O一eRe RI R2 K mol-min (a)R R2 K mollmin'(b) 5.8x10 MeM3.9x103 H CH:C&Hs 8.2x10 EtE62×10 H CHs 5.0x10 H CH 2.5x10 从表2-1和表2-2可以看出，苯环上吸电子基团的存在对水解有利。这是由于吸电子基团 能使酯深基上电荷密度降低，从而有利于羟基的亲核进攻。当芳基酯换成烷基酯后，由于后者的 给电子性，导致水解稳定性增加 在N取代化合物中，水解稳定性的大小顺序为：N甲基>N乙基>N苄基>N苯基，N 甲基取代物最稳定。除结构因素外，反应条件如温度、pH值等均能影响碱性水解反应的速度。 氨基甲酸酯杀虫剂在酸性溶液中分解速度很慢 (二)热分解反应 氨基甲酸酯受热至一定温度会发生热分解反应，放出具有特殊臭味的异氰酸甲酯。这是所 有N甲基氨基甲酸芳酯受热时都会发生的反应，反应中产生相应的酚。 0 ArO-CNHCH,A ArOH CHNCO1 四、氨基甲酸酯杀虫剂的毒性 氨基甲酸酯类杀虫剂毒性相差较大。目前对低毒类品种保留应用，对高毒类品种限制使用 或将其改造成为低毒化品种。 (一)高毒类品种（大白限急性经口LD0<50mgkg体重）：丁醛肟威，己酮肟威，戊氰 威，克百威。草肟威，氰乙肟减，灭多威，乙肟减，异索威，除线减，敌蝇威，胺甲异丙威和涕 灭威。 (二)中青类品种（大白限急性经口50mgkg<LD0<500mg/kg体重）：乙硫甲威，二恶 威，丁苯威丁硫克百威，丁酮威，双丙威，甲硫威，灭害威，内硫克百威，地麦威，异丙威 吡唑威，残杀威，速灭威，唑蚜威，硫双灭多威和棉铃威等。 (三)低毒类品种（大白鼠急性经口LD>500mgkg体重）：乙苯威，二甲威，西维因，苯 硫威，特丁威，害扑威，蜱虱威，双氧威和磷硫灭多威等。 五、氨基甲酸酯类杀虫剂的作用方式、毒理和应用 同有机磷杀虫剂相似，氨基甲酸类杀虫剂具有触杀、胃毒、熏蒸和内吸等多种作用方式。 根据品种不同，有些品种多种作用方式兼而有之，而有些品种作用方式比较单一，从结构来讲， N.甲基氨基甲酸肟酯类一般具有很好的内吸活性，N甲基氨基甲酸芳香酯中的个别品种如克百 31
·31· (R 1= H, R 2=CH3 O C ) O NR 1R 2 R 1 R 2 K 水解mol-1·min-1 (a) R 1 R 2 K 水解mol-1·min-1 (b) H C6H5 5.8×103 Me Me 3.9×10-3 H CH2C6H5 8.2×102 Et Et 6.2×10-5 H C2H5 5.0×102 H CH3 2.5×102 从表 2-1 和表 2-2 可以看出，苯环上吸电子基团的存在对水解有利。这是由于吸电子基团 能使酯羰基上电荷密度降低，从而有利于羟基的亲核进攻。当芳基酯换成烷基酯后，由于后者的 给电子性，导致水解稳定性增加。 在 N-取代化合物中，水解稳定性的大小顺序为：N-甲基 > N-乙基 > N-苄基 > N-苯基，N- 甲基取代物最稳定。除结构因素外，反应条件如温度、pH 值等均能影响碱性水解反应的速度。 氨基甲酸酯杀虫剂在酸性溶液中分解速度很慢。 （二）热分解反应 氨基甲酸酯受热至一定温度会发生热分解反应，放出具有特殊臭味的异氰酸甲酯。这是所 有 N-甲基氨基甲酸芳酯受热时都会发生的反应，反应中产生相应的酚。 ArO CNHCH3 O ArOH + CH3NCO 四、氨基甲酸酯杀虫剂的毒性 氨基甲酸酯类杀虫剂毒性相差较大。目前对低毒类品种保留应用，对高毒类品种限制使用 或将其改造成为低毒化品种。 （一）高毒类品种（大白鼠急性经口 LD50< 50 mg/kg 体重）：丁醛肟威，己酮肟威，戊氰 威，克百威，草肟威，氰乙肟威，灭多威，乙肟威，异索威，除线威，敌蝇威，胺甲异丙威和涕 灭威。 （二）中毒类品种（大白鼠急性经口 50 mg/kg < LD50< 500 mg/kg 体重）：乙硫甲威，二恶 威，丁苯威，丁硫克百威，丁酮威，双丙威，甲硫威，灭害威，丙硫克百威，地麦威，异丙威、 吡唑威，残杀威，速灭威，唑蚜威，硫双灭多威和棉铃威等。 （三）低毒类品种（大白鼠急性经口 LD50>500 mg/kg 体重）：乙苯威，二甲威，西维因，苯 硫威，特丁威，害扑威，蜱虱威，双氧威和磷硫灭多威等。 五、氨基甲酸酯类杀虫剂的作用方式、毒理和应用 同有机磷杀虫剂相似，氨基甲酸酯类杀虫剂具有触杀、胃毒、熏蒸和内吸等多种作用方式。 根据品种不同，有些品种多种作用方式兼而有之，而有些品种作用方式比较单一。从结构来讲， N-甲基氨基甲酸肟酯类一般具有很好的内吸活性，N-甲基氨基甲酸芳香酯中的个别品种如克百
威也具有较好的内吸作用，其它结构的品种基本无内吸作用，以触杀和胃毒作用为主。 氨基甲酸酯类杀虫剂对节肢动物和哺乳动物的作用是相似的，都是干扰神经系统，抑制神 经传递过程中的重要传递介质分解酶一胆碱酯酶，其结果是氨基甲酸类杀虫剂将乙酰胆碱酯 酶酷动部位的丝氨酸羟基酰化使酶失活。其具体作用步骤可用下式表示： 0 HAChE+XOCNHCH HAChE-XOCNHCH点 K 乙酰胆碱酯酶 氨基甲酸酯杀虫剂南和药剂复合体 0 HOX +AChECNHCH HAChE+HOCNHCH+HOX 脱离基制氨基甲酰化酶 酶甲基氨基甲酸脱离基团 氨基甲酸杀虫剂品种众多，化学性质差异较大，被广泛用于农作物店虫的防治。在应用中 要注意中毒事件的发生。长期单一使用某一个结构相似的品种，容易导致害虫对该类品种产生抗 药性，在使用中要注意与其它杀虫剂轮换使用。 第五节除虫菊酯类杀虫剂 一、概述 除虫菊素(Pyrethrin)是菊科植物如白花除虫菊(Chrysanthemm cinerariaefolium)和红花 除虫菊(C.coseum)等花中的杀虫有效成分。对其化学结构的研究始于1908年，1909年日本药物 学家Fujitani报道除虫菊素的有效成分为“酯”结构。1923年，另一个日本科学家山本证实构成 除虫菊素的酸具有三碳环结构（环丙烷）。1924年，瑞士化学家Stanudinger和Ruzicka首次报道 了除虫菊素1、Ⅱ的结构，后经多人修正，直到1947年才最终确定其结构。目前天然除虫菊花中 的有效成分己已明确的共6种，均为酯类化合物。其酸部分称为菊酸，有两种，即菊酸1和菊酸 HC CH3 RC=CH-CH-CH-COOH 菊酸IR-CH 菊酸ⅡR-COOCH 其醇部分为环状酮醇，有三种，即除虫菊酮醇、瓜叶除虫菊酮醇和茉莉除虫菊酮醇 …32…
·32· 威也具有较好的内吸作用，其它结构的品种基本无内吸作用，以触杀和胃毒作用为主。 氨基甲酸酯类杀虫剂对节肢动物和哺乳动物的作用是相似的，都是干扰神经系统，抑制神 经传递过程中的重要传递介质分解酶——胆碱酯酶，其结果是氨基甲酸酯类杀虫剂将乙酰胆碱酯 酶酯动部位的丝氨酸羟基酰化使酶失活。其具体作用步骤可用下式表示： HAChE + XOCNHCH3 O K+1 K-1 HAChE · XOCNHCH3 O K2 乙酰胆碱酯酶 氨基甲酸酯杀虫剂 酶和药剂复合体 HOX + AChECNHCH3 O K3 HAChE + HOCNHCH3 O + HOX 脱离基团 氨基甲酰化酶 酶 甲基氨基甲酸 脱离基团 氨基甲酸酯杀虫剂品种众多，化学性质差异较大，被广泛用于农作物害虫的防治。在应用中 要注意中毒事件的发生。长期单一使用某一个结构相似的品种，容易导致害虫对该类品种产生抗 药性，在使用中要注意与其它杀虫剂轮换使用。 第五节 除虫菊酯类杀虫剂 一、概述 除虫菊素（pyrethrin）是菊科植物如白花除虫菊（Chrysanthemum cinerariaefolium）和红花 除虫菊(C. coseum)等花中的杀虫有效成分。对其化学结构的研究始于 1908 年，1909 年日本药物 学家 Fujitani 报道除虫菊素的有效成分为“酯”结构。1923 年，另一个日本科学家山本证实构成 除虫菊素的酸具有三碳环结构（环丙烷）。1924 年，瑞士化学家 Stanudinger 和 Ruzicka 首次报道 了除虫菊素 I、II 的结构，后经多人修正，直到 1947 年才最终确定其结构。目前天然除虫菊花中 的有效成分已明确的共 6 种，均为酯类化合物。其酸部分称为菊酸，有两种，即菊酸 I 和菊酸 II： R C CH3 CH CH CH C H3C CH3 COOH 菊酸 I R=CH3 菊酸 II R=COOCH3 其醇部分为环状酮醇，有三种，即除虫菊酮醇、瓜叶除虫菊酮醇和茉莉除虫菊酮醇
CH R-CH-CHCHCHCH2 除虫菊酮醇： r=Ch-CHCHCH 瓜叶除虫菊图醇： R-Ch-CHCHCH-CH 茉莉除虫菊酮醇。 这两种菊酸和三个酮醇组成了6种除虫菊酯，通称为天然除虫菊素，其中以除虫菊素1和 Ⅱ含量最多，杀虫活性最高。 cH c-cu-ch-cn--o HC 除虫菊素化学结构 表2一3天然除虫菊素的化学结构和组成 组份 分子式 分子量含量 (%) 除虫菊素！ -CH: -CH-CH-CHCH-CH C2HO; 328.43 35 除虫菊素Ⅱ -CH:CH=CHCH=CH2 372.44 32 瓜叶除虫菊素1 -CH.CH-CHCHs CH2o片 316.42 10 瓜叶除虫菊素Ⅱ -COOCH; -CH-CH-CHCH CHzOs 360.43 14 茉莉除虫菊素I -CH -CH.CH-CHC.Hs 330.45 5 茉莉除虫菊素Ⅱ -CH-CH-CHCHs 37446 4 由于除虫菊素的菊酸含有三元环，有顺、反两种异构体，因此菊酸形成的酯也有顺式和反 式两种异构体： CH HH H∧COOH RiC=CH COOH RnC=C -C0OH和-CH=C R -COOH和一CH=C CH, -CH 处于三元环平面同一侧。称为顺式 处于三元环的上下两侧，称为反式 菊酸分子中连接COOH的碳原子C,及连接烯基的碳原子C3是手性碳，而含手性碳的化合 ·33…
·33· R CH3 OH O R=CH2CHCHCHCH2 除虫菊酮醇； R=CH2CHCHCH3 瓜叶除虫菊酮醇； R=CH2CHCHCH2CH3 茉莉除虫菊酮醇。 这两种菊酸和三个酮醇组成了 6 种除虫菊酯，通称为天然除虫菊素，其中以除虫菊素 I 和 II 含量最多，杀虫活性最高。 R1 C CH3 CH CH CH C H3C CH3 C O O H3C R2 O * * * 除虫菊素化学结构 表 2－3 天然除虫菊素的化学结构和组成 组份 R1 R2 分子式 分子量 含量 （％） 除虫菊素 I 除虫菊素 II 瓜叶除虫菊素 I 瓜叶除虫菊素 II 茉莉除虫菊素 I 茉莉除虫菊素 II -CH3 -COOCH3 -CH3 -COOCH3 -CH3 -COOCH3 -CH2CH=CHCH=CH2 -CH2CH=CHCH=CH2 -CH2CH=CHCH3 -CH2CH=CHCH3 -CH2CH=CHC2H5 -CH2CH=CHC2H5 C21H28O3 C22H28O5 C20H28O3 C21H28O5 C21H30O3 C22H28O5 328.43 372.44 316.42 360.43 330.45 374.46 35 32 10 14 5 4 由于除虫菊素的菊酸含有三元环，有顺、反两种异构体，因此菊酸形成的酯也有顺式和反 式两种异构体： CH3 CH3 COOH R1 C CH3 CH H H CH3 CH3 H R1 C CH3 CH H COOH -COOH 和 CH C R1 CH3 处于三元环平面同一侧，称为顺式 -COOH 和 CH C R1 CH3 处于三元环的上下两侧，称为反式 菊酸分子中连接-COOH 的碳原子 C1及连接烯基的碳原子 C3是手性碳，而含手性碳的化合
物又有R、S两种空间构型，因此菊酸1存在下面四种异构体， CHA CH C-ct CH (1R3R反式装酸 1S35反式菊酸 (+1R3S颗式菊酸 ~1S3S麓式菊酸 菊醇部分C也是手性碳，也有R和S构型，分别和菊酸1的4个异构体组成了除虫菊素1 的8个异构体。但天然除虫菊素I只有(+)1R3R反式菊酸和(+)S顺式菊醇生成的雷。 天然除虫菊素是一类比较理想的杀虫剂：杀虫毒力较高，杀虫谱广，对哺乳动物低毒，不 污染环境，没有慢性毒性等不良效应，也不会产生累积中毒。天然除虫菊素的主要问题是光不稳 定。天然除虫菊素的分子结构中存在两个光不稳定中心，一个是菊酸的乙烯侧链上的偕二甲基， 另一个是醇部分的戊烯桐环及侧链上的双键，在光照条件下，这两个部位很快被氧化而失去杀虫 活性。因此，天然除虫菊酯不能在田间使用，只能用于室内防治卫生害虫。 在人们不懈地探索下，成功实现了人工合成除虫菊酯（拟除虫菊酯），并逐渐解决了其存 在的种种不足，发展为一类优良的拟除虫菊酯类杀虫剂。 二、第一代拟除虫菊酯杀虫剂 第一代拟除虫菊酯杀虫剂是在天然除虫菊酯化学结构的基础上发展起来的，大体经历了20 多年的时间(1948~1971)。第一个人工合成的拟除虫菊酯是丙烯菊酯(allethrin),由Schechter 和Lafg于1947年合成并于1949年商品化。它以除虫菊素1为原型，用丙烯基代替环戊烯爵 侧储的戊二烯基（即在醇环侧结除去一个双键），使光稳定性稍许有些改善。 CH3 H;C H,cCf又cocH,cH=cH, HC CHa 丙稀菊酯(allethrin) 丙烯菊酯有8个立体异构体，其中(+)1R3R-反式.(+)S杀虫活性最高，(-)1S3R-反 式(~)R杀虫活性最低（表24），表明丙稀菊酯与天然除虫菊素的高效异构体具有相同的立体 构型。，虽然其杀虫活性与天然除虫菊酯相比并没有很大程度的提高，但该化合物保持了天然除 虫菊素的优点。由于丙稀菊酯对光的不稳定性，其使用与天然除虫菊素一样受到了限制。改进化 学结构以克服光不稳定性的缺点并进一步提高其毒力，是农药化学家们努力追求的一个目标。在 丙烯菊酯的基础上，改变醇部分的化学结构以发现新的除虫菊酯品种曾进行了大量的工作，这个 期间也出现了不少高效品种，但直到20世纪70年代初，在光稳定性的改造方面始终未获得较 大突破。第一代拟除虫菊酯主要代表品种如表25所示： …34…
·34· 物又有 R、S 两种空间构型，因此菊酸 I 存在下面四种异构体。 CH3 CH3 COOH H CH3 C CH3 CH H CH3 C CH3 HC CH3 CH3 H H COOH CH3 CH3 H COOH CH3 C CH3 CH H CH3 C CH3 HC CH3 CH3 COOH H H (+)1R:3R反式菊酸I (-)1S:3S反式菊酸I (+)1R:3S顺式菊酸I (-)1S:3S顺式菊酸I 菊醇部分 C4也是手性碳，也有 R 和 S 构型，分别和菊酸 I 的 4 个异构体组成了除虫菊素 I 的 8 个异构体。但天然除虫菊素 I 只有（+）1R:3R 反式菊酸和（+）S 顺式菊醇生成的酯。 天然除虫菊素是一类比较理想的杀虫剂：杀虫毒力较高，杀虫谱广，对哺乳动物低毒，不 污染环境，没有慢性毒性等不良效应，也不会产生累积中毒。天然除虫菊素的主要问题是光不稳 定。天然除虫菊素的分子结构中存在两个光不稳定中心，一个是菊酸的乙烯侧链上的偕二甲基， 另一个是醇部分的戊烯酮环及侧链上的双键。在光照条件下，这两个部位很快被氧化而失去杀虫 活性。因此，天然除虫菊酯不能在田间使用，只能用于室内防治卫生害虫。 在人们不懈地探索下，成功实现了人工合成除虫菊酯（拟除虫菊酯），并逐渐解决了其存 在的种种不足，发展为一类优良的拟除虫菊酯类杀虫剂。 二、第一代拟除虫菊酯杀虫剂 第一代拟除虫菊酯杀虫剂是在天然除虫菊酯化学结构的基础上发展起来的，大体经历了 20 多年的时间（1948～1971）。第一个人工合成的拟除虫菊酯是丙烯菊酯（allethrin），由 Schechter 和 Laforge 于 1947 年合成并于 1949 年商品化。它以除虫菊素 I 为原型，用丙烯基代替环戊烯醇 侧链的戊二烯基（即在醇环侧链除去一个双键），使光稳定性稍许有些改善。 H3C C C H H 3C H3C CH3 CO O CH3 CH2CH O CH2 丙稀菊酯（allethrin） 丙烯菊酯有 8 个立体异构体，其中（+）1R:3R-反式-（+）S 杀虫活性最高，（-）1S:3R-反 式-（-）R 杀虫活性最低（表 2-4），表明丙稀菊酯与天然除虫菊素的高效异构体具有相同的立体 构型。，虽然其杀虫活性与天然除虫菊酯相比并没有很大程度的提高，但该化合物保持了天然除 虫菊素的优点。由于丙稀菊酯对光的不稳定性，其使用与天然除虫菊素一样受到了限制。改进化 学结构以克服光不稳定性的缺点并进一步提高其毒力，是农药化学家们努力追求的一个目标。在 丙烯菊酯的基础上，改变醇部分的化学结构以发现新的除虫菊酯品种曾进行了大量的工作，这个 期间也出现了不少高效品种，但直到 20 世纪 70 年代初，在光稳定性的改造方面始终未获得较 大突破。第一代拟除虫菊酯主要代表品种如表 2-5 所示：
表2-4丙烯菊酯八种异构体的绝对构型及对家蝇的相对毒力 绝对构型 LDso 相对毒力 g悔头家蝇 (+)1R3R-反式(+)S024 100 (+)1R3S-顺式(+)S04 (+)1R3R-反式(-)R131 18.3 (+)1R3R-顺式(-)R171 140 (-)1S3R-顺式(+)S330 7.3 (-)1S:3S-反式(+)S4.9% 4.84 (一)1S:3R-顺式-(-)R7.02 3.42 (-)1S3S-反式(-)R452 0.53 (+)1R3R-反式(+)S表示C1、C3分别为R构型的右旋酸与S构型右旋醇形成的酯 表2一5第一代拟除虫菊酯主要代表品种 大鼠 报道年 药剂 主要制剂 名称 英文名 化学结构 口服 份 及用途 (LD) (年) H;C. 颗粒剂。 4000 dimethrin H3C 杀子子 1959 酯 mg/kg HC CH CH 牛蝇 乳油、可 湿性粉 H.C. 剂、气雾 H.C CH; 剂。杀卫 1965 mg/kg 生、园艺 及农业吉 虫 HC. 粉剂、酒 5000 剂、气雾 196 H.C CH mg/kg 剂.杀卫 生害虫 35
·35· 表 2-4 丙烯菊酯八种异构体的绝对构型及对家蝇的相对毒力 绝对构型* LD50 μg/每头家蝇 相对毒力 （+）1R:3R-反式-（+）S 0.24 100 （+）1R:3S-顺式-（+）S 0.41 58.5 （+）1R:3R-反式-（－）R 1.31 18.3 （+）1R:3R-顺式-（－）R 1.71 14.0 （－）1S:3R-顺式-（+）S 3.30 7.3 （－）1S:3S-反式-（+）S 4.96 4.84 （－）1S:3R-顺式-（－）R 7.02 3.42 （－）1S:3S-反式-（－）R 45.2 0.53 * (+)1R: 3R-反式-（+）S 表示C1、C3 分别为R 构型的右旋酸与S 构型右旋醇形成的酯 表 2－5 第一代拟除虫菊酯主要代表品种 药剂 名称 英文名 化学结构 大鼠 口服 （LD50） 主要制剂 及用途 报道年 份 （年） 苄菊 酯 dimethrin H3C C C H H 3C H3C CH3 CO O CH2 CH3 H3C 40 000 mg/kg 颗粒剂。 杀孑孓、 牛蝇 1959 苄呋 菊酯 remethrin H3C C C H H 3C H3C CH3 CO O CH2 O CH2 >2500 mg/kg 乳油、可 湿性粉 剂、气雾 剂。杀卫 生、园艺 及农业害 虫 1965 胺菊 酯 tetramethrin H3C C C H H 3C H3C CH3 CO O CH2 N O O >5000 mg/kg 粉剂、液 剂、气雾 剂。杀卫 生害虫 1965