什麼是百草枯？

丁香葉

百草枯（俗名; /p?r?kw?t/）或N，N"-二甲基-4,4"-聯吡啶鎓二氯化物（系統名稱）是具有化學式[（C6H7N）2] Cl2的有機化合物。 它被歸類為紫精，類似結構的氧化還原活性雜環的家族。 百草枯由Chevron公司生產。 該鹽是最廣泛使用的除草劑之一。 它具有快速作用和非選擇性，可在接觸時殺死綠色植物組織。 由於其氧化還原活性，它對人類和動物也有毒，產生超氧陰離子。 它與帕金森病的發展有關[5] [6]，並在一些國家被禁止。

百草枯可以是與氯化物或其他陰離子形成鹽的形式; 該物質的量有時僅由陽離子質量表示（百草枯陽離子，百草枯離子）。

該名稱來源於季氮的對位。

目錄

1 生產

2 使用除草劑

3 反應性和作用方式

4 雜草抗性管理

5 毒性

5.1「百草枯罐」

5.2 用於自殺和謀殺

5.3 帕金森病

6 參考

生產

通過用氨中的鈉處理然後氧化來偶聯吡啶。 然後將得到的4,4"-聯吡啶用氯甲烷甲基化，得到標題化合物：[7]

百草枯的合成

使用除草劑

雖然最初於1882年合成，但百草枯的除草特性直到1955年才得到認可。[8] 百草枯最初是由ICI於1962年初製造和銷售的，現在是最常用的除草劑之一。

百草枯被歸類為非選擇性接觸除草劑。 與植物保護產品中使用的其他藥劑區別的關鍵特徵是：

它殺死了廣泛的一年生草和闊葉雜草以及已建立的多年生雜草的尖端。

這是非常快速的。

在應用的幾分鐘內即可下雨。

它在與土壤接觸時會部分失活。[9] [10]

這些特性導致百草枯被用於免耕農業的發展。[11] [12] [13]

歐盟於2004年批准使用百草枯，但瑞典在丹麥，奧地利和芬蘭的支持下，對此決定提出上訴。 2007年，法院取消了授權百草枯作為活性植物保護物質的指令，指出2004年的決定是錯誤的，發現沒有與百草枯相關的神經毒性跡象，而關於百草枯與帕金森病之間關係的研究應該是考慮。[14]因此，自2007年以來，百草枯在歐盟被禁止。[14]

在美國，百草枯主要作為各種優勢的解決方案。它被歸類為「限制使用」，這意味著它只能由許可的施工人員使用。

目前正在開展一項全球禁止的全球運動，但在大多數發展中國家，廉價且因此受歡迎的百草枯仍然不受限制。[15]一小部分國家，包括印度和瓜地馬拉，在製造商的支持下，已經阻止百草枯列為「鹿特丹公約」目的的危險化學品。[16]

反應性和作用方式

百草枯是一種干擾電子轉移的氧化劑，這是一種對所有生命都很常見的過程。添加一個電子產生自由基陽離子：

作為除草劑，百草枯通過抑制光合作用起作用。在光照射的植物中，它接受來自光系統I的電子（更具體地說是鐵氧還蛋白，其與來自PS I的電子一起呈現）並將它們轉移到分子氧。以這種方式，產生破壞性的活性氧物質。在形成這些活性氧物質時，百草枯的氧化形式被再生，並且再次可用於從光系統I分流電子以重新開始循環。[18]

百草枯通常用於科學中以催化活性氧（ROS）的形成，更具體地，催化超氧自由基的形成。百草枯將在體內經歷氧化還原循環，被電子供體如NADPH還原，然後被電子受體如雙氧氧化，產生超氧化物，即主要的ROS。[19]

雜草抗性管理

除草劑抗性雜草的問題可以通過在綜合雜草管理（IWM）系統中應用具有不同作用模式的除草劑以及諸如作物輪作的栽培方法來解決。百草枯具有獨特的作用方式，是少數可用於預防和減輕雜草問題的化學選擇之一，這些雜草已經對廣泛使用的非選擇性除草劑草甘膦產生抗性。[20] [21]

一個例子是澳大利亞使用的「雙敲」系統。[22]在種植作物之前，首先用草甘膦噴洒雜草，然後在七至十天後用百草枯除草劑噴洒雜草。雖然使用單一草甘膦噴霧的成本是其兩倍，但「雙敲」系統是農民廣泛依賴的重要抗藥性管理策略。[23]儘管如此，西澳大利亞的兩種除草劑都有抗除草劑作用。[24]

計算機模擬顯示，草甘膦和百草枯之間每年交替使用，預計30年內只有一個田間抗草甘膦的一年生黑麥草（Lolium rigidum），而噴洒草甘膦的田地中只有近90％。[ 25]草甘膦預處理後用百草枯清理的「雙敲」方案預計所有田地都不含草甘膦抗性黑麥草至少30年。

毒性

攝入時，純度百草枯對哺乳動物（包括人類）具有高度毒性，可能導致急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）。雖然沒有特定的解毒劑，但如果及時服用，富勒土或活性炭是一種有效的治療方法。有一些使用環磷醯胺治療百草枯中毒的成功案例。[26]除非SpO2水平低於92％，否則不應給予氧氣，因為高濃度的氧氣加劇了毒性作用。[27] [28]攝入後30天內可能會發生死亡。用於噴洒的稀釋百草枯毒性較小;因此，意外中毒的最大風險是在混合和裝載百草枯期間使用。[8]

在使用實驗室動物的急性毒性研究中，百草枯已被證明通過吸入途徑具有高毒性，並且已被置於毒性I類（四級中最高）中以用於急性吸入效應。然而，EPA已經確定農業實踐中使用的顆粒（400-800μm）遠遠超出可吸入範圍，因此吸入毒性不是關注的毒理學終點。百草枯通過口服途徑是有毒的（II類），並且通過皮膚途徑是中等毒性的（III類）。百草枯會引起中度至嚴重的眼睛刺激和最小的皮膚刺激，並且已經分別針對這些效果被列入毒性類別II和IV（輕度毒性）。[29]

肺的肺泡上皮細胞選擇性地濃縮百草枯。[30]即使是單次咳嗽，也會立即吐出，導致肺部纖維組織死亡，導致窒息。[31]

臭名昭著的英國公共電影「阿帕奇」（1977）中的一個角色在意外吞咽少量數小時後死亡;薄膜中的百草枯包含在類似於威士忌酒瓶的容器中。

根據美國疾病控制中心的數據，攝入百草枯會在幾天到幾周內引起肝，肺，心臟和腎功能衰竭等癥狀，攝入後可導致30天內死亡。遭受大量暴露的人不太可能存活下來。慢性接觸可導致肺損傷，腎功能衰竭，心力衰竭和食管狹窄。[32]百草枯攝入造成的意外死亡和自殺是比較常見的。例如，中國每年因百草枯中毒死亡人數超過5,000人。[33]長期接觸百草枯很可能會導致肺部和眼睛受損，但美國環境保護署（EPA）在審查中未發現生殖/生育損害。

「百草枯鍋」

在20世紀70年代後期，由美國政府贊助的一項有爭議的計劃將百草枯噴洒在墨西哥的大麻田上。[34]繼墨西哥在1975年根除大麻和罌粟田之後，美國政府通過派遣直升機和其他技術援助來幫助他們。用直升機將除草劑百草枯和2,4-D噴洒在田地上;被這些物質污染的大麻開始出現在美國市場，引發了對該計劃的爭論。[35]也許是為了阻止人們使用大麻，該計劃的代表警告說，噴洒使作物不能安全吸煙。

由於吸入百草枯污染的大麻是否有任何傷害尚不確定。 1995年的一項研究發現，「大麻使用者中沒有任何肺部或其他傷害歸因於百草枯污染」。[36]美國環境保護局的手冊還指出：「......由這種機制引起的毒性效應要麼非常罕見，要麼不存在。大多數污染大麻的百草枯在吸煙過程中被熱解為二吡啶，這是葉子材料的燃燒產物。本身（包括大麻）並且毒性很小。「[37]

在帝國化學工業公司的一項研究中，吸入百草枯的老鼠在幾周後在呼吸道中顯示出鱗狀化生的發展。該研究包含在Mitre Corporation向國務院提交的報告中。美國公共衛生署表示，「這項研究不應用於計算百草枯在人體內的安全吸入劑量。」[38]

用於自殺和謀殺

百草枯中毒死亡人數絕大多數（93％）是自殺事件，主要發生在發展中國家。[39]例如，在1979 - 2001年的薩摩亞，70％的自殺是由百草枯中毒引起的。特立尼達和多巴哥以其使用Gramoxone（商品名百草枯）的自殺事件而聞名。在特立尼達南部，特別是在1996年至1997年期間，在Debe的Penal，76％的自殺是由百草枯引起的，其中96％涉及酒精過量消費，如朗姆酒。[40]時尚名人Isabella Blow在2007年使用百草枯自殺。百草枯在第三世界國家被廣泛用作自殺劑，因為它以低成本廣泛供應。此外，毒性劑量很低（10毫升或2茶匙足以殺死）。存在控制甚至禁止百草枯的運動，並且通過要求用戶教育和鎖定百草枯商店來限制其可用性。

1985年在日本發生的不分青紅皂白的百草枯謀殺是以百草枯為毒藥進行的。

百草枯，作為除草劑Gramoxone，於1981年被英國蘇珊巴伯用於毒害她丈夫邁克爾餡餅的肉汁。她於1982年11月被判犯有謀殺罪，並一直堅持認為她並不打算殺死他。[41]

帕金森病

2011年，美國國立衛生研究院的一項研究顯示百草枯與農場工人使用帕金森病之間存在聯繫。[42]該論文的共同作者說，百草枯會增加某些可能損害細胞結構的氧衍生物的產生，並且使用百草枯或其他類似作用機制的殺蟲劑的人更有可能患上帕金森病。[5]百草枯誘導的大鼠毒性也與帕金森樣神經退行性機制有關。[43]巴克研究老齡研究所的一項研究表明，在嬰兒期接觸百草枯和鐵，以及在實驗室老鼠中使用帕金森氏症。[44] 2013年發表於神經病學的薈萃分析發現，「接觸百草枯......與帕金森病的風險增加約2倍有關。」[45]

百草枯在結構上類似於MPP +，MPP +是靈長類動物大腦中已知的帕金森病快速誘導劑。 MPP +的氯化物以商品名Cyperquat出售。

百草枯還可以誘導無脊椎動物如果蠅（Drosophila melanogaster）中的氧化應激。百草枯餵養的蒼蠅遭受早發性死亡和超氧化物歧化酶活性的顯著增加。[46]

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