Сульфонилмочевины как класс гербицидов¶

Сульфонилмочевины — класс органических соединений, производных сульфонилмочевины (общая формула R¹–SO₂–NH–CO–NH–R²), получивший широкое применение в качестве гербицидов избирательного действия. Препараты этой группы подавляют синтез аминокислот с разветвлённой цепью у растений, что приводит к остановке деления клеток и гибели сорняков. Отличаются высокой биологической активностью: действующие нормы расхода составляют граммы, а иногда и миллиграммы на гектар, что на порядки ниже, чем у многих гербицидов старших поколений.

¶История открытия

Синтез первых сульфонилмочевин и обнаружение их гербицидных свойств относятся к середине 1970-х годов и связаны с исследованиями компании DuPont. В 1975 году был получен хлорсульфурон, ставший первым коммерческим представителем класса. В 1982 году он был зарегистрирован для применения, прежде всего на зерновых культурах. Открытие показало, что чрезвычайно низкие концентрации вещества способны эффективно угнетать рост растений, что положило начало целому направлению в химии пестицидов — поиску сверхактивных гербицидов. В 1980–1990-е годы был создан широкий ряд производных, различающихся заместителями в ароматическом кольце и гетероциклическом фрагменте, что позволило получать препараты для разных культур и типов сорняков.

¶Химическое строение

Молекула сульфонилмочевины содержит три ключевых фрагмента:

• сульфонильную группу (–SO₂–);
• мочевинную (карбамидную) связь (–NH–CO–NH–);
• два органических радикала R¹ и R², один из которых обычно представляет собой замещённое ароматическое или гетероциклическое кольцо (бензольное, пиридиновое, пиримидиновое, триазиновое), а другой — гетероцикл с азотом.

Именно сочетание этих фрагментов обеспечивает связывание с ферментом-мишенью. Замена радикалов сильно влияет на селективность, растворимость, скорость разложения в почве и спектр подавляемых сорняков. Большинство сульфонилмочевин — слабые кислоты, плохо растворимые в воде, но образующие соли, которые применяют в виде водных растворов или водно-диспергируемых гранул.

¶Механизм действия

Мишенью сульфонилмочевин является фермент ацетолактатсинтаза (АЛС), участвующий в биосинтезе аминокислот с разветвлённой цепью — валина, лейцина и изолейцина. Фермент катализирует первую стадию этого пути. Связываясь с АЛС, гербицид блокирует её работу, вследствие чего растение перестаёт синтезировать незаменимые аминокислоты и белки. Рост чувствительных сорняков прекращается в течение нескольких часов, хотя видимые симптомы — пожелтение, хлороз, отмирание точек роста — проявляются позже, через одну–три недели. Поскольку АЛС присутствует только у растений и микроорганизмов и отсутствует у животных, сульфонилмочевины обладают низкой острой токсичностью для млекопитающих.

¶Классификация и представители

По химическому строению и области применения выделяют несколько групп. Наиболее известные представители:

По спектру действия различают препараты против двудольных (широколистных) сорняков и против некоторых злаковых. Многие применяются в малых дозах в сочетании с поверхностно-активными веществами и другими гербицидами для расширения спектра.

¶Применение в сельском хозяйстве

Сульфонилмочевины используют преимущественно для послевсходовой обработки посевов зерновых, кукурузы, риса, сои, льна, картофеля и овощных культур. Их главные преимущества — высокая эффективность при низких нормах расхода, широкая селективность и возможность применения в баковых смесях. Благодаря малому расходу снижаются затраты на транспортировку и внесение, а также нагрузка на окружающую среду по массе препарата. Некоторые вещества применяются на непахотных землях, вдоль дорог и на промышленных территориях.

¶Поведение в почве и устойчивость сорняков

Период полуразложения сульфонилмочевин в почве варьирует от нескольких дней до нескольких месяцев и зависит от pH, температуры, влажности и микробиологической активности. В кислых почвах разложение идёт быстрее за счёт химического гидролиза, в щелочных — медленнее, что повышает риск последействия на чувствительные культуры в севообороте. Остаточные количества могут повреждать последующие посевы, например сахарную свёклу или рапс.

Длительное и многократное применение гербицидов одной группы приводит к появлению устойчивых биотипов сорняков. Это связано с мутациями гена АЛС, снижающими чувствительность фермента к препарату. Для борьбы с резистентностью рекомендуют чередование гербицидов с разными механизмами действия, севооборот и комбинированные препараты.

¶Токсикология и регулирование

Для теплокровных сульфонилмочевины малоопасны: значения ЛД₅₀ при пероральном введении обычно превышают 5000 мг/кг. Основные риски связаны с загрязнением воды, фитотоксичностью для нецелевых культур и влиянием на полезную растительность. В Российской Федерации и других странах действующие вещества проходят государственную регистрацию, устанавливаются гигиенические нормативы в почве, воде и продукции, а также сроки ожидания до уборки урожая. При работе соблюдают стандартные меры защиты: использование средств индивидуальной защиты, соблюдение регламентов применения и утилизации тары.

¶Значение

Сульфонилмочевины стали одним из наиболее востребованных классов гербицидов в мировом земледелии. Их открытие стимулировало разработку других ингибиторов АЛС — имидазолинонов и триазолопиримидинов, а также методов управления резистентностью. Низкие нормы расхода и избирательность сделали эти соединения важным инструментом интенсивных технологий возделывания зерновых и пропашных культур.