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在农药领域,农药的手性逐渐引起了高度重视,许多科学研究表明大部分农药的杀虫、除草等活性都来自混旋体中某一异构体,例如草铵膦就是以L-草铵膦(精草铵膦)作为具有除草活性的化合物,而针对L-草铵膦的不对称合成或者混旋草铵膦的不对称拆分,近年来都投入了大量的研究,L-草铵膦的工业化合成逐渐走向成熟。
通常使用的手性化合物制备技术包括不对称拆分、手性全合成、酶催化以及不对称催化等,不对称拆分指合成出的外消旋体通过与具有手性的拆分剂进行手性互补配对,将未配对异构体与已配对异构体的物化性质区别开来,达到手性分离拆分;手性全合成指用具有指定手性的底物进行全合成,极具代表性的就是精草铵膦的化学合成;酶催化是指运用有关酶的催化,取代传统化学试剂,对底物进行不对称结构修饰,此法虽然条件温和、绿色环保,但目前的工业化程度还有待提高;不对称催化指采用少量的手性催化剂,对关键不对称合成步骤进行催化反应,鉴于不同催化剂的不同物化性质,在同一反应的催化活性上也体现出较大差异,而衡量催化活性的指标主要表现为%e.e(对映体过量值),见式(1)。其中[R]为R-异构体,[S]为S-异构体,%e.e.越高,表明光学纯度越高。
茚虫威(indoxacarb)是一种恶二嗪类杀虫剂,该类杀虫剂是由美国杜邦公司开发的新型钠通道阻断型杀虫剂,以具有结构新颖、作用机理独特、药限时间短、几乎对所有鳞翅目害虫有效且环境友好等特点而受到了广泛关注。茚虫威分子结构中具有含2个N原子,1个O原子的六元环结构,该结构称为恶二嗪结构,这也是恶二嗪类杀虫剂的名称由来。如图1所示,茚虫威是基于生物电子等排、侧链闭环等理论,由最初的吲唑(I)到缩氨基脲(II),再到哒嗪(III),最终发现了恶二嗪结构(IV),再通过前药设计原理,由此得到茚虫威。研究发现:茚虫威分子在季碳上具有手性中心,只有S构型具有杀虫活性。
对于茚虫威的手性合成,主要集中在化合物V的合成(见图2),方法为不对称催化,所用的手性催化剂主要有辛可宁、二氢奎宁、手性磷酸等,所用的氧化剂为过氧化物,如叔丁基过氧化氢(TBHP)、过氧化异丙苯(CHP)等。对于新化合物,活性只是性质之一,合成工艺、毒理学、代谢动力学、环境稳定性、生物危害性等性质也需要综合考虑,许多关于以上性质的文献都有报道,本研究旨在按照作用机制、合成方法以及检测方法的顺序,系统性地总结茚虫威相关性质的文献报道,通过合理分析与论证,针对性地进行完善补充,同时对未来的茚虫威研究提出建设性意见与展望。
茚虫威是一种前药,其作用机制是其在虫体内被代谢为具有活性的DCJW(N位去甲氧羰基)(见图3),并与昆虫神经元的失活态钠离子通道不可逆结合,使神经元膜电位超极化,神经冲动传导电阻增大,从而昆虫的神经冲动传递被抑制,昆虫进食器官麻痹,无法进食,最终由于无能量供给以及全身僵硬而死亡。
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