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新型六氢-呋喃并[2,3-b]呋喃烟碱类化合物：设计思路、合成路径与杀虫活性探索

一、引言

1.1研究背景与意义

烟碱类杀虫剂的发展源远流长，其使用历史可追溯至17世纪，当时人类便开始利用烟草浸取液作为杀虫剂来抵御害虫的侵害。1828年，研究人员成功确定该浸取液的有效成分为烟碱，这一关键发现为后续烟碱类杀虫剂的研究奠定了基础。1904年，烟碱的成功合成更是标志着烟碱类杀虫剂进入了一个新的发展阶段，人们开始能够通过人工合成的方式获取烟碱，为农业害虫防治提供了更可靠的手段。

随着科技的不断进步和对农药化学研究的深入，1993年，为了将吡虫啉等源自对天然碱结构优化得到的杀虫剂与以前的烟碱类杀虫剂区分开来，“新烟碱类”概念应运而生。新烟碱类杀虫剂凭借其独特的优势，迅速在农业领域崭露头角。与传统烟碱类杀虫剂相比，新烟碱类杀虫剂具有更高的杀虫活性，能够更有效地控制害虫的繁殖和扩散，从而减少害虫对农作物的损害，保障农作物的产量和质量。其对哺乳动物的毒性较低，这使得在使用过程中对人类和其他非靶标生物的安全性大大提高，降低了农药使用对生态环境的潜在风险。

新烟碱类杀虫剂的作用机制主要是通过选择性控制昆虫神经系统烟碱型乙酰胆碱酯酶受体，阻断昆虫中枢神经系统的正常传导，从而使害虫出现麻痹直至死亡。自从1978年Soloway报道了具有杀虫活性的硝基亚甲基杂环化合物以来，研究者们围绕该类化合物展开了广泛而深入的研究，通过对其官能团的变换和结构的优化，不断开发出新型的烟碱类农药。1984年，德国拜耳公司基于对硝虫噻嗪结构的衍生，成功开发出了第一个烟碱类农药——吡虫啉。吡虫啉以其新颖的作用方式、强大的选择性、高效的杀虫能力、广谱的杀虫范围以及良好的环境相容性等特点，一经问世便立即引起了全球的广泛关注。此后，各国科研人员和农药企业纷纷加大对烟碱类杀虫剂的研究投入，相继开发出了一系列新烟碱类杀虫剂，如啶虫脒、烯啶虫胺、噻虫嗪、噻虫胺、呋虫胺等，这些杀虫剂在农业生产中得到了广泛应用，为全球农业的发展做出了重要贡献。

在众多新烟碱类杀虫剂中，呋虫胺是由日本三井公司开发的第三代新烟碱类杀虫剂，其结构与其他烟碱杀虫剂存在较大差异，它以四氢呋喃环作为杂环，常被称为“呋喃烟碱”。呋虫胺不仅继承了新烟碱类杀虫剂的诸多优点，如低毒、高效、触杀、内吸性好、药效持续时间长等，还具有一些独特的优势。其水溶性更强，这意味着它更容易被植物吸收和传导，能够更快地到达害虫侵害部位，从而发挥杀虫作用。呋虫胺对蜜蜂的经口毒性只有噻虫嗪的1/4.6，接触毒性是噻虫嗪的一半，这使得它在使用过程中对蜜蜂等有益昆虫的影响较小，更符合现代生态农业对农药安全性的要求。

然而，随着烟碱类农药的长期广泛使用，一些问题也逐渐凸显出来。一方面，害虫对烟碱类农药的抗药性不断增强，这使得农药的使用效果逐渐下降，农民不得不增加用药量和用药次数，从而导致生产成本上升，同时也加剧了对环境的压力。另一方面，烟碱类农药对非靶标生物的影响也引起了人们的关注，尤其是对蜜蜂等传粉昆虫的毒性，可能会导致蜜蜂种群数量减少，进而影响生态系统的平衡和农业生产的可持续发展。此外，烟碱类农药在环境中的残留问题也不容忽视，长期的残留可能会对土壤、水体等生态环境造成潜在的危害。

新型六氢-呋喃并[2,3-b]呋喃烟碱类化合物的研究和开发具有重要的现实意义。通过对该类化合物的设计、合成及杀虫活性研究，有望开发出具有更高杀虫效率的新型杀虫剂。这类新型杀虫剂能够更有效地针对当前农业生产中难以防治的害虫，提高害虫防治效果，减少害虫对农作物的损失，从而保障农业的稳定生产和粮食安全。新型六氢-呋喃并[2,3-b]呋喃烟碱类化合物还有望降低对环境的污染。在结构设计上，可以使其更易于在环境中降解，减少在土壤、水体等环境中的残留时间，降低对生态环境的潜在风险。同时，通过对其作用机制的深入研究，还可以实现对害虫的精准防治，减少不必要的农药使用，进一步降低对环境的影响，为实现绿色农业和可持续发展提供有力支持。

1.2国内外研究现状

国外对新型六氢-呋喃并[2,3-b]呋喃烟碱类化合物的研究开展较早，取得了一系列重要成果。在设计思路方面，研究者们充分借鉴了药物化学领域的研究成果。例如，受到抗艾滋病药物地瑞那韦的启发，国外研究者ArunK.Ghosh等发现与（3S）单四氢呋喃部分相比，使用（3R，3aS，6aR）双四氢呋喃环的抑制剂酶抑制效力增强了近90倍，抗病毒效力增强了近15倍，表现出强大的酶抑制及抗病毒能力。基于此，科研人员将这一结构引入烟碱类杀虫剂的设计中，期望能够提高其杀虫活性。他们通过对六氢-呋喃并[2,3-b]呋喃环上的取代基进行巧妙修饰和变换，系统地研究