Данная группа веществ принадлежит к наиболее широко применяемым пестицидам. Для этой группы характерна способность быстро гидролизоваться, с чем связан их слабый кумулятивный эффект. В основе действия ФОС на организм лежит способность угнетать ацетилхолин (локализованный в нервной ткани и эритроцитах) и псевдохолинэстеразу (находящуюся в печени и плазме крови).
Полученные в последние годы основные закономерности биологического действия ФОС в зависимости от их структуры будут рассмотрены ниже. Химическая структура и номенклатура ФОС подробно освещены О'Брайном.
Химическое строение большинства ФОС может быть выражено общей схематической формулой:
где R1 и R2 — одинаковые или различные алкильные, алкоксильные, алкиламинные, арильные или арилокси группы. Группы R1 и R2 могут быть непосредственно присоединены к фосфору (в фосфинатах) или связаны через кислород или серу (в фосфатах). В фосфонатах R1 может иметь непосредственную связь с фосфором, a R2 связан с фосфором через кислород или серу.
В фосфороамидатах углеродный атом группы R2 соединен с фосфором через NH-группу. В качестве группы X может быть остаток неорганической или органической кислоты, соединенных непосредственно с фосфором, либо различные замещенные и разветвленные алифатические, ароматические или гетероциклические группы, сочиненные с фосфором обычно через кислород или серу. Группа X рассматривается как отходящая или отщепляемая группа, так как при взаимодействии с холинэстеразой она отщепляется, а остаток соединяется с молекулой фермента, фосфорилируя его.
Атомом с двойной связью может быть кислород или сера, и соответствующие соединения именуются фосфатами или фосфоротиоатами (названия "тиофосфаты" или "тионофосфаты" в настоящее время используются реже).
По химическому строению ФОП можно разделить на 5 групп:
производные фосфорной,
тиофосфорной,
дитиофосфорной,
пирофосфорной и
фосфоновых кислот.
В зависимости от различия в фосфорной группе ФОС выделяют 3 основные группы соединений:
фосфаты (без атома серы),
фосфоротиоаты (с одним атомом серы) и фосфородитиоаты (с двумя атомами серы).
Форма Р=0 сложного эфира тиоата может рассматриваться как оксон и часто включается в тривиальное наименование. Например, паратион является исходящим P=S соединением параоксона. ФОС формы P=S обладают большей внутренней стабильностью, чем Р=0, поэтому многие пестициды производятся в форме P=S, которая в тканях организма превращается в биологически активный оксон. Механизм этого превращения обсуждается ниже. В настоящее время известны десятки тысяч отдельных ФОС, их число возрастает с каждым днем и дать их полный перечень не представляется возможным. Химическое строение, физико-химические и токсические свойства многих ФОС отражены в работах.
Подробную информацию и легальный файл для большинства ФОС можно получить в Международном регистре потенциально токсичных химических веществ. Фосфорорганические соединения могут находиться в различном агрегатном состоянии. Большинство из них представляют собой маслянистую жидкость либо кристаллический порошок, нерастворимы либо плохо растворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях. Многие из них имеют неприятный специфический запах.
Плотность ФОС находится в пределах 1,1—1,7. Среди фосфорорганических соединений имеются вещества с различной степенью летучести. К веществам, обладающим очень высокой летучестью (насыщающая концентрация больше 10 мг/м3), относятся димефокс, ДДВФ, фосдрин, тионовый изомер метилмеркаптофоса, тимет, зарин, ронелл и др.
Фосфорорганические соединения достаточно стабильны при нейтральной рН, легко гидролизуются в щелочных растворах (рН 8,0 и выше), в меньшей степени в кислых растворах (при рН 2,0 и ниже). Фосфороамидаты гидролизуются в ходе катализируемой кислотой реакции даже при рН 4,0—5,0 и после образования кислоты разложение ускоряется из-за автокатализа. На скорость гидролиза оказывают влияние такие факторы, как характер заместителей в молекуле ФОС, катализаторы (азотсодержащие соединения, гидроксамовые кислоты, хлор, медь и др.), растворители, изменение температуры и рН.
Механизм и скорость гидролиза ФОС описаны у О'Брайна. При хранении, нагревании и перегонке некоторые фосфорорганические соединения способны к изомеризации. Наиболее обычной является изомеризация фосфоротиоатов (тионфосфатов) типа (RO)2P(S)OX, где R — алкильная группа, X — может иметь различное строение.
В результате изомеризации образуются продукты типа (RO)(RX)P(0)OX или (RO)2P(0)SX, которые более токсичны, чем исходное вещество. В лабораторных условиях процесс изомеризации катализируется диметилформамидом. Для обеспечения полной изомеризации необходимо нагревание до 160 °С в течение нескольких часов.
При хранении алкилфосфоротиоатов в теплых и влажных климатических условиях также наблюдается изомеризация, но протекает этот процесс медленней. Изомеризация ФОС ускоряется под влиянием тепла и света, а также под воздействием растворителей. Процесс, типы изомеризации и другие неферментативные превращения фосфорорганических соединений описаны О'Брайном, У.Дотерманом, Фукуто и др.
Одним из первых препаратов, для которого показано в условиях in vitro повышение антихолинэстеразного действия под влиянием
ультрафиолетового излучения (УФИ) и солнечного света, был паратион.
Наряду с неизвестными продуктами превращения паратиона идентифицированы параоксон, S-этиловый и S-фениловый изомеры паратиона. Под воздействием УФИ окисление EPN приводило к образованию его кислородного аналога и нитрофенола, что свидетельствует о разрыве связи р=О-арил. При изучении фората, дисульфотона и тиометона в качестве продуктов воздействия УФИ обнаружены соответствующие сульфоксиды и сульфоны.
Метафос, дихлофос, метилмеркаптофос, фталофос являются высокотоксичными соединениями. Их действие проявляется быстро, часто признаки интоксикации прогрессивно нарастают.
Наряду с этими и другими высокотоксичными ФОС имеются препараты с умеренной и низкой токсичностью (дифос, валексон).
