Цигалотрин ( общее название ISO [3] ) представляет собой органическое соединение , которое в определенных изомерных формах используется в качестве пестицида . [4] Это пиретроид , класс синтетических инсектицидов , которые имитируют структуру и свойства природного инсектицида пиретрина , который присутствует в цветах хризантемы cinerariifolium . Пиретроиды, такие как цигалотрин, часто отдаются предпочтение в качестве активного ингредиента сельскохозяйственных инсектицидов, поскольку они более экономичны и действуют дольше, чем природные пиретрины. λ- и γ-цигалотрин в настоящее время используются для борьбы с насекомыми и паутинным клещом на сельскохозяйственных культурах, включая хлопок, зерновые, картофель и овощи. [5]
Гамма-цигалотрин [6] и лямбда-цигалотрин [1] являются активными ингредиентами современных коммерческих продуктов на основе цигалотрина. Оба представляют собой циангидриновые эфиры цис-3-[(Z)-2-хлор-3,3,3-трифторпропенил]-2,2-диметилциклопропанкарбоновой кислоты. Вся инсектицидная активность обусловлена долей абсолютной стереохимии (1R) в смеси. [7] Активный изомер дельтаметрина , (1R)-цис-3-(2,2-дибромвинил)-2,2-диметилциклопропанкарбоновая кислота, имеет такую же стереохимию.
γ-цигалотрин (одиночный хиральный изомер) действительно в два раза активнее λ-цигалотрина в пересчете на массу. Последний является рацемическим и содержит (1R) и неактивный (1S) изомеры в равных количествах.
К 1974 году группа ученых Rothamsted Research обнаружила три пиретроида (MoA 3a), [8] пригодных для использования в сельском хозяйстве , а именно перметрин , циперметрин и дельтаметрин. [9] Эти соединения впоследствии были лицензированы NRDC под номерами NRDC 143, 149 и 161 соответственно компаниям, которые затем могли разрабатывать их для продажи на определенных территориях. Компания Imperial Chemical Industries (ICI) получила лицензии на перметрин и циперметрин, но их соглашение с NRDC не позволяло продавать их по всему миру. Кроме того, собственным исследователям ICI в Джилоттс-Хилл было ясно , что будущая конкуренция на рынке может быть затруднена из-за большей эффективности дельтаметрина по сравнению с другими соединениями. По этой причине в период 1974–1977 годов местные химики искали запатентованные аналоги, которые могли бы иметь преимущества по сравнению с инсектицидами Ротамстеда за счет более широкого спектра действия или большей экономической эффективности . Первый прорыв был сделан, когда трифторметильная группа была использована для замены одного из хлоров в циперметрине, особенно когда двойная связь находилась в Z-форме . Было обнаружено, что полученный материал более эффективен, чем циперметрин, с которым он наиболее тесно связан, но также обладает хорошей активностью против паутинного клеща Tetranychus urticae , что повышает его привлекательность как потенциально нового продукта. [10] Второй прорыв произошел, когда химики-технологи ICI разработали практический процесс производства Z-цис-кислоты, контролируя стереохимию циклопропанового кольца в дополнение к стереохимии двойной связи. [11] Это привело к первоначальной коммерциализации цигалотрина под торговым названием «Граната», но полученный материал по-прежнему представлял собой смесь четырех изомеров из-за рацемической природы Z-цис-кислоты и потому, что альфа-цианогруппа была 1 :1 смесь возможных конфигураций R и S. [12]
Технологический процесс позволил получить относительно большие запасы Z-цис-кислоты и, следовательно, позволил предпринять еще два коммерчески важных шага. Первая заключалась в том, чтобы сделать возможным разработку и продажу тефлутрина , а вторая заключалась в стимулировании исследований, направленных на создание композиций цигалотрина с меньшим количеством изомеров в коммерческом продукте. После дальнейших исследований и полевых испытаний ICI решила сосредоточиться на λ-цигалотрине, смеси, содержащей единственный наиболее активный изомер вместе с его зеркальным отражением. Эту так называемую «энантиомерную пару», код ICI PP321, можно было использовать после того, как был разработан процесс ее экономичного производства и очистки с использованием кристаллизации с переработкой нежелательной пары энантиомеров. [13] [14]
Новый продукт впервые был запущен в девяти странах в 1985 году под торговой маркой Karate. [15] В то время γ-цигалотрин, кодовый номер ICI PP345, не был возможным альтернативным продуктом из-за сложности производства только этого изомера, особенно если это включало переработку «неправильного» изомера Z-цис-кислоты. В 2000 году агрохимический бизнес ICI объединился с бизнесом Novartis и образовал Syngenta , которая до сих пор производит и поставляет λ-цигалотрин. Срок действия патентов, охватывающих исходное соединение, истек на большинстве крупных рынков в 2003 году. [16] FMC вышла на рынок в качестве поставщика γ-цигалотрина для использования в качестве инсектицида широкого спектра действия под торговой маркой Scion. [17]
Пиретроиды, в том числе цигалотрин, нарушают работу нервной системы организма. Это быстродействующие аксонные эксайтотоксины , токсические эффекты которых опосредованы предотвращением закрытия потенциалзависимых натриевых каналов в аксональных мембранах . Натриевый канал представляет собой мембранный белок с гидрофильной внутренней частью. Эта внутренняя часть имеет такую форму, которая позволяет ионам натрия проходить через мембрану, проникать в аксон и распространять потенциал действия . Связывание инсектицида с белком удерживает каналы в открытом состоянии, поэтому нервы не могут реполяризоваться , тем самым парализуя организм. [18] Одним из последствий способа действия является то, что цигалотрин обладает полезными нокдаун-свойствами. То есть пораженные личинки быстро перестают питаться и могут опадать с урожая; летающие насекомые падают на землю. Наступает паралич и смерть, если насекомое поглотило достаточную дозу.
λ-цигалотрин доступен конечным потребителям только в виде готовых продуктов. Поскольку активный ингредиент имеет очень низкую растворимость в воде, составы облегчают его использование в спреях на водной основе, создавая при разбавлении эмульсию . В современных продуктах используются непорошковые составы с уменьшенным использованием или без использования опасных растворителей: примеры включают капсульные суспензии Warrior II [19] и Tandem, смесь с тиаметоксамом [20], обе продаваемые Syngenta в США.
Все пестициды должны пройти регистрацию в соответствующих органах страны, в которой они будут использоваться. [21] В Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды (EPA) отвечает за регулирование использования пестицидов в соответствии с Федеральным законом об инсектицидах, фунгицидах и родентицидах (FIFRA) и Законом о защите качества пищевых продуктов (FQPA). [22] Пестицид можно использовать на законных основаниях только в соответствии с указаниями на этикетке, которая прилагается к моменту продажи пестицида. Целью маркировки является «предоставление четких указаний по эффективному функционированию продукта при минимизации рисков для здоровья человека и окружающей среды». Этикетка — это юридически обязательный документ, который определяет, как можно и нужно использовать пестицид, а несоблюдение указаний на этикетке при использовании пестицида является федеральным правонарушением. [23] В Европейском Союзе для одобрения и авторизации пестицидов используется двухуровневый подход . Прежде чем рецептура продукта может быть разработана для рынка, активное вещество должно быть одобрено для Европейского Союза. После того, как это будет достигнуто, необходимо запросить разрешение на конкретный продукт в каждом государстве-члене ЕС, которому заявитель хочет его продать. После этого существует программа мониторинга, позволяющая убедиться, что остатки пестицидов в продуктах питания находятся ниже пределов, установленных Европейским агентством по безопасности пищевых продуктов .
Первое и до сих пор основное применение λ-цигалотрина — борьба с личинками чешуекрылых вредителей на таких культурах, как хлопок и зерновые.
После того, как активный ингредиент зарегистрирован на основных территориях, поставщики часто расширяют рынок, добиваясь одобрения маркировки [23] для дополнительных культур и вредителей после проведения полевых испытаний для подтверждения эффективности продукта в новой ситуации. В случае λ-цигалотрина текущая маркировка в США включает его использование на люцерне; рапс; кукуруза; рис; сорго; крупы, включая ячмень, овес и пшеницу; овощные культуры, включая брокколи, капусту и цветную капусту; хлопок; бобовые, включая соевые бобы; латук; лук; арахис; фрукты, включая яблоки и груши; сахарный тростник; подсолнечник и табак. [19] Предполагаемое ежегодное использование λ-цигалотрина в сельском хозяйстве США составлено Геологической службой США. [24] Первоначально это соединение применялось почти исключительно при выращивании хлопка, сейчас оно применяется ко многим сельскохозяйственным культурам. В 2018 году (последняя дата, на которую имеются данные) было использовано 600 000 фунтов (270 000 кг). Эквивалентная карта для γ-цигалотрина также доступна, но его использование никогда не было высоким и в настоящее время снижается. [25]
Многие инсектициды, включая ДДТ, использовались для борьбы с видами комаров, переносчиками малярийного паразита. Было доказано, что использование надкроватных сеток, обработанных инсектицидами, является эффективной профилактической мерой. [26] Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) одобрила для этого использования λ-цигалотрин (в виде 2,5% капсульной суспензии). [27]
В 2003 году Агентство по охране окружающей среды одобрило использование блокатора термитов Impasse, содержащего λ-цигалотрин, для борьбы с термитами вокруг фундаментов зданий, особенно там, где водопроводные, электрические и другие коммуникации проникают в бетон. Такое использование было предназначено для обеспечения долгосрочной защиты от вредителей. [28] Позже FMC представила аналогичный продукт с использованием γ-цигалотрина [17]
Цигалотрин является пестицидом ограниченного использования . Одним из последствий этого является то, что (в США) использование продукта способом, не соответствующим его маркировке, является нарушением федерального закона, а маркировка должна находиться в распоряжении пользователя на момент подачи заявления. [19] Он может попасть в организм при вдыхании пыли или тумана, а также при проглатывании. Это вызывает серьезное раздражение глаз. К симптомам отравления относятся ощущение жжения, судороги, кашель, затрудненное дыхание, одышка, боль в горле. [2] Воздействие на кожу также может вызвать ощущение покалывания, зуда, жжения или покалывания. Начало заболевания может произойти сразу через четыре часа после воздействия и может продолжаться 2–30 часов без каких-либо повреждений. Меры первой помощи указаны на этикетке. [19]
Совместное совещание Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) и Продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО) по остаткам пестицидов определило, что допустимая суточная доза λ-цигалотрина составляет 0–0,02 мг/кг массы тела в день. [29] [30] В базе данных Codex Alimentarius , поддерживаемой ФАО, перечислены максимальные пределы содержания изомеров цигалотрина в различных пищевых продуктах. [31]
Хотя цигалотрин по своей природе очень токсичен для многих видов рыб и водных беспозвоночных, связывание с почвой и отложениями снижает воздействие и снижает риск для рыб: полевые исследования не выявили значительных побочных эффектов: по данным комитета экспертов ВОЗ , «концентрации цигалотрина и лямбда Содержание цигалотрина, которое может возникнуть в воде при обычном сельскохозяйственном применении, будет низким, поскольку соединение быстро адсорбируется и разлагается в естественных условиях, не возникнет никаких практических проблем, связанных с накоплением остатков или токсичностью цигалотрина или лямбда-цигалотрина. у водных видов [13] .
Было показано, что медоносные пчелы Apis mellifera особенно чувствительны к λ-цигалотрину: смертельные дозы составляют всего 0,04 микрограмма на пчелу. [1] Однако полевые исследования выявили мало эффектов. [ нужна цитата ] Тем не менее, из-за этой чувствительности и снижения численности опылителей , все пиретроиды рекомендуется применять в ночное время, чтобы избежать типичных часов опыления, и не использовать их в виде пыли. [32]
В лабораторных исследованиях щелочная вода (pH 9) разлагала λ-цигалотрин с приблизительным периодом полураспада 7 дней, хотя при нейтральном и кислом pH разложения не происходило. Солнечный свет ускоряет разложение воды и почвы. Его период полураспада на поверхности растений составляет 5 дней, и он имеет низкую вероятность загрязнения грунтовых вод из-за его низкой растворимости в воде и высокого потенциала связывания органических веществ почвы. [1] [33] LD 50 составляет 56 мг/кг (крысы, перорально) [1] и его воздействие на окружающую среду суммировано во многих публикациях. [13] [34] [35] [36]
Как и в случае со многими пестицидами, виды обладают способностью развиваться и развивать устойчивость к пиретроидам. Этот потенциал можно смягчить путем тщательного управления . Сообщения о том, что отдельные виды вредителей становятся устойчивыми к λ-цигалотрину [1], отслеживаются производителями, регулирующими органами, такими как EPA и Комитет по борьбе с устойчивостью к инсектицидам (IRAC). [37] В некоторых случаях риск развития резистентности можно снизить, используя смесь двух или более инсектицидов, каждый из которых активен в отношении соответствующих вредителей, но имеет несвязанные механизмы действия. Чтобы облегчить эту задачу, IRAC распределяет инсектициды по классам. Например, хлорантранилипрол и λ-цигалотрин теперь продаются в смеси под торговым названием Besiege. [38]
Полный список торговых марок продуктов, содержащих λ-цигалотрин и γ-цигалотрин, недоступен. Краткий набор для первых: Карате, Кунг-фу, Воин, Cyzmic CS, Demand CS и Foliam. Последний продавался под такими именами, как Bolton, Cobalt, Declare, Proaxis и Scion.
В Соединенных Штатах Ortho «Home Defense» (для использования внутри помещений), Spectracide Bug Stop, Triazicide и Hot Shot используются на рынках домашнего ландшафта и сада. [39] База данных свойств пестицидов пытается отслеживать основные используемые бренды. [1]