Naturalne i syntetyczne środki ochrony roślin

Ćwiczenia

Ochrona Środowiska - II stopień

Wstęp

W ogrodach, sadach i polach uprawnych żeruje mnóstwo różnorakich szkodników, które niszcząc uprawiane rośliny powodują nawet bardzo duże obniżenie plonów.
Często sami usiłujemy walczyć ze szkodnikami np. zbierając ślimaki, gąsienice; budując pułapki; przykrywając grządki podziurkowaną folią. Środki te jednak nawet na małych powierzchniach nie zawsze przynoszą oczekiwane rezultaty. W przypadku dużych pól i rozległych upraw są całkiem nieskuteczne. W walce ze szkodnikami pomagają nam najczęściej chemiczne środki ochrony roślin nazywane pestycydami.
Pestycydy to naturalne lub syntetyczne substancje, które stosuje się do zwalczania różnego rodzaju szkodników. Nazwa pochodzi od łacińskiego słowa pestis - zaraza, plaga, caedere - zabijać.

Pierwsze wzmianki o pestycydach pochodzą z 1763 roku, opisujące użycie naparu z tytoniu do zwalczania mszyc. W następnych latach (1865) odnotowano również przypadki wykorzystania pestycydów do zwalczania stonki ziemniaczanej za pomocą zieleni paryskiej (Cu(CH₃COO)₂ .Cu₃(AsO₂)₂). Stosowanie pestycydów na szeroką skalę rozpoczęło się od chwili wprowadzenia na rynek DDT (1,1,1-trichloro-2,2-bis(p-chlorofenylo)etan).

Wprowadzanie do środowiska naturalnego człowieka dużej ilości toksycznych związków zaburza w sposób istotny równowagę biologiczną. Z tego powodu wprowadzenie do ochrony roślin substancji pochodzenia naturalnego, ulegających łatwo biodegradacji, jest priorytetowym zadaniem laboratoriów badawczych.

Rodzaje środków ochrony roślin

Najczęściej spotykaną klasyfikacją pestycydów jest ich podział w zależności od kierunku zastosowania i sposobu działania oraz ze względu na strukturę chemiczną.
Podział pestycydów w zależności od kierunku zastosowania

1. Zoocydy - środki do zwalczania szkodników zwierzęcych:

1. Insektycydy - środki owadobójcze,

2. Rodentycydy - środki gryzoniobójcze,

3. Moluskocydy - środki mięczakobójcze,

4. Nematocydy - środki nicieniobójcze,

5. Larwicydy - środki larwobójcze,

6. Aficydy - środki mszycobójcze,

7. Akarycydy - środki roztoczobójcze,

8. Owicydy - środki do niszczenia jaj owadów i roztoczy.

2. Fungicydy - środki grzybobójcze.

3. Herbicydy - środki chwastobójcze.

4. Regulatory wzrostu - środki stymulujące lub hamujące procesy życiowe roślin:

1. Defolianty - środki do odlistniania roślin,

2. Desykanty - środki do wysuszania roślin,

3. Defloranty - środki do usuwania nadmiernej ilości kwiatów.

5. Atraktanty - środki zwabiające.

6. Repelenty - środki odstraszające.

Podział pestycydów pod względem chemicznym

1. Pestycydy nieorganiczne

1. Insektycydy arsenowe: zieleń paryska Cu(CH₃COO)₂ .Cu₃(AsO₂)₂, arsenian ołowiu PbHAsO₄,

2. Insektycydy fluorkowe: kryolit Na₃AlF₆ , fluorek sodu NaF, fluorokrzemian sodu Na₂SiF₆,

3. Herbicydy nieorganiczne: amidosulfonian amonu H₂NS(O₂)ONH₄, boraks Na₂B₄O₇, chloran sodu NaClO₃ ,

4. Fungicydy nieorganiczne: zasadowy chlorek miedzi(II) 3Cu(OH)₂ .CuCl₂ .H₂O, ciecz bordoska 3Cu(OH)₂ .CuSO₄ .CaSO₄ , siarka.

2. Pestycydy organiczne

1. Pestycydy chlororganiczne, np. HCH, DDT, metoksychlor,

2. Pestycydy fosforoorganiczne, np. monokrotofos, chlorfenwinfos, fenitrotion,

3. Karbaminiany, np. aminokarb, propoksur, karbaryl,

4. Pochodne kwasu fenoksyoctowego, np. 2,4-D; 2,4-DB; 2,4,5-T,

5. Pochodne triazynowe, np. symazyna, atrazyna, propazyna.

Ćwiczenie 1

Analiza spektroskopowa w podczerwieni pestycydów chloroorganicznych - fumiganty bromo- i chloroorganiczne

Fumiganty to środki toksyczne stosowane w postaci dymów, par lub gazów do niszczenia szkodników. Do fumigacji (zabieg chemiczny wykonany fumigantem) najczęściej stosuje się bromek metylu i inne chloropochodne węglowodorów oraz fosforowodór.

Zinterpretuj zamieszczone poniżej widma w podczerwieni wybranych fumigantów

Widmo IR bromoetanu

Widmo IR dibromoetanu

Widmo IR chlorodibromoetanu

Widmo IR dichloromoetanu

Wymagania

Klasyfikacja pestycydów

Zastosowanie fumigantów w ochronie roślin

Budowa i działanie spektrometru fourierowskiego do podczerwieni

Częstości grupowe w podczerwieni:

• Charakterystyczne pasma w widmach węglowodorów

• Charakterystyczne pasma w widmach związków zawierających atomy chlorowca

Ćwiczenie 2

Analiza spektroskopowa w podczerwieni nikotyny i jej pochodnych

Produkty roślinne są z powodzeniem wykorzystywane jako insektycydy, repelenty i antyfidanty owadzie. Najbardziej spektakularne zastosowanie substancji pochodzenia naturalnego do walki ze szkodnikami można przypisać pyretoidom. Właściwości insektycydobójcze wielu gatunków chryzantem znane były w Azji od wieków.

Nikotyna występująca w liściach i korzeniach tytoniu z rodziny Nicotiana, jest stosowana jako komercyjny insektycyd. Również jej syntetyczne analogi takie jak 5'-metylonornikotyna posiadają silne właściwości owadobójcze.

Nazwa nikotyny pochodzi od nazwiska francuskiego lekarza, Jeana Nicot, który w XVI wieku zalecał tytoń jako lek. Nikotyna została pierwszy raz wyizolowana w 1828 roku, a jej chemiczna budowa została odkryta w 1843 roku a otrzymana została pierwszy raz w 1904r.

W formie czystej jest bezbarwną i bezwonną cieczą, szybko utleniającą się na powietrzu do brunatnego kwasu nikotynowego. Łatwo rozpuszcza się w wodzie i można ją dość prosto wyodrębnić: z liści tytoniu, poprzez ekstrakcję wodną i destylację próżniową. Nikotynę można zaliczyć do grupy alkaloidów pirydynowych.

Spektroskopowa charakterystyka nikotyny

W poniżej zamieszczonym widmie IR nikotyny, przypisz pasmom absorpcyjnym drgania grup funkcyjnych i wiązań.

Porównaj widmo IR nikotyny z widmem IR kwasu nikotynowego (witamina PP - kwas 3-pirydylokarboksylowy), chlorowodorku kwasu nikotynowego oraz estru metylowego kwasu nikotynowego.

Widmo IR nikotyny

Widmo FTIR chlorowodorku nikotyny zarejestrowane w formie pastylki KBr

Widmo FTIR ester metylowy kwasu nikotynowego zarejestrowane w formie pastylki KBr

Widmo IR kwasu nikotynowy wykonane w postaci pastylki w KBr

Wymagania:

Klasyfikacja pestycydów

Zastosowanie naturalnych insektycydów w ochronie roślin

Budowa i działanie spektrometru fourierowskiego do podczerwieni

Częstości grupowe w podczerwieni:

• charakterystyczne pasma w widmach węglowodorów

• charakterystyczne pasma w widmach związków zawierających atomy azotu

• charakterystyczne pasma w widmach związków zawierających atomy tlenu

Literatura

1. W. Zieliński, A. Rajca - Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych, WNT, Warszawa, 2000

2. M. Biziuk, Pestycydy - występowanie, oznaczanie i unieszkodliwianie

---