المبيدات الحشرية الفسفورية العضوية

Organophosphorus Insecticides

لهذه المجموعة من المبيدات العديد من التسميات منها ال ,Nerve gas relatives .Phosphoric acid estersli, Organopsphate Phosphorus ester, Phosphates وقد عرفت مركبات هذه المجموعة منذ عام 1820 ومن اولى المركبات التي حضرت Tetraethyl Pyrophosphate TEPP وكان ذلك في عام 1854 غير ان تأثيره الايادي للحشرات لم يعرف الا بعد مرور 80 سنة من تحضيره. ثم توالت الابحاث لتحضير المركبات الفسفورية السامة وخاصة الغازات لغرض استخدامها في الحرب العالمية الثانية وفعلا تم تحضير العديد من الغازات منها ال Tabun, Serin وال Soman. وتعتبر هذه المجموعة من المبيدات العضوية الحديثة المصنعة ويرجع التوسع في استخدامها الى العديد من العوامل اهمها: -

1) مركباتها ذات فاعلية عالية في مكافحة الآفات المختلفة ولها تأثير سمي ابتدائي عال high initial toxicity على الآفات وقد يرجع ذلك الى احتواء مبيدات هذه المجموعة على عنصر الفسفور الذي يمتلك العديد من المواصفات المهمة منها:-

آ) احتواؤه على عدة تكافؤات تصل الى خمسة.

ب) يشكل حامض الفسفوريك أحد اهم العناصر في العمليات الحيوية.

ح) املاح الفسفور غير العضوية تدخل في تكوين العظام.

د) يدخل في تركيب الـ Phosphatides الموجودة في الدهون الحيوانية وفي الاحماض النووية في نواة الخلية.

هـ) التحكم في عمليات انتقال الطاقة من خلال تفاعلات ال transphosphorylation.

2) المرونة في استخدام مبيدات هذه المجموعة وذلك للتنوع الكبير في مواصفات ومميزات المبيدات التابعة لها وكما يأتي:-

 آ) الاختلاف في درجة الثبات في البيئة. ففي الوقت الذي توجد مبيدات فسفورية سريعة التحلل في البيئة الحيوية مثل TEPP ال Phosdrin نجد ان هناك مبيدات اخرى تكون بطيئة التحلل مثل ال Diazinon وال Gusathion.

ب) التخصص وعدم التخصص، حيث نجد ان Parathion يؤثر على مجموعة كبيرة من الحشرات بينما يلاحظ ان مبيد Schradan يؤثر على انواع حشرية معينة فقط.

حـ) لبعض مبيدات هذه المجموعة خواص جهازية مثل ال Systox وال Thimet

3) تحللها الى نواتج غير سامة في الكائنات الحية المعرضة لها خاصة في الانسان والحيوان لذلك تمتاز بانخفاض سميتها المزمنة.

4) انخفاض معدل استخدامها الحقلي بالنسبة لوحدة المساحة.

5) سميتها منخفضة للأسماك.

ان المميزات المشار اليها في اعلاه يجب ان لا تنسينا عيوب هذه المبيدات والتي يمكن اجمالها في النقاط الآتية: -

۱) سميتها العالية للإنسان والحيوان.

۲) ظهور صفة المقاومة لمبيدات هذه المجموعة في الحشرات عند تكرار استخدامها.

تسمية مركبات الفسفور العضوية Nomenclature

عند تسمية المركب الفسفوري يستعمل المصطلح Organophosphate وذلك لاحتوائه على ذرة الفسفور (P) ويراعى في التسمية ايضا المجاميع المرتبطة بذرة الفسفور والنموذج الجزيئي العام للمبيدات الفسفورية هو:

حيث ان X و Y اما ان تكون مجموعة alkoxy او مجاميع امينية مستبدلة Substituted amino groups اما Z فهي المجموعة المشتقة من الحامض المرتبط بالمركب والتي عادة ترجع تسمية المركبات لها ويطلق عليها بالمجموعة المغادرة Leaving group وفيما يأتي المجاميع الرئيسة لمركبات الفسفور العضوية والتي تنتمي اليها المبيدات الحشرية: -

ان معظم المبيدات الفسفورية العضوية عبارة عن استرات ناتجة من تفاعل حامض الفسفوريك مع كحول ومثال ذلك مبيد الباراثيون الذي هو عبارة عن استر لحامض الفسفوريك مع جزئين من كحول الايثايل وجزء واحد من الكحول الضعيف الحامضية.

ميكانيكية التأثير السام لمركبات الفسفور العضوية

تعمل جميع مركبات الفسفور العضوية كمواد مثبطة لمجموعة كبيرة من الانزيمات غير ان تأثيرها يكون بشكل مباشر على انزيم ACHE) Acetylcholinesterase) حيث يعتبر هذا الانزيم من الانزيمات المهمة في الجهاز العصبي سواء في الفقريات والحشرات وبما يؤكد هذا التأثير: -

1) ان انزيم (AChE) من الانزيمات الحيوية واي خلل في عمله يؤدي الى الموت.

2) ان المبيدات الفسفورية العضوية تؤثر على الجهاز العصبي.

3) المركبات الفسفورية ذات تأثير تثبيطي قوي لأنزيم AChE في حين ان تأثيرها في بقية الانزيمات يكون ضعيفاً.

4) من الملاحظ ان هناك علاقة ما بين القدرة على تثبيط الانزيم وشدة اعراض التسمم بالمبيدات الفسفورية العضوية.

من المعروف ان الرسائل العصبية تنتقل كهربائيا خلال المحاور العصبية ويتم ذلك عن طريق تنافذ ايونات الصوديوم والبوتاسيوم داخل وخارج هذه المحاور. اما في مناطق الفراغ العصبي Synaps gap فيتم عادة بواسطة مادة كيمياوية ناقلة تدعى Acety choline (Ach) والتي تطلق في المنطقة التي تسبق الفراغ العصبي pre synaptic region وبعد ان يتم نقل الايعازات العصبية خلال الفراغ تطلق حويصلات توجد في المنطقة ما بعد الفراغ Postsynaptic region انزيم (AChE) الذي يحلل مادة ال ACh الى مادة الكولين وحامض الخليك.

ان انزيم الـ AChE يحتوي على موقعين رئيسيين هما موقع انيوني anionic site ويحمل شحنة سالبة ويرتبط عادة بالجزء الموجب من ACh وموقع استراتي esteratic site ويحوي مجموعة الكحول الاولية للحامض الاميني Serine والذي يهاجم الجزء الذي يحمل الشحنة السالبة في الـ ACh. وعلى هذا الأساس فان عملية تفاعل الانزيم مع التفاعل ال ACh يمكن ان يتم وفق الخطوات الآتية: -

۱) تكوين معقد من الانزيم ومادة التفاعل وذلك باتصال كاربون الاستر بالمجموعة القاعدية

۲) بعد ارتباط الانزيم بالاسيتايل كولين ويدعى بال Acetylated enzyme حيث تتكون أصرة هيدروجينية بين الهيدروجين الموجود في الموقع الاستراتي والاوكسجين الموجود في مادة التفاعل (C-O-C) ثم تحدث اعادة ترتيب وضع الذرات يليها حدوث انفصال في الآصرة (O-C) وتتصل بعد ذلك ذرة الهيدروجين بقاعدة الكولين التي تنفصل في نهاية هذه الخطوة .

3) يحصل انفصال لحامض الخليك Acetic acid ويستعيد الانزيم نشاطه مرة اخرى لكي يتفاعل مع جزئ اخر من الـ (ACh) وتتم هذه الخطوة عن طريق مهاجمة جزئ من الماء الأنزيم المرتبط بمجموعة الاستيل كولين acetyalted enzyme، حيث تستعيد المجموعة ذرة الهيدروجين ويرجع الانزيم الى حالته الطبيعية.

من خلال ما سبق يتضح ان انزيم (AChE) هو المسؤول عن التحلل المائي لمادة ال ACh والتي اذا تركت دون تحلل فأنها تحدث تنبيهاً زائداً للجهاز العصبي يؤدي الى الاجهاد ثم الموت ولما كانت مادة ACh موجودة في الحشرات بكميات أكبر نسبيا مما هو موجود في اللبائن لذلك فان مبيدات الفسفور العضوية لها تأثير ابادي اختياري اكبر على الحشرات مقارنة بالإنسان والحيوان. حيث عند معاملة الحشرات بأحد المبيدات الفسفورية العضوية يتكون معقد بين انزيم (ACE) والمبيد، وبذلك تحدث عملية فسفرة للأنزيم ثم يهاجم جزئ الماء الأنزيم المرتبط بالفسفور ويرجع الانزيم الى حالته النشطة بينما يرتبط ايون الهيدروكسيل بالمركب الفسفوري.

ومن الملاحظ ان الانزيم يستطيع اعادة نشاطه غير ان الفترة التي يستغرقها لاستعادة نشاطه يعتمد على التركيب الكيمياوي للمبيد والجرعة المستخدمة وبصورة عامة فان مركبات الفسفور العضوية تعتبر مثبطة لنشاط الانزيم وذلك لان الآصرة المتكونة مع المركب الفسفوري هي Phosphorus – oxyge وهي أقوى بكثير من اصرة ال Carbon - oxygen التي تتكون عند تفاعل Ach مع المتكونة مع ال AChE.

میتابولزم مبيدات الفسفور العضوية Metabolism of Organophsphates

ان المركبات العضوية غير التابعة لمجاميع الدهون، والسكريات، والبروتينات، والفيضانات والمعادن تعد مركبات غريبة على الجسم كالأدوية والمواد المضافة للمواد الغذائية والمبيدات المستخدمة في مكافحة الآفات لذلك تسعى الكائنات الحية المعرضة لها الى التخلص منها من خلال العديد من العمليات الدفاعية والتي في اغلبها هي عمليات ميتابولزم (أيض). ففي حالة المبيدات تسعى هذه العمليات الى تحويل المركبات السامة الى مواد اقل سمية وذلك بعمليات تدعى ازالة السمية Detoxification، او قد تحولها الى مواد ذات سميه اعلى من المركب الاصلي ويطلق عليها في هذه الحالة بالتنشيط Activation، وكلا العمليتين (ازالة السمية والتنشيط) تعتمدان بالدرجة الاساس على التركيب الكيميائي للمركب، ونوع الكائن الحي وطريقة المعاملة. فمثلا نجد ان بعض المركبات التي لا تذوب بالماء ولا حتى بالمذيبات العضوية لا تتعرض لعمليات الايض داخل الجسم وتخرج منه دون حصول اي تغيير في تركيبها الكيمياوي.

استنادا الى التقسيم الذي اقترحه Williams (١٩٥٩) يمكن القول ان هناك خطوتين رئيستين في عمليات ميتابولزم المواد الغريبة.

اولا) المرحلة الأولية Primary Phase

وخلال هذه المرحلة تحدث عمليات الاكسدة والاختزال وتشترك فيها العديد من الانزيمات لإنتاج مركبات قطبية والنظم الانزيمية السائدة في هذه المرحلة هي: -

ا) الانزيمات المحللة Hydrolases

وتقوم بفصل مادة تفاعل من خلال التحليل المائي لها ومنها انزيمات A- type.

Jl, amidases, Carboxylesterases, esterases, Phosphatases

ب) الانزيمات المختزلة للكلوتاثيون  Glutathion-S-transferases

وتمتاز هذه الانزيمات باعتمادها على اختزال الكلوتايثون (GSH) في عملها ومن هذه الانزيمات الانزيم الذي يهاجم مبيد ال د.د.ت DDT - dehydrochlorinases والانزيمات المحطمة لل BHC وغيرها.

ح) انزيمات الأكسدة المايكروسومية Microsomal oxidases

وتمتاز هذه المجموعة بحاجتها لعوامل مساعدة مثل -reduced nicotinamide aden (ine dinucleotide phosphate (NADPH والمايكروسومات والاوكسجين لتحطيم مواد التفاعل ولكنها تمتاز بحساسيتها العالية لمشتقات الـ Methylen dioxphenyl مثل مادة الـ Sesamex وال Piperonyl butoxide وهي مواد منشطة لمبيدات البيريثرويدات المحضرة صناعيا. وتعتبر مجموعة انزيمات الأكسدة المايكروسومية المعروفة باسم (MFO)

Microsomal. Mixed Function oxidases.

المهمة في ميتابولزم المبيدات في الحيوانات، الحشرات والنباتات حيث تقوم بالعديد من العمليات المهمة للتخلص من المركبات الغريبة وهي:-

ثانياً) المرحلة الثانوية

وتشمل مجموعة من العمليات التخليقية Synthetic process لإنتاج مركبات قابلة للذوبان بالماء والارتباط مع المركبات الغريبة لطرحها خارج الجسم.

وفي تقسيم O Brien قسم ميتابولزم مركبات الفسفور العضوية الى مجموعتين رئيستين: -

اولا) ميتابولزم تنشيطي Activative Metaboism

وفي هذا النوع من الميتابولزم يصبح المركب بعد دخوله الكائن الحي أكثر فاعلية من المركب الاصلي. وتتم هذه العملية عن طريق أحد التفاعلات الاتية: -

۱) تفاعل الـ Desulfuration

وفي هذا النوع من التفاعل يتم ازالة ذرة كبريت من المركب حيث تتحول الآصرة p=s الى o=p وتزداد بذلك قدرة المركب على تثبيط انزيم (AChE) كما في مبيد الـ Diazinon الذي يتحول الى Diazoxon.

۲) تفاعل ال N - Methyl Hydroxylation

هذا التفاعل يتم اضافة مجموعة هيدروكسيل (OH) الى المركبات الحاوية على مجموعة N-methyl. كما هو الحال في مبيد شرادان (انظر میتابولزم مبيد شرادان).

۳) تفاعل ال Sulfoxidation وفيه يتحول الى Thioether Sulfur الى Sulfoxide وهذا بدوره يتأكسد الى Sulfone مثال ذلك مبيد ال Phorate.

4) تفاعل ال Cyclization

وهذا التفاعل يحدث للمبيد (Tri - 0 - Cresyl - Phosphate (TOCP اذ تضاف مجموعة هيدروكسيل (OH) ثم يعقب ذلك فقدان مجموعة Cresyl

ثانيا: میتابولزم تحطيمي

وفي هذا النوع من الميتابولزم يصبح المركب بعد دخوله الكائن الحي اقل فاعلية من المركب الأصلي وذلك بواسطة العديد من التفاعلات الانزيمية وهي " كما يأتي: -

۱) انزيمات الـ Phosphatases

وتهاجم هذه المجموعة من الانزيمات المركبات الحاوية على الاواصر ,p-s-c p-o-c والـ p-o-p وتقوم بتحليل سواء في الحشرات واللبائن او في النبات. ويوجد ضمن هذه المجموعة من الانزيمات ما يحلل مجموعة الـ alkyl وتدعى alkylating enzymes والاخرى تحلل مجموعة الـ methyi وتدعى Deme thylating enzymes كما في مبيد الـ Ronnel.

۲) انزيمات الـ Carboxylesterases

تهاجم هذه المجموعة من الانزيمات مركبات الفسفور العضوية الحاوية على مجموعة کاربوکسیل R - CooH في كل من الحشرات واللبائن كما هو الحال في مبيد الملاثيون.

هذه النواتج لتحلل مبيد الملاثيون تحصل في اللبائن أكثر مما في الحشرات وبذلك يكون الملاثيون اقل سمية للبائن مقارنة بالحشرات، ولكن في نفس الوقت تستخدم الحشرات المقاومة لفعل مبيد ملاثيون هذا المسلك الأيضي في تحطيم مبيد الملاثيون.

۳) انزيمات ال Amidases

وتهاجم هذه المجموعة من الانزيمات المركبات الحاوية على مجموعة CoNR) Amide) حيث ان ال R اما ان تكون هيدروجيناً او مجموعة Alkyl حيث تهاجم هذه الانزيمات الآصرة الاميدية.

وقد وجد بان انزيم ال Amidase لا يستطيع تحليل مبيد ال Bidrin في الصرصر الامريكي بالرغم من وجود الاصرة الاميدية في تركيبه الكيمياوي وقد يرجع ذلك الى نوع الانزيم في الصرصر الامريكي.

 4) تفاعلات ال Reductive Degradation

وفي هذا النوع من التحلل يحصل لمركبات الفسفور العضوية الحاوية على مجموعة nitrophenyl اختزال هذه المجموعة الى مجموعة Amine.

أمثلة لبعض مبيدات الفسفور العضوية الحشرية

تضم مركبات الفسفور العضوية عدداً كبيراً من المبيدات الحشرية التي تنتمي بدورها لمجاميع مختلة وفيما يأتي بعض الامثلة لهذه المبيدات والتابعة لمجاميع الفسفور العضوية المختلفة:-

اولا) مجموعة Amidohalogen Phosphates

ومن اهم المبيدات التابعة لهذه المجموعة مبيد الـ Dimefox والذي يعد من اوائل المبيدات الفسفورية العضوية الجهازية حيث ان باستطاعته دخول النبات من خلال جذوره واوراقه ويمتاز بمقاومته للتحلل المائي. ويستخدم عادة في مكافحة حشرات المن والعنكبوت الاحمر.

التركيب الكيمياوي

ثانيا) مجموعة الـ Orthophosphates

من مبيدات هذه المجموعة مبيد الـ Dichlorvose ويطلق عليه ايضا DDP ال Vapona

التركيب الكيميائي

يتم تحضير هذا المبيد بتفاعل يدعى Perkow recation من ال Trimethyl phosphite

والمركب الناتج سائل عديم اللون يغلي عند درجة 120 م تحت ضغط 14 ملم زئبق. بذلك فان ضغطه البخاري عال. يذوب في المذيبات العضوية والماء. يتحلل مائيا بسرعة في الوسط القلوي والمتعادل ولكنه يتحلل ببطء في الوسط الحامضي ونواتج تحلله تكون اقل سمية من المركب الاصلي. وكما في المعادلة الآتية: -

يؤثر مبيد ال DDVP عن طريق المعدة وبالملامسة ويستخدم لمكافحة البعوض وفي البيوت الزجاجية يستخدم لمكافحة حشرات المن والثربس، والذباب الابيض والحلم، الا انه سام جدا للنحل وللثدييات، لا تدوم متبقياته طويلا في البيئة.

3) مجموعة ال Orthothionposphates

من اهم المبيدات التابعة لهذه المجموعة مبيد ال Parathion

يحضر هذا المبيد من تفاعل تكثيفي بين مركبين هما:

O,O – diethyl phosphorochloridate + Sodium p - nitrophenate

وكما في المعادلة الآتية:

المادة النقية للباراثيون عبارة عن سائل اصفر باهت يغلي عند 157-162 م تحت ضغط 0.6 ملم. قليل الذوبان بالماء ولكنه يذوب في الكحولات والايثرات اما المادة الخام فهي سائل بني له رائحة الثوم، يتحلل مائيا في الوسط القلوي ولكنه ثابت نسبيا في الوسط الحامضي، ومن خواصه ايضا قلة ثباته عند تعرضه للحرارة لذلك فانه يزول من على سطوح الاوراق المعاملة وكذلك من التربة. مبيد الباراثيون يؤثر بالملامسة وله سمية ابتدائية حادة أو شديدة ولكنه يعد من المبيدات الوقائية ويستخدم لمكافحة المن، الحلم ويرقات ناخرات الاوراق.

4) مجموعة الـ Phosphorodithioates

من المبيدات التابعة لهذه المجموعة مبيد الـ Malathion

التركيب الكيمياوي

وناتج التفاعل عبارة عن سائل لونه اصفر إلى بني، درجة غليانه 156مْ على ضغط 0,7 ملم زئبق، يذوب في الماء بنسبة بسيطة ولكنه يذوب في معظم المذيبات العضوية، ولكن درجة ذوبانه محدودة في الزيوت البترولية. يتحلل مائياً بسهولة في الوسط القاعدي ولكنه ثابت نسبياً عن 5,6 (PH) وكما في المعادلة الاتية

ميتابولزم مبيد الملاثيون

يمكن توضيح ميتابولزم الملاثيون في الكائنات الحية بالخطط الاتية:

من خلال ما سبق يتضح ان مبيد الملايثون أكثر سمية للحشرات وذلك لأنه في الاخيرة يتحلل بسرعة الى مواد غير سامة بينما عملية تحلل الحشرات تكون بطيئة.

5) مجموعة الـ Thionphosphonates

من مبيدات هذه المجموعة مبيد الـ EPN

مبيد حشري يؤثر بالملامسة يستخدم في مكافحة العديد من انواع الحشرات كالخنافس والحشرات التي تصيب الفواكه وله فاعلية ضد الاكاروسات، متبقياته لا تدوم طويلا في البيئة، يعد ساما جدا لحشرة النحل وللأسماك لذلك فهو يستخدم على نطاق ضيق في مكافحة يرقات البعوض. يشبه في تأثيره السام مبيد Parathion. وهو ذو تأثير مباشر على انزيم الـ Carboxylic acid esterases .

6) مجموعة الـ Pyrophosphates

من اهم مبيدات هذه المجموعة مبيد الـ TEPP

التركيب الكيمياوي

يحضر هذا المبيد من تفاعل خامس اوكسيد الفسفور مع مادة الـ Triethyl phosphate وكما في المعادلة.

المركب النقي سائل عديم اللون والرائحة يغلي عند درجة 135 - 138 م عند ضغط 1 ملم زئبق، اما المركب التجاري فيكون بصورة سائل غامق اللون، قابل للذوبان في الماء وفي معظم المذيبات العضوية ولكنه لا يمتزج مع الزيوت البترولية يتحلل مائيا بسرعة حتى في الوسط المتعادل وفي داخل الكائنات الحية تعمل انزيمات الـ hydrolysis على تحوله الى مواد ذات سمية منخفضة.

يمتاز هذا المبيد بسميته الحادة الشديدة للثدييات وتحت ظروف المختبر يتحلل 50% منه خلال 8 ساعات اما في ظروف الحقل فيحتاج الى حوالي 2 - 3 ساعات لتحلله. ويستخدم في مكافحة حشرات المن وبعض انواع اليرقات ونظراً لسميته العالية للثدييات فقد منع استخدامه في العديد من دول العالم.

7) مجموعة الـ Pyrophosphoramides

يعتبر مبيد شرادان Schradan من أهم مبيدات هذه المجموعة ويدعى ايضا بالـ .Pestox

حضر هذا المبيد من قبل Schrader عام 1941 وذلك عن طريق التحكم في التحلل المائي لمركب Phosphorochloridate

والمركب الناتج عبارة عن سائل لزج عديم اللون يغلي عند 118 - 120 م تحت ضغط 0.3 ملم زئبق، يذوب في معظم المذيبات العضوية ولكن ذوبانه بسيط في الزيوت البترولية والمادة التجارية عبارة عن سائل لزج لونه بني غامق، وبعد مبيد الشرادان من اولى مركبات الفسفور العضوية التي تتميز بخواص المبيد الحشري الجهازي لذلك يمتاز بفاعليته ضد الحشرات الثاقبة الماصة وعند دخوله الى عصارة النبات يتأكسد الى مركبين أكثر سمية من المركب الاصلي هما: -

أ) Hydroxy methyl derivative

ب) amine oxide

ان النشاط الاكسدي oxidative activation للشرادان يمكن ان يحصل عند معاملته كيمياويا مع احدى المواد المؤكسدة مثل البرمنغنات، وبيروكسيد الهيدروجين وغيرها.

میتابولزم مبيد الشرادان

تلعب انزيمات الأكسدة Mixed function oxidases دورا. منها في تحلل مبيد الشرادان داخل اجسام الحشرات واللبائن وكما في المخطط الآتي: -