Химические классы пестицидов
Оглавление
- Физические и химические свойства
- Действие на вредные организмы
- Гербициды
- Резистентность
- Профилактика резистентности
- Фунгициды
- Инсектициды
- Родентициды
- Регуляторы роста растений
- Применение
- Токсикологические свойства и характеристики
- Получение производных мочевины
Физические и химические свойства
Мочевина (карбамид) – основной конечный продукт азотистого обмена, в составе которого из организма выделяется до 90 % всего выводимого азота[5].
Подробнее о химических и физических свойствах мочевины – в статьях «Карбамид (Urea)» и «Карбамид (мочевина)».
Химические и физические свойства производных мочевины (замещенных мочевин) различны и зависят от входящих в их состав молекулярной формулы органических и неорганических радикалов[5].
Отмечается некоторое разночтение, а точнее дублирование, в определении химического класса некоторых действующих веществ пестицидов. В частности, додин в одних литературных источниках отнесен к химическому классу гуанидины, в других значится как производное мочевины. Дело в том, что гуанидины так же можно рассматривать как замещеные мочевины. К производным мочевины относят и сульфонилмочевины[9][1].
Действие на вредные организмы
Мочевина (карбамид) – не проявляет ингибирующего действия в отношении живых организмов. Данное соединение является удобрением с амидной формой азота[3]. Подробнее – в статье «Карбамид (мочевина)».
Производные мочевины (замещеные мочевины) обладают различной биологической активностью в зависимости от строения структурной формулы. В числе веществ данного химического класса присутствуют вещества с гербицидной, инсектицидной, фунгицидной, родентицидной активностью, а также регуляторы роста растений[10].
Гербициды
Сульфонилмочевины являются производными мочевины. Они выделены в отдельный класс, поскольку имеют высокоую значимость для защиты растений[9].
По гербицидному механизму действия сульфомочевины, по классификаци 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) относятся к группе 2 и являются ингибиторами ацетолактатсинтазы (ALS)[13]. Подробнее – в статье «Сульфонилмочевины».
Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – ингибиторы ацетолактатсинтазы (группа 2 (B) по классификации WSSA и HRAC):
- имидазолиноны (imidazolinones);
- пиримидинилбензоаты (pyrimidinyl benzoates);
- сульфонанилиды (sulfonanilides);
- сульфонилмочевины (sulfonylureas);
- триазолиноны (triazolinones);
- триазолопиримидины (triazolopyrimidines)[13].
Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – ингибиторы фотосинтеза у связующих PS II – серин 264 (группа 5 (C1, C2) по классификации WSSA и HRAC):
- амиды (amides);
- мочевины (ureas);
- пиридазиноны (pyridazinones);
- триазины (triazines);
- триазиноны (triazinones);
- триазолиноны (triazolinones);
- урацилы (uracils);
- фенилкарбаматы (phenlcarbamates)[13].
Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – ингибиторы фотосинтеза у связующих PS II – гистидин 215 (группа 6 (C3) по классификации WSSA и HRAC):
- бензотиадиазиноны (benzothiadiazinone) – действующее вещество бентазон (bentazon);
- фенилпиридазины (phenyl-pyridazines) – действующее вещество пиридат (pyridate)[13].
Изопротурон по строению структурной формулы относится к классу фенилмочевины[11] или арилпроизводные мочевины[4], по классификации HRAC и WSSA после 2020 года, он рассматривается как представитель класса мочевины, по механизму действия отнесен к группе 5 (Ингибирование фотосинтеза у связующих PS II – серин 264/ inhibition of photosynthesis at PS II – serine 264 binders)[13]. Подробнее – статья «Изопротурон».
Кроме изопротурона к классу мочевины и группе 5 отнесены еще 25 производных мочевины, обладающих гербицидной активностью, в том числе бензтиазурон, бромурон, хлорбромурон, димефурон, этидимурон, фенурон. На территории России в сфере защиты растений разрешен к использованию только изопротурон. Все прочие вещества используются в других странах мира[13].
Тот же механизм действия описан и у ингибиторов фотосинтеза у связующих PS II – гистидин 215 (inhibition of photosynthesis at PS II – histidine 215 binders), отнесенных по указанной классификации к группе 6 (C3)[13].
Резистентность
. Отдельные классы производных мочевины отнесены к различным группам риска по формированию резистентных биотопов. Сульфонилмочевины – группа высокого риска, фенилмочевины, в частности изопротурон – группа среднего риска[7].Профилактика резистентности
:- соблюдение регламента применения;
- исключения из чередования препаратов с действующими веществами одинакового механизма действия[7].
При выборе препаратов для чередования рекомендуется руководствоваться классификацией действующих веществ гербицидов по механизму действия 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)[13]. Перечень химических классов по группам одинакового механизма действия с производными мочевин приведен в списке справа.
Фунгициды
Производные мочевины, обладающие фунгицидным действием достаточно многочисленны. В зависимости от содержащихся в структурной формуле органических радикалов они отнесены к различным химическим классам и проявляют многообразие механизмов фунгицидного действия:
- додин (относят к классу гуанидины) – защитный и лечащий контактный фунгицид с локальным системным действием, включается в клеточные мембраны грибов, нарушая их проницаемость, подавляет окисление ацетата и глюкозы, прямого ингибирования метаболизма не наблюдалось;
- иминоктадитриацетат – (относится к классу гуанидины) – фунгицид защитного контактного действия, ингибирует биосинтез липидов в мембранах клеток фитопатогенов;
- пенцикурон – фунгицид с длительным защитным контактным действием, невлияет на дыхательные и ядерные функции, но тормозит биосинтез стерина и свободных жирных кислот в клетках, одновременно заметно уменьшает содержание транспортных форм глюкозы;
- тиофанат (тиофанат-этил) – относят к группе тиоуредобензолов, по механизму бензимидазолам;
- тиофанат-метил – относят к группе бензимидазолы, по механизму действия он аналогичен бензимидазолам;
- цимоксанил – фунгицид контактного защитного и лечащего действия, подавляет спороношение грибов за счет ингибирования биосинтеза РНК в их клетках[1].
Инсектициды
К числу производных мочевин относятся вещества с инсектицидной активностью: дифлубензурон и гексафлумурон. По химическому классу они принадлежат к бензамидам. Механизм действия: группа 15 по классификации IRAC – ингибиторы биосинтеза хитина, влияющие на CHS1 (ферменты хитинсинтетазы 1).
Подробнее о данном механизме действия – в статье «Бензоилмочевины».
Побробнее о соединении дифлубензурон – в статье «Дифлубензурон».
Родентициды
Родентицидную активность проявляют вещества химического класса арилпиридилмочевины. Из данной группы соединений широкое применение нашли N-нитрофенил-Nʹ-(пиридил-3-метил)-мочевина и Альфа-Нафтилтиокарбамид[10]. В качестве зооцидов предложены и моноарилгуанидины[10].
Регуляторы роста растений
Росторегулирующую активность проявляет N-(1,2,4-триазол-4-ил)-N′-фенилмочевины) Данное вещество обеспечивает повышение полевой всхожести и активизацию ростовых и формообразовательных процессов, повышение урожайности, улучшение качества продукции яровой и озимой пшеницы, ярового ячменя, сахарной свеклы. Подробнее – в статье N-(1 2 4-триазол-4-ил)-N-фенилмочевины).
Характерна росторегулирующая активность для родоначальника класса мочевин – карбамида (мочевины). Подробнее – в статье «Карбамид (Urea)».
Применение
Мочевина и ее производные в зависимости от своих свойств находят применение в промышленности, технике, сельском хозяйстве, медицине. Они используются в качестве пестицидов, регуляторов роста растений, эффективных присадок к углеводородным топливам, маслам, полимерным материалам, являются лекарственными препаратами и красителями[10].
Гербицидные препараты на основе различных производных мочевины, благодаря их избирательности действия, возможно использовать для борьбы с сорными растениями на различных культурах[10].
Некоторые 1,2,3- тиадиазолилмочевины обладают сильным гербицидным действием и могут быть использованы в качестве дефолиантов. В частности, тидиазурон является единственным дефолиантом для тонковолокнистого хлопчатника[10].
Токсикологические свойства и характеристики
Экотоксикологические свойства и характеристики мочевины описаны в статье «Карбамид (Urea)», в разделе «Действующие вещества пестицидов».
Экотоксикологические свойства и характеристики производных мочевины зависят от химической и физической структуры конкретных веществ и сферы их применения[10].
В частности, изопротурон относится к умеренно опасным веществам (3 класс опасности), как для людей, так и для пчел. Производные мочевины, используемые в качестве родентицидов (зооцидов) – опасны для людей и теплокровных животных, но малоопасны для пчел и других полезных насекомых[10].
Получение производных мочевины
В настоящее время накоплен огромный материал по методам синтеза и применения мочевин (замещенных мочевины). Различают несколько основных способов получения. Только некоторые из них:
- реакции взаимодействие аминосоединений с органическими изоцианатами;
- реакции взаимодействие аминов и алкилгалогенидов с цианатами щелочных металлов;
- реакции взаимодействие первичных и вторичных аминов с фосгеном;
- реакции взаимодействие аминов с мочевиной и нитромочевиной;
- реакции взаимодействие мочевины с разнообразными соединениями;
- карбонилирование аминов до замещенных мочевин;
- синтез замещенных мочевин из амидов кислот (перегруппировка Гофмана)[10].
2. Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, 2024 год. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации (Минсельхоз России)
3. Груздев Г.С. Химическая защита растений. Под редакцией Г.С. Груздева - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1987. - 415 с.: ил.
4. Дорожкина Л.А. Применение гербицидов и регуляторов роста в защите растений: учебное пособие / Л.А. Дорожкина, Л.М. Поддымкина. – М.: МЭСХ, 2021. – 206 с.
5. Емельянов, В. В. Биохимия: [учеб. пособие] / В. В. Емельянов, Н. Е. Максимова, Н. Н. Мочульская ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2016 – 132 с.
6. Кнунянц И. Л., Химическая энциклопедия: В 5 т.: т.3: Меди/Полимерные/Редкол: Кнунянц И. Л. (гл. ред.) и др. – М.: Большая Российская. энцикл. , 1992. – 639 с
7. Куликова Н.А., Лебедева Г. Ф. Гербициды и экологические аспекты их применения: Учебное пособие. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010. — 152 с.
8. Методические указания по регистрационным испытаниям гербицидов, в сельском хозяйстве 2013 г. СПб (утверждены Минсельхозом России). УПДК 632.96, СПб. 2013. 280 с.
9. Попов С.Я. Основы химической защиты растений. Попов С.Я., Дорожкина Л.А., Калинин В.А./ Под ред. профессора С.Я Попова. - М.: Арт-Лион, 2003. - 208 с.
10. Шипидченко М.В., Кулыгина З.П., Исак А.Д Замещенные мочевины. Методы получения и область применения в синтезе биологически активных соединений. Вестник Украинского национального унивеситета имент Владимира Даля№ 5 (229), 2016 – стр 23 – 27.
11. Pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
13. Global Herbicide Classification Lookup | Herbicide Resistance Action Committee