2,4-Дихлорфеноксиуксусная кислота — органическое соединение с химической формулой Cl 2 C 6 H 3 OCH 2 CO 2 H . Обычно его называют общепринятым наименованием ISO 2,4-D . [4] Это системный гербицид , который убивает большинство широколиственных сорняков , вызывая неконтролируемый рост, но большинство трав, таких как злаковые , газонный дерн и луга , относительно не подвержены влиянию.
2,4-D — один из старейших и наиболее широко распространенных гербицидов и дефолиантов в мире, коммерчески доступный с 1945 года, и в настоящее время производится многими химическими компаниями, поскольку патент на него давно истек. Его можно найти в многочисленных коммерческих смесях гербицидов для газонов, и он широко используется в качестве гербицида на зерновых культурах, пастбищах и в садах. Более 1500 гербицидных продуктов содержат 2,4-D в качестве активного ингредиента.
2,4-D был впервые описан в 1944 году Франклином Д.-Джонсом из компании CB Dolge в Коннектикуте. [5] Биологическая активность 2,4-D, а также аналогичных гормональных гербицидов 2,4,5-T и MCPA были обнаружены во время Второй мировой войны , случай множественного открытия четырьмя группами, работавшими независимо в условиях военной секретности в Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах: Уильямом Г. Темплменом и его коллегами в Imperial Chemical Industries (ICI) в Великобритании; Филипом С. Натменом и его коллегами в Rothamsted Research в Великобритании; Франклином Д. Джонсом и его коллегами в American Chemical Paint Company; и Эзрой Краусом, Джоном В. Митчеллом и его коллегами в Чикагском университете и Министерстве сельского хозяйства Соединенных Штатов . Все четыре группы подпадали под действие законов о секретности военного времени и не следовали обычным процедурам публикации и раскрытия патентной информации. В декабре 1942 года после встречи в Министерстве сельского хозяйства сотрудники Ротамстеда и ICI объединили ресурсы, и Натман переехал в Джелоттс-Хилл, чтобы присоединиться к усилиям ICI. [6] Первая научная публикация, описывающая структуру 2,4-D и активность регулирования роста растений, была опубликована Перси В. Циммерманом и Альбертом Э. Хичкоком в Институте Бойса Томпсона , [7] которые не были первоначальными изобретателями. Точная последовательность ранних событий открытия 2,4-D и публикаций обсуждалась. [8]
Уильям Темплмен обнаружил, что при использовании индол-3-уксусной кислоты (ИУК), природного ауксина , в высоких концентрациях, рост растений может остановиться. В 1940 году он опубликовал свое открытие, что ИУК убивает широколиственные растения на зерновом поле. [9] Примерно в то же время его группой ICI был открыт MCPA. [6] [10] : Раздел 7.1
В США аналогичный поиск кислоты с более длительным периодом полураспада, т. е . метаболически и экологически более стабильного соединения, привел к 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоте (2,4-D) и 2,4,5-трихлорфеноксиуксусной кислоте (2,4,5-T), обе из которых являются феноксигербицидами и аналогами ИУК. Роберт Покорни, промышленный химик компании CB Dolge в Вестпорте, штат Коннектикут , опубликовал их синтез в 1941 году. [11]
2,4-Д не использовался в качестве боевого отравляющего вещества во время войны. [10] : Раздел 7.1 Союзники Второй мировой войны искали химикат, чтобы заставить нацистскую Германию и Японию голодать и подчиниться, убив их урожай картофеля и риса, но 2,4-Д оказался неэффективным для этой цели, потому что обе культуры его переносят. В течение года после окончания войны 2,4-Д был выпущен в продажу в качестве гербицида для борьбы с широколиственными сорняками в зерновых культурах, таких как рис и пшеница, [12] а в 1950-х годах он был зарегистрирован в Соединенных Штатах для контроля размера и улучшения цвета кожуры картофеля без влияния на урожайность. [13]
Первая публикация об использовании 2,4-Д в качестве селективного гербицида появилась в 1944 году. [14] [15] Способность 2,4-Д контролировать широколиственные сорняки в дерне была задокументирована вскоре после этого, в 1944 году. [16] Начиная с 1945 года, American Chemical Paint Company вывела 2,4-Д на рынок в качестве гербицида под названием «Weedone». Он произвел революцию в борьбе с сорняками, поскольку это было первое соединение, которое в низких дозах могло избирательно контролировать двудольные (широколиственные растения), но не большинство однодольных — узколистные культуры, такие как пшеница , кукуруза (кукуруза), рис и подобные злаковые травы. [10] В то время, когда рабочей силы было мало, а потребность в увеличении производства продуктов питания была большой, он буквально «заменил мотыгу». [10] : Раздел 7.1
2,4-Д является одним из ингредиентов Агента Оранж , гербицида, который широко использовался во время Малайской чрезвычайной ситуации и войны во Вьетнаме . [17] Однако 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксин (ТХДД), загрязняющее вещество при производстве другого ингредиента Агента Оранж, 2,4,5-Т , был причиной неблагоприятных последствий для здоровья, связанных с Агентом Оранж. [18] [19]
В 2000-х годах компания Dow AgroSciences разработала новую версию холиновой соли 2,4-D (2,4-D холин), которую Dow включила в свой гербицид «Enlist Duo» вместе с глифосатом и агентом, который уменьшает дрейф; форма холиновой соли 2,4-D менее летучая, чем 2,4-D. [20] [21] [22]
2,4-Д является членом семейства фенокси гербицидов . [18] Он производится из хлоруксусной кислоты и 2,4-дихлорфенола , который сам производится путем хлорирования фенола . В качестве альтернативы, он производится путем хлорирования феноксиуксусной кислоты. Производственные процессы могут создавать несколько загрязняющих веществ , включая ди-, три- и тетрахлордибензо -p -диоксиновые изомеры и N -нитрозамины , а также монохлорфенол . [23]
2,4-D — это синтетический ауксин , который вызывает неконтролируемый рост и в конечном итоге гибель восприимчивых растений. [24] [25] [26] Он поглощается через листья и перемещается в меристемы растения. Происходит неконтролируемый, неустойчивый рост, вызывающий скручивание стебля, увядание листьев и в конечном итоге гибель растения. 2,4-D обычно применяется в виде соли амина , но существуют и более мощные эфирные версии. [27]
2,4-Д в основном используется как селективный гербицид , который убивает многие наземные и водные широколиственные сорняки , но не травы . 2,4-Д можно найти в коммерческих смесях гербицидов для газонов, которые часто содержат другие активные ингредиенты, включая мекопроп и дикамбу . Более 1500 гербицидных продуктов содержат 2,4-Д в качестве активного ингредиента. [28]
Различные секторы используют продукты, содержащие 2,4-Д, для уничтожения сорняков и нежелательной растительности. В сельском хозяйстве это был первый гербицид для избирательного уничтожения сорняков, но не сельскохозяйственных культур. Он использовался с 1945 года [29] для борьбы с широколиственными сорняками на пастбищах, в садах и зерновых культурах, таких как кукуруза, овес, рис и пшеница. [30] Зерновые, в частности, обладают превосходной толерантностью к 2,4-Д, когда он применяется перед посадкой. 2,4-Д является самым дешевым способом для фермеров контролировать озимые однолетние сорняки путем распыления осенью, часто по самой низкой рекомендуемой норме. Это особенно эффективно перед посадкой фасоли, гороха, чечевицы и нута. [31] Предполагаемое использование 2,4-Д в сельском хозяйстве США картируется Геологической службой США. В 2019 году (последняя дата, по которой имеются данные) этот показатель достиг 45 000 000 фунтов (20 000 000 кг) в год. [32]
В уходе за газонами и садами в домашних условиях 2,4-Д обычно используется. В лесном хозяйстве он используется для обработки пней, инъекций в стволы и выборочного контроля кустарника в хвойных лесах. Вдоль автодорог, железных дорог и линий электропередач он используется для борьбы с сорняками и кустарником, которые могут помешать безопасной эксплуатации и повредить оборудование. Вдоль водных путей он используется для борьбы с водными сорняками, которые могут помешать катанию на лодках, рыбалке и плаванию или засорить ирригационное и гидроэнергетическое оборудование. Он часто используется государственными учреждениями для контроля распространения инвазивных, вредных и неместных видов сорняков и предотвращения вытеснения ими местных видов, а также для контроля многих ядовитых сорняков, таких как ядовитый плющ и ядовитый дуб. [33] : 35–36 [34]
Мониторинговое исследование, проведенное в 2010 году в США и Канаде, показало, что «текущее воздействие 2,4-Д ниже применимых ориентировочных значений воздействия». [35]
2,4-D использовался в лабораториях для исследований растений в качестве добавки в средах для культивирования растительных клеток , таких как среда MS, по крайней мере с 1962 года. [36] 2,4-D используется в культурах растительных клеток как гормон дедифференциации (индукция каллуса). Он классифицируется как производное ауксина растительного гормона. [37]
Мужчины, работающие с 2,4-Д, подвержены риску получения сперматозоидов неправильной формы и, следовательно, проблем с фертильностью ; риск зависит от количества и продолжительности воздействия, а также других личных факторов. [38]
По данным Агентства по охране окружающей среды США , «токсичность 2,4-Д зависит от его химических форм, включая соли, эфиры и кислотную форму. 2,4-Д обычно имеет низкую токсичность для людей, за исключением некоторых кислотных и солевых форм, которые могут вызывать раздражение глаз. Плавание ограничено в течение 24 часов после применения определенных продуктов 2,4-Д, применяемых для борьбы с водными водорослями, чтобы избежать раздражения глаз». [39] По состоянию на 2005 год [обновлять]средняя летальная доза или LD 50 , определенная в исследованиях острой токсичности на крысах, составляла 639 мг/кг. [40]
Подщелачивание мочи использовалось при острых отравлениях, но доказательства в пользу его использования скудны. [41]
Международное агентство по изучению рака классифицирует 2,4-Д как возможный канцероген для человека, в то время как Агентство по охране окружающей среды США так не считает. [42] [43] Международное агентство по изучению рака (МАИР) заявило, что 2,4-Д был классифицирован как «возможный канцероген для человека ( группа 2B ) на основании недостаточных доказательств на людях и ограниченных доказательств на экспериментальных животных». [44]
В июне 2015 года Международное агентство по изучению рака Всемирной организации здравоохранения подтвердило свою классификацию 2,4-Д как возможного канцерогена, данную в 1987 году. [45] [46]
8 августа 2007 года Агентство по охране окружающей среды вынесло постановление о том, что существующие данные не подтверждают связь между раком у человека и воздействием 2,4-Д. [47]
Группа из 13 ученых, рассматривавших в 1995 году исследования канцерогенности 2,4-D, разделилась во мнениях. Ни один из ученых не считал, что весомость доказательств указывает на то, что 2,4-D является «известной» или «вероятной» причиной рака у человека. Преобладающее мнение указывало на то, что 2,4-D может вызывать рак у людей, хотя не все члены группы считали, что эта возможность одинаково вероятна: один считал, что вероятность велика, склоняясь к вероятной, а пятеро считали, что вероятность отдаленна, склоняясь к маловероятной. Двое членов группы считали маловероятным, что 2,4-D может вызывать рак у людей. [48]
В предыдущем отчете 1987 года МАИР классифицировало некоторые хлорфеноксигербициды, включая 2,4-Д, МЦПА и 2,4,5-Т, как группу канцерогенов класса 2B — «возможно канцерогенные для человека». [49]
2,4-Д связывают с лимфомой и раком мочевого пузыря у собак. [50]
Расследование Four Corners в июле 2013 года обнаружило повышенные уровни диоксинов в дженерике 2,4-D, одного из наиболее широко используемых гербицидов в Австралии. Образцы, импортированные из Китая, имели «один из самых высоких показателей диоксина для 2,4-D за последние 10–20 лет и могли представлять потенциальный риск для здоровья». [51]
Когда радиоактивно меченый 2,4-D скармливался скоту, 90% или более от общего радиоактивного остатка (TRR) выделялось с мочой в неизмененном виде или в виде конъюгированных форм 2,4-D. Относительно небольшая часть 2,4-D метаболизировалась в дихлорфенол , дихлоранизол, 4-хлорфеноксиуксусную кислоту (6,9% TRR в молоке) и 2,4-дихлорфенол (5% TRR в молоке; 7,3% TRR в яйцах и 4% TRR в куриной печени). Уровни остатков в почках были самыми высокими. [33] : 21
В связи с долговечностью и масштабами использования 2,4-Д несколько раз оценивался регулирующими органами и наблюдательными комитетами. [52] [53] [54]
Соли и эфиры амина 2,4-D не являются устойчивыми в большинстве условий окружающей среды. [18] Разложение 2,4-D происходит быстро (период полураспада 6,2 дня) в аэробных минеральных почвах. [40] : 54 2,4-D расщепляется микробами в почве в процессах, которые включают гидроксилирование , расщепление боковой цепи кислоты, декарбоксилирование и раскрытие кольца. Этилгексильная форма соединения быстро гидролизуется в почве и воде с образованием кислоты 2,4-D. [18] 2,4-D имеет низкую связывающую способность в минеральных почвах и отложениях, и в этих условиях считается промежуточно или высокомобильным, и поэтому, вероятно, будет выщелачиваться, если не разлагается. [18]
В аэробных водных средах период полураспада составляет 15 дней. В анаэробных водных средах 2,4-D более устойчив, с периодом полураспада от 41 до 333 дней. [55] 2,4-D был обнаружен в ручьях и неглубоких грунтовых водах в низких концентрациях, как в сельской местности, так и в городских районах. Распад зависит от pH. [18] Некоторые эфирные формы высокотоксичны для рыб и других водных организмов. [17]
«Эфирные формы 2,4-Д могут быть высокотоксичными для рыб и других водных организмов. 2,4-Д обычно умеренно токсичен для птиц и млекопитающих, слабо токсичен для рыб и водных беспозвоночных и практически нетоксичен для медоносных пчел» согласно Агентству по охране окружающей среды. [39] [ дата отсутствует ]
Ряд бактерий, разлагающих 2,4-D, были выделены и охарактеризованы из различных экологических сред обитания. [56] [57] Метаболические пути разложения этого соединения были известны в течение многих лет, и гены, кодирующие катаболизм 2,4-D, были идентифицированы для нескольких организмов. В результате обширных метаданных об экологическом поведении, физиологии и генетике, 2,4-D стал первым гербицидом, для которого были продемонстрированы бактерии, активно ответственные за разложение in situ . [58] Это было достигнуто с помощью метода зондирования стабильных изотопов на основе ДНК, который позволяет связать микробную функцию (активность), такую как разложение химического вещества, с идентичностью организма без необходимости культивирования вовлеченного организма. [59]
Максимальные пределы остатков были впервые установлены в ЕС в 2002 году и переоценены в 2011 году Европейским агентством по безопасности пищевых продуктов , которое пришло к выводу, что максимальные пределы остатков кодекса «не должны вызывать беспокойства у европейских потребителей». [33] : 26 Общее хроническое воздействие составило менее 10% от допустимой суточной дозы (ДСД). [33] : 28 В настоящее время 2,4-Д не одобрен для использования на газонах и в садах в Дании, Норвегии, Кувейте и канадских провинциях Квебек [60] и Онтарио. [61] [ не удалось проверить ] Использование 2,4-Д строго ограничено в стране Белиз. В 2008 году компания Dow AgroScience, LLC подала в суд на канадское правительство за разрешение Квебеку запретить 2,4-Д, но урегулировала дело в 2011 году. [62]
В 2012 году EPA отклонило петицию, поданную 6 ноября 2008 года Советом по защите природных ресурсов , об отмене всех допусков и аннулировании всех регистраций 2,4-Д. EPA заявило, что новое исследование и всесторонний обзор EPA подтвердили предыдущие выводы EPA о том, что допуски 2,4-Д безопасны при ожидаемом воздействии. [54] [63] [64] Оценочное годовое использование 2,4-Д в сельском хозяйстве США картируется Геологической службой США. [65]
В октябре 2014 года Агентство по охране окружающей среды США зарегистрировало Enlist Duo , гербицид, содержащий менее летучую соль 2,4-D-холина, глифосат и противодрейфовый агент, для использования в шести штатах: Иллинойс, Индиана, Айова, Огайо, Южная Дакота и Висконсин. [20] В ноябре 2015 года Агентство по охране окружающей среды попыталось отозвать собственное одобрение Enlist Duo в результате судебных исков против агентства и Dow со стороны двух американских групп. Однако, хотя подразумевалось, что одобрение «исчезло» из-за этих действий, на самом деле Enlist Duo все еще был одобрен в ожидании решения судов. 25 января 2016 года Апелляционный суд девятого округа США отклонил ходатайство Агентства по охране окружающей среды об аннулировании регистрации Enlist Duo. Dow заявила, что продукт будет доступен в 15 штатах США и Канаде в течение сезона урожая 2016 года. [66] [67]
21 августа 2013 года Австралийское управление по пестицидам и ветеринарным препаратам (APVMA) запретило отдельные продукты на основе высоколетучих эфиров 2,4-D (HVE) из-за их опасности для окружающей среды. Продукты на основе HVE 2,4-D уже были запрещены в Европе и Северной Америке в течение 20 лет; продукты на основе низколетучих эфиров по-прежнему доступны в Австралии и по всему миру. [68] В июле 2013 года APVMA опубликовало результаты своего отчета. [69]
В 2010 году компания Dow опубликовала информацию о создании генетически модифицированной сои , устойчивой к 2,4-Д путем введения гена бактериальной арилоксиалканоатдиоксигеназы aad1 . [70] [71] [72] : 1 Компания Dow намеревалась использовать ее в качестве альтернативы или дополнения к культурам Roundup Ready из-за растущей распространенности сорняков, устойчивых к глифосату . [73]
По состоянию на апрель 2014 года генетически модифицированная кукуруза и соя, устойчивые к 2,4-Д и глифосату, были одобрены в Канаде. [21] В сентябре 2014 года Министерство сельского хозяйства США также одобрило кукурузу и сою компании Dow, а в октябре Агентство по охране окружающей среды зарегистрировало гербицид «Enlist Duo», содержащий 2,4-Д и глифосат. [20] [71] [74]
Петиции об отмене допусков; Отклонения: Совет по защите природных ресурсов, 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2-4D) Идентификатор документа: EPA-HQ-OPP-2008-0877-0446 Тип документа: Идентификатор правила: EPA-HQ-OPP-2008-0877