МКПА
Органическое соединение, используемое в качестве гербицида
МКПА
Структурная формула MCPA
Шаростержневая модель молекулы MCPA
Имена
Предпочтительное название ИЮПАК
(4-Хлор-2-метилфенокси)уксусная кислота
Другие имена
2-(4-хлор-2-метилфенокси)уксусная кислота
4-хлор- о -толилоксиуксусная кислота
MCPA
Идентификаторы
  • 94-74-6 проверятьИ
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
ЧЭБИ
  • ЧЕБИ:50099 проверятьИ
ChEMBL
  • ChEMBL394657 проверятьИ
ChemSpider
  • 6935 проверятьИ
Информационная карта ECHA100.002.146
КЕГГ
  • С18528 проверятьИ
CID PubChem
  • 7204
УНИИ
  • D888C394VO проверятьИ
  • DTXSID4024195
  • InChI=1S/C9H9ClO3/c1-6-4-7(10)2-3-8(6)13-5-9(11)12/h2-4H,5H2,1H3,(H,11,12) проверятьИ
    Ключ: WHKUVVPPKQRRBV-UHFFFAOYSA-N проверятьИ
  • InChI=1/C9H9ClO3/c1-6-4-7(10)2-3-8(6)13-5-9(11)12/h2-4H,5H2,1H3,(H,11,12)
    Ключ: WHKUVVPPKQRRBV-UHFFFAOYAG
  • Cl-C1=CC=C(OCC(=O)O)C(C)=C1
Характеристики
С9Н9ClО3​​​​​​
Молярная масса200,62  г·моль −1
ПоявлениеТвердое вещество от белого до светло-коричневого цвета
Плотность1,18-1,21 г/см 3
Температура плавленияот 114 до 118 °C (от 237 до 244 °F; от 387 до 391 K)
825 мг/л (23 °C), [1]
аминовая соль [ какая? ] : 866 г/л
эфир [ какой? ] : 5 мг/л
Опасности
Паспорт безопасности (SDS)Внешний ПБС
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
Химическое соединение

MCPA ( 2-метил-4-хлорфеноксиуксусная кислота ) — широко используемый феноксигербицид, представленный в 1945 году. Он избирательно контролирует широколиственные сорняки на пастбищах и в посевах зерновых культур . Механизм действия MCPA подобен ауксину , гормону роста, который естественным образом присутствует в растениях. [2] [3]

История

В 1936 году в исследовательском центре ICI Jealott's Hill начались исследования влияния ауксинов на рост растений, в которых особое внимание уделялось поиску способа уничтожения сорняков без нанесения вреда таким культурам, как пшеница и овес. Уильям Темплмен обнаружил, что при использовании индол-3-уксусной кислоты (ИУК), природного ауксина, в высоких концентрациях он может остановить рост растений. В 1940 году он опубликовал свое открытие о том, что ИУК убивает широколиственные растения на зерновом поле. [4] [5] Темплмен и группа ICI искали соединения с аналогичной или большей селективной активностью, чем ИУК или 1-нафтилуксусная кислота, в подавлении роста сорняков, не оказывая при этом отрицательного влияния на рост зерновых культур. Они синтезировали MCPA из соответствующего фенола, подвергая его воздействию хлоруксусной кислоты и разбавленного основания в простой реакции замещения : [6]

2-метил-4-хлорфенол + ClCH 2 CO 2 H + основание → MCPA + основание·HCl (соляная кислота)

К концу 1941 года группе Темплмена стало ясно, что MCPA является одним из самых активных протестированных соединений, но другие ауксиновые гербициды, включая 2,4-D, также были эффективны. Эта работа проводилась во время Второй мировой войны и была случаем множественного открытия . Четыре группы работали независимо в Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах: команда ICI; Филип С. Натман и его коллеги в Rothamsted Research в Великобритании; Франклин Д. Джонс и его коллеги в American Chemical Paint Company; и Эзра Краус, Джон В. Митчелл и его коллеги в Чикагском университете и Министерстве сельского хозяйства США . Все четыре группы подпадали под действие законов о секретности военного времени и не следовали обычным процедурам публикации и раскрытия патентов, хотя ICI подала заявку, касающуюся как MCPA, так и 2,4-D, 7 апреля 1941 года в Великобритании. 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. [5] Первые публикации об этой группе гербицидов были сделаны другими сотрудниками, которые не были первоначальными изобретателями: точная последовательность событий открытия обсуждалась. [7] MCPA был впервые описан в открытой научной литературе Слейдом, Темплменом и Секстоном в 1945 году. [8] Решение ICI коммерциализировать MCPA (а не 2,4-D, например) было принято под влиянием того факта, что у ICI был доступ к 2-метил-4-хлорфенолу, и после обширных полевых испытаний материал впервые стал доступен британским фермерам в 1946 году в виде 1%-ной пыли. [5]

Способ действия

MCPA действует, имитируя действие гормона роста растений ауксина , что приводит к неконтролируемому росту и в конечном итоге к гибели восприимчивых растений, в основном двудольных . [3] Он поглощается через листья и перемещается в меристемы растения. Происходит неконтролируемый, неустойчивый рост, вызывающий скручивание стебля, увядание листьев и в конечном итоге гибель растения.

Коммерческое использование

Оценка Геологической службы США использования MCPA в США с 1992 по 2017 г.

MCPA используется в качестве гербицида, как правило, в виде соли или этерифицированных форм. При таком использовании он контролирует широколиственные сорняки , включая чертополох и щавель , в зерновых культурах и на пастбищах . Он избирателен для растений с широкими листьями, и это включает большинство лиственных деревьев. Клевер толерантен при умеренных уровнях применения. В настоящее время он классифицируется как пестицид ограниченного использования в Соединенных Штатах : его использование картируется Геологической службой США , чьи данные показывают постоянное использование с 1992 года с небольшим недавним снижением за десять лет до 2017 года, последней даты, по которой имеются данные. В настоящее время соединение используется почти исключительно в пшенице . [9]

Его токсичность и биодеградация являются темами текущих исследований. Одна формула описывается ее производителем как «разработанная для определенных рынков, которым требуется максимально безопасный фенокси-продукт, в первую очередь для использования на северо-западе Тихого океана». [10] Хотя MCPA не является чрезвычайно токсичным, [11] было установлено, что он может образовывать комплексы с ионами металлов и тем самым увеличивать их биодоступность, [12] и также ведутся работы по использованию этой способности. [13]

Использование химикатов

Поскольку MCPA недорог, его используют в различных химических приложениях. Его карбоксильная группа позволяет образовывать сопряженные комплексы с металлами (см. выше). Кислотная функциональность делает MCPA универсальным синтетическим промежуточным продуктом для более сложных производных. [14]

Названия брендов

Следующие коммерческие продукты содержат MCPA: [11]

  • Agritox, Agroxone, Chiptox, Chwastox, Cornox, Methoxone, Rhonox, Spurge Power, Tigrex, Verdone Extra (Великобритания), Weed-Rhap, Weed'n'Feed, Weed-B-Gone, Zero Bindii & Clover Weeder (Австралия), Jolt (Австралия), BIN-DIE (Австралия), Maatilan MCPA, K-MCPA, Hedonal, Basagran (Финляндия) и другие.

Деградация почвы

Поскольку MCPA широко используется в США, широко распространенный MCPA и его биологические и фотохимические метаболиты могут считаться экологически опасными. Однако текущие исследования показывают, что MCPA не обладает устойчивостью к разложению в почве.

Поведение в почве

Гербицид MCPA обычно распыляется на поверхность почвы и листья растений в водном растворе, иногда с добавлением поверхностно-активного вещества . MCPA в почве может поглощаться корнями растений и перемещаться по флоэме в листья и стебли. Остаток MCPA, остающийся в почве, обычно имеет период полураспада 24 дня. [15] Однако скорость деградации зависит от условий окружающей среды, таких как температура и влажность почвы. [16] MCPA довольно подвижен в почве и не сильно адсорбируется частицами почвы, с Kf = 0,94 и 1/n = 0,68 адсорбции Фрейндлиха . [15] [16]

Экологические риски

Широкое использование MCPA в качестве гербицида вызывает беспокойство по поводу экологических рисков, поэтому в последние десятилетия были проведены значительные исследования для оценки экологического риска MCPA. MCPA может быть умеренно токсичным для млекопитающих и водных организмов и относительно менее токсичным для птиц. [17] MCP (4-хлор-2-метилфенол) является промежуточным продуктом в синтезе феноксигербицидов, а также метаболитом деградации MCPA. Было подсчитано, что в 1989 году в ЕС было произведено в общей сложности 15000 тонн MCP. [18] MCP считается очень токсичным для водных организмов. Однако концентрация MCPA и MCP, обнаруженная в воде и почве, ниже прогнозируемых уровней отсутствия эффекта для всех экологических компартментов и считается представляющей низкий потенциальный риск. [18] [19]

Карбоксильная группа MCPA может образовывать сопряженный комплекс с металлами в качестве лиганда . [20] В общем диапазоне pH водных сред комплекс MCPA-металл имеет более высокую растворимость, чем ионы металлов. MCPA может быть опасен для окружающей среды, влияя на подвижность и биодоступность тяжелых металлов, таких как кадмий и свинец . Кислотная функциональность делает MCPA универсальным синтетическим промежуточным продуктом для более сложных производных [21]

-COOH + M + → -COOM + H +

Биодеградация

Биодеградация MCPA в почвах

MCPA может биологически разлагаться в почвах растениями и микроорганизмами. Основным метаболитом разложения MCPA является MCP (4-хлор-2-метилфенол). Путь может быть расщеплением эфирной связи , что даёт MCP и ацетатную кислоту . Другим путем может быть гидроксилирование метильной группы, что даёт клоксифонак (4-хлор-2-гидроксиметилфеноксиуксусную кислоту). Недавние исследования показали, что биологическое разложение MCPA ферментативно катализируется α-кетоглутарат-зависимой диоксигеназой, кодируемой геном почвенных микроорганизмов tfdA. Местные почвенные бактерии, несущие ген tfdA, могут использовать MCPA в качестве единственного источника углерода. [22] [23]

Фотодеградация

Окисление MCPA гидроксильными радикалами
Окисление MCPA положительными дырками h+

MCPA также может быть фотохимически разложен. Можно предложить две схемы путей для образования основного промежуточного продукта, MCP. Одна схема - окисление MCPA гидроксильным радикалом , •OH. Гидроксильный радикал присоединяется к кольцу, за которым следует радикальный перенос на эфирный углерод. При наличии кислорода добавление гидроксильного радикала приводит к расщеплению эфирной связи, давая MCP. Другая схема - окисление MCPA положительными электронными дырками h+. Положительные дырки h+ поляризуют карбоксильную группу , связь CH 2 -COOH расщепляется, образуя 4-хлор-2-метилфенилформиат. При наличии кислорода положительное окисление дырок h+ в конечном итоге также дает MCP. [21]

Ссылки

  1. ^ Химено, Ольга; Плучинский, Павел; Колачковский, Стэн Т.; Ривас, Франциско Дж.; Альварес, Педро М. (2003). «Удаление гербицида MCPA коммерческими активированными углями: равновесие, кинетика и обратимость». Industrial & Engineering Chemistry Research . 42 (5): 1076– 1086. doi :10.1021/ie020424x.
  2. ^ Reade, J., Cobb, AH (2002). Гербициды: способы действия и метаболизм . Справочник по борьбе с сорняками. С.  157–158 .{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  3. ^ ab Grossmann, K. (2010). «Ауксиновые гербициды: современное состояние механизма и способа действия». Pest Management Science . 66 (2): 2033–2043 . doi :10.1002/ps.1860. PMID  19823992.
  4. ^ Templeman, WG; Marmoy, CJ (ноябрь 1940 г.). «Влияние на рост растений полива растворами веществ, стимулирующих рост растений, и протравливания семян, содержащих эти материалы». Annals of Applied Biology . 27 (4): 453– 471. doi :10.1111/j.1744-7348.1940.tb07517.x.
  5. ^ abc Allen, HP; et al. (1978). "Глава 5: Селективные гербициды". В Peacock, FC (ред.). Jealott's Hill: Пятьдесят лет сельскохозяйственных исследований 1928-1978 . Imperial Chemical Industries Ltd. стр. 35–41. ISBN 0901747017.
  6. ^ WG Templeman; WA Sexton (1946). «Дифференциальное воздействие синтетических веществ для роста растений на виды растений. I. Прорастание семян и ранние реакции роста на α-нафтилуксусную кислоту и соединения общей формулы арилOCHCOO». Труды Лондонского королевского общества . 133 (872): 300– 313. doi :10.1098/rspb.1946.0014. PMID  20994892.
  7. ^ Тройер, Джеймс (2001). «В начале: множественное открытие первых гормональных гербицидов». Weed Science . 49 (2): 290– 297. doi :10.1614/0043-1745(2001)049[0290:ITBTMD]2.0.CO;2.
  8. ^ Слейд, Р. Э.; Темплмен, В. Г.; Секстон, У. А. (1945). «Дифференциальное воздействие веществ, стимулирующих рост растений, на виды растений». Nature . 155 : 497– 498. doi :10.1038/155497a0. S2CID  46259091.
  9. ^ Геологическая служба США (2020-06-18). "Предполагаемое сельскохозяйственное использование MCPA, 2017" . Получено 2020-09-01 .
  10. ^ "Chiptox". Nufarm . Получено 01.09.2020 .
  11. ^ ab "MCPA". Extrnsion Toxicology Network . Корнелл.
  12. ^ J. Kobylecka; B. Ptaszynski; R. Rogaczewski; A. Turek (2003). "Комплексы феноксиалкановых кислот. Часть I. Комплексы свинца(II), кадмия(II) и меди(II) с 4-хлор-2-метилфеноксиуксусной кислотой (MCPA)". Thermochimica Acta . 407 ( 1– 2): 25– 31. Bibcode : 2003TcAc..407...25K. doi : 10.1016/S0040-6031(03)00287-9.
  13. ^ R. Kruszynski; TJ Bartczak; B. Ptaszynski; A. Turek (2002). "Новый полимерный комплекс свинца-бис(4-хлоро-2-метилфенокси)-ацетата". Journal of Coordination Chemistry . 55 (9): 1079– 1089. doi :10.1080/0095897021000010035. S2CID  98738343.
  14. ^ Прасад, Атталури Р.; Рамалингам, Таллапалли; Рао, Адари Б.; Диван, Пракаш В.; Саттур, Пралхад Б. (1989). «Синтез и биологическая оценка 3-арилоксиалкил-6-арил-7H-s-триазоло[3,4-b][1,3,4]тиадиазинов». Европейский журнал медицинской химии . 25 (2): 199–201 . doi :10.1016/0223-5234(89)90116-5.
  15. ^ ab Университет Хартфордшира (17.10.2016). "MCPA". sitem.herts.ac.uk . Получено 21.11.2016 .
  16. ^ ab Helweg, A. (1987). «Деградация и адсорбция 14C-MCPA в почве — влияние концентрации, температуры и влажности на деградацию». Weed Research . 27 (4): 287– 296. Bibcode : 1987WeedR..27..287H. doi : 10.1111/j.1365-3180.1987.tb00765.x.
  17. ^ "Экотоксикология MCPA". База данных свойств пестицидов . Университет Хартфордшира . Получено 17 октября 2016 г.
  18. ^ ab публикации ЮНЕП, ОЭСР SIDS, 4-хлор-2-метилфенол. http://www.inchem.org/documents/sids/sids/1570645.pdf
  19. ^ Руководство по качеству питьевой воды, 2-е изд. Том 2. Критерии здоровья и другая вспомогательная информация . Всемирная организация здравоохранения, Женева, 1996.
  20. ^ Бала, Танушри; Прасад, BLV; Шастри, Мурали; Кахали, Мусуми Упадхай; Вагмаре, Умеш В. (2007-07-19). «Взаимодействие различных ионов металлов с карбоксильной кислотной группой: количественное исследование». Журнал физической химии A. 111 ( 28): 6183– 6190. Bibcode : 2007JPCA..111.6183B. doi : 10.1021/jp067906x. ISSN  1089-5639. PMID  17585841.
  21. ^ ab Zertal, A.; Molnár-Gábor, D.; Malouki, MA; Sehili, T.; Boule, P. (2004-05-01). "Фотокаталитическое превращение 4-хлор-2-метилфеноксиуксусной кислоты (MCPA) на нескольких видах TiO2". Applied Catalysis B: Environmental . 49 (2): 83– 89. doi :10.1016/j.apcatb.2003.11.015. ISSN  0926-3373.
  22. ^ Бэлум, Джейкоб; Николаисен, Метте Х.; Холбен, Уильям Э.; Стробель, Бьерн В.; Соренсен, Ян; Якобсен, Карстен С. (20 марта 2008 г.). «Прямой анализ экспрессии гена tfdA местными бактериями в сельскохозяйственной почве с добавками феноксикислоты». Журнал ISME . 2 (6): 677–687 . Бибкод : 2008ISMEJ...2..677B. дои : 10.1038/ismej.2008.21 . ISSN  1751-7362. ПМИД  18356824.
  23. ^ Нильсен, Мортен С.; Белум, Якоб; Йенсен, Мален Б.; Якобсен, Карстен С. (2011-05-01). «Минерализация гербицида MCPA в городских почвах связана с наличием и ростом генов tfdA класса III». Soil Biology and Biochemistry . 43 (5): 984–990 . Bibcode : 2011SBiBi..43..984N. doi : 10.1016/j.soilbio.2011.01.014.
  • MCPA в базе данных свойств пестицидов (PPDB)
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=MCPA&oldid=1227000339"