Действующие вещества пестицидов, статья из раздела: Химические классы пестицидов
Карбаматы (уретаны) – бесцветные кристаллические вещества[17]. В литературе карбаматы иногда рассматривают как производные мочевины поскольку мочевина является полным амидом угольной кислоты[13][17]. Карбаминовая кислота NH2COOH (фото «Исходные соединения» соединение 2) неизвестна в свободном состоянии, но ее соли и эфиры являются довольно устойчивыми соединениями[17].
Карбаматы характеризуются общей формулой NH2COOR, где R – углеводородный радикал[13][17]. Уретаны получают действием аммиака на эфиры хлоругольной кислоты или диэфиры угольной кислоты (фото «Получение карбаматов»)[13][17]. Карбаматы проявляют свойства амидов и сложных эфиров[17]. Остановимся на свойствах карбаматов, которые играют ведущую роль в разложении данных веществ в биологических системах[12].
В молекулах отдельных групп карбаматов присутствует эфирная связь. Разложение карбаматов вызывается реакцией гидролиза. Гидролиз эфирной связи дает неустойчивую исходную кислоту и спирт. Эту реакцию катализируют эстеразы и растворимые в воде основания[12].
Структурные формулы:
1. Угольная кислота CH2O3, номер CAS 463-79-6
2. Карбаминовая кислота NH2COOH, номер CAS 463-77-4[18]
Другое реакционно способное место в молекуле карбамата – это связь между атомом азота и карбонильным атомом углерода. При гидролизе хлор-изопропил-N-фенилкарбамата образуется угольный эфир, распадающийся на двуокись углерода и изопропиловый спирт. Эта реакция является типичным примером реакций катализируемых дезамидазами. Анализ конечных продуктов разложения хлор- изопропил-N-фенилкарбамата не позволяет судить о том, происходит ли разложение под действием эстераз или дезамидаз[12].
В биопревращении карбаматов играют значительную роль реакции гидроксилирования (реакция окисления, в которой связь углерод-водород (CH) окисляется до связи углерод-гидроксил (COH):
N– гидроксилирование с образованием N-оксипроизводных – один из возможных путей разложения карбаматов в растениях[12].
Реакция N -деалкилирования имеет большое значение для метаболизма метилкарбаматов и родственных им замещенных амидов. Фенилкарбаматы не являются субстратами для ферментов, проводящих эту реакцию[12].
Реакции получения карбаматов (уретанов):
I. Действие аммиака на эфиры хлоругольной кислоты.
1. Метиловый эфир хлоругольной кислоты 2. Аммиак 3. Метиловый эфир карбаминовой кислоты 4. Соляная кислота
II. Действие аммиака на диэфиры угольной кислоты.
5. Диэтиловый эфир угольной кислоты 6. Аммиак 7. Этиловый эфир карбаминовой кислоты 8. Этанол[17]
Биологическая активность карбаматов была обнаружена в 1923 году. Тогда впервые была описана структура физостигмина (physostigmine) или алкалоида Эзерина (alkaloid eserine), который содержится в зернах Калабарских бобов. Аналоги физостигмина были синтезированы в 1929 году и сегодня известно более тысячи производных карбаминовой кислоты. Около 50 из них широко используются как инсектициды, фунгициды, гербициды и нематоциды. Первые производные карбаминовой кислоты, которые имеют свойства инсектицида были синтезированы в 1947 году[18].
До начала 80-х годов производство карбаматных инсектицидов постоянно увеличивалось, но уже через 15–20 лет их популярность пошла на убыль. Кроме того, в результате катастрофы в г. Бхопал (Индия), приведшей к большим человеческим жертвам, на многих заводах мира было приостановлено производство карбаматов, промежуточным продуктом получения которых является взрывоопасное соединение метилизоцианат[11].
Из-за высокой токсичности веществ, связанной с инсектицидной активностью, многие карбаматы сегодня запрещены к применению. Одним из возможных выходов из этого положения является разработка так называемых пропестицидов, которые при попадании в биологический объект образуют метаболиты с более высокой, чем исходное соединение, физиологической активностью. Пропестициды – вещества со сравнительно низкой активностью, иногда порядка на два меньше, чем конечный карбамат, и это в какой-то степени решает проблему их применения[11].
Первым из продуктов данного типа был разработанный фирмой ФМСи (США) карбосульфан (торговые названия эдвентидж, маршал). Он разлагается в почве с образованием карбофурана и, по всей вероятности, именно карбофуран в конечном итоге воздействует на насекомых, тем более, что спектр инсектицидной активности у обоих продуктов приблизительно одинаков. Сам же карбосульфан в 10 раз менее токсичен, чем карбофуран[11].
Карбаматы последних поколений обладают широким спектром биологической активности. К карбоматам относятся и многие лекарственные препараты. В этот класс входят вещества с гербицидной, фунгицидной, инсектицидной, нематоцидной, акарицидной и моллюскоцидной активностью[12][13].
АХ является синаптическим медиатром нервных импульсов в нервной системе млекопитающих и насекомых, действуя:
Для выявления механизма токсического действия необходимо изучение процессов, происходящих в нервно-мышечных связках. При иннервации мышцы, как показано на схеме, нервный импульс, продвигаясь по направлению к нейрону, достигает нервного окончания, где АХ, накапливающийся в везикулах нервных окончаний, освобождается и попадает в связку. В течение 2-3 мс АХ ударяется о рецептор со стороны мышцы[6].
Затем АХЭ в процессе гидролиза превращает АХ в холин и уксусную кислоту, что вызывает снижение уровня АХ и прекращение мышечного сокращения. При ингибировании АХЭ эфиром карбамата гидролиза АХ не происходит. Таким образом, концентрация АХ остается высокой в связках, вызывая непрекращающуюся стимуляцию мышц, приводящую к крайнему истощению и тетании[6].
Происходит накопление ацетилхолина и нарушение нормального прохождения нервных импульсов к мышечным системам. Они становятся частыми, самопроизвольными, возникают судороги, паралич и гибель насекомых[3].
Карбаматы – инсектициды
В современном ассортименте пестицидов практически нет других препаратов, которые могли бы обеспечить такую же надежную защиту всходов растений от почвообитающих и наземных насекомых, как препараты на основе карбофурана[16]. Их разрешено применять только для обработки семян на специальных установках с использованием современных промышленных форм[10].
Некоторые карбаматы, в частности, пропамокарб гидрохлорид, обладает фунгистатическим действием на споры многих почвенных грибов. Вещество проникает через корневую систему и, частично сорбируясь листьями, перемещается в акропетальном направлении[5].
Помимо этого препараты на основе пропамокарба гидрохлорида положительно влияют на микробную колонизацию и ростовые процессы рассады огурцов. Стимулируют развитие корней и надземной части растений[2].
Карбаматы – фунгициды
Карбаматы – гербициды
Карбаматы обладающие гербицидной активностью имеют важное значение по нескольким причинам. Они обладают низкой токсичностью для млекопитающих, их остатки быстро разлагаются в почве, и они легко распадаются в организмах, против которых их не применяют[12].
Общими для карбаматов является их высокая летучесть и быстрая потеря активности в результате испарения с поверхности влажной почвы и с надземных органов растений. При внесении в сухую почву гербициды удерживаются за счет сорбции. При увлажнении вода вытесняет сорбированные молекулы с поверхности почвенных коллоидов. Они переходят в почвенный раствор и могут оказывать действие на прорастающие семена, но могут и вымываться просачивающейся водой. Однако при среднем количестве осадков препараты, относительно устойчивые к вымыванию, остаются в верхнем 0-5-сантиметровом слое[9].
Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – ингибиторы фотосинтеза у связующих PSII – серин 264 (группа 5 (C1, C2) по классификации WSSA и HRAC):
Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – ингибиторы фотосинтеза у связующих PSII – серин 264 (группа 6 (C3) по классификации WSSA и HRAC):
Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – ингибиторы синтеза жирных кислот с очень длинной цепью (группа 15 (К3) по классификации WSSA и HRAC):
Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – ингибиторы сбора микротрубочек (группа 23 (К2) по классификации WSSA и HRAC):
Препараты этой группы достаточно легко проникают в растения, сорбируясь корнями, подземными частями растений, колеоптилем, и передвигаются по ксилеме[14][9]. Они ингибируют процесс фотосинтеза и нарушают в растениях основные обменные реакции. Поскольку карбаматы воздействуют на процесс деления клеток и могут заменять число хромосом, их относят к митотическим ядам[4]. Вещества этой группы прерывают митоз (нормальный процесс деления клеток) в период между анафазой и метафазой, препятствуют образованию перегородок в делящихся клетках, которые формируются после телафазы, что обуславливает возникновение ненормальных многоядерных клеток[9].
Механизм действия веществ, принадлежащих к этим классам различен.
Фенилкарбаматы по классификации HRAC (Herbicide Resistance Action Comittee/Комитет по борьбе с устойчивостью к гербицидам) и WSSA (Weed Science Society of America/Американское научное общество по борьбе с сорняками) отнесены к группе 5 (ингибиторы фотосинтеза у связующих PSII – серин 264/ inhibition of photosynthesis at PSII – serine 264 binders), до 2020 г. по HRAC – группа С1[19].
Подробнее – в статье «Фенилкарбаматы».
Следует отметить, что тот же механизм действия (ингибиторы фотосинтеза у связующих PSII – серин 264), по указанной классификации характеризует и соединения с гербицидной активностью, принадлежащие к классам: бензотиадиазиноны (benzothiadiazinone), фенилпиридазины (phenyl-pyridazines), относщимся к группе 6 (С3).
Подробнее – в статье «Фенилпиридазины».
Тиокарбаматы по классификации HRAC (Herbicide Resistance Action Comittee/Комитет по борьбе с устойчивостью к гербицидам) и WSSA (Weed Science Society of America/Американское научное общество по борьбе с сорняками) отнесены к группе 15 (ингибирование синтеза жирных кислот с очень длинной цепью/ Inhibition of very long-chain fatty acid synthesis), до 2020 г. по HRAC – группа К3[19].
Подробнее – в статье «Тиокарбаматы».
В пределах класса карбаматы по классификации HRAC (Herbicide Resistance Action Comittee/Комитет по борьбе с устойчивостью к гербицидам) и WSSA (Weed Science Society of America/Американское научное общество по борьбе с сорняками) рассматриваются шесть соединений: барбан (barban), карбетамид (carbetamide), хлорбуфам (chlorbufam), хлорпрофам (chlorpropham), профам (propham), свеп (swep)[19].
По механизму действия классификации HRAC и WSSA они относятся к группе 23 (K2) – ингибиторы сбора микротрубочек /inhibition of microtubule organization[19].
Данные вещества вступают в химическое взаимодействие с тубулином (основным белком микротрубочек). Образовавшееся соединения подавляют полимеризацию микротрубочки на одной из ее сторон, но не оказывают влияния на деполимеризацию трубочки на другом конце. В результате нарушается структура микротрубочек и они перестают выполнять свои функции[19].
Поскольку микротрубочки (микротубулы) – это мембранные надмолекулярные структуры, смонтированные из белковых блоков и расположенные спиральными или прямолинейными рядами, то они выполняют в основном двигательную функцию, обеспечивая подвижность, перемещение и сокращаемость органоидов клетки[1].
В цитоплазме они отвечают за форму клетки и обеспечение пространственного расположения органоидов, обеспечивая их перемещение в места, определенные физиологическими потребностями клетки[1].
Множество микротрубочек размещено в плазмалемме, около клеточной оболочки и участвует в формировании и ориентации целлюлозных микрофибрилл оболочек растительных клеток[1].
Нарушение нормального функционирования микротрубочек приводит к сбою работы всей растительной клетки, влияет на процессы дыхания, фотосинтеза (в зеленых частях растсений), нарушается структура и форма клетки, нарушается или прекращается вовсе процесс деления клетки[1].
Подробнее о действии на растения – в статье «Хлорпрофам».
В почве гербициды этой группы разрушаются в основном за счет микроорганизмов. Время сохранения их в почве – 3-6 недель, в сухой и холодной – дольше. Период полураспада при 21–27°С – 1–4 недели[9].
Данные препараты отличает сравнительно быстрое разрушение не только в почве, но и в растениях, невысокая токсичность для теплокровных[4].
Механизм токсического воздействия на организмы теплокровных животных до конца не выяснен. Определяющую роль в токсикодинамике играет нарушение функции нервной системы, обмена нуклеиновых кислот, угнетение окислительных процессов, поражение желез внутренней секреции, печени и других паренхиматозных органов[14].
Подробнее о токсикологических характеристиках карбаматов с гербицидной биологической активностью в статьях – «Десмедифам», «Фенмедифам», «Просульфокарб», «Хлорпрофам».
Карбаматы -
действующие вещества
При работе с препаратами на основе карбаматов следует исключить возможность их контакта с слизистыми глаз, открытыми участками кожи и возможность их попадания в дыхательные пути и в пищевые продукты[15].
Все перечисленные симптомы проявляются в различных сочетаниях и могут варьироваться в проявлении и последовательности в зависимости от вещества, дозы и пути воздействия. Продолжительность симптоматики обычно короче, чем при воздействии ФОС. Средняя тяжесть отравления может сопровождаться только мускарино- и никотиноподобными проявлениями[6].
Признаки хронического отравления сходны с проявлениями острой интоксикации и носят интермиттирующий (преходящий) характер[14].
Составитель: Галлямова О.В.
Страница внесена: 16.01.14 09:55
Последнее обновление: 11.04.24 20:46
Асонов Н.Р. Микробиология. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва: Колос, 1997. — 352 с.
Базынков Н.И. «Превикур 607 ВК: влияние на ростовые процессы и микробную колонизацию рассады огурца». Журнал «Гавриш» №2, 2011, с.18-19
Бегляров Г.А, Смирнова А.А. и др. Химическая и биологическая защита растений. М.: Колос, 1983. - 351 с.
Безуглов В.Г. Применение гербицидов в интенсивном земледедлии. М.: Росагропромиздат, 1988. – 205 с.;
Ганиев М.М., Недорезков В.Д. Химические средства защиты растений. – М.: КолосС, 2006. – 248 с.
Гигиенические критерии состояния окружающей среды №64. Карбаматные пестициды: общее введение. Всемирная организация здравоохранения, Женева, 1991. – 128 с.
Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, 2023 год. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации (Минсельхоз России)
Захаренко В.А. Гербициды. – М: Агропромиздат, 1990. – 240с.
Керни П., Кауфман Д. (ред.) Разложение гербицидов. Перевод с английского А.И. Волкова и О.А. Коротковой, под редакцией доктора хим. наук, проф. Н.Н. Мельникова. — М.: Мир, 1971. — 358 с.
Куликова Н.А, Лебедева Г.Ф. Гербициды и экологические аспекты их применения. Учебное пособие. – Москва, книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010. – 152с.
Медведь Л.И. Справочник по пестицидам (гигиена применения и токсикология) / Коллектив авторов, под ред. академика АМН СССР, профессора Медведя Л.И. -К.: Урожай, 1974. 448 с.
Черных В. П., Зименковский Б. С., Гриценко И. С. Органическая химия: Учебник для студ. вузов / Под общ. ред. В. П. Ч ерных.— 2-е изд., испр. и доп.— Х .: Изд-во НФ аУ; Оригинал, 2007.— 776 с.
Pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Global Herbicide Classification Lookup | Herbicide Resistance Action Committee
Оставьте свой отзыв:
Отзывы:
Комментарии для сайта Cackle