碸吡草唑系日本組合化學與庵原化學共同開發研制的除草劑，英文通用名為pyroxasulfone，化學名稱為3-[5-(二氟甲氧基)-1-甲基-3-(三氟甲基)吡唑-4-基甲磺酰基］-4,5-二氫-5,5-二甲基-1,2-異噁唑，開發代號KIH-485、KUH-403，CAS登記號447399-55-5。產品適用於玉米、大豆、麥田等禾本科及闊葉雜草苗前的防除，屬於新型異噁唑類選擇性除草劑。國際除草劑抗性行動委員會（HRAC）將碸吡草唑歸入K3類除草劑。
根據研究及報道，碸吡草唑主要抑制植物（雜草）體內極長側鏈脂肪酸（C20 ～C30 ）的生物合成，在雜草幼苗早期抑制其生長，進而破壞分生組織與胚芽鞘，最終使其本體生長停止而死亡。異噁唑類除草劑最初由日本K-I化學研究所發現，並研發了碸吡草唑和fenoxasulfone兩個品種，隨後日本組合化學公司與日本庵原化學公司實作其工業化生產。自從碸吡草唑和fenoxasulfone的結構式公開後，世界各國對異噁唑類除草劑的研究不斷深入，開發並申請了諸多專利，如南韓化學研究所開發的methiozolin（甲硫唑草啉），巴斯夫公司開發的苯唑草酮等。從化學結構上看，碸吡草唑看似是異噁唑環和甲基吡唑環兩個活性基團透過硫酰基搭建而成，如異噁唑環見於異噁唑草酮、苯唑草酮等，而甲基吡唑環見於fenoxasulfone和苯唑草酮等。碸吡草唑結構式見圖1。日本組合化學公司於2002年在中國申請了碸吡草唑的化合物專利，保護該化合物及其作為除草劑的用途。
圖1 碸吡草唑化學結構示意圖
產品特點、防治物件
根據文獻記載和市場報道，碸吡草唑套用作物廣泛，玉米、大豆、棉花、花生、小麥、向日葵及馬鈴薯等作物都有套用，產品兼具用藥量低（有效成分用量100～250 g/hm2 ）、除草效果好、對作物相對安全及除草持效期較長等特點。
根據相關研究，碸吡草唑相比傳統封閉除草劑，單位面積用量比氯代乙醯胺類除草劑品種低8～10倍，且其水中溶解度較低（20℃）為3.1 mg/L，說明其透過降雨與淋溶汙染地表水與地下水的可能性較小，降低了對生態的破壞風險。
當前在歐盟禁用乙草胺與異丙甲草胺的背景下，碸吡草唑有可能逐步取代乙草胺、（精）異丙甲草胺等氯代乙醯胺類除草劑品種。因此，碸吡草唑具有良好的套用前景，是值得關註與開發的除草劑新品種。
全球登記狀況
基於碸吡草唑的產品性質，組合化學和Ihara加快了碸吡草唑推廣開發，分別與巴斯夫、富美實、Valent（住友化學子公司）和拜耳等多家企業簽署聯合開發協定。目前，碸吡草唑全球登記和開發的主體為拜耳、Valent、巴斯夫和富美實等跨國企業。
碸吡草唑作為苗前封閉處理劑，以封殺禾本科雜草為主，闊葉雜草為輔，產品特點較為突出。碸吡草唑登記推廣始於2011年，在澳洲小麥上登記使用，2012年在美國和加拿大獲得登記，之後產品相繼在阿根廷、巴西、日本、紐西蘭、南非和沙烏地阿拉伯國家或地區取得登記。2019年1月31日，其原藥獲得中國登記。目前，碸吡草唑尚未在歐盟取得登記。
碸吡草唑產品登記形式不僅包括單劑，還與小麥、玉米、大豆田常用除草劑品種混配登記，在澳洲、美國、加拿大等多個國家都已經完成了復配產品的登記，包括碸吡草唑與甲基二磺隆、吡氟酰草胺、莠去津、唑草酮、嗪草酸甲酯、苯嘧磺草胺、丙炔氟草胺、精二甲吩草胺、甲磺草胺等多種成分混配，既可延緩抗性發展，也可拓寬除草譜。
2019年以後，跨國公司擴大登記布局，且以復配為主，使得碸吡草唑市場發展加快。如2019年巴斯夫在阿根廷推出碸吡草唑和苯嘧磺草胺的復配除草劑Zidua® Pack，用於玉米、大豆和花生等，防除闊葉雜草和禾本科雜草。2020年，Ihara公司在巴西推出含碸吡草唑的4款除草劑，1款單劑產品，3款復配產品。單劑產品Yamato（懸浮劑48）已經在10多個國家獲得登記，Yamato可控制作物田中的抗性雜草，具有高選擇性，持效期長，在馬鈴薯、咖啡、甘蔗和玉米等作物上表現良好，可防除包括臂形草、平枝馬唐、兩耳草、大黍等在內的多種雜草。此外，Ihara公司還推出3款碸吡草唑復配產品，如碸吡草唑與丙炔氟草胺復配的除草劑Kyojin和Falcon，碸吡草唑與氨唑草酮復配的除草劑Ritmo，其中，Kyojin用於大豆和玉米，防除牛筋草、香絲草、平枝馬唐等雜草，而Falcon登記用於甘蔗、咖啡、柑橘、案樹、松樹和木薯等，防除闊葉雜草和禾本科雜草，Ritmo專用於甘蔗田，防除禾本科雜草和闊葉雜草。
2022年，住友商事集團全資子公司Summit Agro在阿根廷推出Yamato Top除草劑（碸吡草唑），Yamato Top為新的懸浮液（懸浮劑48）配方，具有更好的相容性和穩定性。同年，美國Valent公司的玉米復配除草劑Maverick獲得美國環保署登記批準，Maverick含有7.45%二氯吡啶酸、9.91%硝磺草酮和7.45%碸吡草唑，劑型為SC，Maverick結合了3種不同的作用模式，使得Maverick成為抗性管理的可選擇除草劑。
表1 全球碸吡草唑登記主體及登記情況（不完全統計）
碸吡草唑合成路線
碸吡草唑的合成路線較多，報道的合成方法中主要策略是先合成吡唑環和二氫異噁唑環的中間體，然後將兩個雜環進行對接成硫醚化合物，最後氧化硫醚得到目標產物。目前現有技術公開的制備方法，最終都需要將硫醚類中間體進行氧化，制得碸吡草唑，但存在副產雜質多，路線步驟長，生產難度大，總收率較低等問題。
經對這些工藝路線分析和歸納，發現主要存在兩類問題：一是路線中所用原料和試劑價格昂貴，導致碸吡草唑的生產成本提高；二是反應收率低，副反應多，分離困難。目前，國內生產碸吡草唑的工藝尚未成熟，以提高收率、簡化操作和降低成本為目標。本文推薦一條適合碸吡草唑工業化的合成路線，並在此基礎上進行了條件最佳化和篩選，具體合成路線見圖2。
圖2 適合碸吡草唑工業化的合成路線示意圖
全球總體市場發展概況
碸吡草唑2011年上市當年就實作了0.3億美元的銷售額，上市前4年銷售額均值達1.13億美元，市場初露鋒芒。2014—2015年，面對全球植保市場寒冬期（2015年全球植保市場銷售額下降9.9%），碸吡草唑銷售額隨之影響而下降，2016—2017年市場重拾升勢，2018—2021年以來，全球市場規模維持在2億美元以上。
根據Phillips McDougall ＆ Agbioinvestor及組合化學折合統計，2022年是全球碸吡草唑市場爆發的一年，當年銷售額和使用量分別為4.2億美元和3,500噸（折百）左右（圖3）。組合化學預計，2023年碸吡草唑銷售額在4.5億美元以上，同比增長可達30%。
數據來源：Phillips McDougall ＆ Agbioinvestor及組合化學
圖3 2013—2022年碸吡草唑全球銷售額及使用總量的變化情況
（銷售額單位：百萬美元；使用量：折百用量，噸；下同）
2022年全球碸吡草唑市場爆發的主要因素主要有兩點。一是因碸吡草唑與醯胺類除草劑的活性比為10∶1，如當碸吡草唑原藥價格為50多萬元/噸，碸吡草唑的替代作用則超過30%（以美國市場為例），因2021—2022年醯胺類除草劑原藥處於漲價周期（原藥均價一度在5.5萬元/噸以上），見圖4，且產品供應不足導致碸吡草唑價效比明顯增加，市場需求旺盛；二是碸吡草唑本身市場處於上升期，兩者疊加使得市場需求出現爆發。
數據來源：中農縱橫SDIP數據體系之價格
圖4 2021—2023年醯胺類除草劑原藥價格變化（單位：萬元/噸）
近些年，全球碸吡草唑市場呈現量、額雙增的態勢，是集產品優秀性質、企業共同開發、全球範圍推廣疊加的結果，加上歐盟對氯代乙醯胺類除草劑禁（限）用，碸吡草唑可能被列為替代解決方案的市場預期，加之碸吡草唑化合物進入過專利保護時期，有利於整體市場持續的發展。
全球碸吡草唑市場結構分析
6.1 細分市場及結構（按照市值評估）
根據Phillips McDougall ＆ Agbioinvestor及組合化學折合統計，2022年全球碸吡草唑市場規模為4.2億美元（表2）。細分市場銷售額領先的有美國、澳洲和阿根廷，市場規模依次為2.0億、1.0億和0.9億美元，Top3合計為3.9億美元，占全球市場比例為92.88%，可見當前碸吡草唑細分市場非常集中，而美國和澳洲為碸吡草唑的先導市場處於領先地位，在大豆和小麥種植廣泛、封閉除草需求基礎廣泛的背景下，全球未來增長的形勢仍然良好。
表2 2021—2022年全球碸吡草唑細分市場的銷售額（單位：百萬美元）
數據來源：Phillips McDougall ＆ Agbioinvestor及組合化學。
6.2 套用作物（領域）結構（按照使用量評估）
按照碸吡草唑市場適用作物使用量來看，2021年套用領先的作物分別為大豆、麥類、玉米和果蔬等，使用量依次為948.40、505.36、240.74和31.38 噸（表3）。
表3 2021年全球碸吡草唑作物使用細分情況（單位：噸）
註：NA表示缺失值或無效值，數據來源於Phillips McDougall ＆ Agbioinvestor，下同。
結合上表數據、按照細分市場使用量來看，美國、阿根廷和澳洲等碸吡草唑使用量領先，使用量分別為924.23、393.79和381.64噸。美國碸吡草唑套用作物較為廣泛，大豆、玉米和麥類等作物使用量居前，而馬鈴薯、棉花和果蔬用量較小；阿根廷與美國的套用作物相似，即為大豆、玉米和麥類領先；而澳洲、南非則是麥類作物；其他國家套用作物市場情況（表4）。
表4 全球碸吡草唑使用領先的國家（單位：噸）
透過對7年的歷史數據進行梳理，碸吡草唑作物市場發展的主要脈絡為：首先從麥類、大豆以及非農方面除草開始，遵循登記先行的原則，之後逐漸向玉米、油菜、棉花和果蔬等方面進行登記拓展，其中，大豆市場發展最為迅速，是目前碸吡草唑使用量最大的作物市場（表4）。
產品產業化結論
碸吡草唑是日本組合化學公司開發的一種新型廣譜、高活性苗前土壤處理劑，廣泛用於玉米、棉花、豆類、花生、馬鈴薯、水稻、向日葵、蓖麻等作物除草，效果明顯且對環境相對安全，正確使用對當茬和下茬作物安全，持效期可達到28 d。
目前，碸吡草唑的作物和區域市場還不廣泛。隨著登記的加快以及企業共同推廣，其作為作物苗前封閉處理劑，在大豆、小麥、玉米、棉花等旱田市場空間仍然比較廣闊。碸吡草唑對氯代乙醯胺類和三嗪類除草劑的替代和叠代趨勢明顯。碸吡草唑是取代乙草胺、異丙甲草胺等產品的熱門品種，尤其是過專利期後，規模產業化生產供應加大，價效比提高，勢必會加快相關產品的替代行程。若碸吡草唑進入歐盟市場，根據測算和經驗估計，如果其對歐盟醯胺類小麥田除草劑市場替代50%，預計碸吡草唑全球市場將會增加約1億美元銷售額。
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文章來源： 【農藥 科學與管理】2023年第11期
本期編輯：彭樂瑤
本期稽核：翟怡婷
本期監制： 蔣善軍
