砜吡草唑(pyroxasulfone)是由日本组合化学公司2002年开发的K3类除草剂,属于细胞分裂抑制剂,通过抑制极长链脂肪酸(VLCFA)合成,进而阻碍分生组织和胚芽鞘的生长,与酰胺类除草剂作用机理相似,广泛应用于玉米、小麦、大豆、棉花、向日葵、马铃薯、花生等多种作物上,防除一年生禾本科杂草和阔叶杂草。
砜吡草唑于2002年2月在中国申请专利,新化合物专利于2022年2月到期,砜吡草唑的原药与制剂在中国首次登记成功为2019年1月29日,其过新农药保护期的时间为2025年1月29日,国内企业要在之前登记需要按新农药开发处理,代谢、残留等试验费用会非常高。
海外市场
目前就原药生产而言,印度已然成为出口主力。
2021年印度出口原药预计2,500万吨,2022年印度出口将近4,000吨,增长迅速,同时,也反映出国外市场的需求火爆。
砜吡草唑2011年上市,在2016年就实现销售额破亿美元,之后销售额一直稳步攀升。2022年销售额增长53%,销售额超过4亿美元,预计2023年将继续保持高增速,销售额破5亿美元大关。
组合化学与富美实、拜耳、巴斯夫等企业签署授权、共同开发协议,相关复配产品应运而生,在美国、南美等市场的销售额上涨迅速。
国内产品预期
(1)小麦田:目前登记的40%砜吡草唑悬浮剂用于冬小麦播后苗前土壤封闭喷雾处理,持效期较长、杀草谱较广,由于其安全性较好,在麦田较受欢迎。
(2)玉米田:国内的实验方向是拟替代乙草胺的使用,主要对禾本科杂草,对谷莠子、马唐、艾草、牛筋草效果较好。砜吡草唑的活性是乙草胺、异丙甲草胺的10倍,是精异丙甲草胺的8倍。
(3)阔叶田:国内的实验方向拟替代异丙甲草胺、精异丙甲草胺,用量与玉米田相当,国外砜吡草唑与嗪草酮、丙炔氟草胺已在登记使用。
(4)经作区:未来发展方向是逐渐替代经作区二甲戊乐灵、精异丙甲草胺土壤封闭市场,安全性好是砜吡草唑的一大卖点。
砜吡草唑活性非常高,用药量少符合未来农药发展方向,并且其应用非常广泛,更加难能可贵的是,砜吡草唑可以在多种作物上应用,并且还能保持很好的安全性,杀草谱广,复配也非常丰富。
但不容忽视的是,砜吡草唑的高活性意味着其抗药性也会偏快,连续使用的话,部分杂草抗性会比较明显。
最终国内上市后的定价也十分关键,封闭处理药剂的优势之一就是性价比,若其原药价格太高,制剂亩成本达到苗后用药水平,那么其用量也会受到影响。
无论如何,砜吡草唑在国外的火爆还是证明了其优秀的产品性能,随着国内企业陆续关注、试验、登记,相信砜吡草唑很快会在国内引发热议,虽然整体转基因的呼声很高,但对于土壤处理来讲,受影响程度相对较小,期待砜吡草唑在中国市场登陆后的表现。
从有关文献报道,砜吡草唑合成方法主要有4种(见图2)。
从已报道砜吡草唑的合成方法是通过分别合成二氢异噁唑环和N-甲基吡唑环的中间体,再经过取代对接、O-二氟甲基化和氧化得到砜吡草唑。合成方法中使用比较危险的液溴氯气或异丁烯等试剂,反应条件比较苛刻,后处理工程中产生大量″三废″,不利于环境保护。
研究发现以3,3-二甲基丙烯酸甲酯为原料,通过成环反应得到3-羟基-5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑(试验结果得到无色液体产品49.0g,含量97.7%,产率71.9%),再通过五氯化磷氯化以及硫脲的取代反应得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑-3-硫基甲脒盐(中间体Ⅰ)(试验结果得到白色固体67.0g,含量95.0%,产率89.6%)。
以三氟乙酰乙酸乙酯为原料,与甲基肼反应得到N-甲基-3-三氟甲基-5-羟基吡唑(试验结果得到白色固体78.0g,含量97.3%,产率95.5%),之后再通过羟甲基化和高选择性的O-二氟甲基化,然后再直接进行氯化得到N-甲基-3-三氟甲基-4-氯甲基-5-二氟甲氧基吡唑(中间体Ⅱ)(试验结果得到淡黄色液体63.0g,含量90.0%,产率71.5%)。接着通过中间体Ⅰ和中间体Ⅱ的取代反应实现两个杂环的对接,最后进行氧化得到砜吡草唑(试验结果得到白色固体73.0g,含量99.4%,产率92.3%)。该优化方法得到高纯度99%含量的原药,减少了原生产过程中产生的″三废″,可提高生产效率,有利于工业化生产。