農(nóng)藥異構(gòu)體及其農(nóng)藥登記要求

強(qiáng)偉，王雪，薛建強(qiáng)，潘朝暉

(江蘇龍燈化學(xué)有限公司，江蘇 昆山 215301)

農(nóng)藥異構(gòu)體可以是活性有效成分，也可以是非活性雜質(zhì)成分。本文從登記的角度，介紹了判斷異構(gòu)體是活性成分還是非活性成分的方法，如果異構(gòu)體包含在活性成分的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)名稱，國際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)名稱或化學(xué)文摘社(CAS)名稱中，則為活性成分，否則視為非活性成分[1]。活性成分化學(xué)名稱查詢權(quán)威網(wǎng)站有：ISO(https://www.iso.org/home.html)、IUPAC (https://iupac.org/)、CAS(https://www.cas.org/)、FAO(https://www.fao.org/)、歐洲農(nóng)藥數(shù)據(jù)庫(https://food.ec.europa.eu/plants/pesti cides_en)、農(nóng)藥在線手冊(https://www.bcpc.org/)等。

1 農(nóng)藥異構(gòu)體

1.1 異構(gòu)體是活性成分

根據(jù)農(nóng)藥名稱判斷異構(gòu)體是否為農(nóng)藥活性成分。如粉唑醇(flutriafol)，IUPAC 名稱為(RS)-2,4＇-二氟-α-(1H-1,2,4-三氮唑-1-亞甲基)二苯甲基乙醇，名稱中包含R構(gòu)型與S構(gòu)型，即R構(gòu)型與S構(gòu)型均被視為活性成分；烯禾啶(sethoxydim)，IUPAC名稱是(±)-(EZ)-2-(1-乙氧基亞氨基丁基)-5-[2-(乙硫基)丙基]-3-羥基環(huán)己酮肟-2-烯酮，即E構(gòu)型和Z構(gòu)型均為活性成分；苯霜靈(benalaxyl)，CAS 名為甲基-N-(2,6-二甲苯基)-N-(苯基乙酰基)-DL-氨基丙酸乙酯，D 構(gòu)型與L 構(gòu)型均為活性成分。

1.2 異構(gòu)體是農(nóng)藥雜質(zhì)成分

根據(jù)農(nóng)藥名稱判斷異構(gòu)體是否為農(nóng)藥雜質(zhì)成分。精苯霜靈(benalaxyl-M)，CAS 名為甲基-N-(2,6-二甲苯基)-N-(苯基乙酰基)-D-氨基丙酸乙酯，D 構(gòu)型苯霜靈為活性成分，L 構(gòu)型苯霜靈則是精苯霜靈的雜質(zhì)，定量精苯霜靈有效成分含量時，需要對D、L 構(gòu)型進(jìn)行分離，其含量僅指D 構(gòu)型的含量；吡蟲啉(imidacloprid)，IUPAC 名稱為(E)-1-(6-氯-3-吡啶甲基)-N-硝基咪唑烷酮-2-亞基胺，即E構(gòu)型為活性成分，Z構(gòu)型則是吡蟲啉的雜質(zhì)。

特別地，氟啶胺(fluazinam)，化學(xué)名稱為3-氯-N-(3-氯-5-三氟甲基-2-吡啶)-α,α,α-三氟-2,6-二硝基-對甲苯胺。FAO 規(guī)格中規(guī)定了一個限量為3 g/kg 的相關(guān)雜質(zhì)即5-氯-N-(3-氯-5-三氟甲基-2-吡啶)-α,α,α-三氟-4,6-二硝基-鄰甲苯胺[2]，該相關(guān)雜質(zhì)是氟啶胺的一個位置異構(gòu)體(圖1)。

圖1 氟啶胺及其位置異構(gòu)體結(jié)構(gòu)圖

隨著研究深入，異構(gòu)體是否為活性成分也會有所不同。如烯草酮(clethodim)，最初化學(xué)名稱為(5RS)-2-2-{(E)-1-[(2E)-3-氯烯丙氧基亞氨基]丙基-5-[(2RS)-2-(乙硫基)丙基]-3-羥基環(huán)己-2-烯-1-酮，有效成分僅指E構(gòu)型。2008 年有數(shù)據(jù)表明Z構(gòu)型烯草酮也有除草活性[3]，2010 年7 月其化學(xué)名稱更新為(5RS)-2-2-{(EZ)-1-[(2E)-3-氯烯丙氧基亞氨基]丙基-5-[(2RS)-2-(乙硫基)丙基]-3-羥基環(huán)己-2-烯-1-酮(圖2)。

圖2 烯草酮E/Z 構(gòu)型結(jié)構(gòu)圖

2 農(nóng)藥登記法規(guī)對異構(gòu)體的要求

中國、歐盟以及FAO 的登記法規(guī)均規(guī)定，各異構(gòu)體是活性成分時，無需對其分離報告比例。

2.1 中國登記法規(guī)

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2017 年9 月13 日公布《中華人民共和國農(nóng)業(yè)部公告第2569 號》即《農(nóng)藥登記資料要求》附件1[4]中明確：有效成分存在異構(gòu)體時，若通用名稱對其進(jìn)行了定義，則不需要在控制項目中重復(fù)規(guī)定異構(gòu)體比例；若通用名稱未對申請登記的混合物進(jìn)行定義，則需規(guī)定異構(gòu)體比例。

2.2 歐盟登記法規(guī)

(EU)No 283/2013[1]及SANCO10597[5]中規(guī)定，在申請原藥等同性登記時，評估有效成分最低含量需要考慮有效成分中異構(gòu)體的比例(如有)。

2.3 FAO 登記法規(guī)

《聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織和世界衛(wèi)生組織農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)制定和使用手冊》第2 版[6]中也明確指出，當(dāng)有效成分是異構(gòu)體混合物并且ISO 通用名對其進(jìn)行了定義，則不需定義該混合物。如果ISO 通用名沒有對混合物進(jìn)行定義，原藥和制劑的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中通常會包括一項關(guān)于異構(gòu)體的比例。

3 農(nóng)藥異構(gòu)體典型案例

3.1 手性碳R/S 構(gòu)型異構(gòu)體

R/S構(gòu)型又稱為絕對構(gòu)型。R(rectus)和S(sinister)構(gòu)型[7-8]互為不能重合的實體和鏡像，互稱為對映體。

茚蟲威(indoxacarb)，IUPAC 名稱為甲基(S)-N-[7-氯-2,3,4a,5-四羥基-4a-(甲氧羰基)茚并[1,2-e][1,3,4]乙二嗪-2-羰基]-4'-(三氟甲氧基)苯基氨基甲酸酯，S構(gòu)型(DPX-KN128)具有活性，R構(gòu)型(DPX-KN127)沒有活性(圖3)。初期茚蟲威原藥中S/R大多為1∶1(DPX-JW062)或3∶1(DPX-MP062)。隨著工藝改進(jìn)，目前FAO 已將其S/R調(diào)整為9∶1[9]。HPLC 見圖4，色譜條件：Chiralcel OD-H 手性柱(250 mm×4.6 mm×10 μm)，流動相：正己烷+異丙醇(80+20，體積比)，柱溫：35 ℃，流速：1.0 mL/min，波長：310 nm。

圖3 茚蟲威R/S 構(gòu)型結(jié)構(gòu)圖

圖4 茚蟲威R-S 構(gòu)型HPLC 圖

分子含2 個不同手性碳原子將有RR、RS、SR、SS4 種異構(gòu)體，分子含n 個不同手性碳理論上有2n個異構(gòu)體。溴氰菊酯含2 分子不同手性碳和1 個C=C雙鍵，將有8 個異構(gòu)體(圖5、表1)。

表1 溴氰菊酯8 個異構(gòu)體

圖5 溴氰菊酯結(jié)構(gòu)圖

溴氰菊酯(deltamethrin)，IUPAC 名為(S)-α-氰基-3-苯氧芐基(1R)-cis-3-(2,2-二溴乙烯基)-2,2-二甲基環(huán)丙烷羧酸酯，即αS,1R-cis(AE F032640)具有活性，其他7 個均為非活性雜質(zhì)成分。

筆者申請溴氰菊酯FAO 規(guī)格時，被要求使用CIPAC4907[10]的方法，對CIPAC333/TC/M2[11]中定量有效成分的含量進(jìn)行再次確認(rèn)，旨在說明定量出的活性成分含量是準(zhǔn)確的，未包含任何其他非活性成分。色譜見圖6，色譜條件：色譜柱Phenomenex Lux Cellulose-1(250 mm×4.6 mm×5 μm)，流動相：正己烷+異丙醇(95+5，體積比)，柱溫：25 ℃，流速：1.0 mL/min，波長：230 nm。

圖6 溴氰菊酯8個異構(gòu)體HPLC圖

3.2 雙鍵E/Z 構(gòu)型異構(gòu)體

烯酰嗎啉(dimethomorpn)，IUPAC 名(E,Z)-4-[3-(4-氯苯基)-3-(3,4-二甲氧基苯基)丙烯酰]嗎啉，則E/Z構(gòu)型均是有效成分。試驗表明雖然僅Z構(gòu)型具有生物活性，但在有光的條件下，E構(gòu)型會轉(zhuǎn)換為Z構(gòu)型，直至Z/E≈1∶1[12](圖7)，HPLC 色譜見圖8，色譜條件：色譜柱VP-OD(250 mm×4.6 mm×5 μm)，流動相：乙腈+水(45+55，體積比)，柱溫：35 ℃，流速：1.0 mL/min，波長：243 nm。

圖7 烯酰嗎啉E/Z 構(gòu)型結(jié)構(gòu)圖

圖8 烯酰嗎啉E/Z 構(gòu)型HPLC 圖

嘧菌酯(azoxystrobin)，IUPAC 名甲基(E)-2-{2-[6-(2-氰基苯氧基)嘧啶-4-基氧]苯基}-3-甲氧基丙烯酸酯，E構(gòu)型為活性成分，Z構(gòu)型為雜質(zhì)(圖9)。歐盟法規(guī)(EU)No.1107/2009[13]規(guī)定Z構(gòu)型＜25 g/kg。GC 色譜見圖10，分離條件[14]：FID 檢測器，色譜柱Fused silica (25 m×0.32 mm×0.12 μm)，分離比50∶1，進(jìn)樣口275 ℃, 檢測器325 ℃。

圖9 嘧菌酯E/Z 構(gòu)型結(jié)構(gòu)圖

圖10 嘧菌酯E/Z 構(gòu)型GC 圖

3.3 環(huán)cis/trans 構(gòu)型異構(gòu)體

取代基位于環(huán)同側(cè)為順式構(gòu)型(cis)，異側(cè)為反式構(gòu)型(trans)[7-8]。

氟環(huán)唑(epoxiconazole)，CAS 名cis-1-{[3-(2-氯苯基)-2-(4-氟苯基)環(huán)氧乙烷]甲基}-1-氫-1,2,4-三唑，cis構(gòu)型為活性成分，trans構(gòu)型為雜質(zhì)(圖11)。GC 色譜見圖12，色譜條件：FID 檢測器，色譜柱DB-1(30 m×0.32 mm×0.25 μm)，分離比50∶1，柱溫：230 ℃，進(jìn)樣口：280 ℃，檢測器：280 ℃。

圖11 氟環(huán)唑cis/trans 構(gòu)型結(jié)構(gòu)圖

圖12 氟環(huán)唑cis/trans 構(gòu)型GC 圖

螺蟲乙酯(spirotetramat)，IUPAC 名稱為cis-4-(乙氧基羰基氧基)-8-甲氧基-3-(2,5-二甲苯基)-1-氮雜螺[4.5]癸-3-烯-2-酮。cis構(gòu)型為活性成分，trans構(gòu)型為雜質(zhì)(圖13)。拜耳1997 年螺蟲乙酯專利[15]保護(hù)cis與trans構(gòu)型；在隨后的2003 年，拜耳又申請保護(hù)cis構(gòu)型專利[16]；但2019 年被專利局宣告無效，盡管拜耳向北京知識產(chǎn)權(quán)法院提出訴訟，但直至今日仍尚未審結(jié)。色譜見圖14，色譜條件：色譜柱XDB-C8(150 mm×4.6 mm×5 μm)，流動相：乙腈+水(40+60，體積比)，柱溫：40 ℃，流速：0.8 mL/min，波長：220 nm。

圖13 螺蟲乙酯cis/trans 構(gòu)型結(jié)構(gòu)圖

圖14 螺蟲乙酯cis/trans 構(gòu)型HPLC 圖

3.4 D/L 構(gòu)型異構(gòu)體

人為規(guī)定右旋甘油醛為D(Dexcro)構(gòu)型，左旋甘油醛為L(Leavo)構(gòu)型，以甘油醛為參照確定的構(gòu)型稱之為相對構(gòu)型[7-8]。

甲霜靈(metalaxyl)，IUPAC 名為甲基-N-(乙酰甲氧基)-N-(2,6-二甲苯基)-DL-丙氨酸酯，D/L 構(gòu)型均為有效成分(圖15)；深入研究表明僅D 構(gòu)型具有生物活性，為此開發(fā)了精甲霜靈(metalaxyl-M)，IUPAC 名為甲基-N-(乙酰甲氧基)-N-(2,6-二甲苯基)-D-丙氨酸酯。HPLC 色譜圖見圖16，色譜條件：手性柱Chiralcel OJ-H(150 mm×4.6 mm×5 μm)，流動相：正己烷+異丙醇(90+10，體積比)，柱溫：35 ℃，流速：1.0 mL/min，波長：220 nm。

圖15 甲霜靈D/L 構(gòu)型結(jié)構(gòu)圖

圖16 精甲霜靈D/L 構(gòu)型HPLC 圖

3.5 外消旋體

外消旋體即旋光度是零的對映體等量混合物，用符號(±)或(dl)來表示[7]。如丙硫菌唑(prothioconazole)，IUPAC 名為2-[(2RS)-2-(1-氯環(huán)丙基)-3-(2-氯苯基)-2-羥丙基]-2H-1,2,4-三唑-3(4H)硫酮，它是一個R/S=1∶1 的外消旋體(圖17)。色譜見圖18，色譜條件：Chiralcel OJ-RH手性柱(150 mm×4.6 mm×5 μm)，流動相：乙腈+水(40+60，體積比)，柱溫：40 ℃，流速：1.0 mL/min，波長：245 nm。

圖17 丙硫菌唑R/S 構(gòu)型結(jié)構(gòu)圖

圖18 丙硫菌唑R/S 構(gòu)型HPLC 圖

4 結(jié)語

異構(gòu)體與農(nóng)藥的生物活性、藥效和毒性等性質(zhì)緊密相連，基于安全、藥效、成本考量，農(nóng)藥異構(gòu)體性質(zhì)研究及其拆分將一直是農(nóng)藥研發(fā)熱點。隨著研究與開發(fā)的深入，農(nóng)藥中非活性異構(gòu)體雜質(zhì)成分亦將會進(jìn)一步明確，并得到理性控制。