WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
ХИМИЯ ХИМИЯ ПИРЕТРОИДНЫЕ ИНСЕКТИЦИДЫ – АНАЛОГИ ПРИРОДНЫХ ЗАЩИТНЫХ ВЕЩЕСТВ РАСТЕНИЙ А. В. ТКАЧЕВ Новосибирский государственный университет ВВЕДЕНИЕ PYRETHROIDS – ANALOGUES Существуют два принципиально различных подхода, реализующихся в поиске биологически активных OF NATURAL PROTECTIVE COMPOUNDS веществ. Первый подход состоит в сплошном скриOF PLANT ORIGIN нинге произвольной выборки веществ (от англ. screening – отсев, отбор). Если мы хотим, например, отысA. V. TKACHEV кать новое средство для уничтожения крыс, то будем тестировать все вновь синтезированные соединения по Chemical structure and biological activity of отношению к крысам и наблюдать, какой это даст pyrethrines – natural compounds, constituents эффект. При таком подходе рано или поздно должно of extracts of certain plants of the family повезти, и мы наткнемся на искомое вещество. СкриAsteraceae, and pyrethroids – synthetic ana- нинг – процедура длительная и трудоемкая, а потому чрезвычайно дорогостоящая. С целью удешевления исlogues of natural pyrethrines are reported.

следований сплошной скрининг чаще всего не ведется.

Data on relative toxicity of different derivaВместо этого массивы органических соединений фильтtives, including a number of stereoisomers, руются – методами ли компьютерного анализа или в methods of synthesis of the pyrethroid moleрезультате экспертного рассмотрения – для того, чтобы на основании уже известных закономерностей выcules as well as mechanism of their actions and брать те соединения или группы соединений, в котоfields of practical use of synthetic pyrethroids рых наиболее вероятно появление активных веществ с are described.

заданными свойствами. И только эти предварительно отобранные вещества используются далее в биологичеИзложены результаты исследований строских тестах.

ения и биологической активности природВторой подход состоит в использовании многовеных веществ – пиретринов, продуцируемых кового эмпирического опыта, накопленного человеченекоторыми растениями семейства слож- ством и нашедшего выражение в народных средствах.

По существу вся история человечества – это история ноцветных, и пиретроидов – синтетичесбесконечных экспериментов с природными веществаких аналогов этих веществ. Приведены ми в попытках найти или создать материалы, которые сведения об относительной активности бы удовлетворяли те или иные запросы бурно прогресразных производных, в том числе и различсирующего человеческого сообщества. На протяжении ных пространственных изомеров. Приведе- тысячелетий сущность химических и физико-химических процессов оставалась тайной за семью печатями, и ны примеры синтеза пиретроидов, даны поиск шел во многом вслепую. Вместе с тем в результасведения о механизме действия пиретроите был накоплен бесценный опыт, закрепленный в редов на насекомых, очерчены области прицептах народных целителей, умельцев и мастеровых.

менения пиретроидных инсектицидов.

Развитие науки, совершенствование методов построеjournal.issep.rssi.ru ния органических молекул, прогресс в инструментальных методах исследования структуры веществ дали СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 8, №2, Ткачев А.В., © ХИМИЯ возможность по-новому взглянуть на тысячелетний клопов, мух и комаров, стали известны более 200 лет опыт человечества, приоткрыли завесу тайны над про- назад благодаря торговцам из Армении, которые процессами, доселе загадочными, позволили наблюдать давали их как персидский порошок (“Persian dust”, “inявления, о которых раньше можно было только дога- sect powder”). Далматская ромашка была введена в дываться, сделали доступными ранее недоступные ве- культуру и успешно выращивалась в Японии, Бразилии щества, а многие так называемые народные средства и США. С 1890 г. в Японии началось производство мослегли в основу мощных химических средств, без кото- китных палочек, а впоследствии спиралей, которые рых существование человечества в настоящее время долго горели и отпугивали мошек. К 1938 г. в мире пропросто немыслимо. Одной из групп веществ такого ро- изводили около 18 тыс. т сухих цветков в год, из них да являются пиретроидные инсектициды. около 70% в Японии. Химическое изучение факторов инсектицидной активности пиретрума начато в 1908 г.

СТРОЕНИЕ И СИНТЕЗ ПИРЕТРОИДОВ В 20-х годах XX столетия было доказано наличие циклопропанового кольца в молекулах пиретрума и устаТрудно назвать точную дату, от которой можно быновлена структура пиретрина I и пиретрина II. Найдело бы вести отсчет исследований веществ, синтезируено, что инсектицидные компоненты цветков пиретрума мых некоторыми растениями для защиты от насекосодержат шесть кетоэфиров хризантемовой и пиретримых. Высушенные цветки некоторых видов ромашки новой кислот, очень схожих структурно и определяюиспользовались в качестве инсектицида еще в древнем щих инсектицидную активность пиретрума (рис. 1).

Китае и затем в средние века в Персии. Началом научных исследований этих веществ можно считать 1694 г., В 30-х годах XX столетия на основе извлечения пикогда впервые были описаны растения далматской, ретринов органическими растворителями из цветков или пепельнолистной, ромашки, которая в диком виде ромашки начато производство препаратов пиретрума – росла на Кавказе и в Далмации (район Югославии). вязких, тяжелых, белых масел почти без запаха, нерасПозже было установлено, что цветки нескольких видов творимых в воде и содержащих от 2–10 до 90% смеси ромашки (род Chrysanthemium семейства Asteraceae – пиретринов. Пиретрины использовали в основном для сложноцветных) обладают инсектицидными свойст- борьбы с бытовыми насекомыми и вредителями запавамй, но далматская ромашка (Chrysanthemium cine- сов. Препараты были безвредны для человека и животrafolis), соцветия которой содержат до 1,5% пиретрина, ных, но дороги в производстве, нестойки и быстро тенашла наибольшее распространение. В Европе высу- ряли инсектицидную активность. Как сделать более шенные и измельченные соцветия (пиретрум), облада- доступными и дешевыми столь интересную группу приющие замечательным свойством убиватъ тараканов, родных соединений Как повысить их устойчивость по H H H H H H O O O O O O H H H Пиретрин I Жасмолин I Цинерин I O O O 35% 5% 10% H H H H H H O O O O O O O O O H H H O O O Пиретрин II Жасмолин II Цинерин II O O O 33% 4% 13% Рис. 1. Структуры пиретринов – инсектицидных компонентов пиретрума – и их относительное содержание. Красным и синим цветами показана так называемая кислотная компонента пиретроидных инсектицидов, черным – спиртовая компонента. Красным цветом выделен фрагмент хризантемовой кислоты, синим – пиретриновой ТКАЧЕВ А.В. ПИРЕТРОИДНЫЕ ИНСЕКТИЦИДЫ – АНАЛОГИ ПРИРОДНЫХ ЗАЩИТНЫХ ВЕЩЕСТВ РАСТЕНИЙ ХИМИЯ отношению к внешним воздействиям, сохранив при этого были веские причины. Оказалось, что первые этом высокую биологическую активность Первые по- синтетические пиретрины оказались значительно мепытки ответить на эти вопросы и можно считать нача- нее активными, чем соответствующие природные солом химии пиретроидов – именно так стали называть единения. Природные пиретрины представлены единаналоги природных пиретринов. ственным из ряда возможных пространственных Химия пиретроидов превратилась в интересней- изомеров. Первые синтетические пиретрины были смесями стереоизомеров. Выяснилось, что далеко не шее поле научных изысканий, где бок о бок трудились специалисты из многих смежных областей: химики- все изомеры обладают высокой инсектицидной активностью, как это видно при сравнении относительной синтетики, спектроскописты, биологи, биохимики, токсичности различных стереоизомеров цифенотрина физиологи, токсикологи и многие другие.



и цифлутрина по отношению к комнатным мухам:

К настоящему времени синтезировано огромное количество – тысячи различных производных, котоЦифенотрин рые отличаются друг от друга относительным расположением отдельных групп в молекуле, типом спиртовой 1 O компоненты, количеством, расположением и природой O H заместителей в кислотной и спиртовой частях молекуO C лы. Одновременно шло изучение механизма действия пиретроидов на членистоногих, выявлялись тонкие N особенности воздействия пиретроидов на организм насекомых, исследовалась судьба молекул пиретроидов, 1 O попавших в организм насекомого, изучались физикоO H химические свойства синтезированных аналогов и O процессы их трансформации под действием внешних C воздействий (влага, солнечный свет, нагрев), выясняN лось действие пиретроидов на млекопитающих и давалась оценка их опасности для человека, отрабатыва1 O лись технологичные методы получения пиретроидов.

O H Из множества синтезированных и изученных анаO логов всего несколько десятков нашли практическое C применение (рис. 2). Для того чтобы понять уровень N активности синтетических аналогов пиретринов, сле1R-транс-S/1R-цис-S/1R-транс-R = 100/60/дует сравнить данные по относительной токсичности пиретроидов к комнатным мухам. Если токсичность Цифлутрин карбофоса, широко распространенного инсектицида из группы фосфорорганических препаратов, принять за 1, то инсектицидная активность пиретрина составит 2, Cl 1 O O фенвалерата – 38, перметрина – 60, циперметрина – Cl O F 210, дельтаметрина – 1500! Эффективность пиретрои C дов как средств уничтожения насекомых легко понять N из величин абсолютной токсичности LD50 (доза, приводящая к гибели 50% подопытных насекомых), которую 1R-цис-(R, S) : 1S-цис-(R, S) = 500 : выражают в микрограммах пиретроида на 1 г живого ве1R-цис-S/1R-цис-R = 50 : са насекомых. Так вот LD50 дельтаметрина по отношению к американскому таракану составляет 0,05 мкг/г.

Транс- или цис-расположение заместителей в циклоЧтобы лучше представить себе уровень токсичности, пропановом фрагменте не столь важно для проявления можно пересчитать эту величину, отнеся токсичность высокой инсектицидной активности как конфигурация не к 1 г насекомых, а из расчета использования 1 г пи- атома С-1: 1R-изомер в сотни раз более активен соотретродного инсектицида: получающаяся при этом ве- ветствующего 1S-изомера, при этом 1R-цис-изомер меличина – 1 г дельтаметрина на 20 т тараканов поражает нее чем вдвое уступает по активности 1R-транс-изомевоображение.

ру (кстати, для некоторых пиретроидов наоборот: 1RВ органическом синтезе усилия исследователей цис-изомер несколько более активен, чем 1R-трансбыли направлены в значительной мере на разработку изомер). Исключительно важна и конфигурация атома стереоселективных методов синтеза пиретроидов. Для в спиртовой компоненте: изомеры с S-конфигурацией СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 8, №2, ХИМИЯ Высокоэффективные Структурные аналоги, не обладающие инсектицидной пиретроидные инсектициды активностью или обладающие крайне слабой активностью H H O O O O H O Пиретрин I O O O O O O O Аллетрин (1949 г.) O O O O Cl Cl O N O O Cl Cl O O O Тетраметрин (1962 г.) F3C CFO O Cl O Cl Cl O O O Перметрин O Cl Cl Cl O O (1971 г.) O O O Br Cl Cl O O O Br O Cl Cl O O C Дельтаметрин (1971 г.) N O O O Cl Cl Cl O O O Cl Cl Cl O Cl O O C C C Циперметрин N N N (1971 г.) Cl Cl O O O O O O C C N Фенвалерат (1976 г.) N Si O F F F F Cl O Cl O O F Cl O Cl F O F C (1984 г.) Фенфлутрин (1976 г.) F F F F N Cl O O O O F3C N O O O F O H C Этофенпрокс (1980 г.) Флувалинат (1977 г.) (1982 г.) N Рис. 2. Структуры наиболее активных пиретроидов, нашедших практическое применение и производящихся (или производившихся) в промышленном масштабе, изображены черным цветом (в скобках указан год синтеза). Приведенный ряд показывает, в каком направлении двигалась мысль синтетиков при поиске новых эффективных пиретроидов, и в известной мере отражает эволюцию представлений о структуре наиболее активных соединений. Любопытно сопоставить два вещества – первое и последнее в этом ряду. Первое – пиретрин I, природное вещество растительного происхождения, явившееся точкой отсчета в процессе модификации структуры. Последнее соединение – синтезированное в 1984 г. кремнийорганическое производное, один из новейших аналогов, в котором можно распознать структурное родство с пиретроидами не иначе как проследив весь эволюционный ряд. Для сравнения красным цветом изображены молекулы, которые по структуре чрезвычайно близки к соответствующим пиретроидам, но не обладают биологической активностью пиретроидов ТКАЧЕВ А.В. ПИРЕТРОИДНЫЕ ИНСЕКТИЦИДЫ – АНАЛОГИ ПРИРОДНЫХ ЗАЩИТНЫХ ВЕЩЕСТВ РАСТЕНИЙ ХИМИЯ в 25–50 раз превосходят по активности изомеры с обусловливает синаптические нарушения. Другая групR-конфигурацией. па пиретроидов (аллетрин, тетраметрин) классифицирована как тип I. В отличие от пиретроидов типа II пиСмеси различных стереоизомеров пиретроидов веретроиды типа I вызывают повторные разряды в дут себя по-разному по отношению к насекомым. Вопресинаптическом нерве из-за последующего увеличепервых, возможна аддитивность биологического дейния деполяризованного потенциала до порога его генествия. Проще всего продемонстрировать это на примерации. Эти эффекты достигаются очень низкими конре рацемических пиретроидов: так как активность 1Rцентрациями пиретроидов (порядка 10-9–10-12 М), изомеров в сотни раз превосходит активность 1S-изокоторые модифицируют лишь незначительные участки меров, то в этом случае биологическая активность сме(менее 1%) натриевого канала. Нарушение нормальноси определяется содержанием активного изомера и для го функционирования натриевого канала нервных клерацемической смеси биологическая активность почти ток приводит к нарушению нервной проводимости и в два раза ниже, чем для чистого 1R-изомера. Во-вторых, деятельности различных областей нерва и мускульной возможен антагонизм изомеров: в этом случае менее аксистемы. (Более подробно о роли и функционировативный (или неактивный) изомер является антагониснии натриевого канала можно прочитать в статьях:

том активного изомера и в этом случае биологическая Болдырев А.А. Na/К-АТФаза – свойства и биологичесактивность смеси изомеров много ниже, чем можно кая роль // Соросовский Образовательный Журнал.

было бы ожидать на основании содержания активного 1998. № 4; Ткачук В.А. Молекулярные механизмы нейкомпонента, то есть неактивный изомер препятствует роэндокринной регуляции // Там же. № 6.) действию активного компонента.

Симптомы отравления, вызванного нарушением Существует огромное множество разнообразных деятельности нервной системы под воздействием пиреметодов синтеза пиретроидных инсектицидов, десятки троидов, сходны с симптомами отравления при дейстсхем образования одних и тех же структурных фрагвии ДДТ и проявляются последовательно как повыментов, много вариантов построения определенных шенная двигательная активность (гиперактивность), пространственных изомеров. Все это разнообразие банарушение координации движений, конвульсии, простзируется на использовании разных исходных соединерация и паралич и в конечном итоге смерть насекомого.

ний, на различных направлениях их химической модификации, различиях в способах осуществления тех или МЕТАБОЛИЗМ ПИРЕТРОИДОВ иных стадий синтеза. Сходство этих методов состоит в Насекомые, как и все живые существа, обладают одном – в их сложности, обусловленной сложностью строения пиретроидных инсектицидов и необходимос- сложным комплексом средств, которые защищают ортью получения вполне определенных пространствен- ганизм от попадающих в него посторонних веществ.

Одной из главных составляющих такой системы защиных изомеров (рис. 3).

ты являются различные ферменты, которые химически БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ модифицируют поступающие в организм чужеродные ПИРЕТРОИДОВ молекулы, разрушают или связывают их в водорорастворимые комплексы, и в таком дезактивированном виПиретроиды специфически действуют на нервную де эти вещества выводятся из организма. Попадая в орсистему членистоногих и являются таким образом ганизм насекомых, пиретроиды подвержены в первую нервными ядами. При попадании в организм членисочередь действию окислительных ферментов и ферментоногих пиретроидные соединения связываются с литов, гидролизующих сложноэфирные группы (эстераз).

пофильным окружением мембраны со стороны внутДействие эстераз приводит к расщеплению исходной ренней створки натриевого канала нервных клеток. В молекулы на кислотную и спиртовую компоненты и результате этого происходят деполяризация мембраны как следствие этого к полной потере инсектицидной и существенное замедление открытия или закрытия активности. Установлено, что действие ферментов окиснатриевого канала. Изменение скорости тока ионов ления и эстераз направлено на вполне определенные натрия в таком модифицированном пиретроидном качасти молекул пиретроидов (рис. 4).

нале зависит от конкретного соединения. Деполяризующее истечение ионов натрия вызывают все пиретрои- Знание главных направлений метаболизма пиретроидных инсектицидов имеет огромное значение для разды, но особенно сильно те из них, которые содержат в спиртовой компоненте циангруппу; по характеру дей- работки эффективных методов борьбы с насекомыми.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.