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创新农药,服务三农

时间:2022-10-22 11:25:05 来源:网友投稿

农村走出来的科学家

他出生于农家,童年的饥饿和辛劳深深地烙在了他的心里。几十年来,在他的心中,始终放不下的是农民的疾苦,是地里的收成,当他学有所成时,他总想用他的智慧和知识为这片土地、为这片土地上的人们多做点事情。至今,他仍清楚地记得母亲说:“这地你要是不付出劳动,不滴汗水在里边,它永远也长不出好庄稼,没有付出哪儿有收获呢?”这句话一直激荡在他的心中。参加工作后,他就以实验室里的瓶瓶罐罐为庄稼地,在这片土地上辛勤耕耘,滴尽汗水。

他就是刘长令,沈阳化工研究院有限公司副总工程师。

在沈阳化工研究院,刘长令二十多年如一日从事新农药的创制研究,成了中国农药事业的“传奇人物”,他用一项又一项发明和专利迎接农药创新时代的来临。在多年的科研实践中,他得出了成功的公式:理想+毅力+实干+方法+运气=成功。他用这个公式自勉, 也用于鼓励学生勇攀科学高峰。

氟吗啉——坚定与执着,造就多个第一

第一个获得正式登记、具有自主知识产权的农药品种,第一个获得欧美发明专利的农药品种,第一个拥有国际通用名称的农药品种,第一个在国外登记销售的创新农药品种,第一个具有自主知识产权的含氟农药品种,这诸多“第一”,都是刘长令发明的新农药——氟吗啉的殊荣。

世界农业发展的实践证明,合理使用农药,是保证农业稳产增产、提高农产品品质的关键措施。研究表明,不使用农药农产品会平均减产70%。当今农业发展与环境保护的迫切需要对新农药研制提出了新的需求和挑战,新农药品种必须符合“高效、安全、环保、经济”的标准。

然而,新农药的创制却不是一件容易的事情。刘长令说,新农药创制研究的实质就是自主创新,需要化学、农学、生物学、环保学、计算机技术等多学科多专业的密切配合。首先要进行化合物分子设计,合成世界上不存在的化合物,继而要进行应用研究,多次循环,最终发明具有自主知识产权的、用于农业生产改善农作物品质并提高农作物收成的新农药品种。

在西方发达国家,一个新农药品种从化合物合成研究开始直至商品化通常需要10年时间,耗资2.5亿美元。目前,世界上仅有科学技术非常发达的美国、德国、瑞士、日本等国家才能研制新农药(医药)品种,所以新药的研究在某种程度上反映出该国的科学技术水平。同时,新农药创制研究不仅难度大,周期长,风险高,而且一旦出现任何不符合人类环境安全的问题,都会前功尽弃。

1989年,当研究生刚毕业的刘长令毅然进入这个领域的时候,很多人都不理解。人们劝他说,国外很多科学家在经费充裕、实验条件良好的实验室里工作,但一辈子未能研制出可工业化生产的新品种的人都大有人在,你为什么要去啃这块硬骨头呢?但刘长令愣是凭着坚定与执着,只用了五年的时间,花了不足一千万人民币,运用切合中国实际的办法,创造了人间奇迹,发明了中国第一个具有世界知识产权的新农药品种:杀菌剂氟吗啉。

刘长令的成功绝非偶然,正像他给自己总结的公式一样,有理想、有毅力、肯实干、用方法,才有了奇迹的诞生。中国的新药创制研究,由于起步晚、基础差、实验条件差,加之投入少,因此难上加难。尽管如此,刘长令不畏艰难困苦,不怕失败,自1989年研究生毕业,他就一头扑进了新药研究室,把整个身心都扎进了新农药品种的创制上了。他的同事这样评价他:“这个人已经成了‘科学的傻子’,迷得世界上只剩下了化合物,其余的他什么也看不到了。”

氟吗啉的研制成功解决了一个世界性的难题。氟吗啉主要用于防治卵菌纲病原菌引起的霜霉病、晚疫病等重要病害,如黄瓜霜霉病、辣椒疫病和番茄晚疫病等。之前,国内防治卵菌纲病害的农药品种仅有甲霜灵,由于连年使用,抗性发生已相当严重。在国外继甲霜灵之后开发的恶霜灵、霜霉威、霜脲氰、烯酰吗啉等虽已应用于农业生产中,但这些杀菌剂都存在各种问题,急需新产品。这时,刘长令研制的氟吗啉应运而生,它化学结构新颖、生物活性优异。药效结果表明:氟吗啉治疗活性高,其治疗作用明显优于烯酰吗啉;抗性风险低,与目前市场上的农药品种无交互抗性,对甲霜灵产生抗性的菌株仍有很好的活性,到目前为止未发现抗性菌株;持效期长,比通常杀菌剂长6-9天, 推荐用药间隔比通常杀菌剂长3-6天;在同样生长季内用药次数少。

氟吗啉于1999年实现工业化生产。在氟吗啉产业化过程中,刘长令成功确认了最后一步反应中杂质的化学结构,推测了副产物形成的机理,成功地对反应工艺进行了改进,提高收率和降低成本的同时大幅度减少了“三废”,为氟吗啉的清洁生产和节能减排奠定了基础。目前氟吗啉已建成年产100吨原药和1000吨制剂的装置,单、混剂共5个产品获准生产,并投放市场。迄今为止累计销售2400吨制剂,销售额近2.5亿元,实现利税1.2亿元;累计应用面积600万亩,产生了60亿元的社会效益。

氟吗啉的创制与开发结束了中国没有自主知识产权新农药品种的历史。翻一翻中国这个农业大国的农药发展史,可以清楚地看到,一直到20世纪末,中国极少有自主知识产权的农药诞生,仿制和混配一直是我们农药的主要内容。高效低毒低残留的氟吗啉的发明,让世界为中国惊讶。

中间体衍生化方法——独特的新农药创制方法

(1)首次利用β-酮酸酯合成了香豆素、吡唑、嘧啶中间体,成功创制了杀菌剂唑菌酯、丁香菌酯和唑胺菌酯,杀螨剂嘧螨胺(SYP-11277)等。

(2)首次将(1)中的中间体引入到二氯丙烯醚类杀虫剂结构中,发现了具有很好杀虫活性的化合物S Y P-11611、14380等。

(3)首次利用2,6-二氯甲苯为原料设计并合成了两类高活性化合物:结构新颖、广谱、高效、价格低廉的二苯胺类杀菌剂双苯菌胺(S Y P-14288),以及对玉米安全的三酮类除草剂S Y P-12194。

(4)首次利用3,4-二氯-三氟甲基苯为原料,制备2-氯-4-三氟甲基苯酚,成功地研制了兼具很好杀菌和杀螨活性的化合物氟菌螨酯。

(5)首次利用2,3-二氯-5-甲基吡啶或其衍生物为原料设计并合成了多类高活性化合物。

(6)首次利用取代的苄氯为原料设计并合成了新型氰基乙酸酯类化合物,研制出了杀螨剂SYP-10898等。

(7)首次以杀菌剂百菌清为原料设计了新型二苯胺类化合物,发明的S Y P-14575、14576等不仅具有很好的杀菌活性,还有很好的抗癌活性。

这么多的“首次”,都属于刘长令研制的新农药创制方法——中间体衍生化方法的科研成果。这些化合物,大部分是2009年3月以后创制的,代表了中国农药发展的最新成果。

建立在已有专利文献基础上的创新一直是世界各大公司广泛采用的、也是最有效的创制方法,但如何避开已有专利的保护、创制出具有自主产权的新农药品种是我国农药创制的关键。继氟吗啉之后,刘长令通过十多年农药创制的探索和总结,提出了“中间体衍生化方法”,为我国创新农药的研发提供了一种行之有效的新方法、新思路。

新农药创新涉及多领域间的合作,其过程非常复杂。中间体衍生化方法是从化学的角度出发,把复杂问题简单化,刘长令总结其内涵有三:一是利用中间体进行化学反应,设计合成新化合物,然后筛选,发现先导化合物,再经优化发现新农药品种;二是利用简单的原料,通过化学反应合成新的中间体,利用该中间体替换已知农药或医药品种化学结构中的一部分,得到新的化合物,经进一步研究,得到新农药品种;三是利用已知的具有活性的化合物或农药品种作为中间体,进行化学反应,设计合成新化合物,经筛选、优化研究发现新农药品种。

“中间体衍生化方法”是一种独特的新农药创制方法,它符合国情,无需上亿美元的投资即可达到国外新药开发的效果,可有效避开国外专利的保护,提高发现先导化合物、高活性化合物的效率和几率,快速开发出高效、低毒、环保、安全的绿色农药,保障我国农业生产的安全。此外,还可有效利用我国现有资源和生产能力,大幅度降低创制农药的投资和生产成本,提高市场竞争力,降低使用成本,增收节支,服务“三农”;同时具有良好的经济、社会和环保效益,对我国农药产品结构的调整具有积极的推动意义,也可使我国农药创新更上一层楼。

重视人才培养与学术交流

人才是保证科学技术不断创新的关键。目前,刘长令的另一个工作重点是为新农药事业培养人才、储备才智。他现任南开大学、郑州大学的兼职教授,沈阳化工研究院、辽宁大学、沈阳化工大学硕士生导师,郑州大学、贵州大学兼职博士生导师。通过言传身教,刘长令已培养了23名硕士和2名博士研究生。在读硕士9名,博士1名。新药创新团队由刚开始的1人发展到现在的11人,其中8名都是刘长令的学生,已成为新药创新的骨干。

刘长令还乐于分享与交流自己的科研经验,多次受邀在国内外学术会议上做新农药创制方面的报告。2010年刘长令受邀在墨尔本召开的IUPAC国际农药会议上作了题为“Discovery of new strobilurin acaricidal compounds”的大会报告,首次在国际上阐明了“中间体衍生化方法”的内涵与应用,报告得到了国内外同行的好评。2011年刘长令参加美国洛杉矶第241届美国化学会年会,在会上作了题为“Novel substituteddiphenylamine fungicide”的报告,这类杀菌剂也是采用“中间体衍生化方法”研制的。

此外,刘长令作为农药杂志主编和中国化工学会农药专业委员会秘书长,办好刊物的同时组织召开全国农药信息交流会和农药学会年会,为中国农药各方面的技术交流与技术进步做出了重要的贡献。

后记:卸下荣誉,轻装上阵

杰出的贡献为刘长令带来了众多的荣誉。赢得荣誉已属不易,勇于卸下荣誉更是难得。成为名人之后的刘长令跟以前那个“科学的傻子”并没有不同,在实验室里,他重新跌入创新农药研制的境界里,依然在分子、原子的世界里合成一个又一个化合物。他还有更多的科研目标要实现,他要用更多的科研成果惠及“三农”,为农民增收、农业增长、农村稳定做出更大的贡献。

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