Endosulfan

Endosulfan ist ein neurotoxisches Insektizid aus der Gruppe der verbrückten bicyclischen Verbindungen. Es ist ein Chlorkohlenwasserstoff, der endoständig einen inneren Ester der Schwefligen Säure (ein Sulfit) als funktionelle Gruppe enthält.

Strukturformel
Struktur von Endosulfan
Gemisch von drei Stereoisomeren ohne Kennzeichnung der relativen Stereochemie am Schwefelatom
Allgemeines
Name Endosulfan
Andere Namen
  • 6,7,8,9,10,10-Hexachlor-1,5,5a,6,9,9a-hexahydro-6,9-methano-2,4,3-benzodioxathiepin-3-oxid (IUPAC)
  • Thiodan
  • Thionex
  • Phaser
  • Benzoepin
Summenformel C9H6Cl6O3S
Kurzbeschreibung

weiße Kristalle mit stechendem Geruch[1]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 115-29-7
EG-Nummer 204-079-4
ECHA-InfoCard 100.003.709
PubChem 3224
ChemSpider 3111
Wikidata Q424208
Eigenschaften
Molare Masse 406,93 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

1,75 g·cm−3 (bei 20 °C)[1]

Schmelzpunkt
  • 108–110 °C (α-Endosulfan)[2]
  • 208–210 °C (β-Endosulfan)[2]
Siedepunkt

(Zersetzung)[1]

Löslichkeit

praktisch unlöslich in Wasser (0,33 mg·l−1 bei 20 °C)[1]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[3] ggf. erweitert[1]
Gefahrensymbol Gefahrensymbol

Gefahr

H- und P-Sätze H: 300+310+330​‐​410
P: 262​‐​273​‐​280​‐​301+310+330​‐​302+352+310​‐​304+340+310[1]
MAK

Schweiz: 0,1 mg·m−3 (gemessen als einatembarer Staub)[4]

Toxikologische Daten
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Herstellung und Eigenschaften

Chemisch ist es mit anderen Cyclodien-Pestiziden wie Aldrin, Chlordan und Heptachlor verwandt. Ähnlich wie diese wird es aus Hexachlorcyclopentadien über eine Diels-Alder-Reaktion (im Falle des Endosulfans mit cis-2-Buten-1,4-diol) und anschließender Veresterung mit Thionylchlorid hergestellt:

Synthese von Endosulfan
Synthese von Endosulfan

Technisches Endosulfan ist eine Mischung von drei Stereoisomeren. Es besteht aus den beiden Diastereomeren α-Endosulfan und β-Endosulfan im Verhältnis von 7:3, wobei α-Endosulfan als Racemat vorliegt.[5] β-Endosulfan besitzt eine Symmetrieebene[6], ist also eine meso-Verbindung. Der Mechanismus der temperaturabhängigen irreversiblen Isomerisierung von β-Endosulfan in racemisches α-Endosulfan wurde mit spektroskopischen Methoden untersucht.[6]

Die Hydrolysehalbwertszeiten von α- und β-Endosulfan bei pH 7 betragen 19 bzw. 11 Tage.[7]

Verwendung

Endosulfan wurde in den frühen 1950er-Jahren als Insektizid entwickelt und 1954 von der nordamerikanischen Environmental Protection Agency (EPA, "Umweltschutzagentur") zugunsten der Hoechst AG zugelassen und dann in der Agrarwirtschaft verwendet.[8] Durch die Fusion der Hoechst AG mit der Rhône-Poulenc S. A. 1999 zur Aventis AG und den Verkauf der Agrarchemikaliensparte Aventis CropScience an die Bayer AG wurde dort die Bayer CropScience gebildet, und das Produkt Endosulfan kam somit zum Bayer-Konzern.

Endosulfan wurde weltweit in der Agrarwirtschaft benutzt, um Schadinsekten wie die Mottenschildlaus, Blattläuse, den Kartoffelkäfer und andere zu bekämpfen. Es wurde neben dem Gartenbau auch in der Forstwirtschaft und zum Bekämpfen der Tsetsefliegen eingesetzt. Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass die jährliche Weltproduktion in den frühen 1980er-Jahren bei etwa 9000 Tonnen lag.[9]

Die Verwendung von Endosulfan ist in der Europäischen Union und in vielen anderen Ländern verboten.[10] Allerdings ist es immer noch in Ländern wie China und Indien in Gebrauch. In den USA ist es seit 2010 verboten.[11] Es wurde bis 2007 von Bayer CropScience[12] und wird derzeit von Makhteshim Agan und Hindustan Insecticides hergestellt und unter den Handelsnamen Thiodan, Phaser und Benzoepin vermarktet.

Wegen der hohen Giftigkeit und der Fähigkeit, sich in Organismen und der Umwelt anzureichern, wurde 2011 mit dem Stockholmer Übereinkommen ein weltweites Verbot ausgesprochen.[13]

In den Vereinigten Staaten wurde Endosulfan ausschließlich für die Agrarwirtschaft zugelassen, wo es in größeren Mengen beim Anbau von Baumwolle, Kartoffeln und Äpfeln in Gebrauch war.[14] Die Environmental Protection Agency (EPA) schätzt, dass zwischen 1987 und 1997 etwa 700 Tonnen Endosulfan benutzt wurden.[15]

Später wurde der Verbindung stufenweise die Zulassung entzogen:

  • 2000 wurde von der EPA die Zulassung für Privatanwendungen entzogen.[16]
  • Der United States Fish and Wildlife Service empfahl 2002 der EPA, die Verwendung von Endosulfan zu beenden.[17] Die EPA stellt fest, dass für kleine Kinder im Alter zwischen ein und sechs Jahren ein Risiko einer akuten Vergiftung aufgrund von Endosulfan-Rückständen im Essen besteht. Die EPA schränkte die Verwendung daraufhin für den Agrarbereich ein, aber die Zulassung blieb bis 2010 bestehen.[18]
  • Die Internationale Gemeinschaft unternahm 2007 Schritte, um den Gebrauch und den Handel von Endosulfan einzuschränken. Im Rotterdamer Übereinkommen wurde Endosulfan unter anderen als Einzelsubstanz aufgeführt. Die Europäische Kommission empfahl die Aufnahme in die Liste von verbotenen Chemikalien des Stockholmer Übereinkommens. Wenn möglich, sollten danach der Gebrauch und die Herstellung weltweit verboten werden. Bayer CropScience nahm Endosulfan in den Vereinigten Staaten vom Markt. Andere Märkte blieben aber unangetastet.[19]
  • Mehrere US-amerikanische Agrarvereinigungen und Wissenschaftler forderten 2008 das Verbot seitens der EPA.[20]
  • Im Süden Brasiliens wurden 2010 Spuren von Endosulfan in Bio-Soja gefunden.[21]
  • Im April 2011 wurde Endosulfan als POP in die Anlage A des Stockholmer Übereinkommens aufgenommen. Daraus ergibt sich ein weltweites Herstellungs- und Anwendungsverbot in Pflanzenschutzmitteln, das mit mehrjährigen Übergangsfristen für bestimmte Kulturen 2012 in Kraft trat.[12] Die Aufnahme war bereits an der Vertragsstaatenkonferenz von 2009 geplant, scheiterte aber damals am Widerstand Indiens.[22]

Sicherheitshinweise

Endosulfan wurde anfangs von der WHO nur als moderat giftig eingestuft (LD50 von 80 mg/kg). Nachdem neuere Untersuchungen LD50 Werte zwischen 18 und 355 mg/kg ergaben, stufte die EPA und die WHO (ab 1998) die Verbindung als hochgiftig ein. Durch verschiedene Unfälle mit der Verbindung kam es zu Wasserverseuchung, Fischsterben und vor allem in Entwicklungsländern auch zu Vergiftungen von Menschen. Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) hat Endosulfan hinsichtlich ihrer Fähigkeit Krebs zu verursachen nicht klassifiziert.[19] Einige Untersuchungen berichten jedoch von einer krebsfördernden Wirkung. Die Verbindung besitzt (wie DDT) auch östrogene Eigenschaften.[17]

Endosulfan ist als „prioritärer gefährlicher Stoff“ in Anhang X der europäischen Richtlinie 2000/60/EG (Wasserrahmenrichtlinie) aufgeführt.[23]

Toxikologie

Endosulfan ist ein Nervengift für Insekten (LD50 von etwa 7 µg/Honigbiene), aber auch für Säugetiere, also auch für den Menschen. Der LD50-Wert wurde zu 18–355 mg/kg bestimmt.[19] Es wirkt als GABA-Antagonist (γ-Aminobuttersäure) auf den transmittergesteuerten Chloridionenkanal. Zusätzlich inhibiert es die Ca2+,Mg2+-ATPasen. Beide Effekte wirken auf die Informationsweitergabe im Neuron.[24] Die Symptome einer akuten Vergiftung sind Hyperaktivität, Zittern, Krämpfe, der Koordinationsverlust, Atemnot, Übelkeit und Brechreiz. In schweren Fällen treten dann Bewusstlosigkeit und der Tod ein; es sind Fälle beschrieben worden, dass bei Menschen der Tod nach einer Dosis von weniger als 35 mg/kg eingetreten ist.[25]

Verhalten in der Umwelt

Endosulfan ist eine flüchtige organische Verbindung und daher anfällig für atmosphärischen Ferntransport. Es wird in der Umwelt oxidativ zu Endosulfansulfat umgewandelt, welches wiederum zu Endosulfandiol, Endosulfanether oder anderen Metaboliten abgebaut wird.[26][27] Endosulfansulfat weist eine höhere Toxizität auf als das Ausgangsmolekül und ist häufig die dominierende Komponente in der Umwelt, z. B. in Böden.[28][29]

Zwischenfälle

Die Fähre Princess of the Stars hatte zehn Tonnen Endosulfan an Bord, als sie am 22. Juni 2008 vor Sibuyan in einen Taifun geriet und sank.[30]

Fischsterben im Mittelrhein im Juni 1969

Am 19. Juni 1969 führte eine Einleitung der Chemikalie in den Rhein zu einem umfassenden Fischsterben im Mittel- bis in den Niederrhein („vom Hubschrauber aus war der Fluss aufgrund der bäuchlings schwimmenden Fischkadaver silbrig“). Die Ursache konnte bislang nicht ermittelt werden;[31][32] ein Verfahren der Staatsanwaltschaft wurde damals ergebnislos eingestellt.

Gemutmaßt wurde, dass die Kontamination auf die damalige Produzentin Hoechst AG am Untermain zurückgehe oder dass am Binger Loch einige Fässer des sehr fischgiftigen Insektizids von einem Frachtschiff in den Rhein gefallen seien. Begünstigt wurde das Fischsterben durch das infolge einer Hitzeperiode recht warme Flusswasser sowie durch die damals aufgrund noch sehr weniger Klärwerke hohe organische Belastung des Rheins mit jeweils entsprechender Verringerung des Sauerstoffgehalts. Diese Umweltkatastrophe führte initiativ zu einer Verschärfung des deutschen Gewässerschutzes, das Wasserhaushaltsgesetz und die Abwasserverordnung wurden von den bislang geltenden weicheren „allgemein anerkannten Regeln der Technik“ auf den schärferen „Stand der Technik“ umgestellt.[33]

Einzelnachweise
  1. Eintrag zu Endosulfan in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Januar 2021. (JavaScript erforderlich)
  2. Sylvan E. Forman, Antony J. Durbetaki, Michael V. Cohen, R. A. Olofson: Conformational Equilibria in Cyclic Sulfites and Sulfates. The Configurations and Conformations of the Two Isomeric Thiodans, J. Org. Chem. 30 (1965) 169–175, doi:10.1021/jo01012a039.
  3. Eintrag zu Endosulfan im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
  4. Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte, abgerufen am 2. November 2015.
  5. G. Smith, C. H. L. Kennard, K. G. Shields: Insecticides. XI. Crystal structure of endosulfan, β-6,7,8,9,10,10-Hexachloro-1,5,5a,6,9,9a-hexahydro-endo-6,9-methano-2,4,3-benzodioxathiepin 3-Oxide, Australian Journal of Chemistry 30 (1977), 911–916, doi:10.1071/CH9770911.
  6. Walter F. Schmidt, Cathleen J. Hapeman, Laura L. McConnell, Swati Mookherji, Clifford P. Rice, Julie K. Nguyen, Jianwei Qin, Hoyoung Lee, Kuanglin Chao, Moon S. Kim: Temperature-Dependent Raman Spectroscopic Evidence of and Molecular Mechanism for Irreversible Isomerization of β-Endosulfan to α-Endosulfan. In: Journal of Agricultural and Food Chemistry. 62 (2014), 2023–2030, doi:10.1021/jf404404w.
  7. Endosulfan – Draft Dossier prepared in support of a proposal of endosulfan to be considered as a candidate for inclusion in the UN-ECE LRTAP protocol on persistent organic pollutants, Umweltbundesamt, 2004, S. 29.
  8. Agency of Toxic Substances and Disease Registry: Toxicological Profile for Endosulfan, 2000.
  9. Environmental Health Criteria (EHC) für Endosulfan, abgerufen am 29. November 2014.
  10. Generaldirektion Gesundheit und Lebensmittelsicherheit der Europäischen Kommission: Eintrag zu Endosulfan in der EU-Pestiziddatenbank; Eintrag in den nationalen Pflanzenschutzmittelverzeichnissen der Schweiz, Österreichs und Deutschlands, abgerufen am 26. März 2016.
  11. US EPA: EPA Action to Terminate Endosulfan.
  12. Umweltbundesamt: Endosulfan wird dreckige Nummer 22, Pressemitteilung.
  13. Fifth Meeting of the Conference of the Parties to the Stockholm Convention: Endosulfan included under the Convention.
  14. Benefits of Endosulfan in Agricultural Production: Analysis of Usage Information (Memento vom 27. März 2009 im Internet Archive), U.S. EPA, Docket ID NO. EPA-HQ-OPP-2002-0262-0062, 2007.
  15. US EPA: Reregistration Eligibility Decision for Endosulfan, November 2002.
  16. epa.gov: Reregistration Eligibility Decision For Endosulfan | NEPIS | US EPA, abgerufen am 27. Februar 2017
  17. Michael C. Newman: Fundamentals of Ecotoxicology The Science of Pollution, Fourth Edition. CRC Press, 2014, ISBN 978-1-4665-8229-3, S. 55 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  18. epa.gov: Endosulfan Phase-out | Pesticides | US EPA, abgerufen am 27. Februar 2017
  19. Netherlands National Institute for Public Health and the Environment: Endosulfan. A closer look at the arguments against a worldwide phase out Letter report 601356002/2011, M.P.M. Janssen.
  20. ens-newswire.com: EPA: Pesticide Endosulfan Too Poisonous to Use, abgerufen am 27. Februar 2017.
  21. CHEGA: Kleinbauern gegen Pestizide.
  22. VDI Nachrichten: Langlebige Gifte erfolgreich gebannt@1@2Vorlage:Toter Link/www.vdi-nachrichten.com (Seite nicht mehr abrufbar, festgestellt im Oktober 2022. Suche in Webarchiven)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis., 6. Mai 2011.
  23. Richtlinie 2000/60/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. Oktober 2000 zur Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik in der konsolidierten Fassung vom 20. November 2014, abgerufen am 28. Februar 2024. Anhang X.
  24. C. Vale, E. Fonfría, J. Bujons, A. Messeguer, E. Rodríguez-Farré, C. Suñol: The organochlorine pesticides gamma-hexachlorocyclohexane (lindane), alpha-endosulfan and dieldrin differentially interact with GABA(A) and glycine-gated chloride channels in primary cultures of cerebellar granule cells. In: Neuroscience. 117, 2003, S. 397–403, PMID 12614680.
  25. Poisons Information Monograph (PIM) für Endosulfan, abgerufen am 27. Februar 2017.
  26. Ackmez Mudhoo, Amit Bhatnagar, Mikko Rantalankila, Varsha Srivastava, Mika Sillanpää: Endosulfan removal through bioremediation, photocatalytic degradation, adsorption and membrane separation processes: A review. In: Chemical Engineering Journal. Band 360, März 2019, S. 912–928, doi:10.1016/j.cej.2018.12.055.
  27. Palanivel Sathishkumar, Kannan Mohan, Abirami Ramu Ganesan, Muthusamy Govarthanan, Abdull Rahim Mohd Yusoff, Feng Long Gu: Persistence, toxicological effect and ecological issues of endosulfan – A review. In: Journal of Hazardous Materials. Band 416, August 2021, S. 125779, doi:10.1016/j.jhazmat.2021.125779.
  28. Anne Karine Halse, Martin Schlabach, Jasmin K. Schuster, Kevin C. Jones, Eiliv Steinnes, Knut Breivik: Endosulfan, pentachlorobenzene and short-chain chlorinated paraffins in background soils from Western Europe. In: Environmental Pollution. Band 196, Januar 2015, S. 21–28, doi:10.1016/j.envpol.2014.09.009.
  29. Bernd M. Bussian, Marchela Pandelova, Petra Lehnik-Habrink, Bernhard Aichner, Bernhard Henkelmann, Karl-Werner Schramm: Persistent endosulfan sulfate is found with highest abundance among endosulfan I, II, and sulfate in German forest soils. In: Environmental Pollution. Band 206, November 2015, S. 661–666, doi:10.1016/j.envpol.2015.08.023.
  30. sueddeutsche.de: Gesunkene Fähre hatte tonnenweise Gift geladen
  31. deutschlandradiokultur.de: Vor 50 Jahren: Als die Wasserqualität zum Problem wurde
  32. zeit.de: „Die Ratten verließen den Rhein“, 4. Juli 1969.
  33. BBU-Wasserrundbrief Nr. 1145 vom 5. August 2019 (Bundesverband Bürgerinitiativen Umweltschutz), S. 1.
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