农药化学中的绿色化学探究

孙兵(江苏扬农化工股份有限公司，江苏 扬州 225000)

0 引言

农药设计、筛选和合成的过程中，绿色化学研究和应用，不仅能够确保生产出高效性的农药，还能降低毒性与农药残留，在一定程度上提升农药生产水平，因此，在相关的农药生产和研究领域中应该重视农药化学中绿色化学的研究和应用，促使农药的绿色化发展。

1 农药化学中绿色化学研究的意义

近年来我国传统农药在应用的过程中，环境污染非常严重，并且在农药合成、生产等环节也会产生人体健康危害、环境污染问题。而绿色化学在不但可以应用于合成环节，还可以应用于农药设计、筛选等环节中，采用绿色化学的技术和措施，在短时间之内获取到高效性、低毒性、低残留的绿色农药，对保护人们的身体健康、维护生态环境，有着十分重要的应用意义。

2 农药化学中的绿色化学分析

2.1 农药设计环节

在农药开发过程中，设计属于非常重要的环节，属于基础保障、灵魂所在，在设计的过程中需要总会考虑到合成、药效、代谢和降解等因素，合理设计相关的目标分子，不仅需要确保所研制的农药的应用效果，还需要减少毒性与残留物，并且为后续的合成环节与生产环节提供支持。

(1)等电子原子置换。等电子原子置换属于安全性较高的化学农药设计手段，一般情况下，在设计期间会选择硅元素，主要因为其属于生态环境中存量大、成本低的元素，同时降低其毒性，提升可降解性能，使得有毒有机物变成环境友好型的物质。例如：神经传递质乙酰胆碱天然类似物尿烷，就属于乙酰胆碱方面的拮抗药，硅取代物和其中的碳化合物所存有的药剂反应曲线一致，但是，在应用实验鼠开展实验活动的过程中了解到，硅取代物的毒性很小，具有一定的应用优势。氨基甲酸酯杀虫剂药物和相关的硅等电置换物，都在苍蝇方面有着非常相近的毒性，但是，硅等电置换物更加容易进行降解，所以，可以利用硅进行氨基甲酸酯杀虫剂的取代，在确保药物有着一定杀虫功效的同时，还能减少对环境所产生的危害[1]。

(2) 天然产物做先导化合物。全世界的植物最少会达到25万种，其中有很多植物都有着天然抗拒昆虫进攻类型的成分，此类成分具备一定的温血动物毒性，并且容易进行分解，不会出现残留性的污染问题，所以，在农药设计的过程中，就可以将这些天然产物作为先导化合成。当前，在自然环境领域中已经提取出具备一定农药活性的植物杀虫剂，主要就是除虫菊素成分、烟碱成分、鱼藤酮成分等等，前两种已经能够作为现代化合物生产新型的杀虫剂，能够转变传统农药的形式。实际设计的过程中，可以合成相关的拟除虫菊酯杀虫剂，例如：烯丙菊酯，不仅能够提升杀虫效果，还能预防出现毒素残留的问题。与此同时，对于植物而言，在生长的过程中很容易受到生长促进剂还有抑制剂的影响，这也是农业领域中广泛应用人工合成天然激素类型物质的重要原因，例如：2,4-二氯苯氧乙酸。而且多年来的研究发现，将昆虫信息素应用在虫情调查过程中具有重要作用，该方法属于简易、高效的方式，合成与昆虫信息素较为类似的成分，能够有效对昆虫的行动、交配、产卵等方面控制，达到良好的害虫防治目的，此类在生态学领域进行新型杀虫剂研究的方法，也可以应用在农药化学的研究领域中，按照生物活性结构设计性能较高的农药，例如：某公司在绿色农药设计期间，就模仿了昆虫脱皮期间所产生的20-羟基脱皮素，设计了杀虫剂，起到一定的杀虫作用[2]。

(3)使用计算机技术进行设计。绿色化学农药设计的过程中，可以利用计算机技术进行农药分子的设计，不仅可以节省成本、简化设计工作，还能增强目标分子命中率。例如：使用计算机技术，可以通过定量构效关系，创建相应的模型，然后设计出新型结构的ALS酶抑制剂分子，再通过定向合成，进行生物活性的检测，其中有很多化合物都有着一定除草活性，同时具备低毒、低残留的优势。

2.2 筛选环节

(1)组合化学技术措施。组合化学技术属于当前较为先进的绿色化学技术，在筛选化合物期间，可以通过这类技术组合成不同的分子结构单元，获取很多化合物，满足高通量筛选系统要求。当前我国对组合化学技术进行了改进，可以实现高纯度、单一化合物的HTS筛选的目的，例如：机器人合成仪设备能够自动化的实现两步到三步化学反应，合成上千个化合物，自动化完成分离处理、分析处理、结构鉴定等操作。而且在应用组合化学技术的过程中，还能减小试剂的使用量，缩短反应时间，增强自动化程度，不会对操作人员与生态环境产生危害，具有一定推广优势[3]。

(2)优化反应原料。反应原料既要满足无毒无害的特点，同时最好是可再生的资源。目前在农药研发过程中使用的毒性较高丙烯腈、甲醛、光气、氰化钠等等，在反应原料筛选的过程中应该适当排除；如果该原料不可替代，要做好相关保护措施，例如：在使用甲醛、光气的过程中，应该采用多聚甲醛、三光气替代，同时采用必要的保护措施，维护操作人员与生态环境的安全性。

2.3 合成环节

(1)选择最优合成路线。农药化合物一般都有不同合成路线，那么，就要选择原材料成本较低、毒性最小、步骤很短、反应条件简单的路线，确保经济效益的同时还要减少环境污染问题，并且容易进行工业化生产。例如：草甘膦的合成路径就有很多，为了确保收率和纯度，简化反应条件，可以选择如图1所示的合成路径。与此同时，也可以采用计算机技术辅助设计出最佳的合成路线，在选择路线之前可以利用计算机创建已知有机合成反应资料库系统，明确目标产物之后，寻找到所有可能和目标反应物产生的反应，之后将有反应的原材料做中间目标产物，寻找可生成反应，在一系列的研究中获得反应合成路线，在此期间计算机能够根据已经给出的评估信息，自动化对比各种反应路径，排除不合适的路线，寻找到操作简单、符合绿色化学要求的合成路线[4]。

图1 草甘膦最佳合成路径

(2)合理辅助试剂的使用。首先，可以在合成的过程中添加催化剂。主要因为有机合成期间催化剂能够降低反应的活化能，提升转化的效果，减少副产物的生成，起到良好的环境保护作用。农药化学方面不仅可以使用传统类型的催化剂，还可以应用生物酶催化立体催化反应，这样不仅可以起到良好的环保作用，还能增强催化剂的应用效果。例如：通过(±)cis,trans-菊酸甲酯在球形节杆菌方面的催化作用下，就可以合成除虫菊酯的中间体(+)-(1R,3R)-菊酸，实现绿色农药合成的目的。其次，也可以添加缚酸剂，一些化学农药合成过程会有酸生成，不能及时排出反应体系，就可以添加缚酸剂，加快反应速度，确保产物的转化效果，例如：亚磷酸二烷基酯就属于有机磷杀虫剂合成过程中的中间体，在甲醇和三氯化磷反应得到亚磷酸二甲酯，和三酯发生反应，生成了亚磷酸二烷基酯，如果可以在其中添加缚酸剂，就能够进一步加快反应速度，达到良好的合成目的[5]。

(3)反应溶剂的筛选。有机溶剂属于化学农药合成过程中的重要部分，但以绿色化学的层面进行分析，有机溶剂并不是良好的选择。选择无溶剂法或水、离子液体等绿色溶剂，目前离子液体在傅克反应的广泛应用就是一个很好的例子，和传统性的有机溶剂相比，速度很快、产率和选择性很高。

(4)合理应用超声、微波合成技术。超声合成技术主要就是通过超声波加快化学反应速度，增强产率，在超声波的作用下，多数有机反应、非均相反应都能够加快速度，反应时间减少很多，产率较高、副产物很少，操作非常简单，将其应用在农药化学中，有着一定的优势。微波合成技术可以通过微波直接在目标分子体相方面产生作用，完成原位能量转化的操作，还能使得分子在一瞬间加热，热效率非常高。将其应用在绿色化学农药的合成方面，能够增强合成效果[6]。

3 结语

综上所述，农药化学领域中应用绿色化学，具有一定的重要意义，是促使农药绿色化生产的重要举措。因此，在农药研究开发、生产的过程中，应重视绿色化学的运用，在设计环节、筛选环节和合成环节中，都应该重视绿色化学的应用，采用良好的设计方式、最佳的合成手段和路线，同时还需引进先进的合成技术与措施，借助绿色化学来创造出毒性较低、残留较低、经济效益较高的农药产品。