Химические классы пестицидов
Оглавление
- Физические и химические свойства
- Действие на вредные организмы
- Инсектициды
- Механизм действия
- Модуляторы каналов ТРПВР в хродотональных органах
- Ингибиторы никотинамидазы хродотональных органов
- Гербициды
- Механизм действия
- Симптомы повреждения
- Подавляемые сорные виды
- Резистентность
- Профилактика резистентности
- Фитотоксичность
- Применение
- Токсикологические свойства
Физические и химические свойства
Пиридинкарбоксамиды – вещества в структурной формуле которых присутствуют радикалы пиридина и амидов карбоновых кислот[7].
Пиридинкарбоксамиды имеют сложную структурную формулу, включающую: пиридиновое кольцо и функциональную группу карбоновой кислоты, в которой гидроксильная группа (-ОН-), входящая в кислотный остаток, замещена одновалентной группой: -NH2 (аминогруппой). Последняя может быть, как незамещенной, так и замещенной[8]. Этот класс соединений можно рассматривать одновременно как амиды, производные алифатических карбоновых кислоты, производные пиридина[9].
Первые в ряду пиридинкарбоксамидов стоят амиды простейших пиридинкарбоновых кислот. Самые известные и изученные:
- амид никотиновой кислоты (витамин РР) C6H6N2O номер cas 98-92-0;
- амид изоникотиновой кислоты (изомер предыдущего соединения) C6H6N2O номер cas 1453-82-3[9].
Пиридинкарбоновые кислоты – бесцветные кристаллические вещества. Физические и химические свойства амидов пиридинкарбоновых кислот (пиридинкарбоксамидов) зависят от свойств радикалов, входящих в структурную формулу и их изомерии[9]. Подробнее – в статье "Пиридины", раздел "Важнейшие производные пиридина".
Амид изоникотиновой кислоты (изоникотинамид) номер CAS 1453-82-3[11]
Действие на вредные организмы
Пиридинкарбоксамиды могут проявлять различные формы биологической активности. В этом классе собраны соединения с инсектицидной, гербицидной и росторегулирующей активностью. Причем последние две могут проявляться у одних и тех же веществ в зависимости от концентрации[2][4].
Инсектициды
Пиметрозин и флоникамид обладают инсектицидной биологической активностью. Действие пиметрозина – контактно-кишечное. Флоникамида – системное[5][6]. Оба соединения при пременении на насекомых вызывают нарушение работы хродотональных органов (органы чувств), что вызывает сбой в поведении насекомых, в том числе антифидинговый эффект – нарушение процесса питания[13].
Механизм действия
. Согласно классификации IRAC, по механизму действия на вредных насекомых клещей пиметрозин и флоникамид относятся к разным группам. Пиметозин – к группе 9, флоникамид – к группе 29[13].Модуляторы каналов ТРПВР в хродотональных органах
Пиметрозин, по механизму действия на вредителей, относится к группе 9 по классификации IRAC – модуляторы каналов ТРПВР (Транзиторный рецепторный потенциал ваниллоидных рецепторов) в хродотональных органах/ chordononal organ TRPV chnnel modulators, подгруппа B «Производные пиридиназометина»[13].
К этой же подгруппе относится соединение Пирифлюкиназон (Pyrifluquinazon) – C19H15F7N4O2, номер CAS 337458-27-2. Оно относится к классу хиназолинов и представляет собой 3,4-дигидрохиназолин-2-он, замещенный в положениях 1, 4 и 6 ацетильной, пиридин-3-илметильной и перфторизопропильной группами соответственно. Обладает инсектицидной активностью в отношении сосущих и грызущих вредных насекомых[13].
К модуляторам каналов ТРПВР (группа 9, подгруппа D Пиропены) относят соединение – Афидопиропен (Afidopyropen) – C33H39NO9, номер CAS 915972-17-7. Это органическое гетеротетрациклическое соединение, сложный эфир циклопропанкарбоксилата, вторичный спирт, принадлежит к классу пиридины. Эффективный против сосущих насекомых на фруктах, овощах и орехах[14].
Химические классы и соединения, по механизму инсектицидного действия Модуляторы каналов ТРПВР в хродотональных органах (Группа 9 по классификации IRAC)
B. Класс – производные пиридиназометина (pyridine azomethine derivatives):
Действующие вещества:
- Пиметрозин;
- Пирифлюкиназон[13].
D. Класс – пиропены (pyropenes):
Действующие вещества:
- Афидопиропен[13].
Химические классы и соединения, по механизму инсектицидного действия ингибиторы никотинамидазы хродотональных органов (Группа 29 по классификации IRAC)
Действующее вещество:
Модуляторы каналов ТРПВР в хордональных органах (группа 9, подгруппы B и D по классификации IRAC) связывают и нарушают работу комплексов каналов Nan-Iav TRPV (Транзиторный рецепторный потенциал ваниллоидных рецепторов) в хордональных рецепторных органах, имеющих решающее значение для слуха, силы тяжести, равновесия, ускорения. Это нарушает процесс кормления (антифидинговый эффект) и другие формы поведения насекомых-мишеней[13].
Ингибиторы никотинамидазы хродотональных органов
Флоникамид, по механизму действия на вредных насекомых, согласно классификации IRAC, принадлежит к группе 29 и является ингибитором никотинамидазы хордональных органов/chordotonal organ nicotinamidase inhibinors[13].
Флоникамид на данный период времени (июль, 2024) является единственным соединением в группе 29[13]. Он нарушает функцию органов-рецепторов хродотонального растяжения, имеющих решающее значение для слуха, чувства гравитации, равновесия, ускорения. Таким образом, как и соединения группы 9, флоникамид нарушает питание и другие формы поведения насекомых-мишеней, но в отличии от группы 9 по классификации IRAC, соединения, принадлежащие к группе 29 по классификации IRAC не связываются с комплексом каналов ТРПВР (Nan-lav TRPV).
Подробнее о механизме действия флоникамид и пиметрозин, симптомах поражения, чувствительных видах и резистентности – в статьях «Пиметрозин» и «Флоникамид».
Амид никотиновой кислоты (никотинамид) номер CAS 98-92-0[11]
Гербициды
Аминопиралид, клопиралид, флуроксипир – гербициды гормонального (акусиноподобного) действия, по сути являются синтетическими ауксинами.
Механизм действия
. По классификации 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) их относят к группе 4 (по HRAC до 2020 г – группа O) – auxin mimics (имитаторы ауксина), объединяющей вещества действующие на растения так же, как и природные ауксины[12].По HRAC и WSSA аминопиралид, клопиралид, расматривают в пределах химического класса hyridine-carboxylates (пиридин-карбоксилаты), а флуроксипир – к классу pyridyloxy-carboxylates (пиридилокси-карбоксилаты)[12].
Механизм действия таких веществ может быть связан с нарушением ауксинового статуса растений или с изменением ауксинового обмена, либо с запуском продуцирования этилена (гормона, подавляющего рост и развитие растений), в зависимости от конкретного вещества и вида чувствительного растения. Во всех случаях наблюдается нарушение целого ряда физиологических процессов: окислительного фосфорилирования, фотосинтеза, метаболизма азотсодержащих соединений, синтеза макроэргических фосфорных соединений (АТФ и др.) и других процессов обмена[2].
Минимальные дозы синтетических ауксинов действуют как природные ауксины. Самым изученным из них является действие природного ауксина ИУК (индолил-3-уксусной кислоты). Подробнее – статья "1Н-индолил-3-этановой кислоты", раздел "Действие на растения".
Избыток природных ауксинов заставляет растения запускать синтез этилена – гормона антагониста ауксинов[4]. В случае воздействия синтетических ауксинов этот механизм не работает и растение продолжает развиваться в условиях избытка ауксиноподобного вещества. Это приводит к истощению питательных элементов, требующихся для гипертрофированного роста и развития, что влечет за собой гибель растений[4].
К группе 4 (имитаторы ауксинов) относятся вещества с гербицидной активностью химических классов: бензоаты, хинолин-карбоксилаты, феноксикарбоксилаты[12]. Полный перечень – справа.
Симптомы повреждения
. Задержка роста и развития растений. Нарушение нормального хода развития листьев, побегов и корней. Форма повреждений может слегка варьировать в зависимости от свойств конкретного соединения, вида и условий развития растений[4]. Подробнее – в статьях «Аминопиралид», «Клопиралид», «Флуроксипир».Подавляемые сорные виды
. Однолетние и многолетние сорные растения различных видов. Спектр чувствительных видов зависит от свойств конкретного соединения. Подробнее – в статьях «Аминопиралид», «Клопиралид», «Флуроксипир».Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – имитаторы (аналоги) ауксина (группа 4 (O) по классификации WSSA и HRAC):
- бензоаты (benzoates);
- пиридинкарбоксилаты (pyridine-carboxylates);
- пиридилоксикарбоксилаты (pyridyloxy-carboxylates);
- пиримидинкарбоксилаты (pyrimidine-carboxylates);
- прочие (Other) – беназолин-этил (benazolin-ethyl);
- хинолинкарбоксилаты (quinoline-carboxylates);
- фенилкарбоксилаты (phenyl carboxylates);
- феноксикарбоксилаты (phenoxy-carboxylates)[12]
Резистентность. Пиридинкарбоксамиды с гербицидной активностью, как и все вещества группы 4 (аналоги (имитаторы) ауксина) относят к группе среднего риска по возможности возникновению резистентных биотопов[4]. Зафиксировано формирование резистентных биотопов у целого ряда видов сорных растений[12]. Подробнее – в статьях «Аминопиралид», «Клопиралид», «Флуроксипир».
Профилактика резистентности: - соблюдение регламента применения гербицидов, содержащих действующие вещества класса пиридинкарбоксамиды;
- чередование с препаратами, содержащими действующие вещества другого механизма действия[4].
При использовании пиридинкарбоксамидов с гербицидной активностью следует исключить из чередования препараты с действующими веществами классов: бензоаты (benzoates); пиридинкарбоксилаты (pyridine-carboxylates); пиридилоксикарбоксилаты (pyridyloxy-carboxylates); пиримидинкарбоксилаты (pyrimidine-carboxylates); прочие (Other) – действующее вещество беназолин-этил (benazolin-ethyl); хинолинкарбоксилаты (quinoline-carboxylates); фенилкарбоксилаты (phenyl carboxylates); феноксикарбоксилаты (phenoxy-carboxylates). То есть все соединения с гербицидной активностью относящиеся к группе 4 по WSSA и HRAC (имитаторы ауксина)[12].
Фитотоксичность
зависит от свойств конкретного химического соединения[3]. Подробнее – в статьях «Аминопиралид», «Клопиралид», «Флуроксипир».Применение
Пиридинкарбоксамиды, как и многие производные пиридина, являются перспективными действующими веществами для использования в сфере защиты растений. В зависимости от вида биологической активности их широко используют как действующие вещества гербицидов, инсектицидов, регуляторов роста растений[3].
На территории России разрешены к использованию:
- гербициды с действующими веществами: аминопиралид, клопиралид, флуроксипир;
- инсектициды с действующими веществами: пиметрозин и флоникамид[1].
Токсикологические свойства
Пиридинкарбоксамиды характеризуются различными токсикологическими свойствами. Вещества данного класса, допущенные к использованию на территории России, характеризуются в основном третьим классом опасности для человека (умеренно опасные) и третьим классом опасности для пчел (малоопасные). При соблюдении регламента применения, правил техники безопасности применения, хранения и транспортировки, возможные риски снижаются до минимума и данные препараты не представляют опасности для человека и окружающей среды[1].
Подробнее – в статьях «Аминопиралид», «Клопиралид», «Флуроксипир», «Пиметрозин», «Флоникамид».
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. 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.
4. Куликова Н.А, Лебедева Г.Ф. Гербициды и экологические аспекты их применения. Учебное пособие. – Москва, книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010. – 152с.
5. МУК 4.1.3121— 13; 4.1.3123—4.1.3125—13 Измерение концентраций химических соединений в воздухе рабочей зоны и смывах с кожных покровов операторов: Сборник методических указаний по методам контроля. – М: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2014. – 72 с.
6. МУК 4.1.3135 – 13. Определение остаточных количеств флоникамида в воде, почве, яблоках и яблочном соке методом высокоэффективной жидкостной хроматографии: Методические указания. – М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнад зора, 2014. – 15 с.
7. Петров А.А., Бальян X.В., Трощенко А.Т. Органическая химия: Учебник для вузов, Под ред. Стадничука М. Д. — 5-е изд., перераб. и доп. — СПб.: «Иван Федоров», 2002. — 624 с
8. Цитович И.К. Химия с сельскохозяйственным анализом, Учебник для сельхоз. техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1974. – 528 с
9. 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.
10. Sumiagro.ru Каталог продукции. Японская философия защиты растений
12. Global Herbicide Classification Lookup | Herbicide Resistance Action Committee
13. Irac-online.org.
14. PubChem