Ротенон

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[1]
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.[1]
Химические свойства
Растворимость
• в воде	~2*10^-5 г/100 мл[2]
• в этаноле	0,2 г/100 мл[2]
• в тетрахлорметане	0,6 г/100 мл[2]
• в ацетоне	6,6 г/100 мл[2]
• в бензоле	8,0 г/100 мл[2]
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)[1]
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

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.

Открытие

Самое раннее упоминание о ротенон-содержащих растениях, которые использовались для борьбы с гусеницами, относится к 1848 году, а до того эти же растения использовались индейцами Южной Америки для убийства рыбы^[3]. 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^[4]. Он написал об этом исследовании в своей диссертации, опубликованной посмертно в 1895 после его гибели от неизвестного паразитарного заболевания^[5]. 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^[6].

Использование

Ротенон используется как пестицид, инсектицид и рыбий яд^[7]. Он доступен коммерчески под названиями кубе, туба или деррис, в чистом виде или в комбинации с другими инсектицидами^[8]. В Соединённых Штатах и Канаде было прекращено любое использование ротенона, кроме тех случаев, когда он применяется как рыбий яд^[9][10]. Так, правительственные агентства используют его для потравы рыбы в реках и озёрах США с 1952 года^[11].

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^[12].

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^[13] и ухода за садом. Обладая неселективным 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^[8]. 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^[14].

Ротенон-содержащие растения

Ротенон получают экстракцией из корней и стеблей нескольких тропических и субтропических видов растений, но преимущественно 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^[15]
• Lonchocarpus urucu — Южная Америка^[15]
• 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^[16]
• Piscidia piscipula — южная Флорида, Карибские острова^[17]
• Несколько видов Millettia и Tephrosia в юго-восточных регионах Азии^[18]

Токсичность

Согласно Всемирной организации здравоохранения ротенон относится к умеренно опасным веществам^[19]. 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^[20].

Наименьшая летальная доза для ребёнка составляет 143 мг/кг. Случаи смертельного отравления людей ротеноном крайне редки, поскольку его раздражающее действие вызывает рвоту^[21]. Умышленное поглощение ротенона может быть смертельным^[22].

Ротенон разлагается на солнечном свету и на открытом воздухе активен всего шесть дней^[23]. 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^[24].

Болезнь Паркинсона

В 2000 году поступило сообщение, что ротенон является причиной развития симптомов, аналогичных болезни Паркинсона. Ротенон непрерывно применялся в течение пяти недель в виде смесей с ДМСО и ПЭГ, чтобы усилить проникновение в ткани, и вводился в яремную вену^[25] . Исследователи не заявляли, что взаимодействие с ротеноном ведёт к развитию болезни Паркинсона у людей, но согласны с данными, что хроническое воздействие токсинов окружающей среды повышает вероятность заболевания^[26].

Кроме того, исследования на культуре крысиных нейронов и микроглии^[27] 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 концентрацией кальция, что послужило дополнительным подтверждением гипотезы о смерти дофаминэргических нейронов^[28].

Раньше было известно, что нейротоксин МФТП вызывает симптомы, подобные болезни Паркинсона (у человека и других приматов, но не у крыс), прерывая электрон-транспортную цепь в комплексе I и убивая дофаминергические нейроны чёрной субстанции. Однако в дальнейших исследованиях с участием МФТП не удалось показать развитие телец Леви, ключевого компонента болезни Паркинсона. Таким образом, механизм действия МФТП и его отношение к болезни Паркинсона до конца не изучены. 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^[29].

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^[30].

В 2011 году национальный институт исследования здравоохранения США показал связь между использованием ротенона и болезнью Паркинсона у сельскохозяйственных рабочих^[31].

Случаи использования

В 2010 году ротенон был использован для уничтожения популяции инвазивной золотой рыбки в озере Манн (окрг Харни, Орегон. Это было сделано с намерением сохранить озёрную популяцию форели. Ротенон успешно справился с задачей, убив около 200 000 золотых рыбок и только трёх форелей^[32].

В 2014 с помощью ротенона была уничтожена вся рыба в Маунтин Лейк в Сан-Франциско, расположенном в парке Маунтин Лэйк^[33].

См. также

• НАДН-дегидрогеназный комплекс

Примечания

1. NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards #0548 (англ.). National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
2. Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — С. 274. — 639 с. — ISBN 5-82270-092-4.
3. Metcalf RL. The Mode of Action of Organic Insecticides (англ.). — National Research Council, Washington DC, 1948.
4. Ambrose Anthony M. Harvey B. Haag. Toxicological study of Derris (англ.) // Industrial & Engineering Chemistry^[англ.] : journal. — 1936. — Vol. 28, no. 7. — P. 815—821. — doi:10.1021/ie50319a017.
5. Useful tropical plants  (неопр.). ASNOM (2 января 2008). Дата обращения: 16 марта 2008. Архивировано 6 сентября 2007 года.
6. La Forge F. B. Haller H. L. Smith L. E. The Determination of the structure of rotenone (англ.) // Chemical Reviews^[англ.] : journal. — 1933. — Vol. 18, no. 2. — P. 181—213. — doi:10.1021/cr60042a001.
7. Peter Fimrite. Lake poisoning seems to have worked to kill invasive pike  (неопр.) (недоступная ссылка — история). San Francisco Chronicle (2 октября 2007).
8. Hayes WJ. Handbook on Pesticides, Volume 1 (неопр.). — Academic Press, 1991. — ISBN 0-12-334161-2.
9. Reregistration Eligibility Decision for Rotenone Архивная копия от 14 июля 2011 на Wayback Machine, EPA 738-R-07-005, March 2007, United States Environmental Protection Agency
10. Re-evaluation Note: Rotenone (REV2008-01, 29 January 2008) Архивная копия от 7 июня 2011 на Wayback Machine, Consumer Product Safety, Health Canada
11. Schmidt, Peter One Strange Fish Tale  (неопр.). The Chronicle of Higher Education (28 февраля 2010). Дата обращения: 24 сентября 2015. Архивировано 25 сентября 2015 года.
12. Robertson, D. Ross; Smith-Vaniz, William F. Rotenone: An Essential but Demonized Tool for Assessing Marine Fish Diversity (англ.) // BioScience^[англ.] : journal. — 2008. — Vol. 58, no. 2. — P. 165. — doi:10.1641/B580211.
13. Effects of Rotenone, a commonly-used organic pesticide on mitochondrial complex 1 function and altered immune responses  (неопр.). University of Massachusetts Center for Agriculture. Дата обращения: 10 февраля 2014. Архивировано из оригинала 23 февраля 2014 года.
14. Mehta, Suresh Neuroprotective role of mitochondrial uncoupling protein 2 in cerebral stroke  (неопр.). Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. Дата обращения: 14 апреля 2014. Архивировано 7 апреля 2014 года.
15. Fang N., Casida J. Cubé resin insecticide: identification and biological activity of 29 rotenoid constituents (англ.) // J Agric Food Chem^[англ.] : journal. — 1999. — Vol. 47, no. 5. — P. 2130—2136. — doi:10.1021/jf981188x. — PMID 10552508.
16. Coates Palgrave, Keith. Trees of Southern Africa (англ.). — Struik, 2002. — ISBN 0-86977-081-0.
17. Nellis, David N. (1994). Seashore plants of South Florida and the Caribbean. Pineapple Press. 160 p.
18. Barton D., Meth-Cohn O. Comprehensive Natural Products Chemistry (неопр.). — Pergamon Press^[англ.], 1999. — ISBN 0-08-091283-4.
19. IPCS, International Programme on Chemical Safety; United Nations Environment Programme; International Labour Organization; World Health Organization. The WHO Recommended Classification of Pesticides by Hazard (англ.). — World Health Organization, 2007. — ISBN 92-4-154663-8. Архивировано 27 февраля 2018 года.
20. Lupescu, Adrian; Jilani, Kashif; Zbidah, Mohanad; Lang, Florian. Induction of apoptotic erythrocyte death by rotenone (англ.) // Toxicology : journal. — 2012. — October (vol. 300, no. 3). — P. 132—137. — doi:10.1016/j.tox.2012.06.007. — PMID 22727881.
21. Rotenone (неопр.) // Pesticides News. — 2001. — Т. 54. — С. 20—21. Архивировано 18 марта 2008 года.
22. Wood D. M., Alsahaf H., Streete P., Dargan P. I., Jones A. L. Fatality after deliberate ingestion of the pesticide rotenone: a case report (англ.) // Critical Care : journal. — 2005. — June (vol. 9, no. 3). — P. R280—4. — doi:10.1186/cc3528. — PMID 15987402. — PMC 1175899.
23. Vitax Safety Data Sheet for Derris dust, revised October 1998
24. [http://www.newmexicotu.org/Rotenone%20summary.pdf Rotenone. A Brief Review of its Chemistry, Environmental Fate, and the Toxicity of Rotenone Formulations] (англ.) : journal. Архивировано 4 марта 2016 года.
25. Caboni P., Sherer T., Zhang N., Taylor G., Na H., Greenamyre J., Casida J. Rotenone, deguelin, their metabolites, and the rat model of Parkinson's disease (англ.) // Chem Res Toxicol^[англ.] : journal. — 2004. — Vol. 17, no. 11. — P. 1540—1548. — doi:10.1021/tx049867r. — PMID 15540952.
26. Summary of the article by Dr. Greenamyre on pesticides and Parkinson’s Disease at ninds.nih.gov  (неопр.). Дата обращения: 27 декабря 2015. Архивировано из оригинала 2 ноября 2004 года.
27. Gao H. M., Liu B., Hong J. S. Critical role for microglial NADPH oxidase in rotenone-induced degeneration of dopaminergic neurons (англ.) // The Journal of Neuroscience^[англ.] : journal. — 2003. — July (vol. 23, no. 15). — P. 6181—6187. — PMID 12867501.
28. Freestone P. S., Chung K. K., Guatteo E., Mercuri N. B., Nicholson L. F., Lipski J. Acute action of rotenone on nigral dopaminergic neurons--involvement of reactive oxygen species and disruption of Ca2+ homeostasis (англ.) // The European Journal of Neuroscience^[англ.] : journal. — 2009. — November (vol. 30, no. 10). — P. 1849—1859. — doi:10.1111/j.1460-9568.2009.06990.x. — PMID 19912331.
29. Neurotransmitters and Disorders of the Basal Ganglia — Basic Neurochemistry — NCBI Bookshelf, American Society for Neurochemistry
30. Pan-Montojo, Francisco; Anichtchik, Oleg; Dening, Yanina; Knels, Lilla; Pursche, Stefan; Jung, Roland; Jackson, Sandra; Gille, Gabriele; Spillantini, Maria Grazia. Progression of Parkinson's Disease Pathology Is Reproduced by Intragastric Administration of Rotenone in Mice (англ.) // PLoS ONE : journal / Kleinschnitz, Christoph. — 2010. — Vol. 5, no. 1. — P. e8762. — doi:10.1371/journal.pone.0008762. — PMID 20098733. — PMC 2808242. Архивировано 5 января 2016 года.
31. Tanner Caroline M. Freya Kamel, G. Webster Ross, Jane A. Hoppin, Samuel M. Goldman, Monica Korell, Connie Marras, Grace S. Bhudhikanok, Meike Kasten, Anabel R. Chade, Kathleen Comyns, Marie Barber Richards, Cheryl Meng, Benjamin Priestley, Hubert H. Fernandez, Franca Cambi, David M. Umbach, Aaron Blair, Dale P. Sandler, J. William Langston. Rotenone, Paraquat and Parkinson’s Disease (англ.) // Environmental Health Perspectives^[англ.] : journal. — 2011. — Vol. 119, no. 6. — P. 866—872. — ISSN 0091-6765. — doi:10.1289/ehp.1002839. — PMID 21269927. — PMC 3114824. Архивировано 28 февраля 2011 года.
32. Monroe, Bill (2010-12-03). "Mann Lake Gets a Second Round of Rotenone for Cutthroat Restoration". The Oregonian. Oregon Live LLC. Архивировано 28 декабря 2012. Дата обращения: 20 декабря 2012.
33. Fimrite, Peter Alien fish poisoned by the thousands to save S.F.’s Mountain Lake  (неопр.). SFGate / Hearst (12 ноября 2014). Дата обращения: 24 сентября 2015. Архивировано 25 сентября 2015 года.

Внешние ссылки

• Rotenone, Molecule of the Month at chm.bris.ac.uk
• Compendium of Pesticide Common Names at alanwood.net
• Cornell University. Rotenone. Resource Guide for Organic and Disease Management.
• Rotenone. ARS Pesticide Properties Database
• Rotenone use in research on the biodiversity of marine fishes
• Rotenone Factsheet
• Rotenone registration at US Environmental Protection Agency
• CDC – NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
• Rotenone at Bioblast
• Chemical Description