摘自：《化学试剂》——拟除虫菊酯类杀虫剂的研究与开发进展
20世纪初，化学工业的发展让人们开始研发和使用化学合成的杀虫剂。随着农业机械化和大规模生产的需求增加，杀虫剂成为保护农作物的重要工具，杀虫剂发展也越发迅速。国内外市场上约有90%的杀虫剂靶标都作用于昆虫的神经系统，其中包括作用于门控离子通道的杀虫剂（如拟除虫菊酯类、有机氯类等），作用于鱼尼丁受体的杀虫剂与乙酰胆碱酯酶抑制剂（如有机磷类、氨基甲酸酯类等），作用于γ-氨基丁酸受体的杀虫剂（如多氯环烃类、阿维菌素类、苯并咪唑类、间二酰胺类等）以及作用于烟碱乙酰胆碱受体的杀虫剂（如新烟碱类、沙蚕毒素类、乙基多杀菌素、多杀霉素等）。
拟除虫菊酯是由天然除虫菊素衍生而来的仿生杀虫剂，由于其活性高、杀虫谱广、对哺乳动物和鸟类毒性低等显著特性，在农业上得到了广泛的应用，几十年来一直受到人们的关注。随着人们对化学农药给农产品带来的污染问题日益关注，人们更加认识到天然除虫菊素存在的更多优点和不可替代性。
拟除虫菊酯类农药是以仿效天然除虫菊素的化学结构而合成的农药。除虫菊(Tanacetum cinerariifolium)是菊科菊属类的多年生草本植物，是世界三大天然杀虫植物之一，因其对蚊、蝇、虱、甲虫、蛾等害虫有驱杀作用而得名。除虫菊原产前南斯拉夫，其后在日本、非洲、南美等广为栽培并形成产业，于1917年左右成功引进我国。天然除虫菊酯是由6种杀虫活性成分组成的复合型植物源杀虫剂，包括除虫菊素Ⅰ、除虫菊素Ⅱ，瓜叶菊素Ⅰ、Ⅱ和微量的茉莉菊素Ⅰ、Ⅱ。其中，最主要的杀虫成分为除虫菊素Ⅰ（含量占比38%）和除虫菊素Ⅱ（含量占比30%）。
拟除虫菊酯的开发重点先是集中在天然除虫菊素的醇部分，在此期间出现了炔丙菊酯、苄菊酯、熏菊酯、胺菊酯、炔醚菊酯等多个品种，直到苯醚菊酯的发现，才为这段历史渐渐画上了休止符。苯醚菊酯的发现是里程碑性的，一方面化合物的光稳定性有了很大提高，二是3-苯氧基苄醇的引入极大的降低了合成成本和合成难度。
拟除虫菊酯开发过程中的第二个重大发现是苯醚氰菊酯。在苯醚菊酯的α位引入氰基，不仅不影响稳定性，还能提高杀虫活性，这个发现直接导致了一系列拟除虫菊酯新品种的发现。此后，含α氰基的拟除虫菊酯被称为II型拟除虫菊酯，原本不含α-氰基的品种则被称为I型拟除虫菊酯，苯醚氰菊酯也被认为是第一个II型拟除虫菊酯。
拟除虫菊酯开发过程中的第三个重大发现是氯菊酯。将双键上的甲基替换为卤原子，双键上的电子云密度降低之后大大提高了拟除虫菊酯的稳定性，其α-位引入氰基后，便诞生了氯氰菊酯，杀虫性能提高了一个层次。
拟除虫菊酯的结构改造从未停止，科研人员针对菊酸构建成本高的问题，开发了氰戊菊酯，氰戊菊酯是第一个在农业上获得应用的拟除虫菊酯。随着结构改变研究的继续深入，还出现了含氟的品种，如高效氯氟氰菊酯，兼具杀虫杀螨活性，含氟品种的开发大大拓宽了拟除虫菊酯的应用范围。在此之后还出现了非酯骨架的新型拟除虫菊酯，它们又拥有着传统拟除虫菊酯不具有的新特征。
拟除虫菊酯杀虫剂类型及品种盘点
通常将含α-氰基的拟除虫菊酯被称为II型拟除虫菊酯，而不含α-氰基的品种则被称为I型拟除虫菊酯。
1、I型拟除虫菊酯类杀虫剂
I型拟除虫菊酯的菊酸结构与天然除虫菊素十分相似，因此大部分这类拟除虫菊酯仍保留了天然除虫菊素的多数特征。一方面，它们往往对哺乳动物毒性低、易于生物降解、不污染环境、对害虫的击倒能力强，而且大多数物质熏蒸和驱赶害虫的能力比天然除虫菊素要好；另一方面，它们同时也具有光稳定性差的缺点。因此，它们通常只能作为卫生杀虫剂使用而不能用作农作物杀虫剂。
1.1烯丙菊酯
烯丙菊酯(allethrin)是第一个人工合成的拟除虫菊酯，烯丙菊酯以除虫菊素I为原型，用烯丙基代替其环戊烯醇侧链的戊二烯基，是由美国的Schechter和Laforge于1947年合成，1949年商品化。由于上市之时，除虫菊素I的立体结构还没有被测定，研究人员并不知道哪个立体异构体的活性最佳，故而烯丙菊酯的原药为8个立体异构体的混合物。烯丙菊酯较天然除虫菊素活性变化不大，但稳定性有略微提升。主要用作家用卫生杀虫剂，用于防治家蝇、蚊虫、虱、蜚蠊等家庭害虫，以及牲畜和猫狗的体外寄生虫，具有强烈的触杀和击倒活性。
1.2炔丙菊酯
炔丙菊酯(prallethrin)是在烯丙菊酯的基础上用炔丙基取代烯丙基而得到的产物，由日本住友化学株式会社开发。炔丙菊酯的活性较烯丙菊酯有所提高，击倒和致死力是烯丙菊酯的4倍，并对蜚蠊有突出的驱赶作用。其作用方式主要以挥发熏蒸和触杀为主，可用于加工蚊香、电热蚊香等产品用以防治蚊子、苍蝇和蜚蠊等家庭害虫。
1.3胺菊酯
胺菊酯(tetramethrin)，又称四甲菊酯，由日本住友化学株式会社开发，是在菊酸苄酯和菊酸不饱和脂肪醇酯的基础上改造而得，对哺乳动物低毒，对鱼类、蜜蜂和蚕毒性较高。胺菊酯对蚊子、家蝇的击倒活性高于烯丙菊酯，但致死性能差，有复苏现象，所以通常与其他杀虫效果好的药剂如苄呋菊酯、氯菊酯、氰戊菊酯、辛硫磷、马拉硫磷等混配使用。目前胺菊酯主要用于防治蚊、蝇等飞行害虫，其对蜚蠊有驱赶作用，故而也用其防治蜚蠊。
1.4苯醚菊酯
苯醚菊酯(phenothrin)，又名速灭灵，由日本住友化学株式会社开发，是苄呋菊酯的呋喃环被苯环取代的产物。右旋苯醚菊酯的光稳定性进一步提高，且合成更加容易。其对昆虫兼具触杀及胃毒作用，对害虫的致死力较天然除虫菊素高8.5～20倍，且对哺乳动物低毒（大鼠经口毒性LD50＞5000mg/kg），并被FAA准许用于民航客机。有研究发现右旋苯醚菊酯对蜱虫有不错的防护效果，用0.9%的右旋苯醚菊酯处理的白布连续接触不同的蜱6h后，包括日本血蜱、草原革蜱、卵形硬蜱、残缘璃眼蜱、波斯锐缘蜱在内的多种蜱虫死亡率均达100%。
1.5苄呋菊酯
苄呋菊酯（resmethrin），又称灭虫菊，由美国FMC公司开发。光稳定性有提高，对家蝇、库蚊、德国小蠊的毒力较天然除虫菊素分别大28.7，1.33，1.5倍。苄呋菊酯对德国小蠊的毒力比胺菊酯高约6倍，苄呋菊酯用量为0.5g/m2时，德国小蠊接触后40min，可将其全部击倒，24h后死亡70%。苄呋菊酯有强烈的触杀作用，杀虫非常高效，且对哺乳动物的毒性低于天然除虫菊素，适用于家庭、畜舍、仓库等场地的蚊、蝇、蜚蠊等卫生害虫的防治。
1.6氯菊酯氯菊酯（permethrin），由美国FMC公司率先开发，是人工合成的第一个光稳定性拟除虫菊酯。氯菊酯对害虫有较强的触杀和胃毒作用，无内吸性，具有击倒力强、杀虫速度快的特点，尤其对鳞翅目幼虫高效。可用于蔬菜、茶叶、果树、棉花等作物防治菜青虫、棉铃虫、棉红铃虫、棉蚜、绿盲蝽、柑橘潜叶蛾、茶尺蠖、茶毛虫、茶细蛾等多种害虫，对蚊、蝇、跳蚤、蜚蠊、虱子等卫生害虫也有良好的效果。氯菊酯的毒性较大，对哺乳动物具有中等毒性（大鼠的经口毒性LD50约为220mg/kg），对水生动物、蜜蜂和家蚕具有高毒性，对鸟类低毒，使用时应多加注意，避免环境污染。
2、II型拟除虫菊酯类杀虫剂
II型拟除虫菊酯除了结构上的不同之外，安全性和效果方面较I型拟除虫菊酯也有所不同程度的提高。
2.1苯醚氰菊酯
苯醚氰菊酯（cyphenothrin），又名赛灭灵，由日本住友化学株式会社开发，右旋苯醚菊酯的α-位引入氰基后，杀虫活性获得了提高。例如，它对蚊子和家蝇具有快速击倒和致死作用，对蜚蠊也有较好的控制效果。使用该品处理羊毛可有效防治袋衣蛾和幕谷蛾，药效优于氯菊酯、炔丙菊酯和右旋苯醚菊酯。苯醚氰菊酯的发现毫无疑问是开创性的，但是其应用于农业生产当中还有一些无法避免的缺陷，一是该药物的生产成本，尤其是构建菊酸环丙烷环的成本过高；二是药物分子本身的稳定性还有待继续提高，在氧气和光照下仍然不够稳定，不过这对后续化合物的开发指出了方向。
2.2甲氰菊酯甲氰菊酯（fenpropathrin），又名灭扫利，由日本住友化学株式会社开发。甲氰菊酯结构中，菊酸原有的双键部分被删除，新得到的结构在氧气和阳光下的稳定性比前体化合物有了明显提高。甲氰菊酯对昆虫兼具触杀、胃毒和一定的驱避作用，其酯溶性大，有很强的神经毒性，可用于防治棉花、苹果、甘蓝等作物的多种病害。尽管其具有高效、低毒、低残留等特点，但其对鱼类具有高毒性，甲氰菊酯对泥鳅的LC50（96h）为38.02μg/L。
2.3氯氰菊酯和溴氰菊酯
氯氰菊酯（cypermethrin）、氯菊酯及溴氰菊酯（deltamethrin）最初均是由英国洛桑实验站的MichaelElliott等首先研制成功，后被分别被不同的公司商业化。氯氰菊酯的原药是8种立体异构体的混合物，而溴氰菊酯的原药则是由8种光学异构体中的单一构型（1R,3R,αS）组成。两种杀虫剂均为对害虫毒力较高的品种，且溴氰菊酯的毒性更强，对鳞翅目、直翅目、缨翅目、半翅目、双翅目、鞘翅目等多种害虫有效。两种杀虫剂也具有更佳的光稳定性，难以被光和空气降解。但另一方面，氯氰菊酯和溴氰菊酯的危险性也比较大，世界卫生组织将其定为中等毒性，浓度达到一定净含量后，会对哺乳动物的生殖、免疫和神经系统等以及水生动物都有明显的毒副作用。尽管如此，低廉的价格和高效的杀虫性能使氯氰菊酯和溴氰菊酯仍然是目前最常用的拟除虫菊酯类杀虫剂之一。
2.4氰戊菊酯
氰戊菊酯（fenvalerate），又称速灭菊酯，由日本住友化学株式会社开发。氰戊菊酯的结构中引入了DDT的片段，用取代苯替代菊酸的环丙烷结构，这使得合成成本大大降低，氰戊菊酯也成为第一个应用于农业生产的拟除虫菊酯化合物。氰戊菊酯对鳞翅目幼虫效果好，对同翅目、直翅目、半翅目等害虫也有较好效果，适用于多种作物。氰戊菊酯对哺乳动物具有中等毒性(大鼠经口毒性LD50为451mg/kg)，对水生动物、蜜蜂、家蚕的毒性高，对鸟类低毒。
2.5乙氰菊酯
乙氰菊酯（cycloprothrin），又名赛乐收，由日本化药公司开发，乙氰菊酯同样改动了菊酸的环丙烷结构。其击倒活性很高，具有触杀活性，用10.0%乳油喷于虫体，短时间内即可使昆虫行为失去控制，30～40min后几乎所有的昆虫全部从寄主身上脱落。该品种的残效期也比较长，50ppm浓度下叶面喷洒，可以长期抑制桃蚜的繁殖能力。乙氰菊酯对哺乳动物的毒性很低，对大鼠急性经口毒性LD50＞5000mg/kg，对鱼类低毒，对植物安全，是少数可用于水田的拟除虫菊酯。
3、氟修饰的拟除虫菊酯
随着氟化学的蓬勃发展，其在医药和农药的应用也日渐增多，拟除虫菊酯也自然而然的受其影响，出现了很多含氟的新品种。氟的引入，给拟除虫菊酯带来了许多新的特性。
3.1联苯菊酯
联苯菊酯（bifenthrin），由美国FMC公司开发，属I型拟除虫菊酯。具有触杀、胃毒等作用，持效期长，杀虫快，用在多种作物上以防治蚜虫、螨类、棉铃虫、红铃虫、桃小食心虫、叶蝉等多种害虫，对哺乳动物具有中等毒性（大鼠经口毒性LD50约为55mg/kg）。联苯菊酯凭借其优异的杀虫杀螨性能现在仍是销售最好的I型拟除虫菊酯。
3.2氟胺氰菊酯
氟胺氰菊酯（tau-fluvalinate），由左伊康工业公司开发，该品种对酸性、日光稳定，在pH＞7.5的碱性中不稳定。氟胺氰菊酯兼具胃毒和触杀作用，即使在田间高温条件下，仍能保持其原杀虫活性，残效期较长且对作物安全。可用于防治棉铃虫、棉红铃虫、棉蚜、棉红蜘蛛、玉米螟、菜青虫、小菜蛾、柑橘潜叶蛾、茶毛虫、茶尺蠖、粉虱、小麦黏虫、大豆蚜虫、甜菜夜蛾等。由于长期连续使用的缘故，多种害虫已对其产生抗性，并造成对多种拟除虫菊酯产生交互抗性，在许多地区已停止使用。
3.3氟氯氰菊酯
氟氯氰菊酯（cyfluthrin），又名百树得，由德国拜尔公司开发。该品种同样对酸性、日光稳定，在碱性环境中不稳定。以触杀和胃毒作用为主，无内吸及熏蒸作用。杀虫谱广，作用迅速，持效期长，对多种鳞翅目幼虫有很好效果，亦可有效的防治某些地下害虫。同时也具有一定程度的杀卵活性，并对某些成虫有拒避作用。
3.4氟丙菊酯
氟丙菊酯（acrinathrin），又名罗速发，由法国罗素·优克福公司开发。氟丙菊酯是一种高效、广谱的新型拟除虫菊酯类杀螨、杀虫剂，兼具胃毒和触杀活性，它对多种食植性害螨有良好的活性，并能有效地控制刺吸口器害虫和鳞翅目害虫，如木虱、潜叶蛾、蓟马、蚜虫等。氟丙菊酯主要应用于大豆、棉花、玉米、果树、烟草等作物。
3.5氯氟氰菊酯
氯氟氰菊酯（cyhalothrin），由英国帝国化学公司开发。高效氯氟氰菊酯是氯氟氰菊酯16个立体异构体中杀虫活性最高的异构体。对昆虫具有趋避、击倒及毒杀的作用，杀虫谱广，活性较高，药效迅速，残效期长，但长期使用易对其产生抗性。对鳞翅目、鞘翅目和半翅目等多种害虫和其他害虫，以及叶螨、锈螨、瘿螨、跗线螨等有良好效果，在虫、螨并发时可以兼治。
3.6多氟苄酯类
多氟苄酯是氟化学在拟除虫菊酯类农药中应用的典型案例。如五氟苯菊酯（meperfluthrin，德国拜耳）、四氟苯菊酯（transfluthrin，德国拜耳）、四氟甲醚菊酯（dimefluthrin，日本住友）、甲氧苄氟菊酯（metofluthrin，日本住友）等几个品种，它们都有较高的挥发性，且毒性较低，可通过挥发熏蒸的方式发挥作用，常用作卫生杀虫剂，用以防治蚊虫、蝇虫、蜚蠊、跳蚤等家庭害虫。
除此之外，顺式的环丙烷异构体，如七氟菊酯（tefluthrin，英国帝国化学），还具有较高的亲水性和在土壤细菌作用下较高的稳定性，可以用来防治土壤害虫，七氟菊酯也是第一个拟除虫菊酯类土壤杀虫剂。
值得一提的是由我国农化公司江苏扬农开发的品种氯氟醚菊酯（meperfluthrin）和七氟甲醚菊酯（teflumethrin）。氯氟醚菊酯结构中的酸部分采用了活性最高的右旋反式酸，这提升了化合物的生物活性，该品种的实际活性可以达到右旋反式烯丙菊酯的15～20倍，其毒力比四氟甲醚菊酯高77%，2010年已实现产业化。七氟甲醚菊酯是扬农推出的另一个新品种，以应对国外常温挥发型新剂型的新一轮进攻。经测定，其对淡色库蚊、家蝇的抑制活性优于甲氧苄氟菊酯，远优于富右旋反式烯丙菊酯，已经完成毒性测定，待制剂方面的研发完毕，扬农将进一步扩大该品种的杀虫剂市场。
4、非酯骨架的拟除虫菊酯
4.1醚菊酯
醚菊酯（etofenprox），也称利来多，由日本三井东压公司开发。醚菊酯具有触杀、胃毒和内吸作用，对鳞翅目、半翅目、鞘翅目、双翅目等多种害虫有较好防效，但对螨类无效。醚菊酯对哺乳动物低毒（大鼠经口毒性LD50＞10000mg/kg），对水生动物低毒，对作物安全。它的性质十分稳定，80℃下贮存90d未见明显分解，在pH2.8～11.9土壤中半衰期约6d，可用于稻田内褐飞虱等常见害虫的治理。
4.2氟硅菊酯
氟硅菊酯（silafluofen），又名硅白灵，由大日本除虫菊株式会社公司开发。它是替代已禁用的有机氯（氯丹、灭蚁灵）及有机磷（毒死蜱）灭白蚁剂的理想品种。对白蚁兼具触杀、胃毒及驱避作用，适用于土壤及木材处理，或作生产灭蚁材料的添加剂，以防白蚁危害。氟硅菊酯还对哺乳动物和鱼类低毒，硅原子的引入轻微地降低了杀虫活性，但大大降低了化合物对鱼类的毒性，这使其可以应用于水田作物。
