Ротенон — сложный изофлавоноид без цвета и запаха, который используется как инсектицид, рыбий яд и пестицид широкого спектра. Он встречается в природе в семенах и стеблях некоторых растений, например в Pachyrhizus erosus и в корнях нескольких представителей семейства Бобовые. Это первый описанный член семейства химических веществ, называемых ротеноиды.
Ротенон | |
---|---|
Общие | |
Систематическое наименование |
(2R,6aS,12aS)-1,2,6,6a,12,12a-гексагидро-2-изопропенил-8,9-диметоксихромено[3,4-b]фуро(2,3-h)хромен-6-он |
Хим. формула | C23H22O6 |
Физические свойства | |
Состояние | Твёрдый кристалл, от бесцветного до красного, без запаха |
Молярная масса | 394,42 г/моль |
Плотность | 1,27 г/см³ |
Термические свойства | Температура |
• плавления | 165 — 166 °C |
• кипения | 210 — 220 (при 0,5 мм. рт. ст.) °C |
Давление пара | <0.00004 мм. рт. ст. |
Химические свойства | Растворимость |
• в воде | ~2*10-5 г/100 мл |
• в этаноле | 0,2 г/100 мл |
• в тетрахлорметане | 0,6 г/100 мл |
• в ацетоне | 6,6 г/100 мл |
• в бензоле | 8,0 г/100 мл |
Классификация | |
Рег. номер CAS | 83-79-4 |
PubChem | 6758 |
Рег. номер EINECS | 201-501-9 |
SMILES |
CC(=C)[C@H]1CC2=C(O1)C=CC3=C2O[C@@H]4COC5=CC(=C(C=C5[C@@H]4C3=O)OC)OC
|
InChI |
1/C23H22O6/c1-11(2)16-8-14-15(28-16)6-5-12-22(24)21-13-7-18(25-3)19(26-4)9-17(13)27-10-20(21)29-23(12)14/h5-7,9,16,20-21H,1,8,10H2,2-4H3/t16-,20-,21+/m1/s1
JUVIOZPCNVVQFO-HBGVWJBISA-N
|
RTECS | DJ2800000 |
ChEBI | 28201 |
ChemSpider | 6500 |
Безопасность | |
ЛД50 | 60 мг/кг (орально, крыса) 132 мг/кг (орально, крыса) 25 мг/кг (орально, крыса) 2.8 мг/кг (орально, мышь) |
Открытие
Самое раннее упоминание о ротенон-содержащих растениях, которые использовались для борьбы с гусеницами, относится к 1848 году, а до этого эти же растения использовались индейцами Южной Америки для убийства рыбы. Действующее вещество было выделено в 1895 году французским ботаником, Эммануэлем Жоффруа, который назвал его никоулин, в честь экземпляра Robinia nicou, ныне называемой Lonchocarpus nicou, которую он описал, путешествуя по французской Гвиане. Он написал об этом исследовании в своей диссертации, опубликованной посмертно в 1895 после его гибели от неизвестного паразитарного заболевания. В 1902 году японский химик Нагаи Нагаёши выделил чистое, кристаллическое вещество из Derris elliptica, которое он назвал ротенон, по японскому имени растения — ротен. В 1930 было установлено, что никоулин и ротенон химически идентичны.
Использование
Ротенон используется как пестицид, инсектицид и рыбий яд. Он доступен коммерчески под именами кубе, туба или деррис, в чистом виде или в комбинации с другими инсектицидами. В Соединённых штатах и Канаде было прекращено любое использование ротенона, кроме тех случаев, когда он применяется как рыбий яд. Так, правительственные агентства используют его для потравы рыбы в реках и озёрах США с 1952 года.
Исторически ротенон использовался коренными народами Южной Америки для ловли рыбы. Как правило корень ротенон-содержащего растения из семейства Бобовые перетирается и бросается в воду. После того, как ротенон ингибирует клеточное дыхание, мёртвая или оглушённая рыба поднимается на поверхность, где её легко собирать.
Небольшие дозы ротенона используются ихтиологами для изучения биоразнообразия морских рыб и сбора скрытых или хорошо прячущихся рыб, которые составляют важную часть берегового сообщества. Ротенон наиболее эффективен и доступен, к тому же он требуется в совсем небольших количествах. Его влияние на окружающую среду минимально и быстро проходит.
Также ротенон в виде порошка используется для лечения чесотки и вшей у людей и паразитических клещей у кур, сельскохозяйственных и домашних животных.
Порошкообразный ротенон как пестицид длительное время использовался для органического садоводства и ухода за садом. Обладая не селективным действием он убивает колорадского жука, козявок, земляных блошек, гусениц белянок, малинного жука, трещалок и большинство других членистоногих. Он быстро биоразлагается при температуре около 25 °С, так что отрицательное влияние на экологию минимально. Лёгкая обсыпка листьев позволяет держать вредителей под контролем несколько дней.
Механизм действия
Ротенон подавляет электрон-транспортную цепь митохондрий. Он блокирует перенос электрона с железосерного кластера в комплексе I на убихинон. Из-за того, что комплекс I не может передать электроны убихинону, возникает избыток электронов в форме НАДН в матриксе митохондрий. В результате кислород восстанавливается до радикалов (активные формы кислорода), которые повреждают ДНК и другие компоненты митохондрий.
Ротенон-содержащие растения
Ротенон получают экстракцией из корней и стеблей нескольких тропических и субтропических видов растений, но преимущественной из растений рода Lonchocarpus или Derris.
Некоторые ротенон-содержащие растения:
- Tephrosia virginiana — Северная Америка
- Хикама или Pachyrhizus erosus — Северная Америка
- Растение кубе или Lonchocarpus utilis — Южная Америка
- Lonchocarpus urucu — Южная Америка
- Туба или Derris elliptica — юго-восточная Азия и юго-западные Тихоокеанские острова
- Derris involuta — юго-восточная Азия и юго-западные Тихоокеанские острова
- Verbascum thapsus
- Mundulea sericea — южная Африка
- Piscidia piscipula — южная Флорида, Карибские острова
- Несколько видов Millettia и Tephrosia в юго-восточных регионах Азии
Токсичность
Согласно Всемирной организации здравоохранения ротенон относится к умеренно опасным веществам. Он слабо токсичен для людей и других млекопитающих, но чрезвычайно токсичен для насекомых и водных обитателей, включая рыб. Повышенная токсичность для рыб и насекомых объясняется тем, что липофильный ротенон легче попадает в организм через жабры или трахеи чем через кожу или пищеварительный тракт. Показано in vitro, что ротенон токсичен для эритроцитов.
Наименьшая летальная доза для ребёнка составляет 143 мг/кг. Случаи смертельного отравления людей ротеноном крайне редки, поскольку его раздражающее действие вызывает рвоту. Умышленное поглощение ротенона может быть смертельным.
Ротенон разлагается на солнечном свету и на открытом воздухе активен всего шесть дней. Он окисляется до ротенолона, который на порядок менее токсичен чем ротенон. В воде скорость разложения зависит от нескольких факторов, включая температуру, pH, жёсткость воды и солнечный свет. Время полураспада в естественных водоёмах варьирует от 12 часов при 24 °C до 3,5 дней при 0 °C.
Болезнь Паркинсона
В 2000 году поступило сообщение, что ротенон является причиной развития симптомов, аналогичным болезни Паркинсона. Ротенон непрерывно применяется в течение пяти недель в виде смесей с ДМСО и ПЭГ, чтобы усилить проникновение в ткани и вводился в яремную вену . Исследователи не заявляли, что взаимодействие с ротеноном ведёт к развитию Паркинсона у людей, но согласуется данными, что хроническое воздействие токсинов окружающей среды повышает вероятность заболевания.
Кроме того, исследования на культуре крысиных нейронах и микроглии показали, что низкие дозы ротенона (меньше 10 нМ) индуцируют окислительные повреждения и гибель дофаминергических нейронов, а именно эти нейроны в черной субстанции погибают при болезни Паркинсона. В другом исследовании, также описано токсическое действие ротенона при низких концентрациях (5 нМ) в дофаминергических нейронах мозга крыс. Токсичность усугубляется дополнительным стрессовым фактором — повышенной внутриклеточной концентрации кальция, что послужило дополнительным подтверждением гипотезы о смерти дофаминэргических нейронов.
Раньше было известно, что нейротоксин МФТП вызывает симптомы, подобные болезни Паркинсона (у человека и других приматов, но не у крыс), прерывая электрон-транспортную цепь комплексе I и убивая дофаминергические нейроны чёрной субстанции. Однако, в дальнейших исследованиях с участием МФТП не удалось показать развитие тельцами Леви, ключевого компонента болезни Паркинсона. Таким образом, механизм действия МФТП и как он относится к болезни Паркинсона до конца не изучен. Из-за этих событий, ротенон исследовался как вещество, способное вызывать болезнь Паркинсона. Как МФТП так и ротенон являются липофильными молекулами и могут пересечь гематоэнцефалический барьер.
В 2010 году было опубликовано исследование, детально изучившее развитие симптомов болезни Паркинсона у мышей после длительного внутрижелудочного приема низких доз ротенона. Концентрации в центральной нервной системе были ниже предела обнаружения приборов, но все равно индуцировали развитие патологии болезни Паркинсона.
В 2011 году национальный институт исследования здравоохранения США показал связь между использованием ротенона и болезнью Паркинсона у сельскохозяйственных рабочих.
Случаи использования
В 2010 году ротенон был использован для уничтожения популяции инвазивной золотой рыбки в Озере Манн. Это было сделано с намерением сохранить озёрную популяцию форели. Ротенон успешно справился с задачей, убив около 200.000 золотых рыбок и только трёх форелей.
В 2014 с помощью ротенона была уничтожена вся рыба в Горном Озере Сан-Франциско, расположенном в парке Маунтин Лэйк.