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农药快讯:2020年第19期
  文章:15篇

深度剖析国内豆类除草剂最大的品种——咪唑啉酮类化合物

作者:《现代农药》《农药快讯》编辑部 金兰 更新时间:2020-09-01 点击量:650

 

咪唑啉酮类化合物是继磺酰脲类除草剂后的第二类超高效除草剂,1983年由美国氰胺公司开发,其创制源于随机筛选,该类除草剂主要包括6类产品,分别为咪唑喹啉酸(imazaquin)、咪唑乙烟酸(imazethapyr)、甲氧咪草烟(imazamox)、咪草酯(imazamethabenz-methyl)、甲咪唑烟酸(imazapic)和咪唑烟酸(imazapyr)(表1)。该类除草剂既可做土壤处理剂,又可茎叶喷施,具有除草效率高、使用剂量低、毒性小、使用方便等特点,可用于大豆、苜蓿、花生等旱田作物防除众多的1年生和多年生禾本科杂草以及阔叶杂草和莎草科杂草。

 1  咪唑啉酮类除草剂

品种名称

化学结构式

应用作物

有效成分用量(g/hm2

使用方式

甲氧咪草烟

 

甜菜、油菜、马铃薯、花生

80~120

苗后处理,防除决明属、莎草科杂草

咪唑喹啉酸

 

大豆、烟草、菜豆、豌豆、苜蓿、三叶草

140~280

播前混土,播后苗前

咪唑乙烟酸

 

大豆、菜豆、花生、苜蓿

75~110

播前、播后苗前几苗后喷雾均可,防除一年生禾本科与阔叶杂草

咪草酯

 

小麦、大麦、向日葵

350~530

土壤与苗后处理均可,防除一年生禾本科与阔叶杂草

甲咪唑烟酸

 

花生、甘蔗

20~40 mL/亩

可茎叶喷雾、芽前土壤喷雾、苗后定向喷雾,防治一年生杂草

咪唑烟酸

 

非耕地、草坪、甘蔗

500~2000

灭生性除草剂,防除大多数一年生和多年生草本与木本植物,土壤与苗后处理均可

这类除草剂是乙酰乳酸合成酶(ALS)或乙酰羟酸合成酶(AHAs)的抑制剂,即通过根、茎、叶吸收,并在木质部和韧皮部传导,积累于植物分生组织内,抑制植物的乙酰乳酸合成酶,阻止支链氨基酸如缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸的生物合成,从而破坏蛋白质的合成,干扰DNA合成及细胞分裂与生长,严重影响植物的生长、发育,最终造成植物死亡。豆科植物乙酰羟基酸合成酶活性较高,能够迅速代谢和降解咪唑啉酮类除草剂,敏感植物由于不能代谢此类除草剂或代谢速度慢而受害。每个咪唑啉酮类除草剂都是手性的,R(+)异构体对AHAS的抑制活性大约为S(-)异构体的8倍,Qian等的研究表明,咪唑乙烟酸R(-)异构体对水稻生长的抑制作用高于S(+)异构体。

咪唑啉酮类除草剂是国内大豆用除草剂中最大的品种,其中新兴品种甲氧咪草烟市场前景较好。咪唑啉酮类除草剂包括6个产品,鼎盛时期,咪草烟和灭草喹两个产品的年销售额峰值达4.90亿美元,全球销量为1500~2000吨。2014年,咪唑啉酮类除草剂的全球销售额为6.05亿美元,占全球264.40亿美元除草剂销售额的2.3%,占632.12亿美元全球农药市场的1.0%。2009—2014年间,咪唑啉酮类除草剂的复合年增长率为9.5%。目前全球咪唑啉酮类除草剂年需求约在1500吨左右。甲氧咪草烟是咪唑啉酮类除草剂中最年轻的品种,也是目前最为重要的产品,2016年甲氧咪草烟的全球销售额为3.09亿美元,在咪唑啉酮类除草剂中位居首位,目前甲氧咪草烟的全球年用量在200吨左右。

1  甲氧咪草烟

甲氧咪草烟通用名称为imazamox,商品名称为RaptorSweepeOdyseey金豆。分子式为C15H19N3O4化学名称为:(RS)-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧-2-咪唑啉-2-基)-5-甲氧甲基尼古丁酸,相对分子质量为322.4。CAS登录号:114311–32–9。

1.1  理化性质

原药含量97.4%。纯品为无臭白色固体。熔点165.5~167.2℃(纯度99.5%),166.0~166.7℃(原药)。蒸气压<1.3×10-2 mPa(25℃)。KowlgP -1.03(pH5,分离未校止)、-2.4(pH7,未校正)、0.73(pH5和6,校正)。Henry常数<9.76×10-7 Pa·m'/mol(计算值)。相对密度1.39(20℃)。水中溶解度116(pH5)、>626(pH7)、>628(pH9)(g/L,25℃),去离子水中4 160 mg/L(20℃);其他溶剂中溶解度:丙酮2.93、乙酸乙酯1、甲醇6.7、甲苯0.22、已烷0.000 7(g/100 mL).在pH4~7时对水解稳定;DT50 192 d(pH9,25℃).光降解 DT50 7 h(一级反应)。pKa 2.3、3.3、10.8。不易燃。不易爆炸和氧化。

1.2  毒性

哺乳动物毒性:雌、雄兔急性经口LD505000mg/kg。雌、雄大鼠急性经皮LD504 000 mg/kg。对兔皮肤有轻微刺激性,对眼睛中度刺激。对豚鼠皮肤无致敏性。大鼠吸入LC50(4 h)>6.3 mg/L。雌狗(1年)无作用剂量1 165 mg/(kg·d).ADI/RfD(EC)9.0 mg/kg;(EPA)11.65 mg/kg。Ames、微核畸变和CHO/HGPRT试验阴性。

生态毒性:山齿鹑急性经口LD50(14 d)>1 846,野鸭>1 950 mg/kg。山齿鹑、野鸭饲喂LC505 572 mg/kg(饲料)。虹鳟LC50(96 h)>122,蓝鳃翻车鱼119 mg/L。水蚤LC50(48 h)122 mg/L。藻类EC50(120 h)>0.037 mg/L(4种)。膨胀浮萍EC50(14 d) 0.011 mg/L。蜜蜂LD50(48 h,经口)>40 ug/只,(72 h,接触)>25 ug/只。蚯蚓LC50901 mg/kg土。其他有益生物:用制剂对4个具有代表性的非靶标节肢动物的研究表明,按照ES-CORT指导原则,无危害。

1.3  市场状况

甲氧咪草烟于1997年上市,2009年的销售额为1.80亿美元;2010年的销售额为1.35亿美元,2005—2010年的年复合增长率为15.7%;2011年的销售额为1.95亿美元。2012年甲氧咪草烟的全球销售额为2.35亿美元。2016年甲氧咪草烟的全球销售额为3.09亿美元,在咪唑啉酮类除草剂中位居首位。目前甲氧咪草烟的全球年用量在200 t左右。

目前全球市场上甲氧咪草烟相关产品的主要参与者可以分为以下几类:① 具有全球推广能力的公司。如巴斯夫;② 具有区域推广能力的公司,如安道麦。

从地区来看,目前甲氧咪草烟的销售区域为:① 欧洲市场:主要集中在匈牙利、保加利亚、乌克兰、俄罗斯、罗马尼亚的向日葵作物上,这五个国家的销售总额达到1.4993亿美元,占全球销售额的将近一半。② 北美市场:主要用于美国的谷物和整个区域的转基因油菜等转基因作物上,销售额0.448 8亿美元。③ 亚洲:澳大利亚在谷物上的销售、印度在豆类上的销售额均比较可观,值得关注。④ 拉美:目前拉美整体甲氧咪草烟销售额极小,在全球市场上所占比重较低。

从作物分布来看,目前甲氧咪草烟在全球市场主要分布于4个主要的使用领域:① 向日葵,主要为欧洲地区的向日葵苗后的阔叶杂草防除;② 大豆,主要用于非转基因大豆杂草防除处理;③ 油菜,主要分布在转基因油菜上;④ 其他作物板块的分布,均无特定的指向,且历年变化不大。

1.4  登记状况

目前甲氧咪草烟原药主要的登记区域为欧盟、美国、澳大利亚(拉美主要登记Imazapic和Imazapyr,无甲氧咪草烟仿制登记)。

甲氧咪草烟原药专利已到期,合成专利也已到期,目前在澳大利亚和美国均有中国企业作为来源的仿制原药登记。目前国内共有19个甲氧咪草烟产品获得登记,均为单剂,其中原药有13个,剂型均为水剂。

1.5  合成路线

甲氧咪草烟是5-甲基吡啶二羧酸酯为主要原料经多步反应得到产品,主要由两条合成路线。

路线1:5-甲基-2,3-二吡啶酸酐为原料,经氯化,氨基化,合环合成甲氧咪草烟,根据中间体的不同可分为氨基酰胺法和氨基丁腈法。

氨基酰胺法:

 

氨基丁腈法:

 

路线2:5-甲氧基--2,3-二吡啶二羧酸酯为原料,经氯化,醇解得到5-甲氧甲基吡啶二羧酸,然后再进行氨化、闭环反应得到甲氧咪草烟。

 

1.6  防效

刘晓波利用4%甲氧咪草烟水剂剂防除大豆田一年生杂草,田间药效试  验结果表明4%甲氧咪草烟水剂能有效防除大豆田稗草、狗尾草、龙葵、苋菜、藜等多种杂草。在有效成分40.2~49.8 g/hm2试验剂量下,药后15 d、30 d对大豆田总草株防效分别为88.2%~97%,85.8%~95.4%,药后30 d对总草鲜质量防效为89.1%~97.4%。

颜克成、李思嘉利用4%甲氧咪草烟AS研究大豆田杂草的防效果及对大豆的安全性,试验结果表明4%甲氧咪草烟AS在60~90g a.i/hm2对大豆田稗草、苘麻具有很好的防效,并对大豆生长发育无明显的影响。

2  咪唑喹啉酸

咪唑喹啉酸的英文通用名为imazaquin,化学名称为(RS)-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-2-咪唑啉-2-基)喹啉-3-羧酸,CAS登录号为81335-47-9,分子式为C17H17N3O3

2.1  理化性质

咪唑喹啉酸原药含量>95%,纯品为棕色固体,有轻微的辛辣气味。熔点219~224℃(分解);沸点354℃;蒸气压<0.013 mPa(60℃)。KowlgP 0.34(pH值7,22℃)。Henry常数3.7×10-12 Pa·m3/mol(20℃,计算值)。相对密度1.35(20℃),水中溶解度60~120 mg/L(25℃);甲苯0.4、二甲基甲酰胺68、二甲基亚砜159、二氯甲烷14(g/L,25℃)。45℃稳定保存3个月,室温黑暗条件下可保存2年,紫外线下迅速降解。pKa 3.8。

咪唑喹啉酸铵盐:水中溶解度160 g/L(pH值7,20℃);稳定性:水解DT5030 d(ARS

PPD)。

2.2  毒性

哺乳动物毒性:急性经口LD50:雌、雄大鼠>5 000 mg/kg,雌小鼠2 363 mg/kg。雌、雄兔急性经皮LD502 000 mg/kg。对兔眼睛无刺激性,对皮肤有中度刺激性,对豚鼠皮肤无致敏性。大鼠吸入LC50(4 h)>5.7 mg/L空气。无作用剂量:大鼠(90 d)10000 mg/L(830.6 mg/kg饲料);大鼠(2年)500 mg/kg。ADI/RfD(EC)0.25 mg/kg;(EPA)cRfD 0.25 mg/kg。无致畸、致癌、致突变作用。

生态毒性:山齿鹑和野鸭急性经口LD502 150 mg/kg,山齿鹑和野鸭饲喂LC50(8 d)>5 000 mg/kg饲料。鲶鱼LC50(96 h)320,蓝鳃翻车鱼410,虹鳟280 mg/L。水蚤LC50(48 h)280 mg/L,月牙藻EC50 21.5,鱼腥藻18.5 mg/L,蜜蜂LD50(经口和接触)≥100 ug/只。蚯蚓LC5023.5 mg/kg土。

2.3  应用

5%咪唑喹啉酸水剂150~200 mL/亩可用于防治春大豆田阔叶杂草;7.5%唑喹·咪乙烟水剂100~120 mL/亩可防治春大豆田一年生杂草。但值得注意的是油菜、甜菜、白菜、亚麻等作物对咪唑乙烟酸敏感,因此,前茬大豆田施用咪唑乙烟酸的地块,后茬一年内不得改种玉米、小麦、大麦、烟草;一年半内不得改种棉花、向日葵,两年内不得改种水稻、高梁和谷子;3年内不得改种油菜、马铃薯、瓜类和蔬菜;4年内不得改种甜菜、亚麻。

3  咪唑乙烟酸

咪唑乙烟酸英文通用名为imazethapyr,其商品名为普施特、Pirot、pursui。化学名称为2-[4,5-二氢-4-甲基-4-(1-甲基乙基)-5-氧代-1H-咪唑-2-基]-5-乙基-3-吡啶羧酸,分子式为C15H19N3O3,分子量为289.33。

3.1  理化性质

咪唑乙烟酸为黄色至棕色结晶,具有刺激性气味,纯品为无色无味的晶体。蒸气压小于0.013×10-3 Pa(60℃)。溶解度:甲醇105 g/L,异丙醇17 g/L,甲苯5 g/L,庚烷0.9 g/L,水1.4 g/L。有腐蚀性。熔点是188~189℃,沸点是180℃,密度是1.206,酸度系数(pKa)是2.1,3.9(at25℃)。溶解度为(25℃,g/L):水1.4,丙酮48.2,甲醇105,甲苯5,二氯甲烷185,二甲基亚飒422,异丙醇17,辛烷0.9。

3.2  毒性

哺乳动物毒性:雌、雄大鼠,雌小鼠急性经口LD505 000 mg/kg,兔急性经皮LD502000 mg/kg,对兔皮肤无刺激作用,对兔眼睛的刺激可逆。大鼠吸入LC50 3.27 mg/L(空气)(分析的),4.21mg/L(重量计的)。大鼠无作用剂量(2年)>500 mg/(kg·d),狗(1年)>25 mg/(kg·d)。

生态毒性:山齿鹑、野鸭急性经口LD502 150 mg/kg。山齿鹑、野鸭 LC50(8 d)>5 000 mg/kg,LC50(96 h,mg/L):蓝鳃翻车鱼420,虹鳟340,斑点叉尾鲴240。水蚤LC50(48 h)>1 000 mgL。羊角月牙藻无作用剂量50 mg/L.浮萍EC50(14 d)10.1 ug/L。蜜蜂LD50(48 h)>24.6 ug/只(经口),>100 ug/只(接触)。蚯蚓LC50(14 d)>15.7 mg/kg(土)。

3.3  应用

咪唑乙烟酸是一种咪唑啉酮类内吸传导型选择性芽前及早期苗后除草剂,由于其活性高、用量低、杀草谱宽、选择性强广泛用于花生、大豆等豆科作物田杂草的防除。周超等研究发现咪唑乙烟酸108 g/hm2216 g/hm2用于壤土、砂土的花生田杂草防除效果均在90%以上,表现出良好的防治效果,对花生出苗率没有显著影响。

3.4  合成方法

其合成方法是:正丁醛和甲醛反应生成2-乙基丙烯醛;氯乙酸乙酯和草酸二乙酯在乙醇钠存在下反应生成氯代草酰乙酸二乙酯;2-乙基丙烯醛和氯代草酰乙酸二乙酯在氨基磺酸铵存在下反应生成5-乙基吡啶羧酸二乙酯;5-乙基吡啶羧酸二乙酯和2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺反应生成咪唑乙烟酸。

 

4  甲咪唑烟酸

甲咪唑烟酸英文通用名为imazapic,分子式为C14H17N3O3,化学名称为(RS)-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧-2-咪唑啉-2-基)-5-甲基烟酸,CAS登录号为104098-48-8。

5.1  理化性质

纯品为无味灰白色或者粉色粉末,熔点为204~206℃,蒸气压<1×10-2 mPa(60℃),KowlgP 0.393(pH4、5、6的缓冲液,25℃)。去离子水中溶解度2150 mg/L(25℃),丙酮溶解度18.9 mg/mL(25℃。)

5.2  毒性

哺乳动物毒性:大鼠急性经口LD505 000 mg/kg。兔急性经皮LD502000 mg/kg。对兔眼睛中度刺激,对兔皮肤轻微刺激,对豚鼠皮肤无致敏性。大鼠吸入LC50 4.83 mg/L空气。大鼠(90d)无作用剂量2000 0 mg/kg[1 625 mg/(kg·d)];兔经无作用剂量(21 d)1 000 mg/kg。致畸试验(母系)大鼠1 000,兔500 mg/(kg·d);(胚胎)大鼠1 000,兔700 mg/(kg·d)。无致畸、致癌、致突变作用,无遗传毒性。

生态毒性:野鸭和山齿鹑经口LD502 150 mg/kg,野鸭和山齿鹑LC50(8 d)>5 000 mg/kg,河鲶、虹鳟和蓝鳃翻车鱼LC50(96 h)>100 mg/L,水蚤LC50(48 h)>100 mg/L,EC50(120 h,ug/L)月牙藻>51.7,鱼腥藻>49.9,骨条藻>44.1,舟形藻>46.4。蜜蜂LD50(接触)>100 ug/只。

5.3  合成方法

正丙醛和甲醛反应生成2-甲基丙烯醛;2-甲基丙烯醛和氯代草酰乙酸二乙酯在氨基磺酸铵存在下反应生成5-甲基吡啶羧酸二乙酯;5-甲基吡啶羧酸二乙酯和2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺反应生成甲基咪草烟。

 

 

5  咪唑烟酸

咪唑烟酸英文通用名为imazapyr,化学名称2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-2-咪唑啉-2-基)烟酸,分子式为C13H15N3O3CAS登录号为81334-34-1。

5.1  理化性质

咪唑烟酸为白色至黄褐色粉末,有轻微的醋酸气味。熔点169173℃,蒸气压0.013 mPa(60℃),KowlgP 0.11(22℃,未提到pH).水中溶解度9.74 g/L(15℃),11.3 g/L(25℃);内酮3.39、

已烷0.000 95、二甲基亚砜47.1、甲醇10.5、二氯甲烷8.72、甲苯0.180(g/100 mL),25℃可稳定保存2年;37℃1年;45℃3个月。在黑暗中pH 59,在水介质中稳定,避免储存温度》45℃。溶液中,模拟太阳光下酸分解;pH59,DT50 6 d。

咪唑烟酸异丙铵盐:分子量320.4,纯品为无色固体。熔点128130℃。

5.2  应用

咪唑烟酸是咪唑啉酮类除草剂中最早发现的一个品种,是一种高效、低毒、广谱的非选择性除草剂,对一年生和多年生的禾本科、阔叶类、莎草科杂草及多种灌木和落叶树具有优良的除草活性。主要用于工业场所、森林、铁路、公路等非耕地除草,较少用于作物田。该除草剂易被植物叶和根吸收,在木质部和韧皮部迅速传导至分生组织,在该组织内积累,进而通过抑制支链氨基酸的生物合而阻止杂草的生长。施药后分生组织很快停止死亡,但杂草的整株并不立即死亡,死亡速度因杂草的种类不同而异,一般在施药后15~20 d杂草才能干枯死亡

目前在国内登记的咪唑烟酸共有34个产品,均为单剂,其中原药共17个,主要剂型有水分散粒剂、水剂。

5.3  合成方法

其合成方法是:以2,3-吡啶二羧酸为原料,在甲苯中和乙酸酐反应,用吡啶作脱酸剂,生成的吡啶二酸酐不经分离直接和2-氨基-2,3-二甲基丁腈反应生成氨基甲酰基烟酸,再与过氧化氢在氢氧化钠水溶液中水解,然后将温度升至70℃环合。因反应生成灭草烟钠盐,所以需用盐酸中和至pH=4,再用溶剂萃取,蒸去溶剂得咪唑烟酸

 

6  咪草酯

咪草酯英文通用名为imazamethabenz-methyl,化学分子式为C16H20N2O3。纯品为白色细粉末,带有轻微的发霉气味。其用于小麦、大麦、向日葵一年生禾本科与阔叶杂草土壤与苗后处理均可

 

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