В свободном состоянии карбаминовая кислота не существует – это амид угольной кислоты.

История

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.

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.

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.

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.

Инсектициды

Действие на вредные организмы

Механизм действия

карбаматных инсектицидов на членистоногих заключается в блокирующем действии на функции нервно-мышечной системы (они угнетают ацетилхолинэстеразу (АХЭ) нервной системы). АХЭ способствует гидролизу нейротрансмиттерного ацетилхолина (АХ) в холин и уксусную кислоту.

АХ является синаптическим медиатром нервных импульсов в нервной системе млекопитающих и насекомых, действуя:

  • В качестве нейротрансмиттера в мозговой ткани млекопитающих и центральной нервной системе насекомых;
  • В качестве преганглионарного нейротрансмиттера в вегетативной нервной системе млекопитающих;
  • В постганглионарных нервных окончаниях вегетативной нервной системы;
  • На уровне нервно-мышечного соединения клетки.

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.

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.

Происходит накопление ацетилхолина и нарушение нормального прохождения нервных импульсов к мышечным системам. Они становятся частыми, самопроизвольными, возникают судороги, паралич и гибель насекомых.

Применение

В сельском хозяйстве

. Инсектициды, производные карбаминовой кислоты, хотя и характеризуются широким спектром инсектицидной активности и длительным защитным действием, имеют ограниченное применение в связи с высокой токсичностью для теплокровных животных и человека (первый и третий класс опасности). В защите растений они играют особую роль, поскольку способны поступать в растения из почвы и обработанных семян, хорошо передвигаться в надземные органы и длительно (6-10 недель) защищать всходы, пока растения не окрепнут и повреждения их насекомыми будут не столь губительны.

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. Их разрешено применять только для обработки семян на специальных установках с использованием современных промышленных форм.

В практике медицинской дезинсекции

зарегистрированные препараты на основе пропоксура и бендиокарба применяются в борьбе с синантропными насекомыми.

Фунгициды

Действие на вредные организмы

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.

Помимо этого препараты на основе пропамокарба гидрохлорида положительно влияют на микробную колонизацию и ростовые процессы рассады огурцов. Стимулируют развитие корней и надземной части растений.

Устойчивые виды

. Пропамокарб гидрохлорид избирателен в отношении фикомицетов таких родов как Aphanomyces, Peronospora, Bremia, Pseudoperonospora, Phytophthora, Pythiumspp.

Карбаматы – фунгициды

Применение

В сельском хозяйстве

. Фунгициды, производные карбаминовой кислоты, на основе пропамокарба гидрохлорида разрешены к применению против болезней огурца открытого грунта (пероноспороз). В смесях это действующее вещество применяется против фитофтороза (картофеля, огурца, томата) и различных гнилей. Допускается двукратная обработка со сроком ожидания три дня при тщательном дождевании собранных плодов.

Фитотоксичность

. Пропамокарб гидрохлорид не фитотоксичен, но некоторые сорта обрабатываемых культур могут проявлять чувствительность.

Гербициды

Из карбаматов к гербицидам относятся главным образом производные тиокарбаминовой кислоты.

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.

Действие на вредные организмы

Механизм действия

. Препараты этой группы достаточно легко проникают в растения, сорбируясь корнями, подземными частями растений, колеоптилем, и передвигаются по ксилеме. 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. 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.

Токсикологические свойства гербицидов из класса карбаматов

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.

Данные препараты отличает сравнительно быстрое разрушение не только в почве, но и в растениях, невысокая токсичность для теплокровных.

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.

Токсическое действие

Симптомы отравления

. Отравление карбаматами проявляется в виде интоксикации с характерными холинергическими симптомами, вызванными угнетением ферментной активности ацетилхолинэстеразы (АХЭ), симптом отравления могут быть диагностированы через несколько минут после воздействия и могут продолжиться в течение нескольких часов. После этого начинается выздоровление, и симптомы через несколько часов исчезают, активность ХЭ в эритроцитах и плазме крови возвращается к норме. Это связано с довольно быстрым метаболизмом карбаматов и выведением их метаболитов из организма.

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.

Клиническая картина интоксикации

карбаматами определяется аккумуляцией АХЭ в нервных окончаниях. Симптомы интоксикации можно классифицировать по следующим трем группам:

  1. Мускариноподобные проявления:
  • Повышение бронхиальной секреции, обильное пото- и слюноотделение, слезотечение;
  • Сужение зрачков, бронхоспазм, абдоминальные спазмы (рвота и диарея);
  • Брадикардия;
  1. Никотиноподобные проявления:
  • Фасцикулярные подергивания мелких мышц (в тяжелых случаях также дыхательных и диафрагмальных мышц);
  • Такихардия;
  1. Симптомы и признаки поражений центральной нервной системы:
  • Головная боль, головокружение, беспокойство, потеря памяти, тонические или тонико-клонические судороги, нарушения движений, кома;
  • Угнетение деятельности дыхательного центра, одышка.

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.

Признаки хронического отравления сходны с проявлениями острой интоксикации и носят интермиттирующий (преходящий) характер.

Классы опасности

. Препараты на основе карбаматов относятся ко 1 и 3 классам опасности для человека и 1 для пчел.