XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

1.Введение

Содержащийся в листьях табака никотин относится к алкалоидам.

Первым активным пропагандистом табака стал французский учёный и дипломат Жан Нико, который был послом в Португалии в 1559-1560-х годах. Именно он ввёл обычай нюхать табак при дворе Екатерины Медичи, убеждая всех, что нюхание табака помогает при головной и зубной боли. И именно его фамилия дала название никотину.

Тем не менее, впервые выделить чистый никотин и показать, что именно с ним связано действие табака смогли только в 1828 году германские химики Кристиан Вильгельм Посселт и Карл Людвиг Райманн. Кстати, именно тогда стало понятно, что никотин – жидкость. Посселту и Райманну долго отказывались верить, потому что все известные химикам алкалоиды были кристаллическими. Перепроверяли долго, но результат оказался прежним – никотин в каплях, а не в кристаллах.

Никотин поступающий в организм в процессе курения, является токсичным и мощным ядом. Он коварен, ведь курильщик при потреблении сигареты, действительно расслабляется и ощущает некую эйфорию. Но довольно быстро из приятного отдыха курение превращается в уже необходимость. Это происходит тогда, когда организм прекращает самостоятельно вырабатывать никотин и нуждается в постоянном искусственном допинге. Таким образом никотин вызывает зависимость у человека.

Как уже говорилось, никотин – алкалоид, который содержится в растениях семейства пасленовых (Solanaceae). Такие растения, как картофель, томат, баклажан и, в значительно большей степени, табак синтезируют никотин для защиты от насекомых.

Никотин ядовит, поскольку способен блокировать синаптическую передачу, воздействуя на ЦНС что вызывает паралич и гибель насекомого. По этой причине на основе никотина создаются инсектициды.

2.Никотин. Общая характеристика

Никотин — алкалоид, содержащийся преимущественно в табаке. Составляет от 0,3 до 5% от массы табачного листа в сухом виде.

• Химическая структура:

Систематическое название - пиридин-3- N - метилпирролидин.

Брутто-формула: C10H14N2

Молекулярная масса - 162,63.

Сильнодействующий нейротоксин. Вызывает паралич нервной системы (остановка дыхания, прекращение сердечной деятельности, смерть). Средняя летальная доза для человека: 0,5—1 мг/кг.

На короткий период действует возбуждающе, что является одним из факторов, формирующих зависимость.

Никотин — гигроскопическая маслянистая жидкость. Легко растворяется в воде. Пары никотина воспламеняются при 95°C — ниже температуры кипения. То есть в процессе курения большая часть никотина сгорает. Но дым уже 20—25 сигарет содержит смертельную для взрослого человека дозу.

Никотин и никотиновая кислота. Никотин легко окисляется до никотиновой кислоты, которая уже не яд, а витамин B3 (Niacin). Однако в организме человека практически отсутствуют необходимые для этого ферменты. Поэтому даже хронические курильщики могут страдать от недостатка никотиновой кислоты. Можно встретить утверждение, что «никотин нужен организму», которое является глубоким заблуждением.

3.Полезные свойства никотина

Никотин может сослужить и хорошую службу человечеству. Данное соединение когда-то активно использовали в медицинской практике для купирования болевых синдромов. Не отказалась от использования никотиновой кислоты и современная медицина. Никотин используется в лечении таких серьезных заболеваний, как:

туберкулез;

болезнь Паркинсона;

синдром Альцгеймера.

Применение никотина при Паркинсоне и Альцгеймере базируется на способности этого вещества стимулировать образования гормона дофамина. Именно недостаток данного соединения становится косвенной причиной развития старческого слабоумия. Никотин успешно применяется в виде никотинозаместительной терапии при расставании с табачной зависимостью

Продолжая приводить аргументы в пользу того, чем полезен никотин, врачи говорят, что это вещество помогает человеку справляться со стрессовыми ситуациями в жизни. Каждый курильщик знает, что после того, как выкуришь одну-две сигаретки, весь мир кажется добрее, приятнее и радужнее. Почему такое происходит? Можно объяснить данный факт определенными физиологическими процессами, происходящими в организме человека после полученной дозы никотина: 
1.дыхание в момент курения становится ритмичным и уравновешенным (все это способствует тому, что человек успокаивается); 
2.дым, исходящих от сигареты расслабляет сознание (особенно, если курильщик в процессе курения привык наблюдать за кольцами дыма, которые образуются, когда он выдыхает); 
3.в момент затяжки сигареты при условии полной тишины вокруг человек полностью расслабляется; 
4.никотин активизирует медиаторы, отвечающие за продуцирование «гормона счастья» (именно поэтому все курящие люди в случае возникновения любой проблемы и неприятной ситуации, испытывают тягу к курению и сразу же бегут за угол, чтобы выкурить несколько сигарет).

Но всё-таки, основным положительным свойством никотина, является его применение в пестицидах (инсектицидных средствах). Об этом дальше и пойдет речь

4.Общая характеристика пестицидов

Пестициды — химические соединения, применяемые в сельском хозяйстве для защиты культурных растений от вредителей и паразитов (от лат. pestis — паразит, caedere — уничтожать), сорных растений, микроорганизмов и вызываемых ими болезней.

Пестициды различаются по сферам применения: инсектициды (против насекомыхвредителей), гербициды (против сорных растений), фунгициды (npoтив микрогрибов), бактерициды (против бактерий), акарициды (против клещей), ротентициды (против грызунов). Особую группу составляют дефолианты (средства для удаления листьев и ботвы), ретарданты (препараты для укорачивания соломы) и регуляторы роста растений.

При использовании указанных гербицидов, фунгицидов и инсектицидов возникает три основные проблемы:

1.Определенные пестициды, в частности ртутьорганические соединения, имеют тенденцию накапливаться в живых организмах, причем их концентрация возрастает по мере продвижения по пищевым цепям. Это явление называют эффектом биологического усиления. Примером биологически усиливающегося пестицида служит запрещенный к применению ДДТ. Когда в организм животного попадает ДДТ (с водой, остатками уже обработанных растений или насекомыми, которые питались такими растениями), он концентрируется в жировых тканях, так как ДДТ растворим в жирах. Из жировых тканей ДДТ выводится очень медленно. В этом случае какой-либо другой организм в пищевой сети, поедая первый, поглощает уже более концентрированную дозу ДДТ.

2.После обработки пестициды могут в течение длительного времени сохраняться в почве или на культурных растениях. Хлорированные углеводороды, такие как ДДТ, и пестициды, содержащие мышьяк, свинец или ртуть, относятся к группе устойчивых: они не разрушаются в течение одного вегетационного сезона под действием солнца или бактерий.

3.Вредители способны становиться устойчивыми к пестицидам, т. е. пестициды перестают их уничтожать. Это происходит в результате мутаций, возникающих у некоторых особей среди бесчисленного потомства, появляющегося ежегодно. Приходится повышать концентрацию пестицидов, что, в свою очередь, приводит к увеличению их остаточных количеств в продуктах питания.

4. Почвенные микроорганизмы адаптируются к пестицидам и начинают разрушать или использовать их. В результате пестициды становятся неэффективными в борьбе с сорняками или насекомыми, а их постоянно увеличивающееся количество включается в пищевые цепи.

Современные пестициды, прежде чем они будут допущены к практическому использованию, подвергаются тщательному анализу, при этом особое внимание уделяется изучению их биотрансформации в окружающей среде. На основании результатов исследования разрабатываются рекомендации по их безопасному применению.

В соответствии с гигиеническими требованиями внедряются прежде всего препараты, малотоксичные для человека. В отдельных случаях допускается использование сильнодействующих и высокотоксичных веществ, но их формы и способы применения должны гарантировать безопасность человеческому организму (гранулы, микрокапсулы, внесение с помощью аппликаторов и т. п.).

5.Никотин как средство защиты

Никотин использовался еще коренными американцами для защиты своих культур. Он является одним из первых пестицидов на растительной основе. Никотин классифицируется как "ботанический" или "биопестицид", пестицид, то есть изготовленный из натуральных ингредиентов.

В настоящее же время никотиновый алкалоид используется в качестве защитного химического вещества для отражения насекомых, которые могут нанести смертельный ущерб растению. Табачную пыль, в которой содержится никотин используют для защиты от тли, жуков, паутинных клещей, слизней, муравьев и многих других насекомых.

Химикат разрушает нейротрансмиттеры по мере того как они посылают сообщения к мышцам, включая сердце. В большинстве случаев, такое действие является для насекомых фатальным.

В процессе применения данного средства в почве не накапливаются вредные вещества. В его составе находятся легко минерализуемые формы макроэлементов: азот, фосфор и калий. Они в комплексе могут улучшить питание растений независимо от их вида. Такое средство оказывает благотворнее влияние на почву, улучшая ее физико-биологические и агрохимические свойства. Преимуществом смеси является то, что в ней не попадаются семена сорняков. Табачная пыль пригодна для обработки большинства растений.

Так же, табачную пыль можно использовать как для подкормки, так и в качестве основного удобрения.

Существуют различные способы обработки растений табачной пылью, такие как:

1.Опрыскивание настоями и отварами.

Чтобы приготовить отвар, необходимо залить полстакана смеси 1 л воды. Полученный раствор стоит кипятить около 30 минут. В процессе кипячения нужно добавлять воду до изначального уровня. Готовый отвар необходимо настаивать 24 часа в изолированном от света месте. После этого раствор процеживается, в него доливается 2 л воды. Затем в него добавляется натертый на терке маленький кусочек мыла — благодаря ему отвар лучше будет держаться на листьях. Готовым раствором опрыскивают растения. Мероприятие проводится 2–3 раза через каждые 7–10 дней. 

2.Опыливание (использование табачной пыли в чистом виде)

Для обработки при помощи этого метода можно использовать табачную пыль в чистом виде, а можно смешать ее в одинаковых пропорциях с золой или известью. На 1 кв. м требуется 10–20 г смеси. Принцип действия метода таков: пища насекомых будет покрыта слоем пыли, и им нечем будет питаться. Через некоторое время они начнут погибать. При помощи такого способа можно обрабатывать растения на открытых участках и в теплицах.

3.Окуривание.

При приготовлении смеси необходимо в мангале или другой железной емкости поджечь дрова, кору и щепки, и после того, как будет разведен хороший костер, стоит добавить в него немного табачной пыли. Сам процесс окуривания может занять от 30 минут до нескольких часов.

6. Экспериментальная часть

Так как табачная пыль по сути, это измельченный табак, для удобства исследование я решил проводить непосредственно на сигаретах, а не на пыли. Мне стало интересно, сколько никотина содержится непосредственно в самом табаке, в фильтре от выкуренной сигареты и в табачном дыме. После исследования, можно будет сделать вывод о том, на сколько эффективным является один из способов обработки растений, а именно - окуривание

В качестве образца сигарет я выбрал одну из популярных марок WinstonBlue.

Приборы и реактивы:
1. Весы лабораторные
2. Пипетки стеклянные 5мл
4. Пробирки стеклянные 3шт
5. Груша резиновая 1шт
6. Стаканы стеклянные 3шт
7. Фильтры бумажные
8. Вода дистиллированная.
9. Раствор трииодида калия KI₃
10. Этиловый спирт

7.Подготовка растворов

Подготовка раствора табачного дыма

На грушу одеваю пластмассовую трубку чтобы можно было вставить в неё сигарету. После сжимаю грушу и поджигаю сигарету. Грушей создаю тягу – осторожно ее разжимаю. При этом табачный дым заполняет грушу. В небольшой стакан с 20мл дистиллированной воды и выпускаю из груши дым в воду. Некоторые компоненты дыма растворяются в воде. Забор сигаретного дыма повторяю несколько раз. После необходимо закрыть колбу пробкой и встряхнуть для растворения веществ.

Извлечение веществ из сигаретного фильтра 

Фильтр от “выкуренной” сигареты необходимо избавить от бумажной оболочки. После разворачиваем его и помещаем в небольшую колбу с 20 мл дистиллированной воды. Колба закрывается пробкой и встряхивается для растворения веществ.

Подготовка вытяжки табака

В стеклянный стакан извлекаем табак из сигареты, и все это заливаем этанолом. Осторожно нагреваем на горелке до кипения и кипятим в течение минуты. Ставим раствор охлаждаться, после чего фильтруем.

8.Опыты

Опыт №1.

Обнаружение и сравнение осадков никотина

Основной алкалоид табака – никотин. Содержание никотина в листьях табака составляет 1-9%.

Многие алкалоиды, как и никотин, часто обнаруживают с помощью Трииодида калия, который при взаимодействии с алкалоидами дает бурый осадок.

В качестве первого образца мы берем раствор табачного дыма, который готовили до этого. Отбираем пипеткой 3 мл раствора и добавляем несколько капель KI_3. Сам раствор окрасился в красно оранжевый цвет и на дне виден характерный бурый осадок.

Следующим образцом выступает вытяжка табака на этаноле. Отбираем 3 мл раствора и добавляем несколько капель KI_3. Получен результат, как и в первом образце, но бурый осадок выпал в больших количествах.

Ну и последним образцом является настоявшийся на дистиллированной воде раствор фильтра от выкуренной сигареты. Как и в предыдущий двух случаях мы отбираем 3 мл раствора и добавляем пару капель KI_3. И так же, как и в предыдущих двух случаях выпадает бурый осадок.

Подводя итоги, мной замечено, что меньше всего осадка выпало в пробирке с раствором табачного дыма. Это говорит о том, что большая часть никотина задерживается фильтром, но так или иначе, мы обнаружили присутствие никотина в дыме, который прошел через фильтр. Второй по количеству осадок наблюдается в спиртовой вытяжке табака. Ведь собственно в самом табаке и содержится никотин. Но самое интересное наблюдается в водном растворе с фильтром от сигареты. Во время курения, фильтр задерживает большую часть никотина, но как мы выяснили не полностью (раствор табачного дыма). Полученный осадок фильтра, на много больше чем в вытяжке табака и табачного дыма вместе взятых. Если сравнить непосредственно осадок вытяжки табака и осадок выкуренного фильтра, то можно сделать вывод, что больше никотина выделяется в результате сгорания табака, чем в результате его растворения. Следовательно, метод окуривания растений можно смело назвать если не лучшим, очень эффективным в борьбе с насекомыми.

Опыт №2

Реакция живых организмов на табачный дым.

Для эксперимента необходимо отловить комнатных мух. В две банки одинаковой вместимости я поместил одинаковую массу еды и одинаковую массу воды. В каждую банку запускают по 3 мухи. Первую банку закрываю крышкой, она - контрольная.

Во вторую при помощи трубки и отверстия в крышке запускаю дым сигареты. Таким образом, создается одинаковое пространство обитания для мух, одна и та же питательная среда, но совершенно разные условия.

 Как показал эксперимент, мухи могут находиться в замкнутом пространстве более недели. Но, если впустить в банку с мухами табачный дым, продолжительность жизни мух резко снижается до 3-5 минут. Фактически, можно сделать вывод, что жизнь в среде дыма без воздуха не существует. Таким образом было доказано отрицательное воздействие табачного дыма на живые организмы.

9.Заключение

Подведем небольшой итог:

Никотин — алкалоид, наркотик, нейротоксин, вырабатываемый корневой системой паслёновых, и накапливаемый в их листьях. Находится в форме маслянистой жидкости с ярко-выраженными тошнотворным запахом и горьким вкусом. Больше всего никотина в табаке (0,3 - 5 % от массы табака в сухом виде). Особенно сильно никотин воздействует на насекомых, именно поэтому он используется в садоводстве в качестве инсектицида.

Как было показано в эксперименте, способ задымления является более действенным в борьбе с вредителями, так как при сжигании табака или табачной пыли выделяется большое количество никотина, который очень сильно воздействует на насекомых. Но нельзя забывать, что этот способ не единственный. И так же экспериментальным путем, было показано само воздействие никотина на насекомых.

Список источников

Электронные ресурсы.

https://homeguides.sfgate.com/nicotine-bugs-plants-85452.html

http://vsezavisimosti.ru/kurenie/vred-nikotina/sostav-nikotina-formula.html

https://chemiday.com/blog/2015-09-02-20

https://agronomu.com/bok/3487-raznoobrazie-svoystv-tabachnoy-pyli-na-dache.html

https://sornyakov.net/pest/tabachnaya-pyl.html

https://dim-sad-gorod.com/publications/tabachnaya-pyl---zachem-ona-nuzhna-/

https://pronikotin.ru/kak-brosit-kurit/sovety/chem-polezen-nikotin.html

https://med-history.livejournal.com/88813.html

https://ne-kurim.ru/glossary/nikotin/

https://med.wikireading.ru/19103

https://livingwithinsects.wordpress.com/2013/06/23/neonicotinoids-a-brief-history-nicotine/

Код для цитирования: Скопировать