Chlorpyrifos

1. Chemische und physikalische Eigenschaften

1.1 Chemische Identität

• Allgemeiner Name: Chlorpyrifos
• Chemischer Name (IUPAC): O,O-Diethyl O-(3,5,6-trichlor-2-pyridyl)phosphorothioat
• CAS-Registrierungsnummer: 2921-88-2
• Chemische Klasse: Organophosphat-Insektizid/Akarizid
• Molekularformel: C₉H₁₁Cl₃NO₃PS
• Molekulargewicht: 350,59 g/mol

1.2 Wichtige physikalische Eigenschaften

• Erscheinungsbild: Reines Chlorpyrifos ist ein weißer oder farbloser kristalliner Feststoff. Technisches Material ist oft ein gelbliches bis bräunliches körniges Feststoff oder eine Flüssigkeit.
• Geruch: Milder Mercaptan- oder knoblauchähnlicher Geruch.
• Schmelzpunkt: 42-43,5°C.
• Siedepunkt: Zersetzt sich bei Temperaturen über ~160°C, bevor es unter atmosphärischem Druck siedet.
• Dampfdruck: 2,5 mPa (1,87 x 10⁻⁵ mmHg) bei 25°C. Es wird als halbflüchtig angesehen, was bedeutet, dass es von behandelten Oberflächen verdampfen und zum atmosphärischen Transport beitragen kann.
• Dichte: 1,398 g/cm³ bei 43,5°C.
• Löslichkeit:
  • Wasser: Sehr gering; etwa 1,4 mg/L (ppm) bei 25°C.
  • Organische Lösungsmittel: Löslich in den meisten organischen Lösungsmitteln, einschließlich Aceton, Xylol, Methanol und Dichlormethan.
• Log K_ow (Octanol-Wasser-Verteilungskoeffizient): ~4,7 - 5,3, was darauf hinweist, dass es stark lipophil ist und ein hohes Potenzial zur Bioakkumulation in den Fettgeweben von Organismen hat.

1.3 Wichtige chemische Eigenschaften

• Stabilität:
  • Relativ stabil unter neutralen und sauren Bedingungen.
  • Hydrolysiert schnell unter alkalischen (hohem pH) Bedingungen.
  • Unterliegt der Photodegradation im Sonnenlicht.

2. Produktionstechnologien

2.1 Syntheseübersicht

1. Synthese des Zwischenprodukts 3,5,6-Trichlor-2-pyridinol (TCP): Dies ist der Hauptvorläufer. Es wird allgemein aus Pyridin oder 2-Picolin durch einen mehrstufigen Chlorierungs- und Hydrolyseprozess hergestellt.
2. Kondensationsreaktion: TCP wird mit O,O-Diethylphosphorchloridothioat (DECTP) in Gegenwart eines Lösungsmittels und einer Base (wie Kaliumcarbonat oder einem Amin) zur Neutralisierung des Nebenprodukts Salzsäure umgesetzt. Das resultierende rohe Chlorpyrifos wird dann gereinigt.

2.2 Wichtige Rohstoffe

• Pyridin oder 2-Picolin
• Chlorgas
• Thiophosphorylchlorid (PSCl₃) oder Phosphoroxychlorid (POCl₃)
• Ethanol
• Basen (z. B. Natriumhydroxid, Kaliumcarbonat)
• Lösungsmittel

2.3 Formulierung

• Emulgierbare Konzentrate (EC): Eine sehr gebräuchliche flüssige Formulierung.
• Granulate (GR): Für die Bodenanwendung.
• Benetzbare Pulver (WP)
• Suspensionskonzentrate (SC)
• Mikroverkapselte Suspensionen (CS): Entwickelt für eine langsamere Freisetzung und reduzierte Exposition des Anwenders.
• Köder, Stäube und Saatgutbehandlungen

3. Anwendungen

3.1 Wirkungsweise

• Chlorpyrifos ist ein nicht-systemisches, breit wirksames Insektizid mit Kontakt-, Magen- und Fumigationswirkung. Seine Fähigkeit, als Fumigant zu wirken, macht es besonders wirksam gegen bodenbewohnende Schädlinge.
• Es ist ein Acetylcholinesterase (AChE)-Hemmer. Es bindet irreversibel an das AChE-Enzym im Nervensystem und verhindert den Abbau des Neurotransmitters Acetylcholin. Dies führt zu einer Akkumulation von Acetylcholin an der Nervensynapse, was kontinuierliche Nervenimpulse, Krämpfe, Lähmungen und letztendlich den Tod des Insekts verursacht.
• Es ist in Gruppe 1B des Insektizid-Resistenz-Aktionskomitees (IRAC) eingestuft.

3.2 Kulturen und Anwendungen

• Landwirtschaftliche Anwendungen (historisch): Mais, Sojabohnen, Baumwolle, Weizen, Reis, Zitrusfrüchte, Äpfel, Nüsse, verschiedene Obst- und Gemüsesorten.
• Nicht-landwirtschaftliche Anwendungen: Rasenflächen auf Golfplätzen, Termitenbekämpfung in Gebäuden, Mückenbekämpfung (Larvizid) und Schädlingsbekämpfung in Innenräumen (z. B. Kakerlaken, Ameisen). Hinweis: Alle Anwendungen im Innen- und Außenbereich für Wohngebiete wurden in den USA im Jahr 2000 verboten.

3.3 Bekämpfte Schädlinge

• Bodenschädlinge: Maiswurzelbohrer, Drahtwürmer, Engerlinge, Erdraupen.
• Fressende Insekten: Raupen (z. B. Heereswürmer, Baumwollkapselwürmer), Käfer (z. B. Rüsselkäfer).
• Saugende Insekten: Blattläuse, Zikaden, Schildläuse, Weiße Fliegen.
• Andere Schädlinge: Termiten, Fliegen, Mücken, Milben.

3.4 Anwendungsarten

• Blattspritzung
• Bodenverteilung oder Anwendung in der Furche
• Behandlung von Saatgut
• Termitizid-Barrierebehandlung für Gebäudefundamente

4. Marktanalyse

4.1 Überblick über den globalen Markt

• Chlorpyrifos war jahrzehntelang eines der weltweit meistverkauften Insektizide aufgrund seiner Wirksamkeit und seines niedrigen Preises.
• Der Markt ist in Nordamerika und Europa nach regulatorischen Verboten dramatisch eingebrochen.
• Es wird immer noch in einigen Ländern in Asien, Südamerika und Afrika produziert und verwendet, aber sein globaler Marktanteil geht stark zurück, da immer mehr Länder Maßnahmen zur Einschränkung oder zum Verbot ergreifen.

4.2 Wichtige Marktdynamiken

• Treiber (historisch): Breitbandige Kontrolle, niedrige Kosten, Wirksamkeit gegen wichtige Schädlinge (insbesondere im Boden und bei Termiten).
• Beschränkungen/Herausforderungen (aktuell und überwältigend):
  • Dokumentierte neuroentwicklungsbedingte Toxizität bei Kindern.
  • Weit verbreitete regulatorische Verbote und Ausstiegspläne.
  • Extreme Toxizität für aquatische Lebewesen, Vögel und Bienen.
  • Entwicklung von Resistenzen bei einigen Schädlingspopulationen.
  • Starke öffentliche Ablehnung und Rechtsstreitigkeiten.

5. Verbindungen in der Wertschöpfungskette

5.1 Verbindungen in der vorgelagerten Wertschöpfungskette (Inputs für die Produktion)

• Grundchemikalien: Pyridin, Chlor, phosphorbasierte Verbindungen.
• Chemische Zwischenprodukte: 3,5,6-Trichlor-2-pyridinol (TCP), O,O-Diethylphosphorchloridothioat (DECTP).
• Lieferanten dieser Materialien sind in der globalen Massen- und Spezialchemieindustrie tätig.

5.2 Verbindungen in der nachgelagerten Wertschöpfungskette (Outputs und Verbraucher)

• Agrochemische Formulierer: Kaufen technisches Chlorpyrifos, um Endprodukte herzustellen (in Ländern, in denen es noch erlaubt ist).
• Distributoren und Einzelhändler: Liefern formulierte Produkte an Endverbraucher.
• Endverbraucher:
  • Landwirte (in Regionen, in denen es noch erlaubt ist).
  • Schädlingsbekämpfer für Termitenbekämpfung und andere nicht-lebensmittelbezogene Anwendungen.
  • Golfplatzverwalter.