百草枯（俗名; /pærəkwɒt/）或N，N'-二甲基-4,4'-联吡啶鎓二氯化物（系统名称）是具有化学式[（C6H7N）2] Cl2的有机化合物。 它被归类为紫精，类似结构的氧化还原活性杂环的家族。 百草枯由Chevron公司生产。 该盐是最广泛使用的除草剂之一。 它具有快速作用和非选择性，可在接触时杀死绿色植物组织。 由于其氧化还原活性，它对人类和动物也有毒，产生超氧阴离子。 它与帕金森病的发展有关[5] [6]，并在一些国家被禁止。
百草枯可以是与氯化物或其他阴离子形成盐的形式; 该物质的量有时仅由阳离子质量表示（百草枯阳离子，百草枯离子）。
该名称来源于季氮的对位。
目录
1 生产
2 使用除草剂
3 反应性和作用方式
4 杂草抗性管理
5 毒性
5.1“百草枯罐”
5.2 用于自杀和谋杀
5.3 帕金森病
6 参考
生产
通过用氨中的钠处理然后氧化来偶联吡啶。 然后将得到的4,4'-联吡啶用氯甲烷甲基化，得到标题化合物：[7]
百草枯的合成
使用除草剂
虽然最初于1882年合成，但百草枯的除草特性直到1955年才得到认可。[8] 百草枯最初是由ICI于1962年初制造和销售的，现在是最常用的除草剂之一。
百草枯被归类为非选择性接触除草剂。 与植物保护产品中使用的其他药剂区别的关键特征是：
它杀死了广泛的一年生草和阔叶杂草以及已建立的多年生杂草的尖端。
这是非常快速的。
在应用的几分钟内即可下雨。
它在与土壤接触时会部分失活。[9] [10]
这些特性导致百草枯被用于免耕农业的发展。[11] [12] [13]
欧盟于2004年批准使用百草枯，但瑞典在丹麦，奥地利和芬兰的支持下，对此决定提出上诉。 2007年，法院取消了授权百草枯作为活性植物保护物质的指令，指出2004年的决定是错误的，发现没有与百草枯相关的神经毒性迹象，而关于百草枯与帕金森病之间关系的研究应该是考虑。[14]因此，自2007年以来，百草枯在欧盟被禁止。[14]
在美国，百草枯主要作为各种优势的解决方案。它被归类为“限制使用”，这意味着它只能由许可的施工人员使用。
目前正在开展一项全球禁止的全球运动，但在大多数发展中国家，廉价且因此受欢迎的百草枯仍然不受限制。[15]一小部分国家，包括印度和危地马拉，在制造商的支持下，已经阻止百草枯列为“鹿特丹公约”目的的危险化学品。[16]
反应性和作用方式
百草枯是一种干扰电子转移的氧化剂，这是一种对所有生命都很常见的过程。添加一个电子产生自由基阳离子：
作为除草剂，百草枯通过抑制光合作用起作用。在光照射的植物中，它接受来自光系统I的电子（更具体地说是铁氧还蛋白，其与来自PS I的电子一起呈现）并将它们转移到分子氧。以这种方式，产生破坏性的活性氧物质。在形成这些活性氧物质时，百草枯的氧化形式被再生，并且再次可用于从光系统I分流电子以重新开始循环。[18]
百草枯通常用于科学中以催化活性氧（ROS）的形成，更具体地，催化超氧自由基的形成。百草枯将在体内经历氧化还原循环，被电子供体如NADPH还原，然后被电子受体如双氧氧化，产生超氧化物，即主要的ROS。[19]
杂草抗性管理
除草剂抗性杂草的问题可以通过在综合杂草管理（IWM）系统中应用具有不同作用模式的除草剂以及诸如作物轮作的栽培方法来解决。百草枯具有独特的作用方式，是少数可用于预防和减轻杂草问题的化学选择之一，这些杂草已经对广泛使用的非选择性除草剂草甘膦产生抗性。[20] [21]
一个例子是澳大利亚使用的“双敲”系统。[22]在种植作物之前，首先用草甘膦喷洒杂草，然后在七至十天后用百草枯除草剂喷洒杂草。虽然使用单一草甘膦喷雾的成本是其两倍，但“双敲”系统是农民广泛依赖的重要抗药性管理策略。[23]尽管如此，西澳大利亚的两种除草剂都有抗除草剂作用。[24]
计算机模拟显示，草甘膦和百草枯之间每年交替使用，预计30年内只有一个田间抗草甘膦的一年生黑麦草（Lolium rigidum），而喷洒草甘膦的田地中只有近90％。[ 25]草甘膦预处理后用百草枯清理的“双敲”方案预计所有田地都不含草甘膦抗性黑麦草至少30年。
毒性
摄入时，纯度百草枯对哺乳动物（包括人类）具有高度毒性，可能导致急性呼吸窘迫综合征（ARDS）。虽然没有特定的解毒剂，但如果及时服用，富勒土或活性炭是一种有效的治疗方法。有一些使用环磷酰胺治疗百草枯中毒的成功案例。[26]除非SpO2水平低于92％，否则不应给予氧气，因为高浓度的氧气加剧了毒性作用。[27] [28]摄入后30天内可能会发生死亡。用于喷洒的稀释百草枯毒性较小;因此，意外中毒的最大风险是在混合和装载百草枯期间使用。[8]
在使用实验室动物的急性毒性研究中，百草枯已被证明通过吸入途径具有高毒性，并且已被置于毒性I类（四级中最高）中以用于急性吸入效应。然而，EPA已经确定农业实践中使用的颗粒（400-800μm）远远超出可吸入范围，因此吸入毒性不是关注的毒理学终点。百草枯通过口服途径是有毒的（II类），并且通过皮肤途径是中等毒性的（III类）。百草枯会引起中度至严重的眼睛刺激和最小的皮肤刺激，并且已经分别针对这些效果被列入毒性类别II和IV（轻度毒性）。[29]
肺的肺泡上皮细胞选择性地浓缩百草枯。[30]即使是单次咳嗽，也会立即吐出，导致肺部纤维组织死亡，导致窒息。[31]
臭名昭著的英国公共电影“阿帕奇”（1977）中的一个角色在意外吞咽少量数小时后死亡;薄膜中的百草枯包含在类似于威士忌酒瓶的容器中。
根据美国疾病控制中心的数据，摄入百草枯会在几天到几周内引起肝，肺，心脏和肾功能衰竭等症状，摄入后可导致30天内死亡。遭受大量暴露的人不太可能存活下来。慢性接触可导致肺损伤，肾功能衰竭，心力衰竭和食管狭窄。[32]百草枯摄入造成的意外死亡和自杀是比较常见的。例如，中国每年因百草枯中毒死亡人数超过5,000人。[33]长期接触百草枯很可能会导致肺部和眼睛受损，但美国环境保护署（EPA）在审查中未发现生殖/生育损害。
“百草枯锅”
在20世纪70年代后期，由美国政府赞助的一项有争议的计划将百草枯喷洒在墨西哥的大麻田上。[34]继墨西哥在1975年根除大麻和罂粟田之后，美国政府通过派遣直升机和其他技术援助来帮助他们。用直升机将除草剂百草枯和2,4-D喷洒在田地上;被这些物质污染的大麻开始出现在美国市场，引发了对该计划的争论。[35]也许是为了阻止人们使用大麻，该计划的代表警告说，喷洒使作物不能安全吸烟。
由于吸入百草枯污染的大麻是否有任何伤害尚不确定。 1995年的一项研究发现，“大麻使用者中没有任何肺部或其他伤害归因于百草枯污染”。[36]美国环境保护局的手册还指出：“......由这种机制引起的毒性效应要么非常罕见，要么不存在。大多数污染大麻的百草枯在吸烟过程中被热解为二吡啶，这是叶子材料的燃烧产物。本身（包括大麻）并且毒性很小。“[37]
在帝国化学工业公司的一项研究中，吸入百草枯的老鼠在几周后在呼吸道中显示出鳞状化生的发展。该研究包含在Mitre Corporation向国务院提交的报告中。美国公共卫生署表示，“这项研究不应用于计算百草枯在人体内的安全吸入剂量。”[38]
用于自杀和谋杀
百草枯中毒死亡人数绝大多数（93％）是自杀事件，主要发生在发展中国家。[39]例如，在1979 - 2001年的萨摩亚，70％的自杀是由百草枯中毒引起的。特立尼达和多巴哥以其使用Gramoxone（商品名百草枯）的自杀事件而闻名。在特立尼达南部，特别是在1996年至1997年期间，在Debe的Penal，76％的自杀是由百草枯引起的，其中96％涉及酒精过量消费，如朗姆酒。[40]时尚名人Isabella Blow在2007年使用百草枯自杀。百草枯在第三世界国家被广泛用作自杀剂，因为它以低成本广泛供应。此外，毒性剂量很低（10毫升或2茶匙足以杀死）。存在控制甚至禁止百草枯的运动，并且通过要求用户教育和锁定百草枯商店来限制其可用性。
1985年在日本发生的不分青红皂白的百草枯谋杀是以百草枯为毒药进行的。
百草枯，作为除草剂Gramoxone，于1981年被英国苏珊巴伯用于毒害她丈夫迈克尔馅饼的肉汁。她于1982年11月被判犯有谋杀罪，并一直坚持认为她并不打算杀死他。[41]
帕金森病
2011年，美国国立卫生研究院的一项研究显示百草枯与农场工人使用帕金森病之间存在联系。[42]该论文的共同作者说，百草枯会增加某些可能损害细胞结构的氧衍生物的产生，并且使用百草枯或其他类似作用机制的杀虫剂的人更有可能患上帕金森病。[5]百草枯诱导的大鼠毒性也与帕金森样神经退行性机制有关。[43]巴克研究老龄研究所的一项研究表明，在婴儿期接触百草枯和铁，以及在实验室老鼠中使用帕金森氏症。[44] 2013年发表于神经病学的荟萃分析发现，“接触百草枯......与帕金森病的风险增加约2倍有关。”[45]
百草枯在结构上类似于MPP +，MP​​ +是灵长类动物大脑中已知的帕金森病快速诱导剂。 MPP +的氯化物以商品名Cyperquat出售。
百草枯还可以诱导无脊椎动物如果蝇（Drosophila melanogaster）中的氧化应激。百草枯喂养的苍蝇遭受早发性死亡和超氧化物歧化酶活性的显着增加。[46]
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