夏日夜晚，当我们享受清凉的晚风时，恼人的蚊虫却总是不请自来，嗡嗡的叫声和恼人的叮咬让人不胜其烦。蚊子，这种看似微不足道的小飞虫，却是威胁人类健康的一大隐患。
蚊子叮咬带来的困扰远不止瘙痒那么简单，根据世界卫生组织统计，全球每年因约有72.5万人死于由蚊虫叮咬引起或传染的疾病，其威胁远超一般认知。一般说来，蚊子吸食血液对宿主不会产生太大影响，但在吸食过程中，蚊子的唾液会使宿主出现皮疹等症状。此外，蚊子是许多疾病的传播媒介，目前已知登革热、疟疾、黄热病、流行性乙型脑炎等多种危害性较强的疾病是通过蚊子传播的。2025年3月，广东省就报告了输入性登革热病例，而东南亚和非洲地区更是疟疾、乙型脑炎等疾病的高发区。
香的核心成分：除虫菊酯（Pyrethrins）
在众多防蚊手段中，蚊香因其便捷性和高效性被广泛使用，其核心活性成分——除虫菊酯（Pyrethrins）源于菊科植物除虫菊（Pyrethrum cinerariifolium）。除虫菊酯的发现与应用是人类与蚊虫斗争史上的重要里程碑。
为消除传统蚊香使用明火产生的安全隐患及烟雾问题，现代驱蚊产品逐步发展为电热蚊香片与电热蚊香液。这类产品的核心驱蚊成分为拟除虫菊酯类化合物（pyrethroid），这是一类高效低毒的人工合成杀虫剂。常见于产品成分表的氯氟醚菊酯（meperfluthrin）、丙烯菊酯（allethrin）、炔丙菊酯（prallethrin）及氯菊酯（permethrin）等有效成分，均属于该合成菊酯类化合物的不同衍生物。
除虫菊酯是一类天然有机化合物的混合物，由6种结构相似的化合物组成，根据其化学结构中有机酸的不同分为两大类：即含有菊一酸的I类和含有菊二酸的II类，每一大类又根据其醇酮部分的不同各分为3种成分：除虫菊酯I、II，瓜叶菊酯I、II，茉酮菊酯I、II。其中，除虫菊酯I和除虫菊酯II的含量直接决定了该混合物的杀虫活性。
除虫菊酯物化性质包括：
1.溶解性：难溶于水，易溶于丙酮、乙醇、甲苯、二甲苯、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯；
2.稳定性：对光和热均稳定，在酸性介质中稳定，在碱性介质中分解；
3.毒性：对昆虫具有神经毒性，但对哺乳动物低毒（大鼠口服LD₅₀为12g/kg），且代谢快、无残留。
合成路线与技术革新
除虫菊酯的获取主要通过两种途径：
（一）天然提取：
原料处理：新鲜除虫菊花需低温干燥以避免活性成分分解；
萃取技术：采用常温溶剂（如乙醚）萃取法或CO₂超临界萃取技术，后者由中国科学院昆明植物研究所研发，可高效提取并保留菊酯结构；
废弃物利用：中国科学院昆明植物研究所邱明华团队在除虫菊干花生产天然菊酯农药过程中，对作为工业废弃物的除虫菊花蜡进行纯化精制工艺研发，分析了精制产品组成成分。除虫菊加工后的花蜡废料中发现高含量奇碳脂肪醇（C23、C25），可作为化工辅料，提升资源利用率。
（二）化学合成与修饰：
20世纪20年代开始，化学家针对除虫菊中天然杀虫成分的研究热潮正式兴起。研究者们系统性地开展活性物质的提取与分离工作，其中德国化学家Hermann Staudinger和瑞士化学家Leopold Ružička在1922年从大量的除虫菊中分离得到杀虫活性物质——除虫菊酯。经化学降解实验，他们提出除虫菊酯其实由两种化学结构极其相似的pyrethrin I和pyrethrin II物质组成。这一重要发现激发他们决定对除虫菊酯的结构进行改造来获得更强杀虫作用的物质，而后续的合成实验却屡遭挫败，主要是研究团队始终无法合成天然除虫菊酯中的五元环及环上的联烯支链，究其原因，这是受限于他们早期对除虫菊酯的结构研究不够深入。
Hermann Staudinger（左）、Leopold Ružička（右）及除虫菊酯的结构
随着分离技术和分析手段的日益成熟，全世界科学家通力合作，经过数十年接力研究，科学界最终实现了对Staudinger团队1924年提出的菊酯分子模型的修正，这一里程碑式的突破为后续拟除虫菊酯类杀虫剂的开发奠定了坚实的理论基础。
除虫菊酯的精确化学结构
（三）增效剂应用：与酰胺类化合物混合可提升杀虫效果。
鉴于除虫菊酯优良的杀虫效果，科研人员系统开展其母体结构的功能化修饰研究，旨在开发具有增效作用的衍生物。迄今为止，人们已经成功“改造”了数十种除虫菊酯衍生物，其中多数已实现产业化应用并成为杀虫剂产品的核心成分。
值得注意的是，在剂型研发过程中发现，某些化合物虽不具备直接杀虫活性，但当与拟除虫菊酯复配时，其杀虫效力呈现协同增强效应。这类可显著提升杀虫体系生物活性的辅助成分被定义为增效剂（synergists），其作用机制已成为当前农药增效研究的重要方向。
代表性的除虫菊酯增效剂
（四）拟除虫菊酯类杀虫剂的演进历程
第一代拟除虫菊酯的合成（20世纪40年代至60年代）
1949年：美国科学家谢克特（M.S.Schechter）、拉福日（F.B.La Forge）等人工合成了首个拟除虫菊酯——丙烯菊酯（Allethrin），并于1950年商品化。其结构模仿天然除虫菊酯Ⅰ，但光稳定性略有提升，仍主要用于卫生害虫防治。
50-60年代：陆续开发出苄菊酯、苄呋菊酯、胺菊酯等品种。这些早期品种仍存在光稳定性不足的问题，无法用于田间。
光稳定性突破与第二代拟除虫菊酯（20世纪70年代）
1972-1973年：英国洛桑（Rothamstad）试验站埃利奥特（M.Elliott）团队通过结构改造，合成首个光稳定性拟除虫菊酯——氯菊酯（Permethrin）。其核心突破在于用二卤乙烯代替环丙烷侧链上的异丁烯基，解决了光分解问题，持效期延长至7-10天，成为首个可用于农业的拟除虫菊酯。
1973年：日本住友化学开发苯醚菊酯（Phenothrin），通过引入苯氧基苄醇结构进一步改善光稳定性。
70年代中期：在苯醚菊酯的α位引入氰基，开发出Ⅱ型拟除虫菊酯（如氯氰菊酯），显著提高杀虫活性。含氰基的品种与钠通道结合更紧密，神经毒性更强。
结构多样化与高效品种涌现（20世纪80年代）
1980年前后：氰戊菊酯（Fenvalerate）成为首个不含三元环的拟除虫菊酯，简化合成工艺并降低成本，推动农业大规模应用。
含氟品种的突破：如高效氯氟氰菊酯（Lambda-cyhalothrin）兼具杀虫杀螨活性，进一步拓宽应用范围。
非酯类结构创新：日本科学家开发以醚键替代酯键的品种（如醚菊酯），显著降低对鱼类的毒性，提升环境适应性。
现代发展与新方向（20世纪90年代至今）
抗药性管理：针对害虫抗药性问题，开发复配剂型（如与有机磷混用）和新结构化合物。
环境友好型改进：通过引入氟原子或肟醚结构，降低对非靶标生物（如蜜蜂、鱼类）的毒性。
市场扩展：相关数据显示，全球市场规模达31亿美元（2024年数据），农用菊酯占主导（约25亿美元），卫生菊酯约6亿美元。
总的来说，这类合成拟除虫菊酯不仅完整继承了天然菊酯的特性，还通过分子结构调整显著增强了杀虫杀螨效能，对鸟类及温血动物毒性低，合成来源丰富。
温馨提示：养猫家庭需特别注意，"菊酯"类杀虫剂对猫咪存在致命威胁。由于猫咪肝脏缺乏代谢菊酯类物质的葡萄糖醛酸酶，即使接触微量也可能引发中毒反应。此类化合物常见于家用杀虫气雾剂、电蚊香液、农业驱虫剂及部分宠物驱虫产品（特别是犬用驱虫剂），环境残留也可能通过舔毛行为造成二次中毒。
中毒初期表现为流涎、震颤、呕吐、共济失调等症状，严重时可导致癫痫发作、呼吸困难甚至死亡。特别提醒：含有0.2%浓度氯菊酯的制剂对猫即具毒性，而犬用驱虫剂常含45%-65%氯菊酯，猫犬混养家庭务必区分使用。
除虫菊酯的作用机制与功效
（一）杀虫机制
除虫菊酯通过作用于昆虫神经系统，干扰钠离子通道的开闭，导致神经持续兴奋，最终引发麻痹和死亡。其特点包括：
快速击倒：部分拟除虫菊酯（如胺菊酯）具有快速击倒害虫的能力，使其迅速丧失活动能力；
广谱性：对蚊、蝇、蟑螂等卫生害虫和蚜虫、粉虱、螨类等农业害虫均有效；
驱避作用：部分品种（如氯菊酯）释放的气味可阻止蚊虫靠近。
（二）应用场景与局限性
室内灭蚊：蚊香、电蚊液等通过加热释放菊酯，适用于密闭空间；
农业与卫生：用于防治作物害虫及家庭卫生害虫；
局限性：光稳定性差，室外易分解，需配合增效剂或改进剂型。
未来展望与环保挑战
尽管除虫菊酯高效低毒，但其生产依赖植物种植，且合成工艺复杂。近年来，合成生物学技术通过基因编辑微生物生产菊酯前体，有望降低成本和环境压力。此外，对除虫菊副产物的综合利用（如花蜡提取奇碳脂肪醇）展示了绿色化学的潜力。
结语
从天然植物提取到现代化学合成，除虫菊酯的研发历程体现了人类利用自然与科技对抗疾病威胁的智慧。在气候变化与蚊媒疾病扩散的背景下，持续优化除虫菊酯的应用技术，结合环境治理（如清除积水、保护天敌），将是构建长效防蚊体系的关键。
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