Химические классы пестицидов

Нитрилы (nitrides) – химический класс органических соединений, содержащие одну или несколько цианистых групп (-С≡N). Общая формула таких соединений R–C≡N.

Оглавление

Бромоксинил (октаноат эфира)

Физические и химические свойства

Нитрилы – цианистые производные различных углеводородных соединений. Характерным отличием является наличие в структурной формуле нитрильной (цианистой) группы (–С≡N)[2]. Принадлежат к классу цианистые соединения (цианиды)[8].

Часто нитрилы рассматривают как производные карбоновых кислот (R–COOH), где кислород и гидроксо- группа замещены на нитрильную группу[8].

Названия нитрилов образуют из тривиальных названий ацильных остатков карбоновых кислот или систематических названий карбоновых кислот с аналогичным числом атомов углерода, при этом включая атом углерода группы, к которому добавляют суффикс –нитрил. Например, СН3–С≡N – это ацетонитрил или этанонитрил, а С6Н5–СН2–С≡N – фенил ацетонитрил или фенилэтанонитрил[8].

Реакционная способность нитрилов объясняется присутствием в их структуре нитрильной (цианистой группы, цианогруппы) –С≡N. Она имеет линейное строение. Атомы углерода и азота образуют между собой тройную полярную связь, электронная плотность которой смещена к атому азота. Имеет место отрицательный индуктивный эффект – смещение электронной плотности к цианогруппе от углеводородного радикала. Это увеличивает подвижность атомов водорода при α-углеродном атоме (CH- кислотность)[8].

По месту разрыва тройной связи нитрилы активно вступают в реакции нуклеофильного присоединения. За счет α-углеродных атомов для них характерны реакции конденсации[8].

Гидролиз нитрилов происходит при нагревании с водными растворами кислот и щелочей. Реакция идет в две стадии. В начале по месту разрыва кратной связи присоединяется молекула воды и образуются амиды, которые можно выделить в индивидуальном состоянии. На втором этапе образуются карбоновые кислоты с тем же числом атомов, что и предшествующий нитрил[8].

Восстановление нитрилов лития алюмогидридом LiAlH4 или водородом в присутствии катализатора приводит к образованию первичных аминов[8].

Конденсация нитрилов идет в присутствии основания, в частности алоксидов или амидов металлов (C2H5ONa, NaNH2 и др.). В результате идет образование β-иминонитрилов.Реакция аналогична альдольной конденсации. Происходит присоединение к α-атому углерода одной молекулы нитрила к атому углерода группы другой молекулы[8].

Нитрилы хорошо растворимы в органических растворителях. Низшие – растворимы в воде, но с увеличением молярной массы растворимость снижается[2].

Характерная реакция нитрилов – гидролиз в присутствии щелочи до карбоновых кислот с выделением аммиака[8].

Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – ингибиторы фотосинтеза у связующих PS II – серин 264 (группа 5 (C1, C2) по классификации WSSA и HRAC):

Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – ингибиторы фотосинтеза у связующих PS II – гистидин 215 (группа 6 (C3) по классификации WSSA и HRAC):

Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – ингибиторы синтеза целлюлозы (группа 29 (L) по классификации WSSA и HRAC):

Действие на организмы

Нитрилы – обширный химический класс с разнообразными свойствами, в числе которых не мало соединений с различной биологической активностью[4].

Нитрилы, как и прочие цианиды – высокотоксичные химические вещества, нейротоксины, блокирующие клеточное дыхание с помощью инактивации цитохромоксидазы (конечного фермента цепи тканевого дыхания). Одновременно частично или полностью ингибируется действие и многих других ферментов, отвечающих за нормальное течение различных внутриклеточных процессов. Это приводит к нарушению жизнедеятельности и гибели организма[6].

В сфере защиты растений нашли применение нитрилы с гербицидной, инсектицидной и фунгицидной активностью[1].

Гербициды

В качестве действующих веществ гербицидов используют: бромфеноксим (bromofenoxim), бромоксинил (bromoxynil), иоксинил (ioxynil), хлорти-амид (chlorthiamid), дихлобенил (dichlobenil)[10].

Механизм действия

. По классификации механизмов действия веществ с гербицидной активностью 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) соединения химического класса нитрилы рассматриваются сразу в двух группах с отличными механизмами действия:

  • бромфеноксим (bromofenoxim), бромоксинил (bromoxynil), иоксинил (ioxynil) – группа 6 (С3) ингибиторы фотосинтеза при PS II – гистидин 215;
  • хлорти-амид (chlorthiamid), дихлобенил (dichlobenil) – группа 29 (L) ингибиторы синтеза целлюлозы/inhibition of cellulo sesynthesis[10].

Группа 6 (С3) близка по механизму действия к группе 5 (C1 и C2) – ингибиторы фотосинтеза при PS II – серин 264[10].

Подробнее в статьях «Фенилпиридазины» и «Бензотиадиазины (бензотиадиазиноны)», раздел «Действие на вредные организмы».

Группа 29 (L) ингибиторы синтеза целлюлозы/inhibition of cellulo sesynthesis, включает соединения химических классов: алкилазины (alkylazines); бензамиды (benzamides); нитрилы (nitriles); триазолкарбоксамиды (triazolocarboxamides). Механизм действия веществ группы 29 заключается в подавлении биосинтеза клеточной стенки[10].

Симптомы повреждения

.

Гербициды с действующими веществами бромфеноксим (bromofenoxim), бромоксинил (bromoxynil), иоксинил (ioxynil), отнесенные к группа 6 (С3), так как являются ингибитторами фотосинтеза при PS II – гистидин 215, вызывают проявление некротических пятен на чувствительных растениях с последующей их гибелью в течение нескольких дней[10].

Гербициды с действующими веществами хлорти-амид (chlorthiamid), дихлобенил (dichlobenil), отнесенные к группе 29 (L) ингибиторы синтеза целлюлозы, вызывают увядание и усыхание чувствительных растений[10].

Подавляемые сорные виды

. Однолетние злаковые и двудольные виды[10].

Подробнее – в статье «Бромоксинил (октаноат эфира)».

Резистентность

.

Бромфеноксим (bromofenoxim), бромоксинил (bromoxynil), иоксинил (ioxynil) (группа 6 (С3) ингибирование фотосинтеза при PS II – гистидин 215), относят к группе среднего риска по формированию резистентных биотопов сорных растений. Есть сообщение о формировании резистентности к данному механизму действия у Щирицы Пальмера[3][10][11].

Хлорти-амид (chlorthiamid), дихлобенил (dichlobenil) (группа 29 (L) ингибиторы синтеза целлюлозы), относят к группе среднего риска по формированию резистентных биотопов сорных растений. Есть сообщения о формировании резистентности к данному механизму действия у ежовника обыкновенного и мятлика однолетнего[3][10][11].

Профилактика резистентности

. В целях предупреждения формирования резистентных биотопов растений следует в системе обработок культур гербицидами придерживаться чередования препаратов с действующими веществами различного механизма действия[3]. Таким образом, при использовании препаратов с соединениями химического класса нитрилы:

  • бромфеноксим (bromofenoxim), бромоксинил (bromoxynil), иоксинил (ioxynil), следует исключить гербициды с действующими веществами, группы 5 и 6 (перечень справа);
  • хлорти-амид (chlorthiamid), дихлобенил (dichlobenil) – исключить гербициды с действующими веществами химических классов группы 29 (перечень справа)[10].

Инсектициды

Как действующее вещество инсектицидов используется динитрил щавелевой кислоты. Препараты с данным соединением в качестве действующего вещества предназначены для защиты древесины и изделий из нее от повреждения насекомыми-вредителями древесины[1].

В классификации IRAC динитрил щавелевой кислоты не рассматривается[12].

Подробнее о механизме действия, свойствах и влиянии на вредителей – в статье «Динитрил щавелевой кислоты».

Фунгициды

Для использования в качестве действующего вещества фунгицидов из класса нитрилы на территории России разрешены соединения хлороталонил и циазофамид[1].

Механизм действия

. По классификации механизмов действия соединений с фунгицидной активностью FRAC:

  • хлороталонил относится к классу М «Химические вещества с активностью на нескольких участках»;
  • циазофамид относится к классу С «Дыхание», C4 – комплекс III: цитохром bc1 (убихинонредуктаза) на участке Qi. группа 21: QiI-фунгициды (ингибиторы хинона внутри)[9].

Подробнее – в статьях «Хлороталонил», «Циазофамид».

Применение

Нитрилы используются в различных областях промышленности:

  • ацетонитрил (СН3–С≡N) применяется в качестве растворителя для выделения жирных кислот из растительных и животных масел, в производстве витамина B1;
  • акрилонитрил (H2C=CH–С≡N) – в производстве синтетического волокна (нитрон), бутадиен-нитрильного каучука, в органическом синтезе;
  • малонодинитрил (N≡C–CH2–С≡N) – применяется в органическом синтезе для получения гетероциклических соединений, используют в производстве витаминов B1 и B6, пестицидов, красителей[8].

В сфере защиты растений нитрилы используются как действующие вещества пестицидов. В настоящее время на территории России разрешены препараты с действующими вещетвами хлороталонил, бромоксинил и динитрил щавелевой кислоты, циазофамид[1].

Подробнее – в статьях «Цианистые соединения», «Бромоксинил», «Динитрил щавелевой кислоты», «Циазофамид», «Хлороталонил».

Токсикологические свойства и характеристики

Нитрилы – ядовитые вещества, опасные как для человека так и для различных групп животных. Токсические свойства проявляются благодаря присутствию в формуле иона цианида [:С≡N:]- Степень токсичности соединений зависит от концентрации ионов цианида.

Подробнее о токсикологических характеристиках нитрилов – в статьях «Бромоксинил (октаноат эфира)», «Динитрил щавелевой кислоты», «Хлороталонил», «Циазофамид».

Литературные источники:
1. Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, 2024 год. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации (Минсельхоз России)
2. Кнюнянц И.Л., главный редактор. Химическая энциклопедия в 5-ти томах. Т. 5, ТРИ –ЯТР, Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия», Москва ,1998 – 785 с.
3. Куликова Н.А, Лебедева Г.Ф. Гербициды и экологические аспекты их применения. Учебное пособие. – Москва, книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010. – 152с.
4. Мельников Н.Н. Пестициды. Химия, технология и применение. - М.: Химия, 1987. 712 с.
5. Методические указания по регистрационным испытаниям гербицидов, в сельском хозяйстве 2013 г. СПб (утверждены Минсельхозом России). УПДК 632.96, СПб. 2013. 280 с. 
6. Покровская А.В., Стёпина Д.Д. Механизм токсического действия цианидов и обоснование антидотной терапии. Научно-образовательный журнал для студентов и преподавателей «StudNet» №10/2020
7. Цитович И.К. Химия с сельскохозяйственным анализом, Учебник для сельхоз. техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1974. – 528 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.
Источники из сети интернет:
9. FRAC/By Fungicide Common Name
10. Global Herbicide Classification Lookup | Herbicide Resistance Action Committee
11. http://weedscience.org/
12. Irac-online.org.

Список действующих веществ, входящие в химический класс Нитрилы