南开化学：有机锡化合物的合成与应用

有机锡化学是一门具有广泛用途的学科。我国是产锡大国，储量和开采量约占世界的1/3，锡的深加工一直是我国政府极为重视的课题。

与此同时，我国是农业大国，而螨类是农业生产中公认的最难防治的有害生物群落，具有个体小、繁殖快、发育历期短、行动范围小、适应性强、突变率高和易产生抗药性等特点。其中，害螨广泛分布于各种农林作物上，是当今世界农林作物上的关键性害虫，这种只有在显微镜下才能观察到的微小生物，近年来已出现成灾的趋势。20世纪70年代后，以叶螨为代表的植食性害螨上升为果树、蔬菜、农林作物的重要有害生物，在世界范围内有蔓延加重的趋势。

我国蜱螨学的先驱忻介六教授曾经指出，现今为害农业的螨类（mite pests）也和其他大害虫一样，原本不是重要的害虫，但由于大量滥用农药，使潜伏性或偶发性的害虫成为关键性害虫。即使本来不是害虫的昆虫，由于使用农药不合理，其天敌被杀死，破坏了生态平衡，也使其成为重要的大害虫。特别是近半个多世纪以来，人类一度采用单一的化学药剂防治害虫，使得叶螨由次要害虫上升为主要害虫，目前叶螨问题已成为农林生产的突出问题。螨类抗药性问题的凸显，一方面与螨类自身的生物学特性密不可分，如短生育期、强繁衍力以及螨类在进化过程中形成的对不同寄主植物次生化合物的强大代谢能力等；另一方面，频繁的、粗犷的化学防治是导致螨类抗药性问题爆发的重要人为因素。

化学防治虽然存在较多弊端，但仍是目前最有效的害螨防治手段，并且生产上在很长一段时间内仍难以摆脱对杀螨剂的依赖。随着对螨类和农药学研究的深入，化学防治在注重药效的同时也越来越注重安全性和选择性。国际上最早使用的杀螨剂为硫磺和机油乳剂。最早的专一性杀螨剂为20世纪50年代美国施多福公司开发的一氯杀螨砜，此后新品种不断涌现。杀螨剂作为专门用来防治蛛形纲中有害螨类的一类农药也从杀虫剂中独立出来。由于螨类与昆虫生理生化方面具有很多共性，起初杀螨剂与杀虫剂并无严格的界限，生产上许多广谱杀虫剂甚至杀菌剂也兼做杀螨剂使用。

在多品种激烈的市场竞争中，四螨嗪复配粉剂赢得广大客户的青睐，迅速扩市，三唑锡进入热销阶段，苯丁锡和三磷锡从20世纪90年代市场冷淡到起步发展，再到今天的广泛应用，这四个杀螨剂品种，被誉为“中国自己的农药”，并且逐年在农、林、果树上杀灭螨虫和红蜘蛛显示威力。

在众多的杀螨剂品种中，三磷锡作为一种触杀型高效低毒的有机锡杀螨剂，被广泛用于苹果柑橘和棉花等作物。对害螨具有强触杀作用，杀螨谱广，对成螨、卵、幼螨等都有很好的杀死效果，持效期长，对敏感性螨类及对有机磷或其他药剂产生抗性的螨类均可防治。三磷锡作为有机锡类杀螨剂抗性产生慢，且没有交互抗性，成本低廉，工艺简单，可以作为三唑锡的接替品种，是一个国内外首创的、优秀的杀螨剂新品种。

据此，谢庆兰、李靖等研究团队结合基础理论研究和实际应用研究，开展了三烃基锡衍生物的研究。

谢庆兰，1937年出生，1955年赴苏联留学，1961年7月毕业于苏联列宁格勒大学化学系（现圣彼得堡大学），1961年10月参加工作。天津市南开大学元素有机化学研究所博士生导师、江西南昌大学兼职教授。主要从事金属有机化学研究，特别是对第四主族金属有机化合物的研究有较深造诣。获多项省部级科技成果奖，是天津市中青年授衔专家。

李靖，1963年出生，1988年获得南开大学理学博士学位，1988—1996年任职于元素有机化学研究所讲师、副教授；1996年至今任职于南开大学元素有机化学研究所教授；1992—1994年西班牙OVIEDO大学从事博士后研究，2001—2002年在加拿大McGill大学做访问教授。1996—2004年任南开大学元素有机化学研究所所长，2001—2004年任元素有机化学国家重点实验室主任，2004—2014年任南开大学研究生院常务副院长，2014—2017年任喀什大学副校长，2016年至今任南开大学副校长。曾获得“中国有突出贡献博士学位获得者”称号，第七届天津青年科技奖，天津市自然科学奖二等奖，获“天津市中青年授衔专家”称号。

杀螨剂在使用过程中容易产生一定程度的毒性和抗性，因此研究其构效关系，针对靶标设计新型三烃基锡杀螨剂具有重要的理论意义和应用价值。

谢庆兰、李靖团队合成了数百个三烃基锡、混合三烃基锡羧酸酯、二硫代磷酸酯，含氮杂环的衍生物，研究了这些化合物的合成路线、波谱和结构的关系，羰基红外光谱与锡原子的配位价关系，119Sn化学位移与化合物中芳基取代的对位取代基Hammett常数之间的线性关系等。通过构效关系的研究，确证了三烃基锡衍生物中（R3SnY，R=烃基，Y=阴离子），烃基是决定有机锡化合物生物活性和选择性的关键，阴离子基Y不决定选择性，但能改善相应的生物活性或理化性能。因此，进一步将具有不同生物选择性的有机基团接入到同一锡原子上，制得混合三烃基锡衍生物，可以同时具有多重农药活性。如nBuCy3-nSnY（Bu=正丁基，Cy=环己基）同时具有杀螨和杀菌活性。为此，获得授权和公开专利各一项，开发出一个新的有机锡农药——“双灭锡”。将阴离子基S2P（OR）2代替三唑锡中的三唑基，制得一类高杀螨活性的三环己基锡二硫代磷酸酯衍生物，并由此开发出一个国内外没有商品化的杀螨剂新品种——“三磷锡”（Cy3SnSP（S）（OEt）2），其成本比三唑锡降低20%，并进行了多次技术转让，其中一个厂家已获得农药临时登记（登记号LS-94400，登记厂：北京顺义兴源高脂膜厂）。现已在江西、广东、山东等农药厂试生产，将发挥相应的经济和社会效益。

通过分子力学和疏水性参数的计算，研究锡原子上取代基对杀螨活性的影响，由此能够更有效地寻找到高杀螨活性的有机锡化合物结构类型。同时，该团队研究了二烃基锡衍生物及其锡氧簇合物四烃基二锡氧烷的合成、结构及其在酯化、缩醛化等反应中的催化作用，实验表明该类化合物是一类新颖的二聚层状结构的锡氧簇合（cluster）。(www.xing528.com)

团队研究了不对称锡氧簇合物对结构的影响，该类化合物能很好地催化缩醛化和酯化反应，其优点是催化活性和选择性高，能溶于包括脂肪烃在内的多数溶剂，可以在均相条件下，在层状结构上发生反应，催化剂对空气稳定，对设备没有腐蚀等。同时研究了催化机理。

谢庆兰、李靖团队的研究成果已发表相关研究论文90余篇。被SCI收录40篇，被引用25篇，引用次数152次，其中他人引用130次（国内62次，国外68次），自引22次。得到国内外同行认可和好评。

谢庆兰、李靖团队通过研究发现三烃基锡羧酸酯中羰基红外振动光谱与化合物的结构有密切关系。119Sn化学位移与含芳基有机锡化合物中芳环对位取代基常数呈线性关系。

三磷锡被及时推向工业化，成为我国第一个被登记的杀螨剂新品种。将具有不同生物活性特点的烃基引入同一锡原子上，开发出一个同时具有杀螨和杀菌活性的农药：“双灭锡”。利用疏水性参数和分子力学方法，研究含硅有机锡化合物结构与生物活性关系。混合烃基的四烃基二锡氧烷同样能很好地催化酯化和缩醛反应。

三磷锡是含锡的有机磷杀螨剂，产品为10%和20%两种含量乳油。防治苹果和柑橘的红蜘蛛，一般用20%乳油1500～2000倍液或10%乳油1000～1500倍液喷雾。

三磷锡原药生产所用的原料较便宜、产出量大，其剂型加工为20%三磷锡乳油，比20%三唑锡悬浮剂加工简单、投资少。预计生产规模50吨/年原药，乳剂250吨/年的产值1250万元，年利润150万～200万元。

我国有苹果2700万亩、柑橘1180万亩，若每亩用0.25公斤三磷锡乳剂，需用药9700吨。如果其中1/10用此药，每年也需970吨。因此，该产品的市场潜力很大。

从社会经济效益分析：以苹果为例。若每亩苹果用药后增产90公斤，250吨的20%三磷锡乳剂可增产苹果9万吨，按1.4元/公斤计算，可增收1.26亿元。由此可以认为，三磷锡是一项具有较大经济效益和社会效益的好品种。在杀螨剂的众多品种中具有一定的竞争能力，同时还可以打入国际市场。

谢庆兰、李靖团队探究工作对有机锡化合物的毒性规律有了较深的认识，20年来从未发生过中毒事故。多家农药厂转让我们的三磷锡技术后，获得了一定的经济效益。促进了我国有机锡化学研究的深入发展，并多次参加国际学术会议，得到了国内外同行的认可和肯定，在国际上有一定的影响。在《化工百科全书》《有机原料化工大全》中分别著有“有机锡”章节。我们通过有机锡化学培养博士生6名，硕士生20名，博士后1名，与巴基斯坦联合培养博士生1名。

成果完成人：谢庆兰、李靖、徐效华、郑健禺、张招贵、孙丽娟