Физические и химические свойства
Неоникотиноиды – хлор-, амино- и оксипроизводные пиридинов, способные подавлять активность фермента ацетилхолинэстеразы у насекомых и не затрагивать нервную систему позвоночных[10].
Эта группа соединений содержит отрицательно заряженную электроноакцепторную группу (=CHNO2, =NNO2, =NCN)[7]. Структурная формула неоникотиноидов отличается от других хлор-, амино- и оксипроизводными пиридинов тем, что электроотрицательный фармакофор располагается в противоположном направлении по сравнению с никотиноидной катионной функциональной группой в связывающем кармане nAChR. Его называют инвертированным фармакофором[7].
Неоникотиноиды не проявляют ни кислотных, ни основных свойств при pH 4–10. Это объясняет их способность образовывать связь между электроотрицательным фармакофором и остатком лизина или аргинина в активном сайте и определяет способность данного класса соединений к селективной токсичности для насекомых и млекопитающих[7].
По химической структуре неоникотиноиды делят на две группы – нитрозосодержащие соединения (имидаклоприд, динотефуран, клотианидин) и циансодержащие (ацетамиприд, тиаклоприд)[2].
В химической структуре имидаклорида, ацетамиприда и тиаклоприда общим является наличие пиридинового кольца с одним атомом хлора в 6-м положении[2].
Все неоникотиноиды характеризуются:
- избирательностью действия: хорошо аккумулируются рецепторами насекомых, и плохо – рецепторами, человека и млекопитающих;
- отсутствием летучести: как полярные соединения они не ионизируются при обычных рН, устойчивы к гидролизу;
- высокой биологической активностью;
- высоким трансламинарным и системным действием в растениях;
- низкими нормами расхода;
- умеренной стойкостью в полевых условиях[4].
Подробнее о химических и физических свойствах конкретных неоникотиноидов – в статьях «Ацетамиприд», «Имидаклоприд», «Клотианидин», «Тиаклоприд», «Тиаметоксам (Актара)».
Механизм действия неоникотиноидов
Механизм действия неоникотиноидов
Красные стрелки указывают на направление воздействия.
Использовано изображение:
Действие на вредные организмы
Неоникотиноиды обладают инсектицидной биологической активностью. Оказывают контактно-кишечное и кишечное и системное действие на насекомых. Токсическое действие нарастает постепенно, но остаточный эффект отсутствует, поэтому рекомендуются повторные обработки через 5–7 суток[1].
. Согласно
классификации IRAC, неоникотиноиды относятся к группе 4, по
механизму действия на
вредителей являются конкурентными модуляторами никотиновых ацетилхолиновых рецепторов/ Nicotinic acetylcholine receptor (NACHR) competitive modulators
[12].
В группу 4 кроме никотиноидов включены: никотин и отдельные соединения химических классов: сульфоксимины, бутенолиды, мезоионные соединения, пиридилидены. (Подробный перечень справа – «Химические классы и соединения, по механизму инсектицидного действия – конкурентные модуляторы никотиновых ацетилхолиновых рецепторов»).
В настоящее время (июль, 2024) в сфере защиты растений на территории России разрешены к использованию инсектициды с действующими веществами, относящимися к классу неоникотиноиды (подгруппа А группы 4 классификации IRAC) и никотин (подгруппа В группы 4 классификации IRAC)[3][12].
Все конкурентные модуляторы никотиновых ацетилхолиновых рецепторов связываются с участком ацетилхолина на nAChR, вызывают ряд симптомов – от гипервозбуждения до летаргии и паралича[12].
Напомним, что ацетилхолин – основной возбуждающий нейромедиатор в центральной нервной системе насекомых[12].
Класс неоникотиноиды
Неоникотиноиды ингибируют никотин-ацетилхолиновые рецепторы постсинаптической мембраны и уменьшают активность ацетилхолин-эстеразы. Это увеличивает период открытия натриевых каналов, что приводит к гиперполяризации мембран нервных волокон (изменению мембранного потенциала клетки, делающего его более отрицательным) и приводит к нарушению передачи нервных импульсов через синапс и приводит к гибели насекомых[9][10].
Классификация IRAC рассматривает как никотиноиды соединения: ацетамиприд, клотианидин, динотефуран (не разрешен к применению в России), имидаклоприд, нитенпирам (не разрешен к применению в России), тиаклоприд, тиаметоксам[3][12].
Отмечается, что имидаклоприд и тиаклоприд лишь частично ингибируют никотин-ацетилхолиновые рецепторы. Возбуждение рецепторов от их воздействия составляет около 20–25 % в сравнении с возбуждением, вызываемым ацетилхолином[9].
Ацетамиприд и клотианидин ингибируют никотин ацетилхолиновые рецепторы плотнее, эффективность их воздействия на специфические рецепторы от 60 до 100 %[9].
Класс сульфоксимины
Действующее вещество – сульфоксафлор. Это соединение открыто компанией Dow AgroSciences. Оно является первым представителем нового класса сульфоксиминов. Действует на сайт nAChR, но связывается несколько иным способом, чем неоникотиноиды. Обладает широким спектром инсектицидной активности против группы сосущие насекомые (тли, трипсы)[7].
Сульфоксафлор не проявляет перекрестной резистентности с неоникотиноидами и может быть использован для борьбы с устойчивыми рассами насекомых. В отличии от неоникотиноидов он не содержит sp3-гибридизованного аминного атома азота, поэтому не окисляется монооксигеназой CYP6G1 насекомых[7].
Класс бутенолиды
Действующее вещество – флупирадифурон. Соединение открыто компанией Bayer CropScience. При его разработке использовался бутенолидный фармакофор алкалоида стемофолина, выделенный из стемоны японской (Stemona japonica) и стемоны Коллинз (S. collinsae) – однодольные растения семейства Стемоновые[7].
Флупирадифурон обладает инсектицидной активностью, проявляя свойства антагониста nAChR насекомых. Нокдаун-эффект быстрый. Отмечено наличие репеллентного и антифидантного действия. Отличается от других антагонистов nAChR (конкурентных модуляторов никотиновых ацетилхолиновых рецепторов) тем, что содержит фармакофор нового типа, поэтому выделен в отдельный субкласс бутенолидов[7].
Дифторэтильная группа в составе структурной формулы данного вещества повышает его активность и мешает взаимодействию с активным участком цитохрома CYP6CM1. Это препятствует его окислительной деградации в организме насекомых и отличает от имидаклоприда[7].
Флупирадифурон эффективен против сосущих насекомых и проявляет слабую перекрёстную резистентность с имидаклопридом[7].
Класс мезоионные соединения
Мозоионные соединения являются подклассом бетаинов. (Бетаин – триметильное производное глицина (триметилглицин)). Это биполярные пяти или шестичленные гетероциклы с экзоциклическими атомами халькогенов (элементы 16-й группы периодической системы элементов) или азота, в которых положительный и отрицательный заряды делокализованы так, что их строение трудно описать как ковалентными, так и полярными структурами. Формально положительный заряд связан с атомами гетероциклического ядра, а отрицательный и с атомами кольца, и с экзоциклическим атомом[13].
В классификацию IRAC (группа 4) включены мезоионные соединения с инсектицидной активностью – трифлумезопирим, диклормезотиаз, фенмезодитиаз[12].
Мезоионные соединения обладают высокой инсектицидной активностью в отношении представителей отрядов Полужесткокрылых и Чешуекрылых. Механизм действия – мощное ингибирующее действие на никотиновый ацетилхолиновый рецептор путем взаимодействия с его ортостерическим участком. Антагонизм минимальный[13].
Класс Пиридилидены
Пиридилидены – новый химический класс металлокомплексов, представляющие собой карбеновые таумеры пиридина, связаные с металлическим центром посредством ортопиридильного углерода. Комплексы металл-пиридилиден являются заметными и долговечными, в отличие от свободного пиридилидена[11].
В классификацию IRAC (группа 4) включен только флупиримин. Он был открыт компанией Meiji Seika Pharma, обладает инсектицидной активностью. Эффективен в борьбе с вредителями риса в сочетании с селективностью к опылителям, а также против таракана американского. Практически безопасен для крыс[11].
Химические классы и соединения, по механизму инсектицидного действия – конкурентные модуляторы никотиновых ацетилхолиновых рецепторов (группа 4 по классификации IRAC):
А. Класс – неоникотиноиды (neonicotinoids):
Действующие вещества:
B. Никотин:
Действующее вещество – Никотин;
C. Класс – сульфоксимины (sulfoximines):
Действующее вещество – Сульфоксафлор;
D. Класс – бутенолиды (butenolides)
Действующее вещество – Флупирадифурон;
E. Класс – мезоионные соединения (mesoionics):
Действующие вещества:
-
Трифлумезопирим;
-
Диклормезотиаз;
-
Фенмезодитиаз;
F. Класс – пиридилидены (pyridylidenes):
Действующее вещество – Флупиримин[12].
неоникотиноидами. Развитие клинической картины
отравления насекомых зависит от особенностей взаимодействия неоникотиноидов с рецепторами. При воздействии на насекомых
инсектицидов с действующими веществами с низкой
эффективностью связывания с никотин-ацетилхолиновыми рецепторами (
имидаклоприд и
тиаклоприд) преобладают эффекты возбуждения. Действие высокоэффективных
антагонистов этих рецепторов (
ацетамиприд и
клотианидин) приводит к угнетению и параличу
[9].
. Неоникотиноиды обладают широким спектром
инсектицидной активности против
вредителей культурных растений. В круг поражаемых
видов включены представители семейств:
Тли настоящие,
Белокрылки,
Цикадки,
Листоеды,
Щелкуны,
Мучнистые червецы. Кроме того, подвержены воздействию
колорадский жук и различные растительноядные клещи (
Клещи галловые четырехногие,
Клещи паутинные)
[7].
. С конца 80-х годов прошлого века неоникотиноиды стали самым широко используемым классом как в сфере защиты растений, так и в ветеринарии, и в качестве биоцидов ля борьбы с беспозвоночными в аквариумах. Причиной этого стала приобретенная
резистентность вредителями сельскохозяйственных культур к популярным в то время
хлорорганическим и
фосфорорганическим соединениям,
карбаматам и
пиретроидам[7].
Однако, не смотря на все преимущества неоникотиноидов в наше время зафиксированы случаи формирования резистентных популяций. Так у большинства популяций рыжих тараканов (Blattella germanica) выявлена слабая толерантность к неоникотиноидам (1,3-4,8х), встречается резистентность к имидаклоприду (12,7х). Отмечается отсутствие чувствительности тараканов к отложениям неоникотиноидов на обработанных поверхностях. Зафиксировано мозаичное распределение резистентных популяций, зависящих от схемы обработок объекта. Максимальная устойчивость тараканов зафиксирована на объектах общественного питания, в общежитиях и медицинских организациях[5].
для неоникотиноидов мало чем отличается от мероприятий подобного рода по отношению к другим классам соединений с
инсектицидной активностью:
- Схемы обработок необходимо подбирать таким образом, чтобы чередовались препараты с с действующими веществами разного механизма действия (разных групп по классификации IRAC)[8].
- Предпочтение следует отдавать комбинированным препаратам, в состав которых включены соединения с различным механизмом действия[8].
- Не следует ограничиваться только химическими методами борьбы и включать в систему мер противодействия вредителям агротехнические и биологических приемы[8].
- Обязательным является соблюдение регламентов применения пестицидов с исключением понижения норм расхода[8].
Замена неоникотиноидов
В случае формирования резистентности популяций вредителя к соединениям класса неоникотиноиды (конкурентные модуляторы никотиновых ацетилхолиновых рецепторов), наиболее эффективным считается заменить данную группу препаратов на инсектициды с действующими веществами, принадлежащими к классу фенилпиразолы (блокаторы ГАМК-зависимых хлоридных каналов). Затем по эффективности действия при замене стоят все прочие группы классификации IRAC[1].
В каждом конкретном случае настоятельно рекомендуется при выборе инсектицида руководствоваться механизмом действия его действующего вещества на вредителя согласно классификации IRAC, а не принадлежностью к тому или иному химическому классу[12].
. Неоникотиноиды не фитотоксичны
[4].
Неоникотиноиды -
действующие вещества
Применение
неоникотиноиды применяются как действующие вещества системных
инсектицидов для борьбы с сосущими и листогрызущими насекомыми (
тли,
цикадки,
белокрылки,
трипсы, рисовые
долгоносики,
колорадский жук и пр.).
[4] Кроме того, препараты на основе этих действующих веществ успешно используют для борьбы с почвенными
вредителями (крошка свекловичная,
щелкуны и пр.)
[4].
. На личных приусадебных участках разрешены к применению препараты с действующими веществами
тиаметоксам,
ацетамиприд и
имидаклоприд для борьбы с комплексом
вредителей[3].
Подробнее о применении неоникотиноидов – в статьях «Ацетамиприд», «Имидаклоприд», «Клотианидин», «Тиаклоприд», «Тиаметоксам (Актара)».
Токсикологические свойства и характеристики
Соединения с инсектицидной активностью класса неоникотиноиды характеризуются системными свойствами и среднетоксичны для млекопитающих, что очень важно при применении их на овощных культурах, употребляемых человеком в пищу преимущественно свежими[4].
Изучение динамики остаточных количеств неоникотиноидов в растениях показало, что они проникают по сосудистой системе преимущественно в листья, но практически не поступают в плоды. Этот факт свидетельствует о гигиенической безопасности использования неоникотиноидов тиаметоксама (актара) и имидаклоприда (конфидор) при капельном поливе овощных культур в закрытом грунте[4].
Еще одной положительной особенностью внесения неоникотиноидов в теплицах через систему капельного полива растений является возможность их сочетания с выпуском гаммазового клеща – акарифага фитосейулюса против обыкновенного паутинного клеща, что позволяет защитить посадки от всего комплекса сосущих членистоногих[4].
. Химические структуры молекул и различная чувствительность рецепторов млекопитающих и насекомых обусловливают избирательность токсического действия препаратов на основе неоникотиноидов
[6].
Терминальная электронодонорная группа плохо связывается с постсинаптическими никотиновыми ацетилхолиновыми рецепторами млекопитающих и хорошо связывается с соответствующими рецепторами насекомых. Через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) млекопитающих действующие вещества проникают слабо. Поэтому неоникотиноиды являются очень токсичными соединениями для насекомых и мало- или среднетоксичными для млекопитающих[6].
По степени опасности тиаклоприд, имидаклоприд и ацетамиприд идентичны – они малотоксичны по раздражающему действию на слизистые оболочки глаз, кожу кроликов, по острой дермальной токсичности для крыс, сенсибилизирующeму действию на организмы морских свинок. По ингаляционной и острой пероральной токсичности для крыс эти действующие вещества умеренно опасны[6].
. Острое отравление никотиноидами у животных характеризуется нарушением ритма дыхания, тремором, координации движения, диареей, судорогами, саливацией, что свидетельствует об их общетоксическом действии на организм. В высоких дозах для тиаклоприда и имидаклоприда характерно нарушение работы щитовидной железы; тиаклоприд и ацетамиприд имеют гормональный механизм возникновения
опухолей у крыс
[6].
. Соединения класса неоникотиноиды относятся ко второму или третьему классу опасности для человека. Класс опасности для пчел в зависимости от вещества определяется как первый, второй или третий
[3].
Подробнее о токсикологических характеристиках неоникотиноидов – в статьях «Ацетамиприд», «Имидаклоприд», «Клотианидин», «Тиаклоприд», «Тиаметоксам (Актара)».
История
В 1928 году в качестве аналога никотина был синтезирован рацемат анабазина, названный неоникотином. Это единственный алкалоид, полученный синтетически до того, как он был выделен из ежовника безлистного (Anabasis aphylla), растени семейства Маревые, произрастающего в Прикаспийском регионе, Средней Азии и Закавказье[8].
Производство анабазина для внутреннего использования и экспорта за границу было организовано в 1930-е годы в городе Чимкент на Первом Государственном химико-фармацевтическом заводе им. Ф. Э. Дзержинского совместно с Научно-исследовательским институтом по удобрениям и инсектофунгицидам[8].
В начале 1970-хх годов при рандомном скрининге веществ сотрудники компании Shell обнаружили инсектицидную активность соединения 2-(дибромнитрометил)-3- метилпиридин. Модификация его структуры привела к получению нитиазина, проявлявшего антагонистические свойства к nAChR и обладающего высокой инсектицидной активностью против видов тли, кукурузной совки, личинок комаров. По токсичности для комнатной мухи нитиазин превзошёл паратион, но обладает низкой токсичностью по отношению к млекопитающим и отличными системными свойствами. Однако из-за не устойчивости к гидролизу и свету нитиазин не был коммерциализирован, но в 1997 году компания в США выпустила препарат Квик Страйк на основе нитиазина и аттрактантов против комнатной мухи для использования в ветеринарных целях[7].
В начале 1980-х годов компания Nihon Tokushu Noyaku Seizo K.K. (в настоящее время Bayer Crop Science) инициировала оптимизацию молекулы нитиазина и выяснила, что наилучшей активностью обладает соединение с пятичленным циклом и 4-хлорбензильным заместителем. Замена хромофорной нитрометиленовой группы, интенсивно поглощающей УФ свет и обуславливающей нестойкость соединения в полевых испытаниях, на нитроиминную группу, а хлорфенильного фрагмента на хлорпиридильный был получен имидаклоприд[7].
При замене в имидаклоприде нитроиминной группы на цианиминную, а группы NH на атом серы был получен тиаклоприд. При дальнейших исследованиях были получены нециклические соединения: нитенпирам (компания Sumitomo Chemical Takeda Agro) и ацетамиприд (компания Nippon Soda). Для таких и подобных соединений, содержащих отрицательно заряженную группу (=CHNO2, =NNO2, =NCN), было предложено название неоникотиноиды[7].
Статья составлена с использованием следующих материалов:
Литературные источники:
1.Алешо Н.А., Костина М.Н., Каира А.Н. Современные методы и средства уничтожения вредных насекомых и клещей – переносчиков возбудителей болезней человека: учебное пособие / Н.А.Алешо, М.Н. Костина, А.Н.Каира; ГБОУ ДПО «Российская медицинская академия последипломного образования»: - М.: ГБОУ ДПО РМАПО, 2015.- 68 с
Бойко Т.В., Герунова Л.К., Герунов В.И., Гонохова М.Н. Токсикологическая характеристика неоникотиноидов, УДК 619:615.9, Вестник Омского государственного аграрного университета, Ветеринарные науки, 2015, стр 49–54
Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, 2024 год. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации (Минсельхоз России)
Еремина О.Ю., Лопатина Ю.В. Перспективы применения неоникотиноидов в сельском хозяйстве России и сопредельных стран. Агрохимия, 2005, №6, с.87-93.
Ерёмина О.Ю., Олехнович Е.И., Олифер В.В., Ибрагимхалилова И.В., Геворкян И.С. Бендрышева С.Н., Сарвин Б.А. Исследование резистентности рыжих тараканов к фипронилу// Дез. дело 2016 №2, с. 34-41.
Ермолова Л.В., Проданчук Н.Г. и др. Сравнительная токсикологическая характеристика новых неоникотиноидных инсектицидов. УДК 613/.3:632.95 http://www.medved.kiev.ua/
7.Захарычев В.В. Кузенков А.В., Марцынкевич А.М. Уместный пиридин: биомиметик, модификатор свойств и уникальный фармакофор для агрохимических препаратов. Латвийский институт органического синтеза. Химия гетероциклических соединений 2020, 56(12), стр.1491–1516
Зинченко В.А. Химическая защита растений: средства, технология и экологическая безопасность. – М.: «КолосС», 2012. – 127 с.
Козлов С.Н., Кажарский В.Р. Методы и средства защиты растений. Химические средства защиты овощных, плодовых и ягодных культур от вредителей, Учебно-методическое пособие. — Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2019. — 310 с.
Солдатенков А. Т. Пестициды и регуляторы роста [Электронный ресурс]: прикладная органическая химия / А. Т. Солдатенков, Н. М. Колядина, А. Ле Туан. — 3-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 226 с.). — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015
Yasumichi Onozaki, Ryo Horikoshi, Ikuya Ohno and others. Flupyrimin: A Novel Insecticide Acting at the Nicotinic Acetylcholine Receptors Affiliations expand PMID: 28820587 DOI: 10.1021/acs.jafc.7b02924
Источники из сети интернет:
12.13.Изображения (переработаны):
14.Буклет препарата «Калипсо». BayerCropScience, 2011 год.
Оставьте свой отзыв:
Отзывы:
Комментарии для сайта Cackle