Карбамати

Карбамати (або похідні карбамінової кислоти) - складні ефіри карбамінової кислоти, які отримали широке застосування в сільському господарстві в якості діючих речовин пестицидів. У вільному стані карбамінова кислота не існує - це амід вугільної кислоти.

Історія

Біологічна активність карбаматів була виявлена в 1923 році. Тоді вперше була описана структура фізостигміну (physostigmine) або алкалоїду Езерину (alkaloid eserine), який міститься в зернах Калабарських бобів. Аналоги фізостигміну були синтезовані в 1929 році і сьогодні відомо більше тисячі похідних карбамінової кислоти. Близько 50 з них широко використовуються як інсектициди, фунгіциди, гербіциди і нематоциди. Перші похідні карбамінової кислоти, які мають властивості інсектициду були синтезовані в 1947 році.

До початку 80-х років виробництво карбаматних інсектицидів постійно збільшувалося, але вже через 15-20 років їх популярність пішла на спад. Крім того, в результаті катастрофи р. Бхопал (Індія), що призвела до великих людських жертв, на багатьох заводах світу було припинено виробництво карбаматів, проміжним продуктом отримання яких є вибухонебезпечне з'єднання метилизоцианат.

Через високу токсичність речовин, пов'язаної з інсектицидною активністю, багато карбаматів сьогодні заборонені до застосування. Одним з можливих виходів з цього становища є розробка так званих пропестицидов, які при попаданні в біологічний об'єкт утворюють метаболіти з більш високою, ніж вихідне з'єднання, фізіологічною активністю. Пропестициды – речовини з порівняно низькою активністю, іноді порядку на два менше, ніж кінцевий карбамат, і це в якійсь мірі вирішує проблему їх застосування.

Першим з продуктів даного типу був розроблений фірмою Фмсі (США) карбосульфан (торгові назви эдвентидж, маршал). Він розкладається в грунті з утворенням карбофурану і, цілком ймовірно, саме карбофуран в кінцевому підсумку впливає на комах, тим більше, що спектр інсектицидної активності у обох продуктів приблизно однаковий. Сам же карбосульфан в 10 разів менш токсичний, ніж карбофуран.

Карбаматні Інсектициди

Дія на шкідливі організми

Механізм дії карбаматних інсектицидів на членистоногих полягає в блокуючій дії на функції нервово-м'язової системи (вони пригнічують ацетилхолінестеразу (АХЕ) нервової системи).[2] АХЕ сприяє гідролізу нейротрансмітерного ацетилхоліну (АХ) в холін і оцтову кислоту.

АХ є синаптичним медіатром нервових імпульсів в нервовій системі ссавців і комах, діючи:

• В якості нейротрансмітера в мозковій тканині ссавців і центральної нервової системи комах;
• В якості прегангліонарного нейротрансмітера в вегетативній нервовій системі ссавців;
• У постгангліонарних нервових закінченнях вегетативної нервової системи;
• На рівні нервово-м'язового з'єднання клітини.

Для виявлення механізму токсичної дії необхідно вивчення процесів, що відбуваються в нервово-м'язових зв'язках. При іннервації м'язи, як показано на схемі, нервовий імпульс, просуваючись у напрямку до нейрону, досягає нервового закінчення, Де АХ, що накопичується в везикулах нервових закінчень, звільняється і потрапляє в зв'язку. Протягом 2-3 мс АХ вдаряється об рецептор з боку м'язи.

Потім АХЕ в процесі гідролізу перетворює АХ в холін і оцтову кислоту, що викликає зниження рівня АХ і припинення м'язового скорочення. При інгібуванні АХЕ ефіром карбамату гідролізу АХ не відбувається. Таким чином, концентрація АХ залишається високою в зв'язках, викликаючи безперервну стимуляцію м'язів, що приводить до крайнього виснаження і тетанії.

Відбувається накопичення ацетилхоліну і порушення нормального проходження нервових імпульсів до м'язових систем. Вони стають частими, мимовільними, виникають судоми, параліч і загибель комах.

*на малюнку червона стрілка вказує на напрямок дії

Застосування

В сільському господарстві. Інсектициди, похідні карбамінової кислоти, хоча і характеризуються широким спектром інсектицидної активності і тривалою захисною дією, мають обмежене застосування у зв'язку з високою токсичністю для теплокровних тварин і людини (перший і третій клас небезпеки). В захисті рослин вони відіграють особливу роль, оскільки здатні вступати в рослини з ґрунту і обробленого насіння, добре пересуватися в надземні органи і тривало (6-10 тижнів) захищати сходи, поки рослини не зміцніють і ушкодження їх комахами будуть не настільки згубні.
У сучасному асортименті пестицидів практично немає інших препаратів, які могли б забезпечити такий  ж надійний захист сходів рослин від грунтових та  наземних комах, як препарати на основі карбофурана. Їх дозволено застосовувати тільки для обробки насіння на спеціальних установках з використанням сучасних промислових форм.

У практиці медичної дезінсекції зареєстровані препарати на основі пропоксура і бендіокарба застосовуються в боротьбі з синантропними комахою.

Карбаматні Фунгіциди

Дія на шкідливі організми

Деякі карбамати, зокрема, пропамокарб гідрохлорид, має фунгістатичну дію на спори багатьох ґрунтових грибів. Речовина проникає через кореневу систему і, частково сорбируясь листям, переміщається в акропетальному напрямку.

На малюнку схема Промокакрб гідрохлорид

Крім цього препарати на основі пропамокарбу гідрохлориду позитивно впливають на мікробну колонізацію і ростові процеси розсади огірків. Стимулюють розвиток коренів і надземної частини рослин.

Стійкі види. Пропамокарб гідрохлорид виборчий щодо фікоміцетів таких пологів як Aphanomyces, Peronospora, Bremia, Pseudoperonospora, Phytophthora, Pythiumspp.

Застосування

В сільському господарстві. Фунгіциди, похідні карбамінової кислоти, на основі пропамокарбу гідрохлориду дозволені до застосування проти хвороб огірка відкритого грунту (пероноспороз). У сумішах ця діюча речовина застосовується проти фітофторозу (картоплі, огірка, томата) і різних гнилей.] Допускається дворазова обробка з терміном очікування три дні при ретельному дощуванні зібраних плодів.

Фітотоксичність. Пропамокарб гідрохлорид не фітотоксичний, але деякі сорти оброблюваних культур можуть проявляти чутливість.

Карбаматні Гербіциди

З карбаматів до гербіцидів відносяться головним чином похідні тіокарбамінової кислоти.

Загальними для карбаматів є їх висока летючість і швидка втрата активності в результаті випаровування з поверхні вологого грунту і з надземних органів рослин. При внесенні в сухий грунт гербіциди утримуються за рахунок сорбції. При зволоженні вода витісняє сорбовані молекули з поверхні ґрунтових колоїдів. Вони переходять в грунтовий розчин і можуть надавати дію на проростають насіння, але можуть і вимиватися просочується водою. Однак при середній кількості опадів препарати, відносно стійкі до вимивання, залишаються у верхньому 0-5-сантиметровому шарі.

Дія на шкідливі організми

Механізм дії. Препарати цієї групи досить легко проникають в рослини, сорбируясь корінням, підземними частинами рослин, колеоптилем, і пересуваються по ксилемі. Вони інгібують процес фотосинтезу і порушують в рослинах основні обмінні реакції. Оскільки карбамати впливають на процес ділення клітин і можуть замінювати число хромосом, їх відносять до мітотичних отрут. Речовини цієї групи переривають мітоз (нормальний процес ділення клітин) в період між анафазою і метафазою, перешкоджають утворенню перегородок в діляться клітинах, які формуються після телафази, що обумовлює виникнення ненормальних багатоядерних клітин.

Токсикологічні властивості гербіцидів з класу карбаматів

У грунті гербіциди цієї групи руйнуються в основному за рахунок мікроорганізмів. Час збереження їх в грунті-3-6 тижнів, в сухій і холодній-довше. Період напіврозпаду при 21-27°с-1-4 тижні.

Дані препарати відрізняє порівняно швидке руйнування не тільки в грунті, але і в рослинах, невисока токсичність для теплокровних.

Механізм токсичного впливу на організми теплокровних тварин до кінця не з'ясований. Визначальну роль в токсикодинаміці відіграє порушення функції нервової системи, обміну нуклеїнових кислот, пригнічення окислювальних процесів, ураження залоз внутрішньої секреції, печінки та інших паренхіматозних органів.

Токсична дія

Симптоми отруєння. Отруєння карбаматами проявляється у вигляді інтоксикації з характерними холінергічними симптомами, викликаними пригніченням ферментної активності ацетилхолінестерази (АХЕ), симптом отруєння можуть бути діагностовані через кілька хвилин після впливу і можуть продовжитися протягом кількох годин. Після цього починається одужання, і симптоми через кілька годин зникають, активність ХЕ в еритроцитах і плазмі крові повертається до норми. Це пов'язано з досить швидким метаболізмом карбаматів і виведенням їх метаболітів з організму.

При роботі з препаратами на основі карбаматів слід виключити можливість їх контакту із слизовими очей, відкритими ділянками шкіри і можливість їх попадання в дихальні шляхи і в харчові продукти.

Клінічна картина інтоксикації карбаматами визначається акумуляцією АХЕ в нервових закінченнях. Симптоми інтоксикації можна класифікувати за наступними трьома групами:

Мускариноподобні прояви:

• Підвищення бронхіальної секреції, рясне пото - і слиновиділення, сльозотеча;
• Звуження зіниць, бронхоспазм, абдомінальні спазми (блювота і діарея);
• Брадикардія;

Никотиноподібні  прояви:

• Фасцикулярні посмикування дрібних м'язів (у важких випадках також дихальних і діафрагмальних м'язів);
• Такихардія;

Симптоми і ознаки уражень центральної нервової системи:

• Головний біль, запаморочення, неспокій, втрата пам'яті, тонічні або тоніко-клонічні судоми, порушення рухів, кома;
• Пригнічення діяльності дихального центру, задишка.

Всі перераховані симптоми проявляються в різних поєднаннях і можуть змінюватись в прояві і послідовності в залежності від речовини, дози та шляхи впливу. Тривалість симптоматики зазвичай коротше, ніж при впливі ФОС. Середня тяжкість отруєння може супроводжуватися тільки мускарино - і никотиноподобными проявами.

Ознаки хронічного отруєння схожі з проявами гострої інтоксикації і носять інтермітуючий (минущий) характер.

Класи небезпеки. Препарати на основі карбаматів відносяться до 1 і 3 класів небезпеки для людини і 1 для бджіл.