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雙丙環蟲酯可被製成多種單劑，可與多種農藥或肥料復配或桶混使用。巴斯夫公司將其與氟苯脲、吡蟲啉、聯苯菊酯和銀杏內酯等多種殺（線）蟲劑、殺菌劑混用，可協同增效，提高速效性和持效性。隨著在各國登記的陸續獲批以及研究開發的持續深入，雙丙環蟲酯的市場潛力巨大……
雙丙環蟲酯（afidopyropen）是日本明治制果藥業株式會社與北里研究所共同研發的生物源殺蟲劑，開發代號ME-5343，其英文通用名於2012年3月獲批。該劑具有獨特的pyropene化學結構和新穎的作用機理，被認為是殺蟲劑作用機制分類中第9D組的第1個成員。
雙丙環蟲酯能有效防治刺吸式和吮吸式口器害蟲（如蚜蟲、粉虱、木虱、介殼蟲、粉蚧和葉蟬等），可降低因昆蟲介體傳播的病毒病和細菌性病害，適用於經濟作物、大田作物和觀賞植物等，既可葉面處理，也可種子處理或土壤處理。雙丙環蟲酯用量低，對昆蟲天敵和傳粉昆蟲等有益節肢動物的影響小，可有效減輕農業可持續發展的環境負擔，適用於害蟲的抗性管理和有害生物的綜合治理。
圖1 雙丙環蟲酯的化學結構
一、理化性質
雙丙環蟲酯為天然產物的衍生物，其IUPAC化學名稱為：[(3S,4R,4aR,6S,6aS,12R,12aS,12bS)-3-(環丙基羰基氧)-1,3,4,4a,5,6,6a,12,12a,12b-十氫-6,12-二羥基-4,6a,12b-三甲基-11-氧雜-9-(3-吡啶基)-2H,11H-苯並[f]吡喃[4,3-b]色滿-4-基]環丙烷羧酸甲酯；CAS登錄號為：915972-17-7；分子式為：C33H39NO9，相對分子質量為：593.66。
雙丙環蟲酯原藥為黃色固體粉末，無味，密度（20℃）：1.300 g/cm3，熔點：147.3～160℃；蒸氣壓：＜9.9×10-6 Pa（25℃），＜1.5×10-5 Pa（50℃）；pH（23℃）：5.3（1%純水溶液），5.8（1% CIPAC標準硬水D溶液）；水解半衰期（25℃，pH 4或7）：DT50＞1年；溶解度（g/L，20℃）：水2.51×10-2，正己烷7.66×10-3，甲苯5.54，二氯甲烷＞500，丙酮＞500，甲醇＞500，乙酸乙酯＞500；正辛醇-水分配係數logPow=3.45(25±1℃)，亨利常數＜2.34×10-4 Pa·m3/mol；不易燃，不易被氧化。
二、毒理學
雙丙環蟲酯對哺乳動物、魚、鳥類、蜜蜂和捕食性昆蟲低毒，對非靶標動物（如捕食蟎、寄生蜂和蚯蚓等）和陸生植物安全，但是對水生無脊椎動物有一定毒性。
1. 哺乳動物毒性
雙丙環蟲酯對大鼠急性經口經皮：LD50＞2,000 mg/kg體重；大鼠急性毒性吸入：LC50＞5.48 mg/L；對兔眼睛有輕微的刺激性，對兔皮膚無刺激性，對豚鼠皮膚無致敏性；無致癌性、遺傳和神經毒性；每日允許攝入量（ADI）：0.07 mg/kg體重，急性參考劑量(ARfD)：0.3 mg/kg體重。
2. 生態毒性
雙丙環蟲酯的急性毒性：斑胸草雀（zebra finch）LD50=366 mg/kg體重，北美鶉LC50=527 mg/kg；鯉魚（Cyprinus carpio）96 h LC50=18.0 mg/L，虹鱒96 h LC50＞21.3 mg/L；大型蚤（Daphnia magna）48 h EC50=8.0 mg/L，糠蝦（mysid shrimp）96 h L(E)C50=4.4 mg/L，東方牡蠣（eastern oyster）96 h L(E)C50 =2.17 mg/L；搖蚊（Chironomus）幼蟲48 h EC50=99.0 μg/L，綠藻（Raphidocelis subcapitata）72 h ErC50=48,000 μg/L；蚯蚓LC50＞1,000 mg/kg土壤。雙丙環蟲酯對傳粉昆蟲和有益昆蟲安全，對蜜蜂的急性毒性：成蟲經口96 h LD50＞100 μg/只，接觸96 h LC50＞200 μg/只，幼蟲經口96 h LD50=55.9 μg/只；對寄生蜂（parasitic wasp）LR50=78.1 g/hm2，捕食蟎LR50=140.4 g/hm2。
三、作用方式與活性
1. 作用方式
雙丙環蟲酯被認為作用機理與吡啶甲亞胺衍生物殺蟲劑吡蚜酮和pyrifluquinazon類似，屬於弦振器官香草素受體亞家族通道調節劑，通過作用於神經系統的一種或多種蛋白質而顯示出殺蟲活性，其IRAC作用機理分類為第9D類。雙丙環蟲酯與現有殺蟲劑和蟲害管理系統無交互抗性。
與常規殺蟲劑的作用機理不同，雙丙環蟲酯是通過干擾靶標昆蟲香草酸瞬時受體通道複合物的調控，導致昆蟲對重力、平衡、聲音、位置和運動等失去感應，喪失協調性和方向感，進而不能取食，失水，最終導致昆蟲飢餓而亡。
雙丙環蟲酯在施藥後數小時內即能使昆蟲停止取食，但其擊倒作用較慢。該產品持效期長，對蚜蟲的持效作用長達21 d。雙丙環蟲酯對成蟲和幼蟲均有效，但對卵無效，推薦在幼蟲階段用藥，防效更好。雙丙環蟲酯還具有優秀的葉片滲透能力。
2. 生物活性
室內生測表明，雙丙環蟲酯對同翅目的煙蚜（Myzus persicae）成蟲和半翅目的赤須盲蝽（Trigonotylus caelestialium）幼蟲的活性較高，對小菜蛾（Plutellaxylostella）和棉鈴蟲（Helicoverpa armigera）等鱗翅目害蟲的活性相對較低。
進一步的研究表明，雙丙環蟲酯可有效控制刺吸式害蟲，對豌豆蚜蟲（Acyrthosiphon pisum）也具有很高的殺蟲活性，可作為蚜蟲特效藥使用。
四、代謝與殘留
1. 體內代謝
雙丙環蟲酯在植物體內主要代謝為二聚體M4401007，而在動物體內主要代謝為M4401060，如圖2所示。其中，代謝物M4401007的毒性比母體化合物雙丙環蟲酯的毒性低，且無致突變和致染色體斷裂活性。
2. 殘留分析與限定
雙丙環蟲酯在植物體內的殘留經乙腈提取、混鹽二次凈化分離後酸水稀釋、乙腈/水（體積比1∶1）定容後用HPLC-MS/MS或UPLC-MS/MS檢測；在動物體內的殘留經提取後，用固相萃取（SPE）凈化、LC-MS/MS 檢測。
澳大利亞APVMA建議的殘留限量如下：葉菜和歐芹為5 mg/kg；芹菜和西紅柿乾果渣為3 mg/kg；瓜類果蔬0.7 mg/kg；油菜、白菜、捲心菜、花球類等蕓薹屬植物均為0.5 mg/kg；非瓜類果蔬0.2 mg/kg；棉花種子、哺乳動物肉和可食用內臟、蛋、哺乳動物、家禽肉和可食用內臟均為0.1 mg/kg；生薑根、奶、馬鈴薯和甘薯均為0.01 mg/kg。
圖2 雙丙環蟲酯在動、植物體內的主要代謝途徑
五、原藥生產供應
1. 合成路線
雙丙環蟲酯可由中間體（Ⅱ）1,7,11-三脫乙醯基啶南平與環丙烷甲酸在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（EDC·HCl）和4-(二甲氨基)吡啶（DMAP）催化作用發生酯化，再與1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一碳-7-烯（DBU）反應脫去7-位的環丙甲醯基後得到，其粗產物用矽膠[Mega Bond Elut (Vari an)，丙酮/正己烷=1∶1]提純。其合成路線如圖3所示。
表1 雙丙環蟲酯對靶標害蟲的3 d致死率
其中，中間體（Ⅱ）可由麴黴屬真菌（Aspergillus spp.）發酵得到的中間體（Ⅰ）啶南平水解脫羧得到，粗品用矽膠色譜[洗脫液：二氯甲烷/甲醇（9∶1）]純化。
後來，明治制果藥業株式會社對雙丙環蟲酯的合成工藝進行了深入研究，即以中間體（Ⅱ）和環丙烷甲醯氯為起始原料，在鹼存在或不存在的條件下，經4種不同的路線、1～3步反應選擇性地將中間體（Ⅱ）1-位和11-位的羥基醯化得到，其合成路線如圖4所示。
2. 原藥供應
巴斯夫公司已取得雙丙環蟲酯在澳大利亞和美國的原藥登記，登記含量分別為92.5%和94.32%。目前，巴斯夫已在法國新建了雙丙環蟲酯的原藥生產工廠。日本明治制果藥業株式會社與北里研究所對雙丙環蟲酯原藥的研發生產情況還未知。
六、製劑的開發應用
雙丙環蟲酯可被製成多種單劑，可與多種農藥或肥料復配或桶混使用。巴斯夫公司將其與氟苯脲、吡蟲啉、聯苯菊酯和銀杏內酯等多種殺（線）蟲劑、殺菌劑混用，可協同增效，提高速效性和持效性。
圖3 雙丙環蟲酯的合成路線
圖4 雙丙環蟲酯的4條合成路線(反應條件僅為部分實例)
巴斯夫公司於2010年與日本明治制果株式會社達成合作協議，共同開發基於雙丙環蟲酯的植保產品。巴斯夫公司因此獲得了雙丙環蟲酯在除日本、中國台灣和韓國之外的全球市場的開發和銷售專有權。巴斯夫公司在澳大利亞申請登記的Versys™[100 g/L雙丙環蟲酯可分散液劑（DC）]於2018年4月獲批，6月上市，後續又先後在印度和美國上市，開發了Sefina™（50 g/L雙丙環蟲酯DC）和Ventigra™[9.38%雙丙環蟲酯超低容量液劑（ULV）]。其中，Versys™可用於防治棉花、大豆、葫蘆、梨果、核果、柑橘、生薑、蕓薹屬蔬菜、葉用和果用蔬菜、塊莖和球莖蔬菜、移栽和觀賞植物等，防治桃蚜（Myzus persicae）、甘藍蚜（Brevicoryne brassicae）、萵苣蚜（Nasonovia ribisnigri）、棉蚜（Aphis gossypii）等，並對煙粉虱（Bemisia tabaci）有一定的防控作用。Sefina™主要用於柑橘、棉花、葫蘆、大豆等，防治木虱和粉虱。Ventigra™則主要用於溫室和苗圃以及觀賞植物。
其中，Versys™在澳大利亞的登記使用劑量為每公頃有效成分10～35 g兌水200 L噴霧施用，防治蚜蟲和粉虱每季最多分別不超過4次和2次，每次間隔14 d。安全間隔期果蔬類作物為1 d，其餘作物7 d。既可葉面處理，也可種子處理或土壤處理。
2018年，巴斯夫在加拿大登記了雙丙環蟲酯的4個產品。2019年，雙丙環蟲酯在中國取得登記，同年在中國上市了英威®（50 g/L雙丙環蟲酯DC）和英雷®（50 g/L雙丙環蟲酯+25 g/L阿維菌素DC）。目前，巴斯夫公司還在墨西哥、阿根廷等國家提交了雙丙環蟲酯的登記申請。
七、小結
由日本明治制果藥業株式會社與北里研究所共同研發的生物源殺蟲劑雙丙環蟲酯擁有獨特的pyropene化學結構和新穎的作用機理，能有效防治刺吸式口器害蟲及抗性害蟲，同時降低昆蟲媒介傳播的各種病害。其用量低，安全間隔期短，對蚯蚓、天敵、傳粉昆蟲等有益生物的影響小，適用於害蟲抗性管理和有害生物綜合治理。雙丙環蟲酯可通過多種路線進行合成，通過與不同或相似作用機理的殺蟲劑復配，可以擴大殺蟲譜，發揮協同防治效果，減緩抗性風險。
隨著在各國登記的陸續獲批以及研究開發的持續深入，雙丙環蟲酯的市場潛力巨大，將為農民提供有效的輪換工具。
作者：蘇州艾科爾化工科技有限公司 譚海軍
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