2.3 氨基甲酸酯杀虫剂
作为杀虫剂的氨基甲酸酯，通常具有如下结构式：
其中，与酯基对应的羟基化合物ROH往往是弱酸性的，如烯醇、酚、羟肟等；R1是甲基，R2是氢或易于被化学或生物方法断裂的基团。
在1864年，人们发现西非生长的一种蔓生豆科植物毒扁豆中存在一种剧毒物质，这种剧毒物质后来被命名为毒扁豆碱。1925年毒扁豆碱的结构被确认，1931年对其完成了合成验证，其结构如下：
20世纪40年代后期，人们从研究毒扁豆碱中发现氨基甲酸酯类化合物对蝇脑胆碱酯酶具有强烈的抑制作用，并发现 
是其活性基团。此后进行了大量的类似物的合成及对昆虫毒力的生物活性测定。自1953年美国Union Carbide公司合成出甲萘威后，新品种不断出现，并得到广泛的应用，迅速成为现代杀虫剂的主要类型之一。
氨基甲酸酯类农药具有的特点。
① 大多数品种对高等动物低毒，且在自然界中容易被分解。
② 杀虫作用迅速，有的品种持效期长；在较低温度时防治效果也不错；对咀嚼式口器害虫防治效果常优于有机磷类杀虫剂，适于防治蛀食性害虫和土壤害虫。
③ 许多品种选择性强，使用时不易伤害天敌。
④ 许多品种在合成时使用含有羟基的环酚类化合物及光气作中间体原料，工业生产不安全且生产成本较高。
根据结构特征，氨基甲酸酯杀虫剂可划分为如下四类：
① N-甲氨基甲酸芳基酯（芳香环） 氮原子上一个氢被甲基取代，芳酯基可以是取代苯基、萘基芳香环或芳香性杂环。
② N-甲氨基甲酸肟酯（假芳香环） 氮原子上一个氢被甲基取代，烷硫基是肟酯基中的重要结构单元，多数品种高毒。
③ N,N-二甲基氨基甲酸酯（芳杂环） 杂环或碳环的二甲氨基甲酸衍生物，酯基都含有烯醇结构单元，氮原子上的两个氢均被甲基取代。
④ N-酰基/烃硫基-N-甲基氨基甲酸酯（拼接） 氮原子上的一个氢原子被酰基、磷酰基、烃硫基或烃亚磺酰基等取代。
磷亚威 呋线威
2.3.1 结构特点与合成设计
（1）N-甲氨基甲酸芳基酯与N-甲氨基甲酸肟酯
① 异氰酸酯法 为制备N-甲氨基甲酸酯的常用方法。在惰性溶剂（如苯、乙醚、甲苯等）中，反应底物在催化剂（三乙胺、吡啶等）存在下与异氰酸酯加成，条件为室温或回流，产率＞90%。
例如：
注：异氰酸酯是剧毒、强催泪性、易挥发液体，熔点38.0℃，闪点-7℃，在空气中爆炸极限5.3%～26.0%；在潮湿空气中分解，皮肤接触会引起水肿、组织坏死和穿孔。生产车间的最高允许浓度为0.05mg/m3。
② 光气法 光气在低温下与底物及甲胺缩合反应。
相关副反应：
注：通常，甲胺和光气反在管道中于240～400℃温度进行气相反应制得氨基甲酰氯，产率＞95%。
③ 固体光气法 固体光气（BTC）即二（三氯甲基）碳酸酯，在有氯离子存在时可以安全、定量地分解出光气，可以代替光气制备氨基甲酸酯类农药。
例如：
（2）N,N-二甲氨基甲酸酯 光气法，即将上述②中甲胺换成二甲胺即可。
例如：
嘧啶威
注：一般情况下，N,N-二甲氨基甲酸酯的合成在最后一步进行氨基甲酰化反应，如果某杂环上基团的引入不影响结构稳定性时，也可以在最后引入。
例如：
（3）N-酰基（烃硫基） -N-甲基氨基甲酸酯 N-酰基-N-甲基氨基甲酸酯的合成，通常以酸酐或酰氯为酰化剂，与N-甲基衍生物发生酰化而制得。
当N-甲氨基甲酸肟酯不能直接进行酰化时，可以用N-乙酰-N-甲氨基甲酰氯与肟钠盐反应制备。
N-烃硫基-N-甲基氨基甲酸酯可由烃基氯化硫与N-甲基衍生物缩合制得。
2.3.2 代表性品种的结构与合成
甲萘威（carbaryl）
N-甲基氨基甲酸-1-萘基酯
甲萘威又名西维因，1953年首次合成，1958年由美国Union Carbide公司商品化并工业生产；属于N-甲基氨基甲酸酯类农药，是氨基甲酸酯类杀虫剂中第一个商品化的品种，也是产量最大的品种，目前年销售额在1亿美元以上；对65种粮食及纤维作物上的160种害虫有效。甲萘威具有触杀、胃毒作用，有轻微内吸性。用于防治水果、蔬菜、棉花、水稻、大豆等作物的害虫，如鳞翅目、双翅目害虫、谷蠓、蜚蠊、蚊子等。
纯品甲萘威为白色晶体，熔点142℃，对光、热稳定，遇碱迅速分解。甲萘威原药急性LD50（mg/kg）：大鼠经口283（雄），经皮＞4000；家兔经皮＞2000。对蜜蜂毒性大。
逆合成分析 甲萘威为N-甲氨基甲酸酯类杀虫剂（图2-26）。
图2-26 甲萘威逆合成分析
合成路线 有异氰酸甲酯路线、氯甲酸酯路线和氨基甲酰氯路线（图2-27）。
图2-27 甲萘威合成路线
（1）异氰酸甲酯法 萘酚与异氰酸甲酯反应在溶剂存在下进行，异氰酸甲酯稍微过量，温度约90℃，稍有负压。生成的混合溶液通过蒸馏，将过量的异氰酸甲酯从蒸馏塔顶部与部分溶液一起蒸出，再回收使用。甲萘威在溶液中精制得纯品。
（2）氯甲酸酯法 将100kg萘酚用200kg甲苯溶解后抽至盛有600kg甲苯的反应釜中，搅拌、降温至-10℃以下，停止搅拌，通入光气224kg，4h通完。开始滴加碱液，温度控制在0℃以下，约2h滴完400～500kg 20%碱液，使盐水层pH=6，放浸盐水，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。
在温度10～20℃下向计算量的14%～15%的氯甲酸甲萘酯溶液中于40min内滴加40%甲胺80kg，20min内滴加20%碱液120kg，搅拌10min，滴入30%盐酸，测得pH 5～6。经分离、水洗、干燥得产品。
（3）氨基甲酰氯法 将甲萘酚与稀碱液配制成甲萘酚钠溶液，于0～5℃滴加甲基氨基甲酰氯，滴加过程要不断补充碱液，pH 7.5～8.0时反应为终点，反应时间30～40min。离心、水洗、烘干即得成品，含量90%以上。
注：类似合成方法可以制备害扑威（CPMC）、速灭威（metolcarb）、灭杀威（xylycarb）、灭除威（XMC）、氯灭杀威（carbanolate）、混灭威（trimethacarb）、灭梭威/甲硫威（methiocarb）、兹克威（mexacarbate）、灭害威（aminocarb）、除害威（allyxycarb）、多杀威（EMPC）、乙硫苯威（ethiofencarb）、叶蝉散/异丙威（isoprocarb）、间位叶蝉散（UC 10854）、残杀威（propoxur）、猛杀威（promecarb）、除蝇威（HRS 1422）、仲丁威（fenobucarb）、特灭威（RE 5030）、畜虫威（butacarb）、合杀威（bufencarb）、二氧威（dioxacarb）、壤虫威（fondaren）、
虫威（bendiocarb）、克百威（carbofuran）、猛捕因/噻嗯威（4-benzothienylmethylcarbamate）、伐虫脒（formetanate）、除线威（cloethocarb）、特草克（terbucarb）、多菌灵（carbendazim）、苯菌灵（benomyl）、苯氧威（fenoxycarb）等N-甲氨基甲酸酯类农药品种。
害扑威 速灭威 灭杀威 灭除威
氯灭杀威 混灭威 灭梭威
兹克威 灭害威 除害威 多杀威
乙硫苯威 叶蝉散 间位叶蝉散 残杀威
猛杀威 除蝇威 仲丁威 特灭威
畜虫威 合杀威 二氧威
壤虫威 
虫威 克百威 猛捕因
伐虫脒 除线威 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，为触杀和胃毒作用内吸性杀虫剂，可用于防治观赏性植物之蚜虫和螨类。纯品丁酮砜威为无色晶体，熔点85～89℃；溶解度（g/kg）：水0.209，易溶于多数有机溶剂。甲萘威原药大鼠急性LD50（mg/kg）：经口458，经皮＞2000；对蜜蜂无毒副作用。
逆合成分析 丁酮砜威为N-甲氨基甲酸肟酯类杀虫剂（图2-28）。
图2-28 丁酮砜威逆合成分析
合成线路
丁酮砜威
注：类似合成方法可以制备丁酮威（butocarboxim）、涕灭威（aldicarb）、氧涕灭威（aldoxycarb）、戊氰威/抗虫威（nitrilacarb）、久效威（thiofanox）、杀线威（oxamyl）、棉果威（tranid）、灭多威（methomyl）、噻螨威（tazimcarb）、环线肟（tirpate）等N-甲氨基甲酸肟酯类杀虫剂。
丁酮威 涕灭威 氧涕灭威 戊氰威
久效威 杀线威 棉果威 灭多威
噻螨威 环线肟
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年由英国卜内门公司（ICI）开发，随后在世界60多个国家注册登记。属于N,N-二甲氨基甲酸酯类农药，是一种高效、低毒、专一性杀蚜虫的氨基甲酸酯杀虫剂，具有触杀、内吸和熏蒸作用，对蚜虫（包括对拟除虫菊酯类农药等已经产生抗性的）有较高的杀伤作用，但对棉花蚜虫无效；对蚜虫天敌和蜜蜂在推荐浓度下无不良影响；可用于防治小麦、大豆、高粱、花生、油菜、甜菜、甘蔗、苜蓿、烟草、果树、蔬菜等农作物和花卉上的蚜虫。
抗蚜威纯品为白色粉末状固体，熔点90.5℃，无味；工业品浅黄色粉末状固体，与酸成易溶于水的盐。抗蚜威原药大白鼠急性LD50（mg/kg）：经口130（雄）、143（雌），经皮＞2000；对鱼、水生生物、蜜蜂、鸟类低毒。
逆合成分析 抗蚜威为N,N-二甲氨基甲酸酯类杀虫剂（图2-29）。
图2-29 抗蚜威逆合成分析
合成路线 由石灰氮制得双氰胺，再同二甲胺盐酸盐/硫酸盐制得1,1-二甲基胍；将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（图2-30）。
抗蚜威
图2-30 抗蚜威合成路线
在2000L搪瓷玻璃反应釜中加入二甲苯800L、50%碱液12kg、N,N-二甲基胍硫酸盐110kg，搅拌下缓缓升温至100℃，然后徐徐加入100kg α-甲基乙酰乙酸乙酯，继续升温至回流，分出反应水，6h后冷却至60～70℃，再慢慢加入88kg N,N-二甲基甲酰氯，加毕再次升温至回流。3h后反应结束，冷却至40～50℃，加入400L水搅拌1h，静置分出水层送“三废”处理，然后加入30%盐酸100L和水400L充分搅拌，使水溶液呈酸性（pH 2～3）。将水层分至200L中和釜，用碱液中和至pH=8～9离心过滤，干燥，即得白色粉末固体抗蚜威，熔点＞85℃，含量＞95%。
注：类似合成方法可以制备抗蝇威（S 17）、敌蝇威（dimetilan）、异索威（isolan）、吡唑威（pyrolan）、嘧啶威（pyramat）、地麦威（dimetan）、喹啉威（hyquinicarb）等N,N-二甲氨基甲酸酯类杀虫剂。
敌蝇威 异索威 喹啉威 吡唑威
嘧啶威 地麦威 抗蝇威
丁硫克百威（carbosulfan）
N-甲基-N-(二丁基氨基硫基)氨基甲酸-(2,3-二氢-2,2-二甲基-7-苯并呋喃基)酯
丁硫克百威1974年由美国FMC公司开发，1985年产品上市，先后在美国、西欧、日本、巴西等50多个国家登记注册。属于高效、广谱、内吸性N-酰基 （烃硫基） -N-甲基氨基甲酸酯类杀虫、杀螨剂，是克百威低毒衍生物；适于多种害虫同时发生时使用，可作叶面喷施、土壤处理或种子处理剂，用于防治柑橘、马铃薯、水稻、甜菜、小麦等作物上的害虫，能有效防治蚜虫、螨类、金针虫、甜菜跳甲、马铃薯甲虫等。
纯品丁硫克百威为淡黄色油状液体，沸点124～128℃；溶解度：水0.3mg/kg，易溶于有机溶剂；在中性或弱碱性介质中稳定，在酸性介质中不稳定，遇水分解。丁硫克百威原药急性经口LD50（mg/kg）：大鼠250（雄）、185（雌），小鼠129。
逆合成分析 丁硫克百威为N-酰基（烃硫基）-N-甲基氨基甲酸酯类杀虫剂（图2-31）。
图2-31 丁硫克百威逆合成分析
合成路线 有克百威法和呋喃酚法两条合成路线，生产上常用克百威法（图2-32）。
图2-32 丁硫克百威合成路线
实例
丁硫克百威
二正丁氨基氯化硫与克百威反应，配比为1∶1，反应过程加适量碱液，反应温度10～20℃。反应时间2h。反应毕加水搅拌10min，过滤，滤渣为未反应克百威，可回用。滤液分层，油层减压脱溶，收率90%。
注：类似合成方法可以制备丙硫克百威（benfuracarb）、磷硫灭多威（U-56295）、棉铃威（alanycarb）、呋线威（furathiocarb）、RE 11775、SIT 560等N-酰基 （烃硫基） -N-甲基氨基甲酸酯类杀虫剂。
丙硫克百威 磷硫灭多威 棉铃威
呋线威 RE 11775 SIT 560
硫双灭多威（thiodicarb）
3,7,9,13-四甲基-5,11-二氧-2,8,14-三硫-4,7,9,12-四氮杂十五烷-3,12-二烯-6,10-二酮
硫双灭多威又称硫双威，1977年由美国联碳公司和瑞士汽巴-嘉基公司同时开发，现已在30多个国家注册登记；属于高效、广谱、内吸性N-甲氨基甲酸肟酯类杀虫、杀螨剂，是灭多威低毒化衍生物之一；杀虫活性与灭多威相当，但毒性为灭多威的十分之一；对鳞翅目、鞘翅目和双翅目害虫都有防治效果，对对有机磷、拟除虫菊酯类农药产生抗性的棉铃虫有很好的防治效果。
硫双灭多威纯品为白色针状晶体，熔点173℃，工业品为淡黄色粉末，熔点173～174℃，有轻微的硫黄气味；遇金属盐、黄铜、铁锈或在强碱、强酸介质中分解。硫双灭多威原药大白鼠急性LD50（mg/kg）：经口143（雄）、119.7（雌），经皮＞2000。
逆合成分析 硫双灭多威为N-酰基 （烃硫基） -N-甲基氨基甲酸酯类杀虫剂（图2-33）。
图2-33 硫双灭多威逆合成分析
合成路线 有灭多威-三甲基氯硅烷法、灭多威肟-氟化氢法、灭多威法三条合成路线，其中灭多威法流程简单，产品收率高，纯度高，被很多厂家采用（图2-34）。
图2-34 硫双灭多威合成路线
（1）实验室制备 500mL三口烧瓶装有机械搅拌器、温度计及平衡滴液漏斗，加入250mL溶剂二甲苯，冰水浴冷却到10～15℃加入吡啶28mL，搅拌冷却15min，在2℃从平衡漏斗中滴加SCl2，温度低于5℃，加完后生成黄色稠状加成物，在（25±2）℃保温搅拌30min后，分份加入灭多威59.6g，升温到一定温度，反应一定时间，产品在10～20℃过滤，滤饼用冷水或冷甲醇洗涤，真空干燥，测定其熔点及计算得率。
（2）工业生产 在1000L反应釜中，加入吡啶61L、二甲苯500L，搅拌下冷却到20℃以下，然后慢慢滴加54kg二氯化硫，加完后继续反应0.5h，再加入109kg灭多威及少量的催化剂，升温至30～50℃，反应9h后停止，产物放入另一1000L反应釜中，搅拌、冷却至20℃以下，慢慢加入100 L水，搅拌0.5h，产物离心分离，滤饼用温水洗涤、干燥，即得产品，含量≥95.00%。
茚虫威（indoxacarb）
7-氯-2,3,4a,5-四氢-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
茚虫威商品名安打、全垒打，由杜邦公司开发，1991年申请专利，属于钠通道抑制剂。茚虫威主要是阻断害虫神经细胞中的钠通道，导致靶标害虫协调性差、麻痹、死亡；用于棉花、果树、蔬菜等，防治几乎所有鳞翅目害虫如棉铃虫以及小菜蛾、夜蛾等；茚虫威结构中仅S异构体有活性。DPX-JW062：S异构体和R异构体的比例为1∶1；DPX-MP062：S异构体和R异构体的比例为3∶1；DPX-KN128：S异构体；DPX-KN127：R异构体。DPX-JW062使用剂量12.5～70g(a.i.)/hm2。
纯品茚虫威（DPX-JW062）为白色结晶，熔点140～141℃；溶解性（20℃，g/L）：甲醇0.39，乙腈76，丙酮140，在碱性介质中分解速度加快。茚虫威（DPX-JW062）原药大鼠急性LD50（mg/kg）：经口＞5000、经皮＞2000。
逆合成分析 茚虫威为多环氨基甲酸酯类化合物（图2-35）。
图2-35 茚虫威逆合成分析
合成路线 根据成环与取代反应进行的先后顺序，茚虫威的合成有如下三条合成路线：先缩合再合环路线（1→2→3）、先成环再缩合路线（4→5→6→7）、先缩合成环再取代路线（1→8→9→10）（图2-36）。
图2-36 茚虫威合成路线
具体步骤：
（1）茚酮腙的合成 0℃下将1g（0.004mol）5-氯茚酮-2-羟基-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，然后加热回流2h，冷却到室温后，用二氯甲烷和水（各200mL）分配，有机层常规处理得到0.6g黄色固体，为茚酮腙。
（2）N- （4-三氟甲氧基）苯基-N-甲氧碳酰氨基甲酰氯（TPCC）的合成 在冰冷却下将5.4g（0.0571mol）氯甲酸甲酯滴加到5g（0.0282mol）对三氟甲氧基苯胺和10.5g（0.0704mol）N,N-二乙基苯胺的混合液中，加毕，升温到70℃，然后再冷却到环境温度，加入200mL 1mol/L的盐酸，混合物用50mL×3乙酸乙酯萃取三次，萃取物合并，用100mL 1mol/L 盐酸洗涤，再用无水硫酸钠干燥，蒸发脱溶即得固体5g。将4g上述固体（0.017mol）加入含0.68g（0.017mol）氢化钠、40mL苯和8mL乙二醇二甲醚的反应瓶中，搅拌缓慢升温至无气体产生，再冷却至室温，用苯稀释至物料变为可流动浆料。将该浆料加入到温度0～10℃的60mL 1.93mol/L的光气的甲苯溶液中，加完后升温到室温，再用氮气赶去多余的光气，脱去溶剂至体积变为原来的一半，即得TPCC。无须分离产品，可直接用于下一步反应。
（3）5-氯-2,3-二氢-2-羟基-1[[[N-[氧羰基-N-[4-三氟甲氧基]苯基]氨基]羰基]亚肼基]-1H-茚-羧酸甲酯的合成 将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，混合物在室温下搅拌2h，该混合物加入到1L（1mol/L）盐酸中，用500mL乙酸乙酯萃取三次，萃取物合并，用无水硫酸镁干燥并浓缩，使产物从溶液中结晶出来，收集所得晶体，用乙醚/己烷洗涤并干燥，得到5.22g化合物，熔点168～168.5℃。
（4）茚虫威原药的合成 将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，将混合物通过硅藻土过滤，然后硅藻土用二氯甲烷充分洗涤。用100mL饱和碳酸氢钠溶液洗涤滤液，滤液用无水硫酸镁干燥，浓缩至1800mL，用800mL饱和碳酸氢钠溶液再次洗涤，用硫酸镁干燥有机层，浓缩，得到黏油状化合物，从己烷/乙醚中结晶得到3.6g固体，即为产品茚虫威。