新哌啶基噻唑异噁唑啉类杀菌剂fluoxapiprolin的合成及应用

黄 林，赵 品，谭海军

(1.浙江禾田化工有限公司，浙江 杭州 310023；2.苏州艾科尔化工科技有限公司，江苏 昆山 215300)

以霜霉病和疫病为主的植物卵菌纲病原菌是一类重要的植物病害，其寄主作物范围广、潜育期短、再侵染次数多、流行性和破坏性强，易导致水果和蔬菜等多种作物的产量和品质受到较大影响，从而影响作物种植的经济效益。目前，化学药剂防治仍是控制植物卵菌纲病害的手段之一，防治药剂主要有波尔多液、代森锰锌等保护性的铜制剂和硫制剂，以及苯菌灵、霜霉威、烯酰吗啉、三乙膦酸铝和嘧菌酯等苯并咪唑类、氨基甲酸酯类、吗啉类、有机磷类和甲氧基丙烯酸酯类等治疗性杀菌剂。然而，植物卵菌纲病害逐渐对上述药剂产生了抗药性，研究开发具有全新化学结构和作用机理的杀菌剂对实现该类病害的有效控制显得尤为重要。

作为一类全新的杀菌剂，哌啶基噻唑异噁唑啉类（piperidinyl thiazole isoxazoline）杀菌剂具有独特的作用靶标和位点，对多种敏感和抗性植物卵菌纲病害具有卓越的防效。继由Dupont 公司（现Corteva 公司）开发上市的首个哌啶基噻唑异噁唑啉类杀菌剂氟噻唑吡乙酮（oxathiapiprolin）[1]之后，Bayer 公司于2012 年开发出了该类别的第2 个杀菌剂fluoxapiprolin[2]，代号为BCS-CS55621。2018 年10 月，ISO 农用化学品通用名技术委员会临时批准了fluoxapiprolin 的英文通用名[3]，为该品种的全球商业化开发奠定了基础。

从化学结构上看，fluoxapiprolin 的主体骨架结构与氟噻唑吡乙酮相同，可以看作是用3,5-二(二氟甲基)-1H-吡唑基团对后者的5-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑部分进行替换，并引入不含氟的2-氯-6-甲氧磺酰基苯环得到的。Fluoxapiprolin与氟噻唑吡乙酮的化学结构见图1。

图1 Fluoxapiprolin 与氟噻唑吡乙酮的化学结构

1 理化性质

Fluoxapiprolin 的IUPAC 化学名为2-{(5RS)-3-[2-(1-{[3,5-二(二氟甲基)-1H-吡唑-1-基]乙酰基}-4-哌啶基) 噻唑-4-基]-4,5-二氢异噁唑-5-基}-3-氯苯基甲磺酸酯，CAS 号：1360819-11-9，分子式：C25H24ClF4N5O5S2，分子量：650.064。由于异噁唑环上存在1 个手性碳原子，fluoxapiprolin 为2个外消旋体的混合物。其中，(R)-对映体和(S)-对映体的CAS 号分别为1703753-81-4 和1703753-80-3。

Fluoxapiprolin 的LogP 为3.2（pH=2.7）或3.9（pH=7.8）[2]，熔点为153 ℃～154 ℃[4]。Fluoxapiprolin为浅棕色固体粉末，不易燃、不易爆，也无氧化特性，有微弱的气味，密度为1.51 g/cm3（20 ℃），蒸气压为3×10-5Pa（纯物质，20 ℃），亨氏常数为2.4×10-1Pa·m3·mol-1，pH 为6.4（纯物质，24 ℃）或5.7（95%原药，20 ℃），水溶解性为0.08 mg/L（蒸馏水，最终pH=5.9）。有机溶剂溶解性（20 ℃）：甲醇:1.3 g/L，庚烷：0.061 mg/L，甲苯：1.1 g/L，二氯甲烷：143 g/L，丙酮：84 g/L，乙酸乙酯：15 g/L，二甲基亚砜：大于270 g/L[5]。基于产品特性，fluoxapiprolin 可用于配制多种制剂类型，但用于悬浮剂、可湿性粉剂、水分散颗粒剂及其他活性成分以固体形式存在的制剂时，需使用热力学上更稳定的晶态原药[4]。

在水中，fluoxapiprolin 不易生物降解，受水解（有氧水表面DT50=7.5 d）和光解（DT50=38.5 d）作用的影响不大，具有一定的持久性，但生物富集潜在可能性较低[5]。值得注意的是，(R)-对映体的降解速度比(S)-对映体快，但是外消旋体在水/沉积物中的比例没有变化。而在土壤中，fluoxapiprolin 具有一定的移动性和持久性，在有氧条件下DT50=13.0～81.4 d；厌氧条件下DT50=281 d，光解的DT50=50.8 d[5]。

2 毒性[5]

2.1 哺乳动物毒性

Fluoxapiprolin 对哺乳动物的毒性较低。其中，对大鼠急性经口毒性LD50>2 000 mg/kg 体重，大鼠急性经皮毒性LD50＞2000 mg/kg 体重，大鼠急性吸入毒性LC50＞2.11 mg/L，对兔眼睛无刺激性，对兔皮肤无刺激性，对小鼠无接触致敏性（局部淋巴结），无致癌、致突变性和生殖发育毒性。

2.2 生态毒性

Fluoxapiprolin 的生态毒性较低，但对大型溞存在一定的生殖毒性。鱼类：虹鳟（Oncorhynchus mykiss）LC50（96 h）＞1.05 mg/L，黑头呆鱼（Pimephales promelas）LC50（96 h）＞1.00 mg/L，黑头呆鱼NOEC（32 d，生命早期阶段）≥0.91 mg/L。水生无脊椎动物：大型溞（Daphnia magna）EC50（48 h）＞1.00 mg/L，糠虾（Americamysis bahia）EC50（96 h）＞0.84 mg/L；稀释摇蚊（Chironomus dilutus）EC50（48 h）＞1.00 mg/L；大型溞NOEC（21 d，生殖）为0.032 mg/L，稀释摇蚊NOEC（28 d，发育速度）≥1.0 mg/L。藻类和大型水生植物：月牙藻（Pseudokirchneriella subcapitata）ErC50（72 h）＞1.00 mg/L，水华鱼腥藻（Anabaena flosaquae）ErC50（72 h）＞0.87 mg/L，小皮舟形藻（Navicula pelliculosa）ErC50（72 h）＞0.81 mg/L，中肋骨条藻（Skeletonema costatum）ErC50（72 h）＞0.72 mg/L，膨胀浮萍（Lemna gibba）ErC50（7 d）＞1.00 mg/L。陆生脊椎动物：山齿鹑（Colinus virginianus）急性经口LD50＞2000 mg/kg体重，LC50（8 d）＞1067 mg/kg 体重/d，NOEC（23 w，1 代生殖）为80 mg/kg 体重/d；绿头鸭（Anas platyrhynchos）LC50（8 d）＞1374 mg/kg 体重/d，NOEC（23 w，1 代生殖）为148 mg/kg 体重/d；金丝雀（Serinus canaria）急性经口LD50＞2000 mg/kg 体重。陆生无脊椎动物：西方蜜蜂（Apis mellifera）急性经口LD50（48 h）＞217.6 μg/蜂，急性接触LC50（48 h）＞200.0 μg/蜂，慢性经口LD50（10 d）＞42.8 μg/蜂，NOEC（8 d，幼蜂重复暴露）≥649.4 mg/kg饲料（100 μg/蜂）或≥468 mg/kg 饲料（73.8 μg/蜂），欧洲熊蜂（Bombus terrestris）急性经口LD50（48 h）＞231.6 μg/蜂，急性经皮LD50（48 h）＞200.0 μg/蜂。土壤生物：欧洲红蚯蚓（Eisenia andrei）LC50（14 d）＞500 mg/kg 土壤干重。非靶标节肢动物：蚜茧蜂（Aphidius rhopalosiphi）LR50（48 h）＞60 g/hm2，梨盲走螨（Typhlodromus pyri）LR50（48 h）＞60 g/hm2。

3 生物活性

与氟噻唑吡乙酮相同，fluoxapiprolin 对多种农作物的卵菌纲病原菌如霜霉病和疫病有较好的防治效果。室内生测结果[2]表明，fluoxapiprolin在质量浓度为10 mg/L 处理6 d，对葡萄霜霉病的控制率达到100%；在质量浓度为100 mg/L 处理7 d，对马铃薯疫病的控制率达到75%。Fluoxapiprolin 还可用于玉米等单子叶植物及其转基因作物的霜霉病防治，使用方法和用量[6]见表1。

表1 Fluoxapiprolin 在单子叶植物及其转基因作物上的使用方法和用量

Fluoxapiprolin 的生物活性或药效与其立体构型和晶型有关[3,6]：fluoxapiprolin 中的(R)-对映体和(S)-对映体的生物活性几乎相同，但晶态的药效要好于同等条件下非晶态的药效（表2）。因而没有必要对fluoxapiprolin 进行手性选择或拆分，但控制选择合适的晶态原药却十分重要。

表2 由晶态和非晶态fluoxapiprolin 制成的50 g/L SC 的药效[3]比较

4 作用机理

Fluoxapiprolin 的化学结构与氟噻唑吡乙酮基本相同，防治作物和对象与后者相似，作用机理也相同。根据国际杀菌剂抗性行动委员会最近的杀菌剂作用机理分类[7]，fluoxapiprolin 的作用机理也涉及脂质的代谢平衡与转移/贮存，通过抑制氧化固醇结合蛋白（OSBP）而发挥作用，对由卵菌纲病原菌引起的植物病害如疫病和霜霉病具有较高生物活性。然而，由于作用位点单一，fluoxapiprolin 也面临着与氟噻唑吡乙酮相同的问题，即存在较高的抗性风险。研究表明[8]，辣椒疫霉菌(Phytophthora capsici)对fluoxapiprolin 具有中等抗药风险，而PcORP1 的多个点突变可赋予该病原菌对fluoxapiprolin 不同的耐药水平。

另一方面，氟噻唑吡乙酮对病原菌生命周期中的多个阶段皆有效，且具有预防和治疗作用、良好的移动性（可从老叶向新叶转移并且长距离输导）和内吸向顶传导作用[9]。Fluoxapiprolin 是否也存在类似的作用方式特点还值得进一步研究。

5 原药合成

如图2 所示，fluoxapiprolin 原药的合成以3-氯-2-(3-氯乙酰基-4,5-二氢-l,2-噁唑-5-基)苯基甲磺酸酯（I）为原料，经与哌啶-4-硫代甲酰胺环合后、再与氯代乙酰氯发生取代反应，最后与3,5-二氟甲基-1H-吡唑（II）缩合得到[2,10]。上述反应的收率依次为90%、85%和84%，三步反应总收率达到64.3%，得到fluoxapiprolin 的初级产品含量为94%。Fluoxapiprolin 工业化合成路线和工艺（含精制）还有待进一步优化开发，可参考氟噻唑吡乙酮以及其他同类化合物合成时的不同环合次序策略[1-2,9]。

图2 Fluoxapiprolin 合成路线

关键中间体3-氯-2-(3-氯乙酰基-4,5-二氢-l,2-噁唑-5-基)苯基甲磺酸酯（I）以2-甲基-3-氯苯酚为起始原料，经酯化、氯化、氧化、加成和脱水酯化后，与1,3-二氯-N-羟基-2-氧代丙亚胺环合得到产品[1-2,9,11]。其中，1,3-二氯-N-羟基-2-氧代丙亚胺可由1,3-二氯丙酮与亚硝基叔丁酯（t-BuONO）缩合得到。关键中间体（I）的合成路线见图4。

图3 关键中间体（I）的合成路线（其中R 为相应的烷基）

另一关键中间体3,5-二氟甲基-1H-吡唑（II）以N,N-二甲基四氟乙基胺（TFEDMA）为原料，与三氯化铝或三氟化硼络合成盐后，经与1,1-二氟-N-异丙基-2-丙亚胺或N-(1,1-二氟-2-丙基)苯胺或1-(1,1-二氟-2-亚丙基)-2-(二苯基亚甲基)肼缩合、与水合肼环合得到产物[12-13]，或者直接与1,1-二氟-N-苄基-2-丙亚胺和水合肼一锅合成[14]。关键中间体（II）的合成路线见图4。

图4 关键中间体（II）的合成路线（其中L 为三氯化铝或者三氟化硼）

6 制剂与应用

作为一种全新的杀菌剂，fluoxapiprolin 有多种单一和复合制剂产品得到了研究开发和应用。Bayer 公司即将上市的单剂产品为20 g/L fluoxapiprolin SC（悬浮剂），正在商业化开发中的复配制剂产品有：11.25 g/L fluoxapiprolin+225 g/L氟吡菌胺OD（油悬剂）、30 g/L fluoxapiprolin +200 g/L 氟吡菌胺SC、9.38 g/L fluoxapiprolin +188 g/L 丙森锌OD 和0.5 g/kg fluoxapiprolin+丙森锌70 g/kg WG（水分散颗粒剂）等。其中，单剂20 g/L fluoxapiprolin SC（商品名：XivanaTM）于2022 年1 月最先在新西兰获得农药登记批准，用于洋葱霜霉病、番茄和马铃薯的晚疫病防治，相关登记的使用方法见表3。与现有用于马铃薯和洋葱病害防治的含氟噻唑吡乙酮、双炔酰菌胺、噁唑菌酮、烯酰吗啉或代森锰锌等的制剂产品相比，fluoxapiprolin 的活性成分的用量更低、危害更小，对环境的影响也更小[15]。此外，fluoxapiprolin相关产品在澳大利亚、印度尼西亚、印度和欧盟等国家和地区的农药登记也正在开展之中。

表3 XivanaTM 在新西兰登记的使用方法

Bayer 公司还对fluoxapiprolin 的混合制剂及应用进行了大量的研究开发工作，通过与多种不同作用机理的杀菌剂桶混或复配以增强杀菌效果并扩展杀菌谱[16]。特别地，Bayer 公司在多个新创制农药品种的应用开发中引入fluoxapiprolin，如与二氟甲基-烟碱-茚满基甲酰胺类化合物复配防治多种病害[17]；与吡唑酰胺类及其他杂环杀菌剂复配防治作物及其转基因植株或种子的多种真菌性病害[18]；与N-环丙基-N-取代苯基-3-二氟甲基-5-氟-1-甲基-1H-吡唑-4-甲酰胺或硫代甲酰胺衍生物和/或其盐复配用于防治咖啡锈病、柑橘黑斑病和疮痂病，以及香蕉黑叶斑病等[19]。

与此同时，还有不少农用化学品跨国公司进行了fluoxapiprolin 混用制剂产品的研究和应用开发。其中，Sumitomo 公司用fluoxapiprolin 与嘧啶等杂环类杀菌剂复配防治多种病害[20-22]，BASF 公司用fluoxapiprolin 与tioxazafen 复配防治多种病害和线虫[23]，Dupont 公司用fluoxapiprolin 与4-(2-氯-4-氟苯基)-N-(2,6-二氟苯基)-l,3-二甲基-l H-吡唑-5-胺复配防治作物植株或种子的真菌性病害[24]。

7 总结与展望

作为第2 个商业化开发的哌啶基噻唑异噁唑啉类杀菌剂，fluoxapiprolin 对马铃薯、葡萄、西红柿和玉米等农作物的卵菌纲病原菌如霜霉病和疫病具有卓越防效。Fluoxapiprolin 的化学结构和作用机理与氟噻唑吡乙酮相似或相同，但其用量更低、安全性更高、对环境生态的压力更小。随着农药登记在全球的陆续获批和上市应用，fluoxapiprolin 必将为种植者提供有效的综合防治的轮换药剂。然而，fluoxapiprolin 存在作用位点单一，存在较高的抗性发展风险，应积极开展桶混和复配制剂的开发和应用工作，减少施用剂量、延长产品生命周期。此外，fluoxapiprolin 适合工业化生产的晶态原药合成工艺值得优化开发。