農藥化學中的綠色化學探究

孫兵(江蘇揚農化工股份有限公司，江蘇 揚州 225000)

0 引言

農藥設計、篩選和合成的過程中，綠色化學研究和應用，不僅能夠確保生產出高效性的農藥，還能降低毒性與農藥殘留，在一定程度上提升農藥生產水平，因此，在相關的農藥生產和研究領域中應該重視農藥化學中綠色化學的研究和應用，促使農藥的綠色化發展。

1 農藥化學中綠色化學研究的意義

近年來我國傳統農藥在應用的過程中，環境污染非常嚴重，并且在農藥合成、生產等環節也會產生人體健康危害、環境污染問題。而綠色化學在不但可以應用于合成環節，還可以應用于農藥設計、篩選等環節中，采用綠色化學的技術和措施，在短時間之內獲取到高效性、低毒性、低殘留的綠色農藥，對保護人們的身體健康、維護生態環境，有著十分重要的應用意義。

2 農藥化學中的綠色化學分析

2.1 農藥設計環節

在農藥開發過程中，設計屬于非常重要的環節，屬于基礎保障、靈魂所在，在設計的過程中需要總會考慮到合成、藥效、代謝和降解等因素，合理設計相關的目標分子，不僅需要確保所研制的農藥的應用效果，還需要減少毒性與殘留物，并且為后續的合成環節與生產環節提供支持。

(1)等電子原子置換。等電子原子置換屬于安全性較高的化學農藥設計手段，一般情況下，在設計期間會選擇硅元素，主要因為其屬于生態環境中存量大、成本低的元素，同時降低其毒性，提升可降解性能，使得有毒有機物變成環境友好型的物質。例如：神經傳遞質乙酰膽堿天然類似物尿烷，就屬于乙酰膽堿方面的拮抗藥，硅取代物和其中的碳化合物所存有的藥劑反應曲線一致，但是，在應用實驗鼠開展實驗活動的過程中了解到，硅取代物的毒性很小，具有一定的應用優勢。氨基甲酸酯殺蟲劑藥物和相關的硅等電置換物，都在蒼蠅方面有著非常相近的毒性，但是，硅等電置換物更加容易進行降解，所以，可以利用硅進行氨基甲酸酯殺蟲劑的取代，在確保藥物有著一定殺蟲功效的同時，還能減少對環境所產生的危害[1]。

(2) 天然產物做先導化合物。全世界的植物最少會達到25萬種，其中有很多植物都有著天然抗拒昆蟲進攻類型的成分，此類成分具備一定的溫血動物毒性，并且容易進行分解，不會出現殘留性的污染問題，所以，在農藥設計的過程中，就可以將這些天然產物作為先導化合成。當前，在自然環境領域中已經提取出具備一定農藥活性的植物殺蟲劑，主要就是除蟲菊素成分、煙堿成分、魚藤酮成分等等，前兩種已經能夠作為現代化合物生產新型的殺蟲劑，能夠轉變傳統農藥的形式。實際設計的過程中，可以合成相關的擬除蟲菊酯殺蟲劑，例如：烯丙菊酯，不僅能夠提升殺蟲效果，還能預防出現毒素殘留的問題。與此同時，對于植物而言，在生長的過程中很容易受到生長促進劑還有抑制劑的影響，這也是農業領域中廣泛應用人工合成天然激素類型物質的重要原因，例如：2,4-二氯苯氧乙酸。而且多年來的研究發現，將昆蟲信息素應用在蟲情調查過程中具有重要作用，該方法屬于簡易、高效的方式，合成與昆蟲信息素較為類似的成分，能夠有效對昆蟲的行動、交配、產卵等方面控制，達到良好的害蟲防治目的，此類在生態學領域進行新型殺蟲劑研究的方法，也可以應用在農藥化學的研究領域中，按照生物活性結構設計性能較高的農藥，例如：某公司在綠色農藥設計期間，就模仿了昆蟲脫皮期間所產生的20-羥基脫皮素，設計了殺蟲劑，起到一定的殺蟲作用[2]。

(3)使用計算機技術進行設計。綠色化學農藥設計的過程中，可以利用計算機技術進行農藥分子的設計，不僅可以節省成本、簡化設計工作，還能增強目標分子命中率。例如：使用計算機技術，可以通過定量構效關系，創建相應的模型，然后設計出新型結構的ALS酶抑制劑分子，再通過定向合成，進行生物活性的檢測，其中有很多化合物都有著一定除草活性，同時具備低毒、低殘留的優勢。

2.2 篩選環節

(1)組合化學技術措施。組合化學技術屬于當前較為先進的綠色化學技術，在篩選化合物期間，可以通過這類技術組合成不同的分子結構單元，獲取很多化合物，滿足高通量篩選系統要求。當前我國對組合化學技術進行了改進，可以實現高純度、單一化合物的HTS篩選的目的，例如：機器人合成儀設備能夠自動化的實現兩步到三步化學反應，合成上千個化合物，自動化完成分離處理、分析處理、結構鑒定等操作。而且在應用組合化學技術的過程中，還能減小試劑的使用量，縮短反應時間，增強自動化程度，不會對操作人員與生態環境產生危害，具有一定推廣優勢[3]。

(2)優化反應原料。反應原料既要滿足無毒無害的特點，同時最好是可再生的資源。目前在農藥研發過程中使用的毒性較高丙烯腈、甲醛、光氣、氰化鈉等等，在反應原料篩選的過程中應該適當排除；如果該原料不可替代，要做好相關保護措施，例如：在使用甲醛、光氣的過程中，應該采用多聚甲醛、三光氣替代，同時采用必要的保護措施，維護操作人員與生態環境的安全性。

2.3 合成環節

(1)選擇最優合成路線。農藥化合物一般都有不同合成路線，那么，就要選擇原材料成本較低、毒性最小、步驟很短、反應條件簡單的路線，確保經濟效益的同時還要減少環境污染問題，并且容易進行工業化生產。例如：草甘膦的合成路徑就有很多，為了確保收率和純度，簡化反應條件，可以選擇如圖1所示的合成路徑。與此同時，也可以采用計算機技術輔助設計出最佳的合成路線，在選擇路線之前可以利用計算機創建已知有機合成反應資料庫系統，明確目標產物之后，尋找到所有可能和目標反應物產生的反應，之后將有反應的原材料做中間目標產物，尋找可生成反應，在一系列的研究中獲得反應合成路線，在此期間計算機能夠根據已經給出的評估信息，自動化對比各種反應路徑，排除不合適的路線，尋找到操作簡單、符合綠色化學要求的合成路線[4]。

圖1 草甘膦最佳合成路徑

(2)合理輔助試劑的使用。首先，可以在合成的過程中添加催化劑。主要因為有機合成期間催化劑能夠降低反應的活化能，提升轉化的效果，減少副產物的生成，起到良好的環境保護作用。農藥化學方面不僅可以使用傳統類型的催化劑，還可以應用生物酶催化立體催化反應，這樣不僅可以起到良好的環保作用，還能增強催化劑的應用效果。例如：通過(±)cis,trans-菊酸甲酯在球形節桿菌方面的催化作用下，就可以合成除蟲菊酯的中間體(+)-(1R,3R)-菊酸，實現綠色農藥合成的目的。其次，也可以添加縛酸劑，一些化學農藥合成過程會有酸生成，不能及時排出反應體系，就可以添加縛酸劑，加快反應速度，確保產物的轉化效果，例如：亞磷酸二烷基酯就屬于有機磷殺蟲劑合成過程中的中間體，在甲醇和三氯化磷反應得到亞磷酸二甲酯，和三酯發生反應，生成了亞磷酸二烷基酯，如果可以在其中添加縛酸劑，就能夠進一步加快反應速度，達到良好的合成目的[5]。

(3)反應溶劑的篩選。有機溶劑屬于化學農藥合成過程中的重要部分，但以綠色化學的層面進行分析，有機溶劑并不是良好的選擇。選擇無溶劑法或水、離子液體等綠色溶劑，目前離子液體在傅克反應的廣泛應用就是一個很好的例子，和傳統性的有機溶劑相比，速度很快、產率和選擇性很高。

(4)合理應用超聲、微波合成技術。超聲合成技術主要就是通過超聲波加快化學反應速度，增強產率，在超聲波的作用下，多數有機反應、非均相反應都能夠加快速度，反應時間減少很多，產率較高、副產物很少，操作非常簡單，將其應用在農藥化學中，有著一定的優勢。微波合成技術可以通過微波直接在目標分子體相方面產生作用，完成原位能量轉化的操作，還能使得分子在一瞬間加熱，熱效率非常高。將其應用在綠色化學農藥的合成方面，能夠增強合成效果[6]。

3 結語

綜上所述，農藥化學領域中應用綠色化學，具有一定的重要意義，是促使農藥綠色化生產的重要舉措。因此，在農藥研究開發、生產的過程中，應重視綠色化學的運用，在設計環節、篩選環節和合成環節中，都應該重視綠色化學的應用，采用良好的設計方式、最佳的合成手段和路線，同時還需引進先進的合成技術與措施，借助綠色化學來創造出毒性較低、殘留較低、經濟效益較高的農藥產品。