ピレトリン

ピレトリンは、昆虫の神経系を標的とすることにより強力な殺虫活性を有するキクcinerariifoliumに通常由来する有機化合物のクラスです。ピレトリンはキクの花に自然に発生し、ピペロニルブトキシドまたは他の合成アジュバントと組み合わせない場合、有機殺虫剤と見なされることがよくあります。それらの殺虫性および防虫性は知られており、何千年もの間使用されてきました。

ピレトリンは有機リン酸塩と有機塩化物に徐々に取って代わりつつあります。後者の化合物は、人間に対して有意かつ持続的な毒性効果があることが示されているためです。それらは生分解性であるため、環境に蓄積するピレスリンの合成類似体であるピレスロイドよりもピレスリンが広く好まれています。ピレトリンは、人間の健康の観点から低毒性の農薬と見なされています。

化学

歴史

ピレトリンは、殺虫剤を供給するために長い間商業的に栽培されている多年生植物の除虫菊（ キク ）の種子の場合に発生します。ピレトリンは何千年もの間殺虫剤として使用されてきました。中国は紀元前1000年頃に菊を粉砕し、殺虫剤として使用したと考えられています。中国の周王朝は、殺虫剤の特性のためにピレトリンを広く使用したことが広く知られていました。何世紀もの間、イランでは押しつぶされた菊の花が家庭用殺虫剤であるペルシャ粉を生産するために使用されてきました。ピレトリンは、アジアの1800年頃に押しつぶされた花の殺虫特性に関与する菊植物の強力な化学物質として特定されました。ナポレオン戦争では、フランス兵が花を使用してノミやシラミを寄せ付けませんでした。

生合成

殺虫剤としての使用が開始されてからまもなく、1924年にHermann StaudingerとLavoslavRužičkaによって化学構造が決定されました。ピレトリンI（CnH28O3）とピレトリンII（CnH28O5）はシクロプロパンコアを持つ構造的に関連したエステルです。ピレトリンIは、（+）- トランス -クリサンテム酸の誘導体です。ピレトリンIIは密接に関連していますが、1つのメチル基が酸化されてカルボキシメチル基になり、結果として生じるコアはピレス酸と呼ばれます。それらの構造の知識は、ピレスロイドと呼ばれる合成類似体の生産への道を開きました。ピレトリンはテルペノイドに分類されます。天然に存在するピレトリンの生合成における重要なステップには、2分子のジメチルアリルピロリン酸が関与します。これらの分子は、クリサンテミル二リン酸シンターゼの作用により結合してシクロプロパン環を形成します。

製造

商業的なピレトリン生産は、主に山岳赤道地帯で行われます。ダルマチア菊の商業栽培は、海抜3000〜6000メートルの高度で行われます。これは、標高がこのレベルまで上昇するにつれてピレトリン濃度が増加することが示されているためです。半乾燥状態と寒い冬が最適なピレトリン生産を実現するため、これらの植物を栽培するのに多くの水は必要ありません。ピレトリンの生産に使用される別の種類の菊は、除虫菊です。これらの花は、ピレトリンの生産を最適化するために、ダルマチアの菊よりも低い標高の乾燥土壌で栽培することを好みます。

世界のピレトリンとC. cinerariaefoliumの供給のほとんどは、最も強力な花を生産するケニアから来ています。他の国にはクロアチア（ダルマチア）と日本が含まれます。この花は、1920年代後半にケニアと東アフリカの高地に初めて導入されました。 2000年代以来、ケニアは世界の除虫菊の約70％を生産してきました。花のかなりの量は、収入源としてそれに依存している小規模農家によって栽培されています。ケニアの主要な輸出収入源であり、3,500人以上の追加雇用の源泉です。約23,000トンが1975年に収穫されました。有効成分は有機溶媒で抽出され、ピレトリンI、ピレトリンII、シネリンI、シネリンII、ジャスモリンI、およびジャスモリンIIの6種類のピレトリンを含む濃縮物が得られます。

多くの場合、花を処理してピレトリンを栽培するのは時間がかかり、地域によって異なります。たとえば、日本では、花が逆さまに垂れ下がると乾燥し、ピレトリン濃度がわずかに増加します。ピレトリンを処理するには、花を粉砕する必要があります。花が押しつぶされる程度は、ピレトリンの使用期間と品質の両方に影響を及ぼします。生成されるより細かい粉末は、より粗く砕いた花よりも殺虫剤としての使用に適しています。しかし、より粗く砕かれた花は、より長い貯蔵寿命を持ち、それほど劣化しません。

殺虫剤として使用

ピレトリンは殺虫剤として最も一般的に使用され、1900年代からこの目的のために使用されてきました。 1800年代には、「ペルシャの粉」、「ペルシャのペリレ」、および「ザッケリン」として知られていました。ピレトリンは、昆虫の神経細胞内の電位依存性ナトリウムチャネルの閉鎖を遅らせ、その結果、神経の発火が繰り返され、延長されます。この過剰興奮は、運動協調と麻痺の喪失による昆虫の死を引き起こす。ピレトリンに対する耐性は、殺虫剤をピペロニルブトキシドなどの合成相乗剤と組み合わせることにより回避されました。一緒に、これらの2つの化合物は昆虫の解毒を防ぎ、昆虫の死を確実にします。相乗剤はピレトリンをより効果的にし、より低い用量を効果的にします。ピレトリンは、昆虫の神経感度が高く、昆虫の体の大きさが小さく、哺乳類の皮膚吸収が低く、哺乳類の肝臓代謝がより効率的であるため、哺乳類よりも昆虫を選択的に標的とするため、効果的な殺虫剤です。

ピレトリンは強力な殺虫剤ですが、低濃度では防虫剤としても機能します。食品施設での観察は、ハエがすぐに殺されるのではなく、窓辺や出入り口付近でより頻繁に見つかることを示しています。これは、適用される低用量のために、昆虫が死ぬ前にその領域を離れるように追いやられることを示唆しています。ピレトリンは、殺虫剤および防虫効果により、アリ、クモ、シラミなどの人間、作物、家畜、ペットに影響を与える害虫の個体数、および潜在的に病気を媒介する蚊、ノミ、とダニ。

ピレスリンおよびピレスロイドが殺虫剤としてますます使用されるにつれて、これらの化学物質への暴露に関連する病気および傷害の数も増加しています。しかし、深刻な健康への影響や人の死亡につながるケースはほとんど発生していないため、ピレスロイドは「低毒性」化学物質とラベル付けされ、在宅ケア製品に遍在しています。ピレトリンは環境に良いと広く考えられており、UV暴露により無害な化合物に分解されるため、局所スプレーを使用するフィールドでのみ使用した場合、無害です。さらに、それらは植物にほとんど持続効果がなく、自然に分解するか、調理プロセスによって分解されます。

除虫菊によって正常に制御された特定の害虫種には、ジャガイモ、ビート、ブドウ、および6スポットツマグロヨコバイ、キャベツルーパー、セロリの葉の層、セイのカメムシ、12スポットのキュウリカブトムシ、モモ、ブドウおよび花のアザミウマのバグが含まれます、およびクランベリー果虫。

毒性

ピレトリンは、環境中で急速に分解されるため、市場で最も安全な殺虫剤の1つです。

ピレトリンと合成ピレスロイドの化学の類似性には、昆虫に対する類似の作用モードとほぼ同一の毒性が含まれます（すなわち、ピレトリンとピレスロイドの両方がナトリウムチャネルに作用することにより昆虫内に毒性効果を誘発します）。

ピレトリンと合成ピレスロイドの化学的性質のいくつかの違いは、合成ピレスロイドの方がピレトリンよりも環境の持続性が比較的長いという結果をもたらします。ピレトリンは、化学構造が紫外線やpHの変化の影響を受けやすいため、合成ピレスロイドよりも環境の持続性が短くなっています。

それらは通常、哺乳動物や人間に対する市販のピレスロイドには見られない毒性の危険をもたらします。除虫菊抽出物は殺虫性の6つのエステルで構成されていますが、半合成ピレスロイドは化学的に活性な化合物1つのみで構成されています。その結果、肝臓はこれらの追加の連鎖を最初に分解する必要があり、血流内で毒性レベルが上昇し、入院や死に至る可能性があります。

したがって、天然殺虫剤やシャンプーなどの製品にピレトリンを使用すると、暴露した哺乳類の毒性の可能性が高まります。ピレトリンの使用による死亡を示す医療ケースが出現し、多くの有機農家が使用をやめるようになりました。少量（0.2％ピレスリン）のみを含むシャンプーを使用して犬を洗った11歳の少女の1つの医療ケース。長時間の曝露は、シャンプー中の化合物による気道の原因を悪化させ、少女は急性喘息発作に苦しみ、シャンプーに最初に曝露してから2時間半後に死亡しました。

最近の報告は、天然ピレトリンの使用以来、偶発的な中毒率が着実に増加していることを示しており、一部の国ではそれらの使用を完全に禁止しています。米国では、子供の死亡例が発生した直後の2012年に、ホームバグスプレー（RAID）での除虫菊の使用が禁止され、FDAによる調査が促されました。

ヒトにおける慢性ピレトリン毒性

ヒトの慢性毒性は、肺への呼吸を通じて最も急速に、または皮膚からの吸収を通じてよりゆっくりと発生し、曝露後にアレルギー反応が起こり、かゆみや刺激性の皮膚、burning熱感を引き起こすことがあります。これらのタイプの反応はまれです。なぜなら、半合成フィリトイドのピレトリンのアレルゲン成分が除去されているからです。ピレトリンの代謝物化合物は、その起源よりも哺乳動物に対して毒性が低く、化合物は肝臓または消化管で分解されるか、糞から排泄されます。組織への貯蔵の証拠は発見されていません。

除虫菊毒性

ピレトリンの粗製形態である除虫菊への曝露は、哺乳類に有害な健康影響を引き起こします。除虫菊には、市販のピレトロイドにはないアレルギー効果もあります。哺乳動物では、除虫菊への毒性暴露により、舌と唇のしびれ、よだれ、嗜眠、筋肉振戦、呼吸不全、嘔吐、下痢、発作、麻痺、および死に至る可能性があります。イヌとは異なり、ネコはピレトリン化合物の代謝を可能にするグルクロン酸抱合を可能にする肝臓酵素を欠いています。低用量への暴露でも、一部の猫では毒性を引き起こす可能性があります。人間の高レベルの除虫菊への曝露は、喘息の呼吸、くしゃみ、鼻づまり、頭痛、吐き気、協調性の喪失、振戦、痙攣、顔面紅潮、腫れなどの症状を引き起こすことがあります。免疫システムへの損傷の可能性が存在し、それは毒性に続くアレルギーの悪化をもたらします。乳児は皮膚への浸透が容易であるため、除虫菊を効果的に分解することができず、成人と同様の症状を引き起こしますが、死亡のリスクが高くなります。

環境への影響

水生生息地

水生環境では、ピレトリンの毒性は変動し、温度、水、酸性度の上昇とともに増加します。適用後の流出は、ピレスロイドがこれらの領域に蓄積する可能性があるため、堆積物に生息する水生生物にとって懸念となっています。水生生物はピレトリン毒性の影響を非常に受けやすく、レイクトラウトなどの種で記録されています。ピレトリンは鳥類やほとんどの哺乳動物によってすぐに代謝されますが、魚や水生無脊椎動物はこれらの化合物を代謝する能力を欠いており、副産物の毒性蓄積をもたらします。水域へのピレスロイドの蓄積に対抗するため、環境保護庁（EPA）は2つのラベル表示イニシアチブを導入しました。ピレスロイドおよび相乗ピレトリンの非農業用屋外製品の環境ハザードおよび一般表示は、住宅、商業、施設、および工業地域での使用後の水域への流出を減らすために2013年に改訂されました。ピレスロイドスプレードリフトイニシアチブは、農作物で使用されるすべてのピレスロイド製品のラベル表示の言語を更新しました。 EPAは、低用量であっても魚や水生無脊椎動物に対する毒性が高いため、農薬を使用しない方法や、周囲の水生環境に害の少ない代替化学物質などの代替物を推奨しています。

ミツバチ

ピレトリンは、非特異的な殺虫剤として広く使用されています。ミツバチはピレトリンに特に敏感で、致死量はわずか0.02マイクログラムであることが示されています。この感受性と受粉媒介者の減少のため、ピレトリンは、典型的な受粉時間を避けるために、夜間ではなく、粉状ではなく液体で適用することが推奨されます。