）苯基]4,5-二氢化异噁唑的合成，可以采用2,3-二甲基苯胺或3-硝基邻二甲苯作为起始原料，分别采用不同工艺路线合成制得。该路线所用原料成本和收率具有明显优势，其合成苯唑草酮路线总收率最高可达27.3%。
3.3 合成路线3（中国专利CN 103788083A）
该路线报道虽比上述路线晚了十多年，但在前人基础上经研究，优化了肟化、环合、还原、溴代等反应之后，提高了多步反应的收率（图3）。
图 3 CN103788083报道的合成工艺
3.4 苯唑草酮其他合成研究
目前苯唑草酮的合成研究较多，均使用2,3-二甲基苯胺或3-硝基邻二甲苯作为起始原料，采用不同工艺条件和方法进行制备的。以下分别用2,3-二甲基苯胺和3-硝基邻二甲苯作为起始原料为例合成苯唑草酮。
（1）李勇喆以2,3-二甲基苯胺为原料，采用图4中路线合成了苯唑草酮。
（2）黄腾采用3-硝基邻二甲苯作为起始原料，第一步经肟化合成2-甲基-6-硝基苯甲醛肟，第二步经过与乙烯加成得到2-(4,5-二氢异噁唑-3-基)-3-甲基硝基苯，第三步经过还原得到2-(4,5-二氢异噁唑-3-基)-3-甲基苯胺，然后第四步经过重氮化合成3-(2-甲基-6-甲基硫代苯基)-4，5-二氢化异噁唑，第五步经过溴化得到3-(3-溴-2-甲基-6-甲基硫代苯基)-4,5-二氢化异噁唑，第六步将硫甲基氧化得到目标产物3-（3-溴-2-甲基-6-（甲基磺酰基）苯基-4,5-二氢化异噁唑（中间体Ⅰ）。最后将目标产物与另一（中间体Ⅱ）1-甲基-5-羟基吡唑缩合重排得到最终产物苯唑草酮。目标产物及重要中间体的化学结构均用1H-NMR、LC-MS等进行表征，该合成工艺经六步反应，总收率31.1%（以原料3-硝基-邻二甲苯计），纯度为96.7%（HPLC）。
图 4 李勇喆等报道的合成工艺
4 理化性质和剂型
4.1 理化性质
原药为白色至灰黄色固体，熔点为220.9～222.2℃，燃点：300℃。溶解度（20℃）：水中510 mg/L（pH 3.1）、100 g/L（pH＞9.0），有机溶剂（20℃，g/L）：二氯甲烷25～29；甲醇、丙酮、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、2-丙醇、正庚烷、正辛醇＜10。
稳定性：50℃水中贮存5 d稳定（pH 4、7、9），25℃水中贮存30 d稳定（pH 5、7、9），22℃蒸馏水中贮存17 d不发生水中光解（pH 5和9）。
毒性：苯唑草酮原药大鼠急性（雄/雌）经口、经皮LD50＞2 000 mg/kg，大鼠急性吸入（4 h）LC50＞5 mg/L。对眼睛和皮肤有轻度刺激性，对豚鼠皮肤无致敏性。该药剂属低毒除草剂。
环境安全性评价：苯唑草酮原药鹌鹑LD50＞2 000 g/kg，马来鸭饲喂5 d LC50＞5 000 mg/kg，LC50＞5 mg/L。对眼睛和皮肤有轻度刺激性，对豚鼠皮肤无致敏性。该药剂属低毒除草剂。红鳟鱼（96 h）LC50＞1 000 mg/L，水蚤类急性毒性EC50（48 h）＞100 mg/L，绿藻EC50（96 h）＞17.2 mg/L，蜜蜂急性经口LD50（48 h）＞72.05 μg/bee，蜜蜂急性接触LD50（48 h）＞100 μg/bee，家蚕（二龄）LC50 5 000 mg/kg桑叶，蚯蚓LC50（14 d）＞1 000 mg/kg。
4.2 剂型
目前，巴斯夫是唯一生产苯唑草酮的公司，其产能设计能力在500 t/a以上。依据苯唑草酮的理化性质，可以加工的剂型有乳油、悬浮剂、可分散油悬浮剂和可溶液剂。巴斯夫公司开发的产品有：29.7%苯唑草酮乳油（美国），用于玉米田一年生杂草；336 g/L苯唑草酮悬浮剂（新西兰）和30%苯唑草酮悬浮剂（中国），用于玉米田一年生杂草；29.7%苯唑草酮可溶液剂（美国），用于玉米田一年生杂草。巴斯夫公司早在2013年在国内登记了苯唑草酮原药（含量97%）和制剂产品30%苯唑草酮悬浮剂，其外观为浅米色悬浮液，pH 2.9，该药剂为低毒除草剂。
目前，国内登记苯唑草酮原药含量为97%，仅有巴斯夫欧洲公司1家；而制剂产品一般以悬浮剂和可分散油悬浮剂为主。登记单剂的30%苯唑草酮悬浮剂有巴斯夫、吉林金秋、青岛清原农冠、深圳诺普信、山东先达、上海绿泽等公司；复配的有310 g/L和43%苯唑·莠去津悬浮剂有巴斯夫和山东先达公司。登记单剂的可分散油悬浮剂有4%苯唑草酮可分散油悬浮剂（天津博克百胜和湖南新长山）、30%苯唑草酮可分散油悬浮剂（山东滨农）；登记复配的可分散油悬浮剂有26%苯唑·莠去津可分散油悬浮剂（山东德浩）、28%苯唑草酮·特丁津可分散油悬浮剂（吉林金秋）、25%苯唑酮·烟嘧隆·莠去津可分散油悬浮剂（广东佛山盈辉）。
5 应用
（1）周小刚等用33.6%苯唑草酮SC（巴斯夫公司产品）于2010年在四川省进行了防治玉米田杂草田间试验。结果表明，33.6%苯唑草酮SC单用，或与90%莠去津WG混用，或与烟嘧磺隆SC混用对防治玉米田杂草均有高的防效。33.6%苯唑草酮SC单用，或与90%莠去津WG混用一般药后3 d可见明显药效，表明速效性好。
（2）刘君良等探讨了苯唑草酮等3种除草剂对不同玉米品种的安全性，用温室盆栽法进行了相关试验。施用33.6%苯唑草酮SC（巴斯夫公司产品）50.4 g a.i./hm2后，对供试10个玉米品种生长正常，均无药害症状出现；而施用10%硝磺草酮SC 300 g a.i./hm2、4%烟嘧磺隆SC 60 g a.i./hm2后不同品种的植株表现出不同程度的矮化。
（3）庄占兴等研究了苯唑草酮对玉米田一年生杂草活性，并对其安全性进行了测定。采用盆栽法测定了苯唑草酮对玉米田常见5种杂草的活性及对2个玉米品种的安全性。试验结果表明：苯唑草酮对玉米田阔叶杂草活性要高于对禾本科杂草的活性、对莎草科杂草的活性略低，苯唑草酮对测定的2个玉米品种选择性指数高、安全性好。
（4）周丽霞等为扩大苯唑草酮的使用范围，降低杂草抗药性风险，提高玉米田苗后杂草的综合防效，将30%苯唑草酮SC与多种除草剂混用进行玉米田苗后杂草的防除效果研究。试验结果表明：30%苯唑草酮SC与90%莠去津SC混用，可以在减少苯唑草酮用量的情况下提高对阔叶杂草的防效，从而降低杂草抗药性风险。
（5）刘小明等为了解不同类型助剂对玉米田新型除草剂苯唑草酮的增效作用，采用温室盆栽法测定了植物油类助剂GY-Tmax、矿物油类助剂GY-T12及有机硅类助剂GY-S903对苯唑草酮防除牛筋草、马唐、反枝苋及苘麻的影响，并进行田间试验验证。试验结果表明：植物油类助剂GY-Tmax对苯唑草酮的增效作用最强，有机硅类助剂GY-S903对苯唑草酮的增效作用次之，略高于矿物油类助剂GY-T12的增效作用。3种不同类型的助剂对苯唑草酮防除禾本科杂草的增效作用均大于对阔叶杂草的增效作用。
（6）岳德成采取大田试验的方法，测定了30%苯唑草酮悬浮剂及其混用配方定向喷雾对全膜双垄沟播玉米田裸露带大龄杂草的防除效果和对玉米产量的影响。结果表明：30%苯唑草酮悬浮剂与90%莠去津水分散粒剂和苞卫专用助剂混用，对全膜双垄沟播玉米田裸露带大龄杂草有彻底的防除作用，对玉米亦有显著的增产效应。相对于空白对照的控草效果和增产率分别达到74.30%～100.00%和22.44%，均明显高于24%烟嘧·莠去津悬浮剂，可作为定向喷雾药剂在全膜双垄沟播玉米田裸露带大龄杂草防除中大面积推广应用。添加桶混助剂“甲基化植物油”到30%苯唑草酮SC和90%莠去津WG混剂中去，在确保450～675 kg/hm2的兑水量下，桶混添加“甲基化植物油”对苯唑草酮＋莠去津混剂均有明显的减量效应。
（8）曹彦等为了筛选出防除阔叶杂草高效安全的胡麻化学药剂，在胡麻苗期利用不同配方除草剂茎叶喷雾防治阔叶杂草。试验中30%苯唑草酮SC 180 mL/hm2＋15%噻吩磺隆WP 225 g/hm2和48%灭草松AS 2 250 mL/hm2＋15%噻吩磺隆WP 300 g/hm2这2个组合，可喷药后7 d胡麻恢复生长，对胡麻生长安全且防治效果好、用药成本低，提高了胡麻产量。
（9）杨鹏研究了苯唑草酮和莠去津复配药剂防治甜玉米地主要杂草的效果及最佳使用量试验，并以30%苯唑草酮可分散油悬浮剂和90%莠去津可湿性粉剂为对照药剂。通过田间药效试验研究了30%苯唑草酮可分散油悬浮剂＋90%莠去津可湿性粉剂，在不同亩用量下对甜玉米华威甜1号地里各种杂草的防除效果。试验结果表明30%苯唑草酮可分散油悬浮剂＋90%莠去津可湿性粉剂组合，对牛筋草、马唐、阔叶丰花草等一年生禾本科杂草和阔叶杂草有较好的防治效果，亩用量达到6 g＋70 g以上时综合防效在90%以上，对杂草有明显的根治效果，同时对甜玉米华威甜1号安全。
（10）邬美男研究不同条件对苯唑草酮光解、水解以及土壤吸附的影响。发现：乙腈环境下苯唑草酮降解最快，甲醇环境中降解最慢。温度是影响苯唑草酮水解的重要因素之一，在50℃条件下苯唑草酮的水解速率高于室温条件约10倍。腐殖酸对苯唑草酮水解的影响与对光解影响相同，也为抑制作用。相对于不添加腐殖酸的苯唑草酮溶液水解速率降低2倍之多。苯唑草酮在5种土壤中的吸附能力强弱顺序为：灰棕土＞黑土＞黑钙土＞白浆土＞盐碱土。苯唑草酮在灰棕壤中为中等吸附，在其余4种土壤中较难吸附。
6 结语
苯唑草酮为广谱的、内吸传导型玉米田苗后除草剂，能有效防全世界范围内玉米作物上的主要禾本科杂草和阔叶杂草，高剂量下对莎草科杂草有一定的抑制作用。相对于玉米田除草剂硝磺草酮和磺草酮，其对狗尾草、马齿苋、马唐等杂草的防效几乎可以达到100%；倘若与其他类除草剂制成混剂，可有效拓宽杀草谱，几乎可以防治所有属的阔叶杂草。
目前苯唑草酮是玉米田使用最为安全和高效的HPPD类除草剂，其优势为对所有玉米品种表现出高度安全性和对种植后茬作物安全。综观苯唑草酮合成路线可见，苯唑草酮合成较困难、合成路线长、步骤多、工艺条件苛刻，导致生产成本高。苯唑草酮销售价格比使用其他的玉米田除草剂品种（硝磺草酮、烟嘧磺隆、莠去津乙草胺等）要高很多，也成为用户选用的一大硬伤。
苯唑草酮加工产品以悬浮剂为主，通常可添加助剂来提高其使用效果。国内企业开发的苯唑草酮复配的可分散油悬浮剂产品有其特点：既可以扩大杂草防治谱，又可以降低苯唑草酮用量，应是一个发展方向。
农药快讯, 2021 (6): 13-17; 23.
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