Glifosat (N-(fosfonometil) glicin) je sistemski herbicid širokega spektra, ki se uporablja za uničevanje plevela, predvsem letnega širokolistnega plevela in trave, ki tekmuje s komercialnimi posevki po vsem svetu. Herbicid je leta 1970 odkril kemik John E. Franz, zaposlen v podjetju Monsanto. Monsanto je herbicid dal na trg leta 1970 pod imenom Roundup; zadnji komercialno pomemben patent Monsanta v ZDA je potekel leta 2000.
Glifosat so kmetje hitro sprejeli, še toliko bolj, ko je Monsanto ponudil proti glifosatu odporna semena, ki so pridelovalcem omogočila uničevati plevel brez škode za pridelek. Leta 2007 je bil glifosat v ZDA najbolj uporabljen herbicid v kmetijstvu (820.000–840.000 ton) in na drugem mestu (za 2,4-D) po porabi za dom in vrt, industrijo, trgovino in državna podjetja.United States EPA 2007 Pesticide Market Estimates Agriculture , Home and Garden Do leta 2016 so od začetkov v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja vrste rabe in porabljene količine herbicidov na osnovi glifosata porasle stokrat; pričakovati je, da bo prišlo do nadaljnje rasti, delno kot odgovor na pojav in širjenje proti glifosatu odpornega plevela po vsem svetu.
Glifosat se absorbira skozi liste rastline - le minimalno prek njenih korenin -, nato pa se prenaša na točke, kjer rastlina raste. Glifosat deluje kot herbicid, ker v rastlinah zavira encim, vpleten v sintezo aromatskih aminokislin tirozina, triptofana in fenilalanina. Zaradi tega načina delovanja učinkuje samo na aktivno rastoče rastline; kot herbicid pred vznikom ni uspešen. vse večje število poljščin je genetsko spremenjenih tako, da so odporne proti glifosatu (npr. t.i Roundup Ready soja, ki omogoča kmetu zatirati z glifosatom plevel tudi, ko je sem enkrat vzniklo. Razvoj odpornosti proti glifosatu v vrstah plevela postaja vse bolj resen in drag problem. Uporabo glifosata in pripravkov na njegovi osnovi, kot je Roundup, so sicer kontrolni organi po vsem svetu v veliki meri odobrili, vendar pomisleki zaradi posledic za ljudi in okolje ne ponehajo.
Številne zakonodajne in znanstvene ocene so ugotavljale relativno toksičnost glifosata kot herbicida. Nemški Zvezni inštitut za oceno tveganj (Bundesinstitut für Risikobewewertung) je leta 2013 objavil toksikološko študijo, v kateri navaja, da so »dostopni podatki protislovni in še zdaleč niso prepričljivi«, kar se tiče korelacije med izpostavljenostjo pripravkom na osnovi glifosata in tveganjem za različne vrste raka, kot je na primer ne-Hodgkinov limfom (NHL). Meta analiza, objavljena leta 2014, je ugotovila povečano tveganje za NHL pri delavcih, ki so izpostavljeni pripravkom glifosata. Marca 2015 je Mednarodna agencija za raziskave raka Svetovne zdravstvene organizacije na temelju epidemioloških raziskav, poskusov na živalih in poskusov in vitro glifosat razvrstila med snovi, ki so »verjetno rakotvorne za ljudi« (kategorija 2A). Novembra 2015 je Evropska agencija za varnost hrane objavila posodobljeno poročilo o glifosatu, v katerem ugotavlja, da »glifosat verjetno ni genotoksičen (to je škodljiv za DNA) ali da bi bil rakotvoren in zato nevaren za ljudi.« Poleg tega je končno poročilo osvetlilo dejstvo, da sicer obstajajo pripravki na osnovi glifosata, ki so lahko da rakotvorni, da pa raziskave, «ki so se ukvarjale izključno z učinkovino glifosat, tega učinka ne kažejo». Maja 2016 so na skupni seji FAO in WHO na temo ostankov pesticidov ugotovili, da » za ljudi izpostavljenost glifosatu prek prehrane verjetno ne bo predstavljala nevarnosti za nastanek raka« tudi pri odmerkih nad 2000 mg / kg telesne mase peroralno. Sistematični pregledni članek, ki ga je financiralo podjetje Monsanto in je bil objavljen septembra 2016, ni našel nobene podpore za vzročno zvezo med izpostavljenostjo glifosatu in tveganjem za NHL ali multipli mielom Odkritje Glifosat je leta 1950 prvič sintetiziral švicarski kemik Henry Martin, zaposlen v švicarskem podjetju Cilag. Delo ni bilo nikoli objavljeno.Dill GM s sod. (2010). "Chapter 1: Glyphosate: Discovery, Development, Applications, and Properties" . V: Nandula VK. (ur.) Glyphosate Resistance in Crops and Weeds: History, Development, and Management. John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-470-41031-8 Podjetje Stauffer Chemical je leta 1964 učinkovino patentiralo kot kemično sredstvo za vezavo in odstranjevanje mineralov, kot so kalcij, magnezij, mangan, baker in cink.
Glifosat je neodvisno odkril Monsanto leta 1970. Kemiki podjetja so pri iskanju novih sredstev za mehčanje vode sintetizirali okoli 100 analogov aminometilfosfonske kisline. Pri dveh različicah so ugotovili šibko herbicidno dejavnost, zato se je John E. Franz, eden od kemikov podjetja Monsanto, lotil raziskovanja analogov z močnejšim herbicidnim učinkom. Glifosat je bil tretji analog, ki ga je Franz sintetiziral.
Glifosat so nekateri strokovnjaki zaradi širokega spektra in nizke toksičnosti za živali v primerjavi z drugimi herbicidi označili kot »praktično idealen« herbicid. Revija Pesticides News je objavila, da »gre za dobrodošel korak proč od kemikalij, ki so visoko strupene za ljudi in druge organizme, ki niso njihov cilj, ter proč od kemičnih snovi, ki neposredno in trajno škodijo okolju«, hkrati pa je opozorila na nevarnost njegove pretirane uporabe in neželenih učinkov na ogrožene rastlinske vrste. Franz je za svoja odkritja leta 1987 prejel Medaljo ZDA za tehnološke dosežke, leta 1990 pa Perkinovo medaljo za uporabno kemijo leta 1990. V letu 2007 so Franzu podelili mesto v Državni dvorani slavnih izumiteljev.
Kemija Glifosat je aminofosfonski analog glicina, naravne aminokisline; ime je okrajšava iz imen obeh sestavin: gli(cin) fos(fon)at. Molekula vsebuje več vodikov, ki lahko disociirajo, zlasti prvi vodik fosfatne skupine. Molekula obstaja pretežno v obliki iona dvojčka, pri čemer fosfonski vodik disociira in se veže na aminsko skupino. Topnost glifosata pri sobni temperaturi je 12 g/L.
PCl3 + H2CO → Cl2P(=O)-CH2Cl Cl2P(=O)-CH2Cl + 2 H2O → (HO)2P(=O)-CH2Cl + 2 HCl (HO)2P(=O)-CH2Cl + H2N-CH2-COOH → (HO)2P(=O)-CH2-NH-CH2-COOH + HCl
Industrijska sinteza
Obstajata dva pristopa industrijske sinteze glifosata. Pri prvem se sinteza začne z iminodiocetno kislino, ki se lahko tvori z reakcijo med kloroocetno kislino ter amonijakom in kalcijevim hidroksidom, Ca(OH)2, ter acidifikacijo nastale soli, tj. kalcijevega iminodiacetata. Iminodiocetni kislini se doda fosforjeva in klorovodikova kislina (obe se lahko pripravi iz fosforjevega triklorida, PCl3), pri čemer najprej steče modificirana Mannichova reakcija, nazadnje pa še oksidacija produkta.
Pri drugem načinu sprva pride do reakcije med glicinom in paraformaldehidom v organskem topilu (kot sta npr. trietilamin ali metanol), pri čemer nastane bishidroksimetilglicin, nato pa se doda še dimetil fosfit. Slednji reagira s klorovodikovo kislino, pri čemer se hidroksimetilna skupina odcepi od dušikovega atoma, segrevan je pa pospeši hidrolizo obeh fosfatnih estrskih vezi.
Ta sintetični pristop je odogovoren za velik delež proizvodnje glifosata na Kitajskem, pri čemer je bilo veliko dela vloženega v recikliranje trietilamina in metanola.. Napredek je bil dosežen tudi pri poskusu, da bi popolnoma odpravili potrebo po trietilaminu. Glavna pot deaktivacije je hidroliza v aminometilfosfonsko kislino (AMPA).
Biokemija Glifosat ubija rastline in številne bakterije, ker moti sintezo aromatskih aminokislin tirozina, triptofana in fenilalanina. Mehanizem temelji na onemogočanju encima 5-enolpiruvilšikimat-3-fosfat sintaze (EPSPS), ki katalizira reakcijo piruvilšikimat-3-fosfata (S3P) in fosfoenolpiruvata, pri kateri se tvori 5-enol piruvilšikimat-3-fosfat (EPSP). 300px EPSP se nato defosforilira v korizmat, ki je poglaviten predhodnik zgoraj navedenih aminokislin."Aromatic amino acid biosynthesis, The shikimate pathway – synthesis of chorismate" . Metabolic Plant Physiology Lecture notes. Purdue University, Department of Horticulture and Landscape Architecture. Rastline te aminokisline potrebujejo za tvorbo beljakovin in drugotnih presnovkov, kot so folati, ubikinoni in naftokinon. Rentgenske kristalografske študije glifosata in EPSPS kažejo, da glifosat zasede vezavno mesto za fosfoenolpiruvat, oponašajoč pri tem vmesno stanje ternarnega kompleksa encimskih substratov."Glifosat, vezan na proteine". Protein Data Bank in Europe.
Glifosat zavira encime EPSPS različnih vrst rastlin in mikrobov na različnih ravneh. EPSPS proizvajajo samo rastline in mikrobi. Gena zanj v genomu sesalcev ni. Mikroflora nekaterih živali vsebuje EPSPS. Glifosat se absorbira skozi listje in v manjši meri skozi korenine. Zaradi tega načina delovanja učinkuje samo na aktivno rastoče rastline; kaljenja semen ne preprečuje.
Analitika Zaradi visoke polarnosti je glifosat in njegov najpomembnejši metabolit AMPA s tekočinsko kromatografijo težko ločiti. Po ISO 21458 se zato obdela s Fmoc. Nastale derivate je mogoče zaznati s pomočjofluorescence .Wasserbeschaffenheit – Bestimmung von Glyphosat und AMPA – Verfahren mittels Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC) und fluorometrischer Detektion Moderne metode uporabljajo tekočinsko kromatografijo a Tandem masno spektroskopijo (LC-MS/MS) vor.Wasserbeschaffenheit – Bestimmung von Glyphosat und AMPA – Verfahren mittels Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC) mit tandem-massenspektrometrischer DetektionNagatomi Y, Yoshioka T, Yanagisawa M, Uyama A, Mochizuki N: Simultaneous LC-MS/MS analysis of glyphosate, glufosinate, and their metabolic products in beer, barley tea, and their ingredients, Biosci Biotechnol Biochem. 2013;77(11):2218–2221, PMID 24200782.
Usoda v okolju Glifosat tla močno vsrkavajo, njegovi ostanki v tleh pa naj bi bili negibljivi. Podtalne in površinske vode onesnažuje v omejenem obsegu. Mikrobi v tleh glifosat hitro razgradijo v aminometilfosfonsko kislino (AMPA). Širjenje glifosata in AMPA v talne vode zaradi njunih močnih adsorpcijskih lastnosti ni verjetno. Kljub temu lahko onesnaži površinske vode zaradi adsorpcije na suspendirane delce v vodi, kot se to pojavi npr. pri eroziji tal. Po močnem deževju lahko pride do izpiranja pred kratkim nanesenega herbicida. Če glifosat pride v površinsko vodo, se v stiku z vodo ali na soncu ne razgrajuje zlahka.
Razpolovna doba glifosata v tleh je med 2 in 197 dnevi; razpolovna doba, realistična za kmetijske površine, naj bi bila 47 dni. Talne in podnebne razmere vplivajo na obstojnost glifosata v tleh. Median razpolovne dobe glifosata v vodi je spremenljiv, od nekaj dni do 91 dni. Na eni merilni točki v Teksasu je razpolovna doba bila zgolj tri dni. V Iowi so na enem od mest izmerili razpolovno dobo 141 dni. Prisotnost glifosatovega presnovka AMPA so v švedskih gozdnih tleh dokazali tudi po dveh letih od uporabe glifosata. Obstojnost AMPA je bilo v tem primeru pripisati dejstvu, da so tla bila večino leta zamrznjena. Adsorpcija in kasnejše sproščanje glifosata v tleh je odvisno od vrste tal. Študija adsorpcije pripravka RoundUpa iz leta 2009 je pokazala, da absorpcija v rastlinah zakasni kasnejšo razgradnjo pesticida v tleh od dva- do šestkrat.
Po podatkih Informacijskega centra ZDA glifosat ni vključen v seznam spojin, ki ga vodi Uprava za hrano in zdravila (FDA) v programu za nadzor nad ostanki pesticidov, prav tako ni vključen v program podatkov o pesticidih ministrstva za kmetijstvo. Terenske raziskave so sicer pokazale, da so ostanki glifosata prisotni v solati, korenju in ječmenu do enega leta po obdelavi tal s 4,15 kg glifosata na hektar polja.
Uporaba thumb|left|Glifosat se v sadovnjaku uporablja kot alternativa košnji - Ciardes, Italija
Glifosat učinkovito uničuje široko paleto rastlin, med drugim trave, širokolistnice in lesnate rastline. V ZDA je eden od najpogosteje uporabljenih herbicidov.