Химические классы пестицидов

N-фенил-фтальимиды (N-фенил-фталимиды, N-phenylphthalimide, N-Phenyl-imides; N-фенилинимиды) – химический класс органических соединений, молекулярная формула которых содержит фталимид, замещенный по атому водорода амидной группы фенилом (одновалентным радикалом бензола).

Оглавление

Химические и физические свойства

N-фенил-фтальимиды (N-фенил-фталимиды) – рассматриваются как производные N-фенилфталимида (имида фталевой кислоты) (C14H9NO2) номер CAS 520-03-6[12].

Флумиоксазин

Название по IUPAC: 2 –фенил-изоиндол-1,3-дион[12]. (Фото "Фталевая кислота. Фталевый ангидрид. N-фенил-фталимид", соединение 3).

N-фенил-фтальимиды функционально связаны с фталевой кислотой и фталевым ангидридом. (Фото "Фталевая кислота. Фталевый ангидрид. N-фенил-фталимид", соединения 1 и 2)[8].

N-фенилфталимид (имид фталевой кислоты) – бесцветные игольчатые кристаллы, образующиеся при кристаллизации вещества из этанола[6].

N-фенилфталимид – нерастворим в концентрированных водных растворах кислот. Его распад происходит в водно-уксусных растворах серной кислоты[5].

При пиролизе N-фенилфталимида выделяется значительное количество СО2, по-видимому, вследствие изомеризации имидной группы в изоимидную, с распадом последней[3].

Фталевая кислота. Фталевый ангидрид. N-фенил-фталимид

1. Фталевая кислота номер (C8H6O4) CAS 88-99-3

2. Фталевый ангидрид (C8H4O3) номер CAS 85-44-9

3. N-фенил-фталимид (C14H9NO2) номер CAS 520-03-6[10]

Физические свойства N-фенил-фталимида:

  • плотность:1,3 ±0,1 г/см3;
  • температура кипения: 388,8±25,0°C при 760 мм рт. ст.;
  • температура плавления: 204 – 207°C;
  • температура вспышки: 182,6 ±15,5°C;
  • давление пара: 0,0 ± 0,9 мм рт. ст. при 25°C
  • показатель преломления: 1,667[10].

Электронная пара атома азота в циклическом имиде делокализована в большей степени, чем в амиде, в результате электроноакцепторного действия двух С=О групп. Это приводит к уменьшению свойств основания у NH-группы, но повышает ее кислотные свойства, поскольку способствует делокализации электронов в сопряженном основании – имидат-ионе, образующемся при отщеплении протона. NH-группа, в циклических имидах вообще, и в случае имида фталевой кислоты в частности, практически не обладает основными свойствами, но проявляет четко выраженные кислотные свойства. В водных и спиртовых растворах щелочей циклические имиды реагируют как NH-кислоты и образуют соли. Например, в результате реакции гидроксида калия и имида фталевой кислоты получается фталимид калия[7].

Физические и химические свойства производных N-фенилфталимида определяются свойствами самого имида фталевой кислоты и органических радикалов, входящими в их молекулу[8].

Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – ингибиторы протопорфириногеноксидазы (группа 14 (E) по классификации WSSA и HRAC):

Действие на вредные организмы

Механизм действия

. По версии 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) они входят в химический класс N-фенилинимиды (N-Phenyl-imides) и по классификации механизмов действия веществ с гербицидной активностью относятся к ингибиторам протопорфириногеноксидазы (Inhibition of protoporphyrinogen) – группа 14 или по версии HRAC до 2020 года – группа E. К этой же группе относятся дифениловые эфиры и фенилпиразолы (phenylpyrazoles), N-фенилоксадиазолоны (N-Phenyl-oxadiazolones), N-фенилтриазолиноны (N-Phenyl-triazolinone)[11].

Механизм действия веществ с гербицидной активностью класса N-фенил-фтальимиды заключен в ингибировании протопорфириногеноксидазы (Inhibition of protoporphyrinogen), фермента, играющего важную функцию в синтезе хлорофилла. Подавление данного фермента приводит к нарушению процессов превращения пиррольных соединений (порфобилиногена и уропорфириногена) в протопорфирин IХ и накоплению его в чувствительных растениях. Это вызывает фотосенсибилизацию (высокую чувствительность к ультрафиолетовым лучам), приводящую к перекисному окислению липидов мембран и к необратимому повреждению функции и структуры мембран растений[2].

Резистентность

. Есть сведения по возникновении резистентности к соединениям класса N-фенил-фтальимиды целого ряда видов растений в различных регионах мира. Во избежание формирования резистентных биотопов следует чередовать гербициды с различным механизмом действия на чувствительные растения. При этом необходимо учитывать, что к ингибиторам протопорфириногеноксидазы (Inhibition of protoporphyrinogen) (группа 14) относятся вещества химических классов дифениловые эфиры и фенилпиразолы (phenylpyrazoles), N-фенилоксадиазолоны (N-Phenyl-oxadiazolones), N-фенилтриазолиноны (N-Phenyl-triazolinone)[11].

Применение

N-фенил-фталимид используются в синтезе широкого спектра органических соединений, в том числе аминокислот, пептидов и различных полимеров. Одновременно он служит предшественником для синтеза гетероциклических соединений, таких как тиофены и пиримидины. Его производные, в зависимости от химических и физических свойств, широко используются в различных отраслях химической промышленности[10].

В сфере защиты растений они используются как действующие вещества пестицидов. В частности, флумиоксазин разрешен к использованию на территории России как действующее вещество гербицидных препаратов, используемых на посевах сои, подсолнечника и нута, против однолетних двудольных и злаковых сорняков[1]. Подробнее в статье "Флумиоксазин"

Кроме того, в мировой практике защиты растений в качестве действующих веществ гербицидов используются Бутафенацил (Butafenacil), Хлорфталим (Chlorphthalim), Цинидон-этил (Cinidon-ethyl), Эпирифенацил (Epyrifenacil), Флумиклорак-пентил (Flumiclorac-pentyl), Флумипропин (Flumipropyn), Пентоксазон (Pentoxazone), Сафлуфенацил (Saflufenacil), Тиафенацил (Tiafenacil), Трифлудимоксазин (Trifludimoxazin), Флутиацет-метил (Fluthiacet-methyl), так же по классификации HRAC и WSSA принадлежащие к химическому классу N-фенилинимиды (N-Phenyl-imides)[11].

Получение

Описаны несколько способов получения N-фенил-фталимидов:

Первый основан на применении высокой температуры. Искомые соединения получают:

  • путем нагревания фталимида с анилином – получается фенилфталамид;
  • перегонкой фталевой кислоты с анилином;
  • нагреванием фенольного эфира фталевой кислоты с анилином;
  • при быстром нагревании до 160ºC–200ºC кислого фталевого и кислого анилина;
  • при плавке анилина с фталевой кислотой;
  • при нагревании до 200ºC фталево-кислого натрия с солянокислым анилином[9].

Второй способ – каталитического получения замещеных фталимида из нафталина, кислорода и аминов в присутствии катализаторов и при воздействии высоких температур[9].

Третий способ – путем пропускания хлористоводородного газа через суспензии или растворы соответствующих фталаминовых кислот в органических растворителях (спиртах, ацетоне, диоксане), смешивающихся с водой или плохо растворяющих N-арилзамещенные фтальмида. При этом продукты реакции выделяются в форме осадка или их можно выделить, путем разбавления раствора водой[9].

Токсикологические свойства и характеристики

N-фенил-фтальимиды – разноплановые в токсикологическом плане вещества.

Разрешеные к использованию в качестве действующих веществ гербицидов, в частности флумиоксазин, относится к высокоопасным веществам по отношению к человеку и малоопасным по отношению к пчелам. Использование таких веществ требует обеспечения исполнителей работ средствами индивидуальной защиты и соблюдения правил личной гигиены и техники безопасности[1].

Класс опасности:

  • для человека – 2;
  • для пчел – 3[1].
Литературные источники:
1. Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, 2023 год. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации (Минсельхоз России)
2. Дорожкина Л.А. Применение гербицидов и регуляторов роста в защите растений: учебное пособие / Л.А. Дорожкина, Л.М. Поддымкина. – М.: МЭСХ, 2021. – 206 с.
3. Коршак В.В., Изынеев А.А., Дорошенко Ю.Е., Могнонов Д.М. Полибензимидазолонафтоиленбензимидазолы // Докл.АН СССР. -1971. -Т. 198. - № 4.-С.841-843.
4. Методические указания по регистрационным испытаниям гербицидов, в сельском хозяйстве 2013 г. СПб (утверждены Минсельхозом России). УПДК 632.96, СПб. 2013. 280 с. 
5. Моисеев Ю.В., Заиков Г.Е. Химическая стойкость полимеров в агрессивных средах – Москва: Химия,1979 – 288 с.
6. Потехин А.А – редактр. Свойства органических соединений: Справочник. - Под ред. Потехина А.А. - Л.: Химия, 1984. – 520 с
7. Травень В.Ф. Органическая химия. В трех томах. Том 3. 4-е издание (электронное). Москва БИНОМ. Лаборатория знаний 2015 – 81 с
8. 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.
9. SU 37092 A1Способ получения N-арил-замещенных фтальимидов. Автор: Порай-Кошиц Б.А. Публикация: 1934.06.30 Подача: 1933.04.17
Источники из сети интернет:
10. ChemSrc.com
11. Global Herbicide Classification Lookup | Herbicide Resistance Action Committee
12. PubChem

Список действующих веществ, входящие в химический класс N-фенил-фтальимиды