Kirale pesticider

Omkring 30% af de pesticider der anvendes i verden er kirale molekyler, mens det i Danmark var ca. 8% (Miljøstyrelsen 2013).  Miljøstyrelsens statistik vedr. bekæmpelsesmidler viser imidlertid at ca. 50% af pesticidernes miljøbelastning skyldes de få % kirale aktivstoffer.

Langt størstedelen af de kirale pesticider blev anvendt i en blanding, hvor 2 (eller flere) forskellige former af det aktive stof findes i lige stor mængder.  Den slags blandinger kaldes racemøse blandinger.  I rasemøse blandinger er det imidlertid kun ét (eller få) af molekylets former, der har den ønskede pesticidvirkning, den anden form (eller andre former) af molekylet følger blot med som en slags kemisk affald fra produktionen af det ønskede aktivstof.

Det betyder desværre ikke, at det stof – der ikke har den ønskede giftvirkning – ikke er giftigt.  Det er blot giftigt på andre måder og ofte over for andre organismer end det aktivstof, som man egentlig ønskede at producere og anvende.

Når kirale pesticider godkendes i EU er det ofte med aktivstoffet i en racemøs blandings-form. Pesticidresten som er tilbage i miljøet, på frugten, i  grønsagerne eller kornet findes imidlertid ikke i en ligelig blanding af de forskellige kirale former, men består naturligvis fortrinsvis af de kirale former af sprøjtegiften, der er sværest for miljøet eller planten at nedbryde.  Pesticidresten har derfor en anden giftighed end den blanding der oprindelig blev godkendt.

Denne side handler om problemerne ved kirale pesticider og mulige løsninger på samme.

Godkendelse af Kirale pesticider

En stor del af pesticiders kirale aktivstoffer er i EU godkendt og sælges som rasemøse blandinger, hvor det aktive stof f.eks. består af 2 stoffer som er spejlbilleder af hinanden (enantiomere stoffer) hvor aktivstoffet X så udgør 50% og dets spejlbillede Y udgør de resterende 50%.  Det er f.eks. tilfældet for aktivstoffet Tebuconazol, der anvendes i visse sprøjtegifte mod svampeangreb.  I de undersøgelser som kemi-firmaerne skal fremlægge for myndighederne som grundlag for en godkendelse, skelnes der ofte ikke mellem giftighed og nedbrydning af det ene stof X og af det andet stof Y.  Da “aktiv stoffet” godkendes som en blanding, er det også analyseret og testet i laboratoriet for giftighed og nedbrydning, som en blanding.  De to stoffer X og Ys forskellige giftighed og nedbrydningshastighed “fortyndes” af det andet stof.

De test der måler giftighed og nedbrydningshastighed angives ofte som de mængder/kg, der medfører at 50% af visse dyr dør LD50 – dette betegens som stoffets akutte toksitetet – dyrene kan f.eks være vandlopper eller mus.  Andre mål er de mængder, der giver toksiske symptomer hos 50% af forsøgsdyrene TD50, eller 80% af dyrene TD 80, disse skader kaldes kroniske og vedrører ofte skader på tarmen, nyrene eller leveren.  Tilsvarende angives aktivstoffets nedbrydning som den tid det tager at nedbryde 50% af stoffet DT50 (se evt. FAO reference nedenfor).

Et aktivstofs samlede toksicitet består ud over akut og kronisk toksicitet f.eks. af stoffets evne til at give kræft, nedsat fertilitet, mutationer hos afkom, celledød hos fostre, og hormonforstyrrende effekter.  Alene de hormonforstyrrende effekter kan i sig selv være et bredt felt som f.eks. viser sig som køns-forstyrrelser hos padder og fisk.  Aktivstoffer testes generelt kun i meget begrænset form for alle disse former af toksiske effekter.

Det er imidlertid ikke blot sådan, at det kun er få miljøforhold, der er undersøgt som grundlag for godkendelse.  Generelt er de europæiske myndigheder aldeles blinde for, at kirale effekter kan have en stor betydning for toksiske forhold for et kiralt molekyle, der sælges i en rasemøs blanding.  For rasemøse blandinger kræver myndighederne i EU ikke at hver kiral form af aktivstoffet i blandingen skal undersøges og godkendes, selv om det er velkendt at 2 kirale former af samme stof normalt har vidt forskellige toksiske effekter.

For Glufosinat som både har et kiralt C (kulstof) atom og et kiralt P (fosfor) atom nævnes de kirale forhold vedr. stoffet overhovedet ikke i den Europæiske Fødevare SikkerhedsAutoritets EFSAs risikovurdering af Glufosinat fra 2012, og heller ikke i de svenske myndigheders mere detaljerede gennemgang af glufosinat (2011) – som har dannet grundlag for EFSAs vurdering – er kiralitet nævnt.

Glufosinat er forbudt i Danmark men tilladt i langt de fleste EU-lande.  Se mere om glufosinat nedenfor.

Bemærk: Selv om glufosinat på visse måder ligner glyhosat som er kendt fra blandt andet Roundup, så har glufosinat en anden virkemekanisme, idet det blokerer for glutamin syntesen og ikke for de aromatiske aminosyrer, og glyphosat er heller ikke chiralt.

Tau-fluvalinat

Det er de danske myndigheder, der har været ansvarlig for den risikovurderingen af Tau-fluvalinat, som har dannet grundlag for den Europæiske Fødevare SikkerhedsAutorietet EFSA godkendelse af insektgiften i EU.  Tau-fluvalinat er et molekyle med 2 chirale centre, hvoraf det ene er fast D, således at der kun produceres et  enantiomert par – en R og en S form – i alt 2 kirale former (Tau-fluvalinate is the ISO common name for (RS)-α-cyano-3-phenoxybenzyl N-(2-chloro-α,α,α-trifluoro-p-tolyl)-D-valinate (IUPAC))

Pesticider.Tau-fluvalinat.kiralFiguren viser Tau-fluvalinat med den sorte spidse trekant der viser D-valinat  og den røde stjerne viser det kirale kulstofatom, der skaber RS-enantiomer-parret.

Som nedenstående citat fra EFSAs konklusion vedr. Tau-fluvalinat indikerer, så er der store mangler i den dokumentation, som ligger til grund for godkendelsen af Tau-fluvalinat – både helt generelt og i forhold til dets indhold af 2 kirale former:

It must be noted that tau-fluvalinate is a racemic mixture of enantiomers, but the possible preferential metabolism/degradation of each enantiomer in animals and the environment was not investigated in the studies submitted in the dossier and was therefore not considered during the peer review.

Når Miljøstyrelsen vurderer at de 19 ton Tau-fluvalinat, der i 2013 blev anvendt i Danmark – og som blot udgjorde ca. 0,5% af den samlede mængde pesticider – alligevel medførte 4% af den samlede miljø belastning fra sprøjtegifte, så er denne vurdering altså baseret på et forholdsvis tyndt grundlag, da man ikke ved noget om hvordan de to kirale former af molekylet nedbrydes hverken i dyr der optager det, eller i miljøet, eller i de giftrester. der muligvis findes i det dyrkede produkt – frugt, grønsager og korn, og som spises af dyr og mennesker.

Nedbrydning af Kirale Pesticider

Fordi pesticider primært nedbrydes af levende organismer, som jo selv er kirale skabninger – sker optagelse og nedbrydningen af det aktive stof X med en anden hastighed end optagelse og nedbrydningen af dets spejlbillede Y – i jorden – af jordens levende organismer – og i de planter og dyr som er blevet ramt af giften.  Det skyldes at organismernes overflader ofte er kirale, at cellerne i deres indre er kirale og at enzymer til nedbrydning også er kirale, og derfor normalt er mere egnet til at nedbryde det ene end det andet stof – eller måske rettere nedbrydes af forskellige enzymer – og at de derfor ved nedbrydning danner forskellige nedbrydningsprodukter som igen har forskellig giftighed.

I nedenstående figur er vist et skematisk eksempel på hvorledes det kan dokumenteres at et aktivstof, der består af et enantiomert par X og Y er 50% nedbrudt (tidspunkt DT50), som imidlertid ikke er retvisende for stoffets samlede nedbrydning i miljøet eller efter optagelse i planter eller dyr. (Hvis figuren er utydelig så højereklik på den – og vælg åben i nyt faneblad, så kommer den frem i tydelig form).

pesticid.nedbrydning.kiralFiguren viser et eksempel hvor vi har 100 gram af af en rasemøs blanding af aktivstoffet, hvoraf 50 g er stoffet X (gul) og 50 g er stoffet Y (rød).  Det ses at stoffet X nedbrydes hurtigere end stoffet Y, således at ved DT50 er der kun 13 gram tilbage af stoffet X mens der er 37 g tilbage af stoffet Y.  Lidt senere i processen er stoffet X helt nedbrudt mens der fortsat er mere end halvdelen tilbage af stoffet Y – som langsomt nedbrydes.

Man kunne måske tro, at figuren overdriver forskellen i nedbrydningshastighed mellem to enantiomere former.  I nogle tilfælde vil de faktisk have mere ens nedbrydningshastighed end figuren viser, således at problemet ikke er så stort.  I andre tilfælde er nedbrydningshastigheden imidlertid langt større.  For et stof som Metalaxyl er halveringstiden under anarobe forhold for S-enantiomeren 2,1 dag mens den er 8,4 for R-enantiomeren, hvilket er en faktor 4 – og altså en lidt større forskel end figuren viser.

EFSA vurderede i 2014 det tilladte restindhold af pesticid aktivstoffet Imazapyr i blandt andet gensplejsede soja, raps, sennep og solsikker, uden at nævne de forhold der er relevante for et kiralt pesticid.  Hos Imazapyr har R enantiomeren en op til 8 gange større evne til at slå ukrudt ihjel og det er også dette aktivstof der hurtigst nedbrydes.   S enantiomeren er således blot kemisk affald, som bidrager til at afgrøden er belastet af et højere niveau af pesticidrester.

For stofffet Glufosinat er forskellen på nedbrydningshastighed mellem L og D formen imidlertid uendelig stor.  L-Glufosinat er det aktive stof, og har en forholdsvis kort halveringstid, mens D-Glufosinat er “kemisk affald” og  ifølge flere videnskabelige undersøgelser nedbrydes dette stof slet ikke – hverken af bakterier eller i planter.

Glufosinat er en af EUs og verdens mest anvendte ukrudtsgifte.  Uden for EU og er særligt meget anvendt til en del GMO-afgrøder, som majs og raps, der i stor stil anvendes til dyrefoder og føde.  Glufosinat er forbudt at anvende i Danmark.

For flertallet af kirale molekyler findes der syntese-metoder eller oprensingsmetoder, således at man kan producere rene uni-kirale (enantiopure) pesticider, som altså ikke indholder de kirale molekyler, der ikke har den ønskede giftvirkning.  Uni-kirale sprøjtegifte er imidlertid lidt dyrere at producere og deres position på markedet ville derfor blive fremmet betydeligt, hvis myndighederne stillede krav om, at kun uni-kirale pesticider måtte sælges.  Alternativt kunne myndighederne i EU gøre, som man gør i USA – stille krav om at virkning, nedbrydning og toksicitet af hver kiral form i en blanding skal dokumenteres.  Da denne dokumentation er forholdsvis dyr at udarbejde, vil sådan et krav også bremse anvendelsen af rasemøse blandinger af aktivstoffer, som belaster miljøet helt unødvendigt med giftigt kemisk affald.

Det interessante er, at den kemiske industri allerede har udviklet disse unikirale aktivstoffer, de markedsføres blot sjældent i EU, fordi de skal konkurrere med billigere blandings aktivstoffer.  Perspektivet ved at fremme unikirale aktivstoffer ville være, at man på få år kunne fjerne ca. 50% af de kirale pesticiders miljøpåvirkning, hvilket kunne svare til ca. 25% af samtlige pesticiders miljøpåvirkninger i Danmark.

Oversigt over danske Kirale pesticider

En gennemgang af de 208 aktivstoffer der blev anvendt som sprøjtegift i Danmark i 2013 viser at 24 aktivstoffer var kirale, svarende til 11,5%.  Miljøstyrelsen angiver det samlede forbrug af aktivstoffer til 4.183 tons, og en sammentælling af forbruget af de kirale pesticider viser, at der blev brugt ca. 335 ton svarende til lidt over 8% af det samlede forbrug af aktivstofffer til sprøjtegift i Danmark i 2013.

Miljøstyrelsen har i “Bekæmpelsesmiddelstatistik 2013” også publiceret listen over de 10 mest miljøbelastende pesticider.    På denne liste er følgende pesticider kirale: Cypermethrin (23% af den samlede miljøbealstning), Alpha-cypermethrin (8%), Epoxiconazol (8%) og Tau-fluvalinat (4%).  (Hvis figuren er utydelig så klik på den – så kommer den frem i tydelig form).  Kirale pesticider er altså flot repræsenterede blandt de mest miljøskadelige sprøjtegifte med 4 aktivstoffer i top 10, med placeringer som nr. 1, 3, 4 og 8.

Pesticider.10.mest.Miljostyrelsen.2013

Selvom kirale pesticider kun udgør 8% af den samlede mængde sprøjtegift udgør blot de 4 mest miljøskadelige kirale sprøjtegifte som med et samlet forbrug i 2013 på 94 ton svarende til 2,3% af det samlede forbrug altså 43% af den samlede miljøbelastning fra sprøjtegift i Danmark.

I nedenstående skema er de kirale pesticider som anvendes i Danmark nævnt med blandt andet antal af kirale centre og forbrug i 2011 og 2013.  (Hvis figuren er utydelig så klik på den – så kommer den frem i tydelig form).

Pesticider.kiral.Registrerede.DK.2013Der skal et nærmere studie af de kirale pesticider til for præcist at vurdere hvor stor en reduktion i miljøpåvirkning, der vil kunne opnås ved et krav til aktivstoffers godkendelse.  Indtil sådan en analyse gennemføres er ca. 25% reduktion i miljøbelastningen det bedste bud.

Flere aktivstoffer markedsføres i Danmark både i rasemøse blandinger og i delvist oprensede blandinger og i unikirale former.  Ved disse stoffer kan myndighederne umiddelbart justere afgifterne således at de helt eller delvist oprensede stoffer favoriseres af markedskræfterne.

Referencer

– ud over links i teksten ovenfor – og til videre læsning:

Pesticiddatabaser mv.:

Data fra Miljøstyrelsens pesticidstatistik 2015, som udkom 27 januar 2017, er endnu ikke indarbejdet i ovenstående.

Videnskabelige artikler om kirale pesticider:

Teori og nomenklatur:

Denne side er skrevet af og vedligeholdes af Klaus Sall, Sall&Sall Rådgivning, Brabrand.  Spørgsmål og ris og ros kan sendes nederst på forsiden.

2 tanker om “Kirale pesticider

  1. Hej
    Jeg er kemilærer i STX og har på et tidspunkt vist mine elever et filmklip om Cheminovas produktion af et kiralt pesticid. Kan desværre ikke huske hvad filmen/programmet hed, og har nu søgt (googlet) en del uden held. Siger det dig noget? Ville blive kisteglad for at kunne vise klippet igen 🙂
    MVH
    Kristine

    1. Kære Kristine
      Cheminova producerer f.eks. gammacyhalotrin som er chiralt.
      Jeg vil tro at hvis du søger på
      gammacyhalotrin og youtube
      Cheminova og youtube
      gammacyhalotrin og vimeo
      eller
      Cheminova og vimeo så kommer du frem til noget du kan bruge.
      I denne film om gammacyhalotrin nævner de at det er en single isomer https://www.youtube.com/watch?v=BqG-uR3DEjs
      Mange hilsner
      Klaus

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *