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| 環磺酮市場容量巨大，未來將成為硝磺草酮除草劑有利競爭者 |
| 來源：農藥快訊 2019-9-20 10:10:00 |
| 本文從環磺酮的市場、理化性質、作用機理、合成方式、應用特點及應用示例這6個方面對該除草劑進行介紹，旨在為農藥研發、農藥使用、農藥銷售提供參考！ 環磺酮（tembotrione）（試驗代號AE 0172747）是拜耳公司2007年開發的三酮類玉米田除草劑，是在磺草酮基礎上加入三氟乙氧基合成的新化合物，屬于4-羥苯基丙酮酸雙氧化酶（4-hydroxyphenyl-pyruvate dioxygenase，簡稱HPPD）抑制劑，是目前最重要的除草劑作用靶標之一，環磺酮也成為最年輕的HPPD抑制劑除草劑的一員。環磺酮作為玉米田除草劑主要成分，活性要高于磺草酮和硝磺草酮，相較于其他品種，環磺酮對多種雜草有很強的殺滅作用，無殘留活性，有較強的抗雨水沖刷能力，且除草譜更廣。環磺酮專利已經到期，該新型除草劑在國內即將登場。
玉米是我國三大主糧之一,但受雜草危害較重,對除草劑需求大。HPPD抑制劑類除草劑因具有活性高、殘留低、對哺乳動物安全和對環境友好等特點，成為玉米除草劑市場上炙手可熱的產品。其中，硝磺草酮是中國乃至全球耳熟能詳的優秀玉米田除草劑。它在玉米田闊葉雜草、惡性雜草及抗性雜草防除方面發揮了重要作用，為業界樹立了新標桿。 目前開發的三酮結構HPPD抑制劑類除草劑，除了后起之秀環磺酮之外，還有硝磺草酮、磺草酮、雙環磺草酮等，那么三酮類除草劑的后起之秀——環磺酮與硝磺草酮相比有哪些優勢？一般而言，環磺酮的活性要高于硝磺草酮，相較于其他品種，環磺酮對多種雜草有很強的殺滅作用，無殘留活性，有較強的抗雨水沖刷能力，且除草譜更廣。 環磺酮的市場 2007年環磺酮由拜耳公司首先在奧地利登記和上市，商品名Laudis?（44 g/L環磺酮＋22 g/L雙苯噁唑酸），奧地利是此活性成分參與歐盟登記過程中的項目調查成員國之一。產品中加入安全劑雙苯噁唑酸（isoxadifen）后可以保護玉米免受紫外線傷害，它的單位用藥量為2.25 L/hm2，用于防除玉米田禾本科雜草和闊葉雜草。2008年4月9日巴西制定有關環磺酮的決議草案，將環磺酮（葉用）用于玉米培植納入該決議（最大殘留限量0.01 mg/kg，安全期98 d），批準和生效期為2008年5月。 同年環磺酮在美國和匈牙利獲得登記，后在比利時、法國、德國、荷蘭、塞爾維亞、墨西哥、巴西等國家獲得登記或上市。2010年環磺酮與噻酮磺隆復配劑在美國以Capreno?商品名獲得登記，至2013年環磺酮已在全球26個國家獲得登記，2013年拜耳公司的環磺酮的銷售額達到2.1億美元。 歐盟食品安全局（EFSA）專家組于2013年3月15日曾對環磺酮（tembotrione）進行了毒理學評估、殘留物評估、環境暴露評估、生態毒理學評估以及其代謝物所帶來的地下水暴露風險評估，最終認為環磺酮作為除草劑用于玉米與甜玉米的相關數據完整，風險較低。因此，在2014年環磺酮作為新的農藥有效成分獲得歐盟委員會批準。 環磺酮對多種雜草有很強的殺滅作用、無殘留活性、有較強的抗雨水沖刷能力，用于玉米田除草具有廣泛的除草譜。它可以在作物的整個生長期內均保持良好的除草活性，對闊葉雜草也能進行較好的防控，而且不會對大豆等下一茬作物造成危害；通常可用于玉米田和大豆田，芽后處理防除禾本科雜草。 環磺酮自2007年上市以來，受到用戶的青睞，銷售額一路攀升。2009年全球銷售額小于0.3億美元，但2010年銷售額快速升到0.95億美元，2011年上升到1.20億美元，2012年又增至1.85億美元，從2007年到2012年平均銷售額增長率達184.1%。2013年環磺酮就進入2億美元的行列，達到2.10億美元；2014年銷售額增至歷史新高2.40億美元；其2009-2014年的年復合增長率達51.6%，增幅是如此驚人，遠遠高于其他所有HPPD抑制劑類除草劑，也是拜耳公司最為暢銷的產品之一。2015年受全球氣候影響，其銷售額略有下降，為2.30億美元；2016年銷售額繼續下降至2.10億美元。在環磺酮的市場銷售中，以拉丁美洲市場最為重要，2016年銷售額為0.97億美元，其次為歐洲和北美自由貿易區，銷售額分別為0.46億美元和0.26億美元；其中在巴西銷售額最高為0.96億美元，而美國銷售額居第二為0.22億美元。環磺酮除草劑目前仍是拜耳公司最為暢銷的產品，未來幾年環磺酮將繼續成為全球市場上最值得關注的重要品種之一。 環磺酮的理化性質和劑型
環磺酮原藥外觀為米黃色粉末，無特殊氣味，純品為固體或粉末，熔點123℃，分解溫度約為150℃，相對密度（d20）1.56 g/mL。水中溶解度（20℃）：0.22 g/L（pH 4）、28.30 g/L（pH 7）、29.69 g/L（pH 9）。有機溶劑中溶解度（20℃）：乙醇8.2 mg/L、正己烷47.6 mg/L、甲苯75.7 mg/L、二氯甲烷＞600 mg/L、丙酮300～600 mg/L、乙酸乙酯180.2 mg/L、二甲基亞砜＞600 mg/L。 毒性：大鼠經口毒性LD50＞2 000 mg/kg；大鼠經皮毒性LD50＞2 000 mg/kg；大鼠急性吸入毒性LC50＞5.03 mg/L；對家兔眼睛有中等刺激作用，對家兔皮膚無刺激性，對豚鼠皮膚有輕微過敏現象。 環境毒性：鳥類急性經口毒性：山齒鶉LD50＞2 250 mg/kg；鳥類短期飼喂毒性：山齒鶉LC50＞1 788 mg/kg bw/day；魚類急性毒性：虹鱒魚96 h LC50＞100 mg/L；藻類急性毒性：月羊藻EbC50（96 h）0.75 mg/L；蜜蜂急性經口毒性：蜜蜂LD50（72 h）＞92.8 μg/只；蜜蜂急性接觸毒性：蜜蜂＞100 μg/只；蚯蚓急性毒性：LC50（14 d）蚯蚓＞1 000 mg/kg干土。 環磺酮是一種多晶型原藥，據世界專利WO 08110621A報道，存在3種晶型，即晶型A、晶型B、晶型C，使用晶型原藥加工環磺酮懸浮劑（SC）或OD劑型克服了用非晶型環磺酮的缺點。可是安徽久易農業股份有限公司和德國漢姆公司通過合適的方法獲得了一種環磺酮以前未知的穩定的全新晶型D，并于2018年12月18日公開了發明環磺酮的新晶型專利（公開/公告號：CN 109020850A）。存在晶型D的環磺酮，相對于其他幾種晶型的環磺酮，具有熔點更高、化學穩定性更好、溶出速度慢、溶解度小的優勢，晶型D是適合環磺酮產品長期保存最好的晶型結構。 環磺酮主要加工劑型：乳油（EC）、可溶液劑（SL）、懸浮劑和可分散油懸浮劑；環磺酮登記的主要商品名有Laudis?、Soberan?、Auxo?和Hydri?。 環磺酮不僅以單劑產品出售，還有許多復配產品也發揮了很大的作用，尤其是安全劑雙苯噁唑酸的使用不僅提高了該產品對作物的安全性，同時也拓寬了用藥適期；而其他農藥有效成分的加入，既擴大了該產品的防治譜，也降低了環磺酮的用量。 從全球范圍來看，安全劑雙苯噁唑酸（isoxadifen）主要由拜耳和杜邦兩家公司推廣使用。與環磺酮配伍產品的農藥有效成分包括煙嘧磺隆、砜嘧磺隆、精噁唑禾草靈、硝磺草酮、甲酰氨基嘧磺隆等。其中拜耳公司開發的環磺酮與不同含量安全劑雙苯噁唑酸組成的單劑和復配產品，如Laudis?可分散油懸浮劑（44 g/L環磺酮＋22 g/L雙苯噁唑酸）、Soberan?懸浮劑（420 g/L環磺酮＋210 g/L雙苯惡唑酸）、Auxo?、Hydris?（50 g/L環磺酮＋262 g/L溴苯腈（bromoxynil）＋25 g/L雙苯噁唑酸）乳油等，推廣作物為玉米。 此外，環磺酮還可與莠去津、特丁津、噻酮磺隆等產品混配，如環磺酮與特丁津混配的產品（1.7 L/hm2 環磺酮＋0.8 L/hm2特丁津）和在加拿大上市的環磺酮與噻酮磺隆復配劑型產品Vios G3?（350 g/L環磺酮＋70 g/L噻酮磺隆）產品等。 拜耳公司在美國登記的環磺酮原藥含量為96.2%。拜耳公司在美國登記的環磺酮的劑型產品有Laudis?（34.5%環磺酮SL）用于玉米田防治馬唐、狗尾草等禾本科雜草，莧菜、藜、芥菜、牽牛花等闊葉雜草；CAPRENO HERBICIDE?（28.3%環磺酮＋5.6%噻酮磺隆EC）用于玉米田（7葉以下的飼料玉米、青貯玉米和白玉米）防治馬唐、狗尾草等禾本科雜草，莧菜、藜、芥菜、牽牛花等闊葉雜草；DIFLEXX DUO?（2.83%環磺酮＋19.73%麥草畏鈉鹽）用于玉米田防治稗草、牛舌草、苜蓿、龍葵、加拿大薊、加拿大一枝花等雜草。 拜耳公司在加拿大登記的環磺酮原藥含量為97.8%，登記的劑型產品有VIOS G3?和SC547 HERBICIDE?（345 g/L環磺酮＋68 g/L噻酮磺隆SC）用于玉米田（1～6葉期）防治一年生禾本科雜草及闊葉雜草，用藥量110 mL/hm2。Laudis? 42 g/L環磺酮SC用于玉米（大田玉米2～5葉期）防治一年生禾本科雜草及闊葉雜草，用藥量220 mL/hm2。 拜耳公司在法國登記的環磺酮的劑型產品有Laudis?（44 g/L環磺酮+22 g/L雙苯噁唑酸OD）用于防治玉米田雜草，用藥量2.25 L/hm2；Laudis?水分散粒劑（WG）（20%環磺酮）用于防治玉米田雜草，用藥量0.5 kg/hm2；AUXO?（262 g/L溴苯腈（辛酸酯）＋50 g/L環磺酮EC）用于防治玉米田雜草，用藥量1.5 L/hm2。 目前國內尚無環磺酮原藥和劑型產品登記，但環磺酮的歐洲專利EP 1117639、世界專利WO 0021924、中國專利CN 1269800C都已于2019年9月9日到期，美國專利US 6376429到期日為2019年10月7日。目前國內企業仍處于環磺酮登記過程中，有一些企業正開展環磺酮原藥合成和劑型產品研制，如5%環磺酮可分散油懸浮劑和29%環磺酮·煙嘧磺隆·莠去津可分散油懸浮劑等產品。 環磺酮的作用機理 環磺酮的除草活性是通過4-羥苯基丙酮酸雙氧化酶（HPPD）抑制劑表現出來的。4-羥苯基丙酮酸雙氧化酶（HPPD）廣泛存在于各種有機體內，它在許多化合物的生物合成中起著非常重要的作用，并參與植物中質體醌和生育酚的生物合成，同時也參與了大多數生物體中苯丙氨酸的分解代謝。 在有氧條件下，HPPD催化對-羥苯基丙酮酸（HPPA）轉化為尿黑酸（HGA），這個過程包括氧化脫羧芳環羥基化以及羧甲基的1，2位遷移。尿黑酸的生物合成過程被抑制，導致質體醌和生育酚的生物合成受阻。在高等植物中，生育酚可能是細胞膜的抗氧化劑，是細胞膜的結構組成成分之一；質體醌是光合作用中電子傳遞的載體，同時質體醌還是八氫番茄紅素去飽和酶的關鍵輔助因子，質體醌的減少使八氫番茄紅素去飽和酶的摧毀作用受阻，從而影響類胡蘿卜素生物合成，使植物最終出現白化癥狀而逐漸死亡。HPPD可將氨基酸酪氨酸轉化為質體醌，當HPPD受到抑制時，會造成植物分生組織中酪氨酸積累和質體醌的衰竭，3～5 d內植物分生組織會出現黃化癥狀，隨之引起枯班；1～2周后遍及整株，植物白化而逐漸死亡。 環磺酮除草劑是在磺草酮結構上加入三氟乙氧基的新品種，由于多個氟原子的介入，增加了該化合物的疏水性（或親脂性）、膜的滲透性、抗代謝穩定性、揮發性、熱穩定性和化學穩定性，從而導致其活性高于磺草酮和硝磺草酮，對作物安全。此外，環磺酮的除草活性不僅表現在有機體內部，還表現在其外部性質上，即環磺酮在雜草防除中還具有良好的吸收輸送和代謝穩定性（特別是雜草）。 環磺酮的合成 目前合成環磺酮和中間體的文獻和專利并不多，為了滿足工業化的需求，一般選用較為廉價易得的工業原料。以下舉出2例，采用3-氯-2-二甲基苯胺為起始原料，來合成目標產物環磺酮。 （1）余玉等探索出一條適合工業化生產環磺酮的工藝路線：以3-氯-2-二甲基苯胺和甲硫醇為起始原料，在亞硝酸鈉的作用下，得到2-氯-6-甲巰基甲苯（小試產物為淡黃色固體，收率79%，文獻值收率85%），然后與乙酰氯發生酰化反應，再經過氧化氫氧化反應后，與次氯酸鈉發生鹵仿反應，得到2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸（小試產物為白色固體，收率93%，文獻值收率88%）；最后經過酯化和溴化反應得到2-氯-3-溴甲基-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯（小試產物為白色固體，收率81.3%，文獻值收率84%），再與三氟乙醇發生取代反應，水解得到最終產物2-氯-3-(2,2,2-三氟乙氧基)甲基4-甲磺酰基苯甲酸（小試產物為黃色固體，收率83.2%），在丙酮氰醇的催化下，2-氯-3-(2,2,2-三氟乙氧基)甲基4-甲磺酰基苯甲酸與1,3-環己二酮反應得到目的產物環磺酮（小試產物為黃色固體，收率80%）。經過H NMR光譜鑒定，產物結構與環磺酮結構一致。 該工藝路線簡單，反應條件溫和，總收率相對較高，三廢少，較經濟，適合工業化生產。 （2）左靜等也以3-氯-2-二甲基苯胺為起始原料，首先與亞硝酸鈉反應，制得重氮鹽產物與二甲基二硫醚反應得到3-氯-2-甲基甲硫醚（中間體Ⅰ）（小試產物質量分數99.4%，收率92.3%）。中間體Ⅰ與乙酰氯經傅克反應，制得2-氯-3-甲基-4-甲硫基苯乙酮（小試產物收率87.6%），再與雙氧水及次氯酸鈉溶液反應，得到2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸（小試產物收率96%），再經酯化反應制得2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯（中間體Ⅱ）（小試產物質量分數97.8%，收率94%）。中間體Ⅱ進行側鏈溴化轉化為溴甲基衍生物后，再與三氟乙醇鈉進行取代反應，制得［2-氯-4-甲磺酰基-3-(2,2,2-三氟乙氧基)甲基］苯甲酸甲酯（中間體Ⅲ）（小試產物質量分數96.4%，收率95.6%）。之后，中間體Ⅲ經水解酰氯化轉化為相應的苯甲酰氯，再與1,3-緩急二酮反應制得烯醇酯，最后在丙酮氰醇存在的條件下進行重排反應制得目標產物環磺酮（小試產物質量分數95.3%，收率96.1%）。 通過此路線制備環磺酮，原料易得，操作簡便，反應成本低，反應收率高，工業三廢少，適合工業化生產。 環磺酮的特點 環磺酮除草劑是在磺草酮上加入三氟乙氧基研發的三酮類新品種，從而導致其活性高于硝磺草酮，對作物安全。其特點為： （1）防治雜草譜廣和活性高。環磺酮用于玉米田和稻谷田中禾本科雜草、闊葉雜草、惡性雜草及抗性雜草的防除，環磺酮與硝磺草酮相比有更廣的防治雜草范圍，且有非常高的除草活性。在歐洲用Laudis?（44 g/L環磺酮＋22 g/L雙苯噁唑酸）可分散油懸浮劑（OD）的使用劑量為100 g/hm2的田間試驗確定殺草譜。 從田間試驗確定的殺草譜和除草效果中（表1）可見，對18種防除雜草有100%的防效、對41種防除雜草有95%的防效、對56種防除雜草有90%的防效、對94種防除雜草有75%的防效。
環磺酮對交叉譜雜草進行防除，主要是一年生狗尾草屬（能提高其防效）和野藜屬雜草；對薊屬、旋花屬、婆婆納屬、辣子草屬、尊麻屬、春黃菊和豬殃殃等多種雜草均有很強的殺滅作用，還能殺滅對草甘膦、麥草畏及ALS抑制劑類除草劑產生抗性的雜草。 （2）環磺酮的復配產品可以增加防治效果。如環磺酮主要靶標為芽后中期和晚期雜草，而噻酮磺隆主要靶標為芽后早期禾本科雜草，兩者復配產品對玉米田各生育期雜草防治均有效。 （3）用藥量低，除草適期長。環磺酮使用有效用藥量低，通常6～8克/畝，除草適期也長，在玉米出苗后至8葉之前時間內施藥便可取得較好效果。與硝磺草酮（雖然在雜草防治效果方面表現好，但用藥時間必須早）相比，環磺酮在用藥時間上的限制大為降低，在必要情況下，也可在14 d后可用同樣藥量進行第二次施藥。 （4）性能優越。環磺酮產品在助劑作用下，迅速滲透，并在木質部和韌皮部快速分布。有較強的耐雨水沖刷能力，該能力要顯著優于硝磺草酮和苯唑草酮藥劑，這可能與環磺酮結構中含有多個氟原子有關；且可以在作物整個生長期均保持良好的除草活性，而不會對下茬作物造成傷害。 （5）對后茬作物種植的安全性也很好。使用環磺酮后，對于下茬種植普通玉米、甜玉米和爆裂玉米時，可以立即種植。對于秋季下茬種植谷物（除玉米和高粱外）、甘蔗需要超過4個月是安全的；對春季種植大豆需要超過4個月是安全的；而對于播種葫蘆、向日葵等所有其他作物，如播種豌豆、棉花、土豆、油菜、苜蓿、番茄、甜菜需要超過10個月是安全的。如短于上述所有作物安全間隔期，則有可能對下茬作物會出現傷害。 環磺酮應用示例 （1）用5%環磺酮可分散油懸浮劑（江蘇某廠提供）開展防治春玉米田雜草試驗，目的是確認其除草效果。供試作物為春玉米，品種為東農250，試驗地點為哈爾濱市東北農業大學實驗實習基地。試驗地上年種植大豆，上茬使用除草劑為乙草胺、烯草酮，未使用殘留除草劑。 試驗結果表明，5%環磺酮可分散油懸浮劑施藥量分別為60、75、90、150 g a.i./hm2，對一年生雜草均有較好的防治效果。綜合藥效、安全性和成本，推薦使用劑型施藥量為75～90 g a.i./hm2。5%環磺酮可分散油懸浮劑施藥量為75～90 g a.i./hm2。施藥后30 d對一年生雜草的株防效為88.25%～91.80%，對雜草的鮮重防效為88.49%～92.42%。在施藥后15 d，調查5%環磺酮可分散油懸浮劑藥劑對玉米的安全性，在低、中、高及安全劑量處理的處理小區內無藥害產生，測產結果表明對產量無影響。 （2）李琦等用29%環磺酮·煙嘧磺隆·莠去津可分散油懸浮劑（河南錦繡之星作物保護公司提供）對玉米田一年生雜草進行了防效試驗及對玉米的安全性試驗。試驗在2017年天津市農業科學院現代農業科技創新示范基地進行，玉米田一年生雜草主要為馬唐、牛筋草、馬齒莧、反枝莧。 試驗結果表明，施藥后30 d 29%環磺酮·煙嘧磺隆·莠去津OD，施藥用量為261、304.5、348、609 g a.i./hm2下對玉米田一年生雜草的株防效分別為88.0%、90.8%、94.4%、97.2%；優于對照藥劑40%煙嘧磺隆OD（用藥量60 g a.i./hm2）、38%莠去津SC（用藥量1 140 g a.i./hm2）、5%環磺酮OD（用藥量90 g a.i./hm2）的防效86.0%、84.8%、81.3%。 施藥后30 d 29%環磺酮·煙嘧磺隆·莠去津OD，施藥用量為261、304.5、348、609 g a.i./hm2下對玉米田一年生雜草的鮮重防效分別為88.64%、91.60%、95.26%、97.95%；優于對照藥劑40%煙嘧磺隆OD（用藥量60 g a.i./hm2）、38%莠去津SC（用藥量1 140 g a.i./hm2）、5%環磺酮OD（用藥量90 g a.i./hm2）的防效89.67%、85.90%、85.36%。藥劑施藥后30 d，各處理對雜草鮮重影響的結果顯示：鮮重防效要高于同期株防效，表明藥劑對新增雜草也具有很好的防效，有良好的持效性。該藥劑的防效隨其施藥量的增加而提高，其最低使用劑量對雜草鮮重防效都達到88.64%，而最高使用劑量對雜草鮮重防效達到97.95%。該藥劑在4個不同施藥量下對玉米的增產率分別為9.37%、10.17%、11.12%、12.09%；除藥劑最低施藥量外，都優于對照藥劑40%煙嘧磺隆OD（用藥量60 g a.i./hm2）、38%莠去津SC（用藥量1 140 g a.i./hm2）、5%環磺酮OD（用藥量90 g a.i./hm2）對玉米的增產率分別為9.66%、8.46%、7.49%。 29%環磺酮·煙嘧磺隆·莠去津可分散油懸浮劑于玉米田苗后、雜草2～4葉期進行莖葉噴霧處理，施藥后7 d、14 d觀察各處理的玉米葉色、株高與空白對照一樣，未發現畸形、黃花、死苗等藥害癥狀。 結語 環磺酮屬于三酮類除草劑，也是最年輕的HPPD抑制劑除草劑的成員之一，通常可用于玉米田和大豆田，芽后處理防除禾本科雜草。環磺酮用于玉米田除草具有廣泛的除草譜，它可以在作物的整個生長期內均保持良好的除草活性，對闊葉雜草也能進行較好的防控。 環磺酮作為防治玉米田除草劑的主要品種之一，其活性要高于磺草酮和硝磺草酮，相較于其他除草劑品種，環磺酮對多種雜草有很強的殺滅作用，無殘留活性，有較強的抗雨水沖刷能力，對后茬作物種植的安全性也很好。拜耳公司為了延緩其抗性產生，將其與多個品種復配，這些復配產品已在歐洲、拉丁美洲、美國等多個國家和地區上市，大獲成功。 環磺酮自上市以來，一直受到用戶的青睞，銷售額一路攀升。2014年全球銷售額增至歷史新高2.40億美元，其2009-2014年的年復合增長率達51.6%，增幅是如此驚人，遠遠高于其他所有HPPD抑制劑類除草劑，也是拜耳公司的最為暢銷的產品之一。目前其全球銷售額雖有所下降，但仍是超過2億美元的產品。環磺酮的中國專利已于2019年9月9日到期，也為國內企業打開環磺酮農藥和劑型產品登記的大門，期待已久的環磺酮即將登場。環磺酮性能優異，市場容量巨大，未來將成為硝磺草酮除草劑有利競爭者，并將大展宏圖。 |
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