基础设计
工业规模
新 农 药 研 究 开 发 过 程
中试试验 概念设计 小试研究
过程控制
基础研究
• 品种丰富
• 用途多样
农药中绝大部分品种为有机化合物，所以
农药合成主要为有机合成。
什么是有机合成？
无机农药的特点

无机农药:由天然矿物原料加工制成的农药。如：砷
酸钙、砷酸铅、硫酸铜、磷化铝、波尔多液、石灰硫 黄合剂等。主要成分为无机化学物质，农药作用单一、 品种少、药效低、且容易发生药害，大部分已被有机 农药取代。
已确认的 EDCs
莠去津 氯丹 十氯酮 DDD DDE DDT 开蓬 1，2-二溴三氯丙烷 氯苯三氯己醇 狄氏剂 二己基己烯雌酚 二恶因（2,3,7,8-） 硫丹 呋喃（2,3,7,8-） 林丹 甲氧氯 p-壬基酚 PCBs 毒杀酚 三丁基锡
可能的 EDCs
草不绿 艾氏剂 氨基三唑 苯菌灵 双酚 A+ 镉* 2，4-D 异辛基 PAE 异艾氏剂 七氯 六六六 铅 代森锰锌 代森锰 汞 甲基对硫磷 代森联 灭蚁灵 p-辛基酚 对硫灵 „„
H H O O O
Br H Br H
氯氰菊酯
除虫菊素Ⅰ
O O
CH CN
O
溴氰菊酯
CH2
N N
NH NO2
N N CH3
烟碱
Cl
N
吡虫啉
2.3 小试研究
（1）选择合成路线:
原料来源 设备条件 能源消耗 反应收率 成本核算
（2）合成条件优化: 原料配比 投料顺序 催化种类 物料浓度 反应温度 反应压力
汽车尾气、垃圾焚烧
人群EDCs暴露
暴露途径： 呼吸道、消化道、皮肤、血液（如输 液、透析）
暴露水平：多种EDCs的暴露，水平难以确定 蓄积效应：多数EDCs能蓄积在体内脂肪组织，而 且在应激、妊娠及营养不良时释放出 来进入血液 生物富集：多数EDCs沿食物链富集，如DDT浓度 在各营养级间呈几何级数增长
暴露和家庭使用杀虫剂与儿童期的白血病和脑瘤
有关，其他相关的肿瘤有Wilm ’ s肿瘤，Ewing’s 肿瘤和生殖细胞肿瘤。
化学合成农药发展趋势
• 新品种的发展，尤其是具有特异性能的新品种； • 提高合成农药的质量，由低纯度的粗制品向精细
化工品发展；
• 更新筛选方法，提高新化合物的命中率， “生物农药”，“环境和谐农药”发展。
（3）测定和合成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ关的理化数据：热量、黏度
（4）制定原料、中间体、产品的分析方法 （5）进行物料能量衡算，初步评价其经济效益
（6）提供样品，进行田间药效试验和安全性评价
2.4中试研究
（1）验证小试研究结果 （2）建立一定规模的中试试验装置：考验工艺流程的合理 性和操作条件的可靠性，测定物料平衡、热量平衡及制定 过程控制方案。 （3）主要设备材质选择和设备选型 （4）较长周期稳定和连续运转 （5）三废治理方案 （6）原材料、中间体及产品分析方法和建立产品质量标准 （7）产品应用研究 （8）中试技术及中间评价 （9）基础设计与最终评价
有机氯杀虫剂的问世
• 有机合成农药出现的一个重 要标志是缪勒（P.Müller)于 1939年发现了人工合成的有 机氯杀虫剂滴滴涕，具有优 异的广谱杀虫作用：
Cl Cl Cl
Cl
Cl
英国的法拉第（M. Faraday)于1925年首次合成了六六六， 但在1945年（英国）和1942年（法国）才相继发现其具有 杀虫活性。
CH3
OCH3 N N
嘧磺隆
NO2 O SO2NH C NH N N
CH3
豆磺隆
Cl
CH3
单嘧磺隆
天然产物模型
CH3 O O H N CH3 N N
氨基甲酸酯类杀虫剂
CH3 CH3
毒扁豆碱
S N S N
SCONH2 N SCONH2
SSO3Na SSO3Na
沙蚕毒素
杀螟丹
杀虫双
Cl H Cl H O O CH CN O
有机合成

有机合成：一般指通过一系列有机反应，将一
些易得的、廉价的原料制备成新的、较为复杂
的、更有价值的有机化合物的过程。

而由较复杂的有机物降解为结构相对简单的有
机物的过程也属此列。
有机合成的任务

制备有机物，特别是具有特殊功能、特殊药效的 新化合物；

对天然药物的结构验证、改造或结构修饰；
理论研究
缺点：对环境危害大，残留时间长。部分品 种已被禁用。
我国农药领域的发展概况
• 从无到有 • 从仿制到创制
• 从跟踪到自主创新
2. 农药合成概述
2.1 概念：是利用化学方法将单质、简单的 无机物或有机物制备成具有农药功能的 物质的过程。 农药合成包括两个领域： 原药的工业生产和新农药的开发。
2. 2 先导化合物（Lead compound）
……
EDCs对动物的有害效应
Missing eyes
有机氯农药与儿童期肿瘤的关系
• 机制：父母于孕前或孕期暴露于有机氯农药，而
导致父母生殖细胞变性、遗传物质改变或在激素
和免疫功能方面改变，从而导致儿童期内分泌相 关肿瘤发生。 • 人群研究 1970年~1996年有关使用有机氯杀虫剂 与儿童期肿瘤的关系的研究提示：经常性的职业
（2）类推合成：me-too molecules,成功率高，
省力。
（3）天然产物模型：成功率较高，但大多结构
复杂，合成困难很大。
（4）生物合理设计：针对某一生化过程中的关
键靶标合理设计其抑制剂。
经验筛选
无除草活性
Cl CN Cl + H3C N CH3 O N H Cl Cl Cl Cl O N H O N H Cl Cl
农药合成
田宏哲
第一章 绪论

农药：主要用来防治危害农林牧业的有害生物 （害虫、害螨、线虫、病原菌、杂草及鼠类），
及调节植物生长的化学药品。

通常也把改善有效成分物理或化学性状的各类 助剂也包含其内。
1.从化学结构看农药的发展





公元前9世纪古希腊：硫磺熏蒸(S) 古罗马：砷杀虫(As) 16世纪：烟碱防治橡皮虫 1867年：亚砷酸铜[Cu3(AsO3)2]，防控科罗拉多 甲虫，第一个立法农药 1885年：波尔多液（CaO+CuSO4） 19世纪末~20世纪初：石硫合剂(CaO + S) OH 1913年：有机汞做种子处理剂(RHgX) O N CH 1932年：二硝基邻甲苯酚用做除草剂
CN Cl
F3C
N(C3H7)2 NO2
NC
OH Br
• 1968年：苯并咪唑类杀菌剂
N N H O NHC OCH3
• 1965~1970年：草甘膦 O O H HO P N HO OH
• 20世纪70年代：拟除虫菊酯类杀虫剂
Cl COO Cl CN O
• 农药结构从无机到有机
• 从天然到人工 • 种类繁多
环境中EDCs的来源
天然激素化合物：如植物激素大豆异黄酮 药物 如类固醇类、己烯雌酚、避孕药等。 工农业用原料、产品及排放的废弃物 工业原料：如某些溶剂（如壬基酚）、增塑剂 农用物资：如某些杀虫剂、除草剂、塑料薄膜 生活用品：如塑料、油漆、室内杀虫剂
医用塑料器具：如塑料输液器
农药应用的主体。
• 应用范围广、很多品种的药效高，而且原料来源
广（主要为石油化工产品），资源丰富。
化学合成农药的发展阶段
• 20世纪50年代中期以前：开创期； • 20世纪50年代末---60年代末期：发展期；
• 20世纪70年代---至今：高速发展期。
• 现阶段农药合成的特点：
1）高药效:降低使用量，减少对环境的污染及治理负担

农药合成的任务

运用以化学为基础的有机化学的理论及技术，研究农 药设计和合成的原理及方法，不断研制出高效、低毒、 低残留的农药，并找到各种农药的最佳合成路线及方 法，以达到降低成本、提高生产效益、减少三废的目
的。
化学合成农药
• 化学合成的农药结构复杂、品种繁多（目前国内 常用的约300多种以上，国际注册的品种千余种 以上，且每年在逐步增加），生产量大，是目前
有机磷杀虫剂的出现
• 20世纪40年代初，出现了另一类重要的杀虫剂： 有机磷杀虫剂，由德国拜耳公司（Bayer）施拉德 研究小组开发。1943年第一个商品化的有机磷杀 虫剂特普（TEPP）投入市场，用于农业害虫防治。
• 有机磷杀虫剂是我国应用最广的杀虫剂，品种繁 多，性能也差别很大； • 杀虫谱宽：可防治多种农林害虫，也可防治卫生 害虫，及家畜、寄生虫； • 杀虫方式多样化：大多数具有触杀和胃毒作用， 有些具有内吸或渗透作用，个别具有熏蒸作用。 杀虫机理是抑制害虫体内的胆碱酯酶活性，破坏 神经系统的传导，引起神经系统中毒症状，导致 死亡。
2.2.1 概念：是指通过生物测定，从众多的化合 物中发现和选定的具有某种农药活性的新化合 物，一般具有新颖的化学结构，并有衍生化和 改变结构的发展潜力，可以用作起始研究模型， 经过结构优化，开发出受专利保护的农药品种。
2.2.2 先导化合物的发现途径
（1）经验筛选 ：创制农药的基本方法，能发现
结构新颖和作用机制独特的农药。
2
3
1934年：福美双广谱杀菌剂
S C S S S N
NO2
• 1942年:DDT
Cl
CCl3
Cl
O
• 1942年：2,4-D
Cl
OH
Cl
• 1944年：对硫磷
EtO EtO
S P O NO2