Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

тий против заболеваний сельскохозяйственных культур.

782 Истинные причины губительных эпифитотий (массовых заболе-

-----ваний) в мире возделываемых человеком растений стали известны.

Низкомолекулярные по существу, лишь во второй половине XIX столетия, когда были

биорегуляторы открыты фито патоген ные грибы, бактерии и вирусы. К этому вре-

мени удалось провести и первую, пусть не очень совершенную систематизацию более 5000 видов насекомых и сотен других организмов, являющихся вредителями сельскохозяйственных растений, а также идентифицировать основные типы сорняков, отнимающих у выращиваемой культуры пространство, свет, влагу н питательные вещества. К началу нашего века концепция защиты растений уже сформулировалась как мировая социально-экономическая, научная и агротехническая проблема. Стали более понятными пути и средства ее решения.

Именно этот период истории мирового земледелия приобрел весьма печальную известность. В первой половине прошлого века (1845 1846) Ирландия и Англия понесли громадный урон, ко|да вредителями был полностью уничтожен урожай картофеля. В 1858 г. завезенная из США «табачная плесень* свела на нет урожаи табака и большинстве европейских стран. В 1870 г. «ржавчина» полностью погубила плантации кофе на Цейлоне, н с тех гор страна вынуждена была специалиэн роваться на производстве чая. В этот же период разразилась катастрофа на знаменитых виноградниках Франции. На рубеже веков мексиканский жук по крайней мере наполовину уничтожил посевы хлопчатника в США В начале 20-х годов нашего столетия карибские страны, в первую очередь Ямайка, потеряли свыше 50% урожая бананов из-за так называемой «панамской болезни» этих растений. Наконец, в канун первой мировой войны колорадский жук, перебравшийся из США на Европейский континент, начал свое опустошительное шествие по Франции, Германии и другим странам Старого Света. Этот перечень можно было бы дополнить и другими примерами. В настоящее время экономический урон от потерь сельскохозяйственной продукции в мире за счет болезней и вредителей растений составляет ежегодно несколько сотен миллиардов рублей.

Естественно, ведется летопись и химических средств защиты. Пожалуй, первыми упоминаются фунгициды, точнее вещества широкого спектра действия, проявляющие и фунгицидную активность Еще в XVIII в. для этих целей использовали поваренную соль, соли меди и элементарную серу. Как ни парадоксально, они нередко используются и сегодня. В конце прошлого столетия для дезинфекции применяли формальдегид, а начиная с 1910 г. в качестве фунгицидов используют соли ртути и с 1930 г. различные ртуть-органические соединения. Перед второй мировой войной, наряду с производными алкил- и арнлртути, нашли применение дитиокарбаматы и тнурам дисульфиды, а впоследствии трихлорметилсульфени-лимиды, производные бензимндазола и пиримидина.

Heopi аннческии» период на первых порах прошли в своем развитии и гербициды. В самом начале столетия широко использовались сульфат железа, серная кислота и сульфат аммония, а позднее — окись мышьяка, арсениты, хлораты и бораты щелочных металлов. Первым органическим гербицидом следует считать натриевую соль 4,6-динитро-2-метилфенола (Германия, 1932).

Что касается инсектицидов, то уже с середины прошлого столетия были известны такие природные защитные средства, как табак (никотин), пиретрнны и ротеноиды Использовалась также нефть и некоторые продукты ее перегонки, а в ряде случаев — токсичные для окружающей среды препараты мышьяка и синильной кислоты. Примечательно, что уже с 1892 г. в Германии в качестве инсектицида применялся 4,6-динитро-2-метилфенол (антиноннин), а позднее — производные рода на фенотиазина и нитрокарбазола. Новая эра, связанная с внедрением в практику современного поколения пестицидов, наступила а самом конце 30 х годов.

Гербициды

Сорные растения обычно лучше приспособлены к условиям выращивания, более устойчивы к неблагоприятным факторам н в то же время с биологической точки зрения, как правило, близки основной сельскохозяйственной культуре, что в значительной степени осложняет борьбу с ними. Если ранее методы избирательной борьбы с сорняками основывались исключительно на использовании различных агротехнических приемов, то в настоящее время широко и успешно применяют гербициды. Это коренным образом изменило производство, повысило урожайность и резко увеличило производительность сельскохозяйственного труда.

По механизму действия гербициды можно разделить на препараты регуляторного типа, аналогичные фитогормонам, и токсиканты — ингибиторы фотосинтеза.

Среди гербицидов регуляторного типа прежде всего нужно упомянуть известные с 1945 г. производные арилоксиалкилкарбоновых

Название R' R

2.4-Д CI —СНгСООН

2,4-ДМ CI —сн,снгснгсоон

2.4-ДП CI CH 1 —снсоон

2М-4Х сн —CHjCOOH

2М-4ХМ CHj —сн сн сн соон

2М-4ХП CHj сн, 1 —снсоон

—°——OCHCOOR

R1 н- к

Галонсифоп-этонсиэтил CF3 CI CH-CH3OC2H.

Флуазифоп-бутил CF н СИ м гн гн

Дихлофоп-метил Cl CI (. н,

784

Ннзкомолекуляриые био ре гу л яторы

Рис. 3" О татки тропических лес в (1982). пораженных гербицидами и диоксином в ходе войны США во Вьетнаме.

кислот, которым свойственны те же гормональные функции, что и нндолил уксус ной кислоте (см. с. 716). Обработка растений достаточным количеством таких гормональных препаратов приводит к дисбалансу фитогормонов, ненормальному разрастанию растений, а затем гибели из-за недостатка влаги и питательных веществ. Важнейшими среди этих гербицидов являются производные 2,4 ди хлорфенола или 2-метил-4-хлорфенола, а именно соединения, известные под шифрами 2,4-Д, 2,4-ДМ, 2,4-ДП, 2М-4Х, 2М-4ХМ и 2М-4ХП. Онн содержат остатки уксусной, пропионовой и масляной кнелот и практически нетоксичны для млекопитающих.

Среди остальных соединений группы следует отметить 2, 4, 5-три-хлорфеноксиуксусную кислоту (2, 4, 5-Т) — гербицид, выпускавшийся ранее для уничтожения кустарниковой и древесной растительности, но ныне снятый с производства н применения в большинстве стран.

Схема промышленного синтеза 2, 4, 5-Т предусматривает частичный гидролич гетра хлорбензола до 2. 4, 5 три хлорфенола. Однако в условиях реакции происходит также образование простых зфиров. в частности очень устойчивого в природных условиях и чрезвычайно токсичного 2, Д. 7, 8-тетрахлордибенз-п-джжсина, чаше называемого просто диоксином. В низких концентрациях диоксин вызывает у людей кожные заболевания, разрушение иммунной и кроветворной'систем, печени и почек, а также раковые заболевания. анома1ии беременности и тератогенный эффект, т. е. рождение детей с врожденными уродствами. Заражение растительности и почвы диоксином, содержащимся в старых, недостаточно очищенных препаратах 2, 4. 5-Т, представляет серьезную экологическую проблему для многих стран, применявших гербицид в 50—70-х годах. Однако особенно серьезна она для Вьетнама, где осуществлявшееся США уничтожение тропических джунглей (рис. 377) во время вьетнамской воины в 1961 -1972 гг. с помощью гербицидов-дефолиантов на основе эфиров 2,4-Д и 2,4.5-Т (операция «Рэнч Хэнд») привело к накоплению в почвах страны огромных количеств этого сильного яда и вызввло многочисленные поражения людей, часто со смертельным исходом.

Рис. 378- Эфсрективность применения гербицида фюзилад против злаковых сорняков на посевах хлопчатника (справа- необработанные ряды).

Ж, *~ж+жяс

(Диоксин он-, ?сну

CI^^^CI

^осьисоон

Вторая группа гербицидов регуляторного типа ингибирует транспорт ауксинов. Большинство таких соединений — это производные феноксифенокси-а-пропионовых кислот. Первый препарат данной группы — избирательный послевсходовой гербицид дихлофоп-ме-тнл по механизму биологического действия является антагонистом гормональных соединений. Наибольшей активностью и избирательностью обладают трифторметильные аналоги, в частности галок-

сифоп-этоксиэтил (норма расхода 60 г/га), а также флуазифоп бутил (фюзилад) (рис. 378, 379).

Следующая группа регуляторных гербицидов-ретардантов вызывает ослабление вегетативного роста в результате подавления биосинтеза гиббереллинов. Представителями этой группы гербицидов являются гидразиды кислот, например малеиновой, или ониевые солн, среди которых наибольшее распространение получил хлор-холинхлорид; последний ингибирует один из ферментов в биосинтезе предшественника гиббереллинов — каурена.

(CHibNCH.CHzCI Cl

X лорхо л и н х лорид

785

Гид раз ид малеиновой

кислоть

В настоящее время созданы новые перспективные ретарданты, в том числе амиды гетероциклических кислот (соединения CR 350 н CR-351), триа зо л замещенные алкиларилкетоны, например строи и соответствующий спнрт паклобутразол, которые воздействуют на биосинтез гиббереллинов. Паклобутразол, в частности, препятствует полеганию зерновых, повышает морозостойкость и засухоустоичи вость фруктовых деревьев, улучшает качество их плодов.

о

CR-350 R=CI CR-351 R

СН CHR

Строи R=COC(CHj) Паклобутразол R=CH(OH)C(CHi)3

Пестициды

Рис. 379. Действие гербицида фюзилад против сорняков на посеве ахарн й свеклы (вверху — необработанный участок-».

Биологическая активность гербицидов — ингибиторов биосинтеза гиббереллинов может быть снижена для определенных культур с помощью антидотов, которые входят в качестве составной части в гербицндные композиции этой группы. Основными представителями являются производные тиолкарбаматчн (эптам) и хлсраце-танилидов (претилахлор и метазахлор). Претнлахлор избирательно подавляет сорняки в посевах риса, а метазахлор эффективен в посевах сахарной свеклы, сои и рапса. В качестве антидотов используются также для зерновых - ангидрид 1,8-кафталиндикарбонОвой кислоты (протект), а для кукурузы и сорго — замещенный икса юли дин R-29148 и производное фенила цетонитрила СОА-у21а4.

Метазахлор СОА _ Н194

Еще одна группа гербицидов регуляторного типа — продуценты этилена и соединения, контролирующие образование эндогенного этилена. Эти вещества применяются для сокращения сроков созревания плодов, что позволяет в несколько раз повысить эффективность и сократить сроки механизированного сбора урожая (см. с. 715). Первым продуцентом этилена, нашедшим широкое приме

ССНяСН. P(OH)j Этрел

I — Аминоциклопропанкарбонояля кислота

( ССНаСНа Р-О )2NH,NH, I

ОН

н

Гидр л Релиз

II + +

( CCHiCHs Р— СГ )2 NHiNHCCI-hh

I

он

Дигидрел

СГ

нение, является этрел — 2-хлорэтилфосфоновая кислота и его ана- 787

логи — гидрел и дигидрел, представляющие собой соответственно -

гидразиниевую и диметилгидразиниевую соли этрела. Раэложе- Пестициды ние их протекает лишь при достаточно высокой температуре. Поэтому для районов с холодным климатом предложен эндогенный предшественник этилена в растениях - 1-аминоцнклопропанкарбоновая кислота.

К препаратам, регулирующим образование эндогенного этилена, относятся релиз и диметипин. Они способны свободно перемещаться по растению, не повреждают незрелые плоды, не вызывают опадения цветов и применяются в весьма низких концентрациях (25— 200 мг/л).

Особая группа регуляторных гербицидов — препараты цитоки-нинподобного действия. Первые высокоактивные соединения такого рода найдены среди производных мочевины. В частности, N (2 хлор пирндил-4)-М'-фенилмочевина не уступает по активности природному цитокинину зеатину (см. с. 718). К этому же типу относится высокоэффективный дефолиант для хлопчатника (дропп), вызываю ший опадение листьев. Еще большую биологическую активность проявляют производные сульфонил моче вины, среди которых уникальным является гербицид хлорсульфурон. Его гербицидная и цитокининовая активности проявляются в концентрациях на два-три порядка ниже, чем концентрация 2,4-Д и природного цнтокн-нина — кинетина. Эффективная доза хлорсульфурона как гербицида избирательного действия в посевах зерновых составляет всего 7—40 г/га.

Следует упомянуть также ряд 4-замешенных 2,6-нитроанили-нов, в частности дибутамин, обладающий мощным рострегулирую-щим свойством, и его трнфторметнльный аналог — трифлуралин, весьма эффективный для защиты от сорняков посевов сои и хлопчатника и применяемый столь же широко, как 2,4-Д.

Наконец, очень интересна группа соединений, ннгибирующих биосинтез каротиноидов и хлорофилла, например препараты пира-золат и флухлорндон, сильно отличающиеся по избирательности

Дибутамин

788

Низко молекулярные биорегуляторы

Ацнфторфен

действия: первый из них эффективен против широколистных сорняков, а второй токсичен для овсюга и других сорных трав. В эту группу регуляторов входит и аналог а рил о ксиарил о кси-сх-про пионовых кислот — препарат ацифторфен-

В течение длительного времени (более 25 лет) основными гербицидами, применявшимися в сельском хозяйстве, были ингибиторы фотосинтеза. К ним относятся в первую очередь производные триазина и замешенные мочевины. Среди первых наибольшее значение имеет препарат атразин, а из многочисленных производных фенилзамещенных мочевины широкое применение находят диурон, флуометурон, линурон н препарат S-3552.

CI

. NHCONR

LM3 \_/

СНСН3

Диурон R = СНЭ Атразин Линурон R=och3

^^-NHCONCH, Н3С—& VcHjC^O -AJ^-NHCONOCH,

Флуометурон

Инсектициды

Насекомыми и клещами уничтожается около 20°о сельскохозяйственной продукции. Разнообразие видов, высокая приспособ ляемость и плодовитость этих вредителей сильно усложняют борьбу с ними. Общая стратегия борьбы состоит в сочетании химических и биологических методов. Основным методом является химический.

с помощью которого численность популяции вредителей сокращается до уровня, не приносящего существенного экономического ущерба, а в дальнейшем этот уровень поддерживается биологическим методом. Такой подход в значительной степени устраняет возможность возникновения резистентных видов насекомых, однако предполагает применение инсектицидов избирательного действия. В окружающей среде они не должны накапливаться до опасных концентраций, и сочетание их высокой активности с достаточно большой скоростью естественной деградации является общим требованием. Не менее важна безопасность применения препаратов.

Среди известных инсектицидов перечисленным требованиям в наибольшей степени удовлетворяет группа пиретроидных соединений. Однако практическое значение сохранили и фосфороргани-ческие препараты хотя онн обладают меньшей избирательностью и большей токсичностью. Препараты первого поколения инсектицидов — хлорорганические производные и карбаматы — уступают пиретроидам и фосфорорганическим соединениям прежде всего из-за устойчивости к естественной деградации в полевых условиях; несмотря на это, отдельные представители еше находят достаточно широкое применение.

Важнейшим хлорорганическим инсектицидом длительное время был дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ). Его токсичность для насекомых была обнаружена в 1939 г. П. Мюллером (Швейцария). ДДТ быстро вытеснил применявшиеся ранее соединения мышьяка и сыграл огромную роль в предотвращении эпидемий сыпного тифа в годы второй мировой войны, а также ликвидации эпидемий малярии и сонной болезни (муха цеце).

По механизму действия, уст

страница 105
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(23.08.2017)