2.3 氨基甲酸酯殺蟲劑
作為殺蟲劑的氨基甲酸酯，通常具有如下結構式：
其中，與酯基對應的羥基化合物ROH往往是弱酸性的，如烯醇、酚、羥肟等；R1是甲基，R2是氫或易于被化學或生物方法斷裂的基團。
在1864年，人們發現西非生長的一種蔓生豆科植物毒扁豆中存在一種劇毒物質，這種劇毒物質后來被命名為毒扁豆堿。1925年毒扁豆堿的結構被確認，1931年對其完成了合成驗證，其結構如下：
20世紀40年代后期，人們從研究毒扁豆堿中發現氨基甲酸酯類化合物對蠅腦膽堿酯酶具有強烈的抑制作用，并發現 
是其活性基團。此后進行了大量的類似物的合成及對昆蟲毒力的生物活性測定。自1953年美國Union Carbide公司合成出甲萘威后，新品種不斷出現，并得到廣泛的應用，迅速成為現代殺蟲劑的主要類型之一。
氨基甲酸酯類農藥具有的特點。
① 大多數品種對高等動物低毒，且在自然界中容易被分解。
② 殺蟲作用迅速，有的品種持效期長；在較低溫度時防治效果也不錯；對咀嚼式口器害蟲防治效果常優于有機磷類殺蟲劑，適于防治蛀食性害蟲和土壤害蟲。
③ 許多品種選擇性強，使用時不易傷害天敵。
④ 許多品種在合成時使用含有羥基的環酚類化合物及光氣作中間體原料，工業生產不安全且生產成本較高。
根據結構特征，氨基甲酸酯殺蟲劑可劃分為如下四類：
① N-甲氨基甲酸芳基酯（芳香環） 氮原子上一個氫被甲基取代，芳酯基可以是取代苯基、萘基芳香環或芳香性雜環。
② N-甲氨基甲酸肟酯（假芳香環） 氮原子上一個氫被甲基取代，烷硫基是肟酯基中的重要結構單元，多數品種高毒。
③ N,N-二甲基氨基甲酸酯（芳雜環） 雜環或碳環的二甲氨基甲酸衍生物，酯基都含有烯醇結構單元，氮原子上的兩個氫均被甲基取代。
④ N-酰基/烴硫基-N-甲基氨基甲酸酯（拼接） 氮原子上的一個氫原子被酰基、磷酰基、烴硫基或烴亞磺酰基等取代。
磷亞威 呋線威
2.3.1 結構特點與合成設計
（1）N-甲氨基甲酸芳基酯與N-甲氨基甲酸肟酯
① 異氰酸酯法 為制備N-甲氨基甲酸酯的常用方法。在惰性溶劑（如苯、乙醚、甲苯等）中，反應底物在催化劑（三乙胺、吡啶等）存在下與異氰酸酯加成，條件為室溫或回流，產率＞90%。
例如：
注：異氰酸酯是劇毒、強催淚性、易揮發液體，熔點38.0℃，閃點-7℃，在空氣中爆炸極限5.3%～26.0%；在潮濕空氣中分解，皮膚接觸會引起水腫、組織壞死和穿孔。生產車間的最高允許濃度為0.05mg/m3。
② 光氣法 光氣在低溫下與底物及甲胺縮合反應。
相關副反應：
注：通常，甲胺和光氣反在管道中于240～400℃溫度進行氣相反應制得氨基甲酰氯，產率＞95%。
③ 固體光氣法 固體光氣（BTC）即二（三氯甲基）碳酸酯，在有氯離子存在時可以安全、定量地分解出光氣，可以代替光氣制備氨基甲酸酯類農藥。
例如：
（2）N,N-二甲氨基甲酸酯 光氣法，即將上述②中甲胺換成二甲胺即可。
例如：
嘧啶威
注：一般情況下，N,N-二甲氨基甲酸酯的合成在最后一步進行氨基甲酰化反應，如果某雜環上基團的引入不影響結構穩定性時，也可以在最后引入。
例如：
（3）N-酰基（烴硫基） -N-甲基氨基甲酸酯 N-酰基-N-甲基氨基甲酸酯的合成，通常以酸酐或酰氯為酰化劑，與N-甲基衍生物發生酰化而制得。
當N-甲氨基甲酸肟酯不能直接進行酰化時，可以用N-乙酰-N-甲氨基甲酰氯與肟鈉鹽反應制備。
N-烴硫基-N-甲基氨基甲酸酯可由烴基氯化硫與N-甲基衍生物縮合制得。
2.3.2 代表性品種的結構與合成
甲萘威（carbaryl）
N-甲基氨基甲酸-1-萘基酯
甲萘威又名西維因，1953年首次合成，1958年由美國Union Carbide公司商品化并工業生產；屬于N-甲基氨基甲酸酯類農藥，是氨基甲酸酯類殺蟲劑中第一個商品化的品種，也是產量最大的品種，目前年銷售額在1億美元以上；對65種糧食及纖維作物上的160種害蟲有效。甲萘威具有觸殺、胃毒作用，有輕微內吸性。用于防治水果、蔬菜、棉花、水稻、大豆等作物的害蟲，如鱗翅目、雙翅目害蟲、谷蠓、蜚蠊、蚊子等。
純品甲萘威為白色晶體，熔點142℃，對光、熱穩定，遇堿迅速分解。甲萘威原藥急性LD50（mg/kg）：大鼠經口283（雄），經皮＞4000；家兔經皮＞2000。對蜜蜂毒性大。
逆合成分析 甲萘威為N-甲氨基甲酸酯類殺蟲劑（圖2-26）。
圖2-26 甲萘威逆合成分析
合成路線 有異氰酸甲酯路線、氯甲酸酯路線和氨基甲酰氯路線（圖2-27）。
圖2-27 甲萘威合成路線
（1）異氰酸甲酯法 萘酚與異氰酸甲酯反應在溶劑存在下進行，異氰酸甲酯稍微過量，溫度約90℃，稍有負壓。生成的混合溶液通過蒸餾，將過量的異氰酸甲酯從蒸餾塔頂部與部分溶液一起蒸出，再回收使用。甲萘威在溶液中精制得純品。
（2）氯甲酸酯法 將100kg萘酚用200kg甲苯溶解后抽至盛有600kg甲苯的反應釜中，攪拌、降溫至-10℃以下，停止攪拌，通入光氣224kg，4h通完。開始滴加堿液，溫度控制在0℃以下，約2h滴完400～500kg 20%堿液，使鹽水層pH=6，放浸鹽水，水洗氯甲酸甲萘酯2次，得到含量14%～15%的氯甲酸甲萘酯溶液。
在溫度10～20℃下向計算量的14%～15%的氯甲酸甲萘酯溶液中于40min內滴加40%甲胺80kg，20min內滴加20%堿液120kg，攪拌10min，滴入30%鹽酸，測得pH 5～6。經分離、水洗、干燥得產品。
（3）氨基甲酰氯法 將甲萘酚與稀堿液配制成甲萘酚鈉溶液，于0～5℃滴加甲基氨基甲酰氯，滴加過程要不斷補充堿液，pH 7.5～8.0時反應為終點，反應時間30～40min。離心、水洗、烘干即得成品，含量90%以上。
注：類似合成方法可以制備害撲威（CPMC）、速滅威（metolcarb）、滅殺威（xylycarb）、滅除威（XMC）、氯滅殺威（carbanolate）、混滅威（trimethacarb）、滅梭威/甲硫威（methiocarb）、茲克威（mexacarbate）、滅害威（aminocarb）、除害威（allyxycarb）、多殺威（EMPC）、乙硫苯威（ethiofencarb）、葉蟬散/異丙威（isoprocarb）、間位葉蟬散（UC 10854）、殘殺威（propoxur）、猛殺威（promecarb）、除蠅威（HRS 1422）、仲丁威（fenobucarb）、特滅威（RE 5030）、畜蟲威（butacarb）、合殺威（bufencarb）、二氧威（dioxacarb）、壤蟲威（fondaren）、
蟲威（bendiocarb）、克百威（carbofuran）、猛捕因/噻嗯威（4-benzothienylmethylcarbamate）、伐蟲脒（formetanate）、除線威（cloethocarb）、特草克（terbucarb）、多菌靈（carbendazim）、苯菌靈（benomyl）、苯氧威（fenoxycarb）等N-甲氨基甲酸酯類農藥品種。
害撲威 速滅威 滅殺威 滅除威
氯滅殺威 混滅威 滅梭威
茲克威 滅害威 除害威 多殺威
乙硫苯威 葉蟬散 間位葉蟬散 殘殺威
猛殺威 除蠅威 仲丁威 特滅威
畜蟲威 合殺威 二氧威
壤蟲威 
蟲威 克百威 猛捕因
伐蟲脒 除線威 特草克 苯氧威
丁酮砜威（butoxycarboxim）
3-甲磺酰基丁酮-N-甲基氨基甲酸肟酯
丁酮砜威又名丁酮氧威，為觸殺和胃毒作用內吸性殺蟲劑，可用于防治觀賞性植物之蚜蟲和螨類。純品丁酮砜威為無色晶體，熔點85～89℃；溶解度（g/kg）：水0.209，易溶于多數有機溶劑。甲萘威原藥大鼠急性LD50（mg/kg）：經口458，經皮＞2000；對蜜蜂無毒副作用。
逆合成分析 丁酮砜威為N-甲氨基甲酸肟酯類殺蟲劑（圖2-28）。
圖2-28 丁酮砜威逆合成分析
合成線路
丁酮砜威
注：類似合成方法可以制備丁酮威（butocarboxim）、涕滅威（aldicarb）、氧涕滅威（aldoxycarb）、戊氰威/抗蟲威（nitrilacarb）、久效威（thiofanox）、殺線威（oxamyl）、棉果威（tranid）、滅多威（methomyl）、噻螨威（tazimcarb）、環線肟（tirpate）等N-甲氨基甲酸肟酯類殺蟲劑。
丁酮威 涕滅威 氧涕滅威 戊氰威
久效威 殺線威 棉果威 滅多威
噻螨威 環線肟
抗蚜威（pirimicarb）
N,N-二甲基氨基甲酸-(2-二甲氨基-5,6-二甲基嘧啶-4-基)酯
抗蚜威1965年由英國卜內門公司（ICI）開發，隨后在世界60多個國家注冊登記。屬于N,N-二甲氨基甲酸酯類農藥，是一種高效、低毒、專一性殺蚜蟲的氨基甲酸酯殺蟲劑，具有觸殺、內吸和熏蒸作用，對蚜蟲（包括對擬除蟲菊酯類農藥等已經產生抗性的）有較高的殺傷作用，但對棉花蚜蟲無效；對蚜蟲天敵和蜜蜂在推薦濃度下無不良影響；可用于防治小麥、大豆、高粱、花生、油菜、甜菜、甘蔗、苜蓿、煙草、果樹、蔬菜等農作物和花卉上的蚜蟲。
抗蚜威純品為白色粉末狀固體，熔點90.5℃，無味；工業品淺黃色粉末狀固體，與酸成易溶于水的鹽。抗蚜威原藥大白鼠急性LD50（mg/kg）：經口130（雄）、143（雌），經皮＞2000；對魚、水生生物、蜜蜂、鳥類低毒。
逆合成分析 抗蚜威為N,N-二甲氨基甲酸酯類殺蟲劑（圖2-29）。
圖2-29 抗蚜威逆合成分析
合成路線 由石灰氮制得雙氰胺，再同二甲胺鹽酸鹽/硫酸鹽制得1,1-二甲基胍；將乙酰乙酸乙酯甲基化可得α-甲基乙酰乙酸乙酯，然后制得抗蚜威（圖2-30）。
抗蚜威
圖2-30 抗蚜威合成路線
在2000L搪瓷玻璃反應釜中加入二甲苯800L、50%堿液12kg、N,N-二甲基胍硫酸鹽110kg，攪拌下緩緩升溫至100℃，然后徐徐加入100kg α-甲基乙酰乙酸乙酯，繼續升溫至回流，分出反應水，6h后冷卻至60～70℃，再慢慢加入88kg N,N-二甲基甲酰氯，加畢再次升溫至回流。3h后反應結束，冷卻至40～50℃，加入400L水攪拌1h，靜置分出水層送“三廢”處理，然后加入30%鹽酸100L和水400L充分攪拌，使水溶液呈酸性（pH 2～3）。將水層分至200L中和釜，用堿液中和至pH=8～9離心過濾，干燥，即得白色粉末固體抗蚜威，熔點＞85℃，含量＞95%。
注：類似合成方法可以制備抗蠅威（S 17）、敵蠅威（dimetilan）、異索威（isolan）、吡唑威（pyrolan）、嘧啶威（pyramat）、地麥威（dimetan）、喹啉威（hyquinicarb）等N,N-二甲氨基甲酸酯類殺蟲劑。
敵蠅威 異索威 喹啉威 吡唑威
嘧啶威 地麥威 抗蠅威
丁硫克百威（carbosulfan）
N-甲基-N-(二丁基氨基硫基)氨基甲酸-(2,3-二氫-2,2-二甲基-7-苯并呋喃基)酯
丁硫克百威1974年由美國FMC公司開發，1985年產品上市，先后在美國、西歐、日本、巴西等50多個國家登記注冊。屬于高效、廣譜、內吸性N-酰基 （烴硫基） -N-甲基氨基甲酸酯類殺蟲、殺螨劑，是克百威低毒衍生物；適于多種害蟲同時發生時使用，可作葉面噴施、土壤處理或種子處理劑，用于防治柑橘、馬鈴薯、水稻、甜菜、小麥等作物上的害蟲，能有效防治蚜蟲、螨類、金針蟲、甜菜跳甲、馬鈴薯甲蟲等。
純品丁硫克百威為淡黃色油狀液體，沸點124～128℃；溶解度：水0.3mg/kg，易溶于有機溶劑；在中性或弱堿性介質中穩定，在酸性介質中不穩定，遇水分解。丁硫克百威原藥急性經口LD50（mg/kg）：大鼠250（雄）、185（雌），小鼠129。
逆合成分析 丁硫克百威為N-酰基（烴硫基）-N-甲基氨基甲酸酯類殺蟲劑（圖2-31）。
圖2-31 丁硫克百威逆合成分析
合成路線 有克百威法和呋喃酚法兩條合成路線，生產上常用克百威法（圖2-32）。
圖2-32 丁硫克百威合成路線
實例
丁硫克百威
二正丁氨基氯化硫與克百威反應，配比為1∶1，反應過程加適量堿液，反應溫度10～20℃。反應時間2h。反應畢加水攪拌10min，過濾，濾渣為未反應克百威，可回用。濾液分層，油層減壓脫溶，收率90%。
注：類似合成方法可以制備丙硫克百威（benfuracarb）、磷硫滅多威（U-56295）、棉鈴威（alanycarb）、呋線威（furathiocarb）、RE 11775、SIT 560等N-酰基 （烴硫基） -N-甲基氨基甲酸酯類殺蟲劑。
丙硫克百威 磷硫滅多威 棉鈴威
呋線威 RE 11775 SIT 560
硫雙滅多威（thiodicarb）
3,7,9,13-四甲基-5,11-二氧-2,8,14-三硫-4,7,9,12-四氮雜十五烷-3,12-二烯-6,10-二酮
硫雙滅多威又稱硫雙威，1977年由美國聯碳公司和瑞士汽巴-嘉基公司同時開發，現已在30多個國家注冊登記；屬于高效、廣譜、內吸性N-甲氨基甲酸肟酯類殺蟲、殺螨劑，是滅多威低毒化衍生物之一；殺蟲活性與滅多威相當，但毒性為滅多威的十分之一；對鱗翅目、鞘翅目和雙翅目害蟲都有防治效果，對對有機磷、擬除蟲菊酯類農藥產生抗性的棉鈴蟲有很好的防治效果。
硫雙滅多威純品為白色針狀晶體，熔點173℃，工業品為淡黃色粉末，熔點173～174℃，有輕微的硫黃氣味；遇金屬鹽、黃銅、鐵銹或在強堿、強酸介質中分解。硫雙滅多威原藥大白鼠急性LD50（mg/kg）：經口143（雄）、119.7（雌），經皮＞2000。
逆合成分析 硫雙滅多威為N-酰基 （烴硫基） -N-甲基氨基甲酸酯類殺蟲劑（圖2-33）。
圖2-33 硫雙滅多威逆合成分析
合成路線 有滅多威-三甲基氯硅烷法、滅多威肟-氟化氫法、滅多威法三條合成路線，其中滅多威法流程簡單，產品收率高，純度高，被很多廠家采用（圖2-34）。
圖2-34 硫雙滅多威合成路線
（1）實驗室制備 500mL三口燒瓶裝有機械攪拌器、溫度計及平衡滴液漏斗，加入250mL溶劑二甲苯，冰水浴冷卻到10～15℃加入吡啶28mL，攪拌冷卻15min，在2℃從平衡漏斗中滴加SCl2，溫度低于5℃，加完后生成黃色稠狀加成物，在（25±2）℃保溫攪拌30min后，分份加入滅多威59.6g，升溫到一定溫度，反應一定時間，產品在10～20℃過濾，濾餅用冷水或冷甲醇洗滌，真空干燥，測定其熔點及計算得率。
（2）工業生產 在1000L反應釜中，加入吡啶61L、二甲苯500L，攪拌下冷卻到20℃以下，然后慢慢滴加54kg二氯化硫，加完后繼續反應0.5h，再加入109kg滅多威及少量的催化劑，升溫至30～50℃，反應9h后停止，產物放入另一1000L反應釜中，攪拌、冷卻至20℃以下，慢慢加入100 L水，攪拌0.5h，產物離心分離，濾餅用溫水洗滌、干燥，即得產品，含量≥95.00%。
茚蟲威（indoxacarb）
7-氯-2,3,4a,5-四氫-2-[甲氧基羰基(4-三氟甲氧基苯基)氨基甲酰基]茚并[1,2-e][1,3,4-]
二嗪-4a-羧酸甲酯
茚蟲威商品名安打、全壘打，由杜邦公司開發，1991年申請專利，屬于鈉通道抑制劑。茚蟲威主要是阻斷害蟲神經細胞中的鈉通道，導致靶標害蟲協調性差、麻痹、死亡；用于棉花、果樹、蔬菜等，防治幾乎所有鱗翅目害蟲如棉鈴蟲以及小菜蛾、夜蛾等；茚蟲威結構中僅S異構體有活性。DPX-JW062：S異構體和R異構體的比例為1∶1；DPX-MP062：S異構體和R異構體的比例為3∶1；DPX-KN128：S異構體；DPX-KN127：R異構體。DPX-JW062使用劑量12.5～70g(a.i.)/hm2。
純品茚蟲威（DPX-JW062）為白色結晶，熔點140～141℃；溶解性（20℃，g/L）：甲醇0.39，乙腈76，丙酮140，在堿性介質中分解速度加快。茚蟲威（DPX-JW062）原藥大鼠急性LD50（mg/kg）：經口＞5000、經皮＞2000。
逆合成分析 茚蟲威為多環氨基甲酸酯類化合物（圖2-35）。
圖2-35 茚蟲威逆合成分析
合成路線 根據成環與取代反應進行的先后順序，茚蟲威的合成有如下三條合成路線：先縮合再合環路線（1→2→3）、先成環再縮合路線（4→5→6→7）、先縮合成環再取代路線（1→8→9→10）（圖2-36）。
圖2-36 茚蟲威合成路線
具體步驟：
（1）茚酮腙的合成 0℃下將1g（0.004mol）5-氯茚酮-2-羥基-2-甲酸甲酯的10mL甲醇溶液加到含0.61mL（0.012mol）水合肼、0.72mL（0.012mol）冰醋酸的20mL甲醇溶液中，然后加熱回流2h，冷卻到室溫后，用二氯甲烷和水（各200mL）分配，有機層常規處理得到0.6g黃色固體，為茚酮腙。
（2）N- （4-三氟甲氧基）苯基-N-甲氧碳酰氨基甲酰氯（TPCC）的合成 在冰冷卻下將5.4g（0.0571mol）氯甲酸甲酯滴加到5g（0.0282mol）對三氟甲氧基苯胺和10.5g（0.0704mol）N,N-二乙基苯胺的混合液中，加畢，升溫到70℃，然后再冷卻到環境溫度，加入200mL 1mol/L的鹽酸，混合物用50mL×3乙酸乙酯萃取三次，萃取物合并，用100mL 1mol/L 鹽酸洗滌，再用無水硫酸鈉干燥，蒸發脫溶即得固體5g。將4g上述固體（0.017mol）加入含0.68g（0.017mol）氫化鈉、40mL苯和8mL乙二醇二甲醚的反應瓶中，攪拌緩慢升溫至無氣體產生，再冷卻至室溫，用苯稀釋至物料變為可流動漿料。將該漿料加入到溫度0～10℃的60mL 1.93mol/L的光氣的甲苯溶液中，加完后升溫到室溫，再用氮氣趕去多余的光氣，脫去溶劑至體積變為原來的一半，即得TPCC。無須分離產品，可直接用于下一步反應。
（3）5-氯-2,3-二氫-2-羥基-1[[[N-[氧羰基-N-[4-三氟甲氧基]苯基]氨基]羰基]亞肼基]-1H-茚-羧酸甲酯的合成 將4.00g N- （4-三氟甲氧基）苯基-N-甲氧碳酰氨基甲酰氯加入到4.33g（0.017mol）茚酮肼、1.68g三乙胺和50mL二氯甲烷的混合物中，混合物在室溫下攪拌2h，該混合物加入到1L（1mol/L）鹽酸中，用500mL乙酸乙酯萃取三次，萃取物合并，用無水硫酸鎂干燥并濃縮，使產物從溶液中結晶出來，收集所得晶體，用乙醚/己烷洗滌并干燥，得到5.22g化合物，熔點168～168.5℃。
（4）茚蟲威原藥的合成 將3.56g（0.025mol）五氧化二磷加入到5.14g（0.01mol）上一步得到的化合物以及60g硅藻土、400mL二甲氧基甲烷和400mL二氯乙烷的混合物中，混合物回流4.5h，然后再加入0.44g（0.00309mol）五氧化二磷，混合物再回流0.5h，將混合物通過硅藻土過濾，然后硅藻土用二氯甲烷充分洗滌。用100mL飽和碳酸氫鈉溶液洗滌濾液，濾液用無水硫酸鎂干燥，濃縮至1800mL，用800mL飽和碳酸氫鈉溶液再次洗滌，用硫酸鎂干燥有機層，濃縮，得到黏油狀化合物，從己烷/乙醚中結晶得到3.6g固體，即為產品茚蟲威。