در اين مقاله سعي بر آن است تا با معرفي مختصري از اسيدهاي کربوکسيليک و برخي ويژگي‌هاي آنها، يکي از جديدترين دستاوردهاي دنياي کشاورزي با نام سوپا لينک که محصولي بر پايه اسيد کربوکسيليک است، نيز معرفي شود. محصولي که ميتواند به ويژه در بالابردن راندمان کارايي آفتکش‌ها، کودها و نيز آب مورد استفاده در کشاورزي از اهميت زيادي برخوردار باشد. در آغاز به معرفي اسيدهاي کربوکسيليک پرداخته و در ادامه به برخي ويژگي‌هاي منحصر به فرد سوپا لينک اشاره خواهد شد.

اسيدهاي کربوکسيليک، گروهي از ترکيبات آلي هستند که در آن اتم کربن از يکسو با يک پيوند دوگانه به اتم اکسيژن و از سوي ديگر با گروه هيدروکسيل (-OH) پيوند ايجاد کرده است. از اينرو علت اين نامگذاري، تلفيق نام گروه کربونيل (C=O) و گروه هيدروکسيل (-OH) مي‌باشد. اسيدهاي کربوکسيليک بر اساس تعداد – COOH در ساختار خود به دو گروه: يکي اسيدهاي کربوکسيليک ساده (اسيد فرميک، اسيد استيک، اسيد بنزوئيک و …) و ديگري اسيدهاي دي کربوکسيليک (اُکساليک، مالونيک، مالئيک و …) تقسيم بندي مي‌شوند.

مشتقات اسيدهاي کربوکسيليک کاربردهاي فراواني در صنايع مختلف دارند که از آن جمله ميتوان به صنايع توليد مواد آرايشي و شوينده (صابون)، مواد ضدعفوني کننده، صنايع دارويي و … اشاره کرد. در تعريف آمده است؛ اسيد ترکيبي است که يون هيدروژن (H+) را به ترکيبي ديگر مي‌دهد که آن ترکيب باز ناميده مي‌شود. اما اسيدهاي کربوکسيليک به دليل اينکه آمادگي بيشتر براي آزادسازي يون هيدروژن را نسبت به ساير ترکيبات آلي دارند، از اهميت ويژه‌اي برخورداند و از اينرو اسيدهاي پايدارتري به حساب مي‌آيند. حال آنکه اسيديته آنها از اسيدهاي معدني (اسيد سولفوريک و اسيد کلريدريک و …) کمتر است.

چنانچه بخواهيم دليل اين آمادگي و پايداري بيشتر در آزادسازي يون هيدروژن را بررسي کنيم، بهتر است در مثالي اسيدهاي کربوکسيليک را با الکل‌ها مقايسه کنيم که آنها نيز در ساختار خود گروه هيدروکسيل (-OH) دارند. زمانيکه اسيد کربوکسيليک و الکل هر کدام در محلول آبي ريخته شوند، الکل با از دست دادن يون هيدروژن، داراي بار منفي شده و يون آلکوکسيد ناميده مي‌شوند. اسيد کربوکسيليک نيز با از دست دادن هيدروژن، بار منفي گرفته و يون کربوکسيلات ناميده مي‌شود. حال بهتر است به ساختار اين دو يون منفي يعني يون آلکوکسيد و يون کربوکسيلات کمي با نگاه دقيق‌تري بنگريد؛

از نظر پايداري يون کربوکسيلات به دليل داشتن خاصيت رزونانسي (چرخش ابر الکتروني بين دو اتم اکسيژن متصل به اتم کربن)، ساختار پايداري را تشکيل مي‌دهد چرا که بار الکتروني منفي آن ناپديد مي‌شود.

چنين حالتي به هيچ وجه در آلکوکسيد وجود ندارد و براي اين يون تنها يک ساختار قابل ترسيم وجود دارد.

از طرف ديگر گاها در اسيدهاي کربوکسيليک وجود گروه‌هاي الکترون کشنده و داراي الکترونگاتيوي زياد (مثل هالوژن‌ها، NO2 و ..) در موقعيت (R) در ساختار کلي RCOO- موجب ميشود تا خاصيت اسيدي افزايش يافته و نيز پايداري يون کربوکسيلات بيشتر شود. حال آنکه وجود گروه‌هاي الکترون دهنده (همچون گروه متيل CH3) موجب کاهش خاصيت اسيدي و کاهش پايداري مي‌شوند.

بنابراين خاصيت اسيدي قابل قبول اسيدهاي کربوکسيليک ميتواند آنها را به ابزارهاي مناسبي جهت کاهش اسيديته (pH) آب مورد استفاده براي سمپاشي يا محلولپاشي، تبديل کند. اما چرا لازم است تا اسيديته آب مورد استفاده براي سمپاشي کاهش يابد؟

پاسخ در ماهيتي است که معمولا در زمان فرموله کردن آفتکش‌ها مد نظر قرار داده مي‌شود و معمولا آنها را بصورت اسيد ضعيف و يا خنثي و نهايتاً ممکن است بصورت بازي (ماده قليايي) ضعيف فرموله کنند. به عنوان يک قانون کلي، معمولاً علفکش‌ها، حشره‌کش‌ها و قارچکش‌ها در محدوده اسيدي ۴ تا ۵/۶ بهترين کارايي را خواهد داشت. از اين گذشته pH محلول، بر مدت زمانيکه که آفتکش بصورت فعال کارايي خود را داراست، بسيار موثر است. همچنين pH مي‌تواند بر ميزان بارالکتريکي موجود در محلول تاثير گذاشته و با تغيير آن، کارايي آفتکش را تحت تاثير قرار دهد. بنابراين تنظيم pH متناسب براي هر آفتکش يکي از مهمترين نکاتي است که بايستي مد نظر قرار گيرد.

در پژوهشي که در دانشگاه کاليفرنيا (University of California, Davis) در رابطه با پايداري آفتکش‌ها در pH مختلف صورت گرفت، نتايج زير به صورت دستورالعملي عمومي در خصوص اهميت تنظيم pH بدست آمد؛

محدوده pHبين ۵/۳ تا ۶ براي اغلب سمپاشي‌ها مناسب بوده و نگهداري آفت‌کش‌ها را در مدت زمان ۱۲ تا ۲۴ ساعت در مخزن سمپاش، بلامانع خواهد بود. اما اين محدوده اسيديته براي علفکش‌هاي سولفونيل اوره مناسب نمي‌باشد.

محدوده pHبين ۶ تا ۷ براي سمپاشي‌آفتکش‌ها بلافاصله پس از تهيه محلول در مخزن سمپاش مناسب است. از اينرو نگهداري محلول آفتکش در اين محدوده حداکثر بين يک تا دو ساعت توصيه مي‌شود.

چنانچه آب مورد استفاده براي سمپاشي قليائي باشد، بايستي بلافاصله محلول آفتکش مورد استفاده قرار گيرد.

براي روشن شدن نقش اسيدهاي کربوکسيليک در فرايندهاي مختلف، بهتر است انواع واکنش‌هاي آنها بررسي شود.

به طور کلي اسيدهاي کربوکسيليک به چهار روش مي‌توانند با ساير مواد وارد واکنش شيميايي شوند.

الف) واکنش در محل هيدروژن گروه کربوکسيلي

(R…..C==O…..O……..H)

ب) واکنش در محل گروه کربونيلي

(R……..C==O…….O…….H)

ج) واکنش در محل اکسيژن گروه کربوکسيلي

(R……..C==O…..O…..H)

د)واکنشی که منجر به از دست رفتن گروه کربوکسیلی به صورت CO2  می شود.

يکي از واکنشهاي متداولي که مي‌تواند بواسطه اسيدهاي کربوکسيليک صورت گيرد، واکنش آنها با کربناتها و جلوگيري از افزايش رسوب و کريستال‌هاي کربنات است. در اين واکنش به دليل تمايل جذب بار منفي موجود بر گروه کربوکسيلي اسيد کربوکسيليک و بار مثبت موجود در بخش کاتيوني کربنات‌ها (ناشي از Na+ يا Ca++ و ..)، از تشکيل بيشتر رسوب کربنات جلوگيري مي‌شود. قدرت اسيدهاي کربوکسيليک از برخي اسيدها همچون اسيد کربونيک بيشتر است. در يک مطالعه توسط وستينگ (۲۰۰۳) ميزان رسوب کربنات کلسيم در حضور اسيدهاي کربوکسيليک مورد بررسي قرار گرفت. نتايج اين بررسي نشان داد با اينکه انتخاب نوع اسيد کربوکسيليک در ميزان و شدت رسوب کربنات کلسيم تاثير معني داري دارد اما کاهش ميزان رسوب و تبلور کربنات کلسيم در حضور اسيد کربوکسيليک، امري اجتناب ناپذير است. همچنين مطالعات موريانتو و همکاران (۲۰۱۴) در رابطه با تاثير غلظت‌هاي مختلف اسيدهاي کربوکسيليک از جمله اسيد ماليک (C4H6O5) بر تشکيل توده رسوبات کربنات کلسيم، نشان داد که افزايش غلظت اسيد ماليک منجر به عدم تشکيل توده رسوب کربنات کلسيم گرديد. نتايج مشابهي توسط کاوانو و تاکونامي (۲۰۱۴) در رابطه با تاثير سه اسيد کربوکسيليک شامل اسيد سيتريک، اسيد ماليک و اسيد استيک بر کاهش نرخ رسوب کربنات کلسيم، گزارش شده است.

امروزه تاثير کربنات‌ها بر ميزان سختي آب و نيز واکنش‌ها با مولکول‌هاي آفتکش‌ها بر هيچکس پوشيده نيست. آنچنانکه برخي آفتکش‌ها مانند علفکشهاي گروه سولفونيل اوره، برخي حشره‌کش‌ها و قارچکش‌ها به شدت در آب‌هاي سخت توسط يون‌ها کلسيم و منيزيم بلوکه شده و کارايي خود را از دست مي‌دهند. از سوي ديگر برخي علفکش‌ها با دارا بودن ماهيت اسيدي ضعيف، مانند علفکش گليفوزيت نيز نسبت به وجود چنين يون‌هايي در آب بسيار حساس بوده و به شدت تحت تاثير واکنش با آن‌ها قرار مي‌گيرند. همانگونه که مي‌دانيد در تمام نقاط دنيا اين علفکش به طرز گسترده اي مورد استفاده قرار گرفته است. بنابر گزارشي در منطقه لينکلن شاير در انگلستان، وجود مقادير کربنات کلسيم بيش از ۳۰۰ پي پي ام در آب‌هاي اراضي کشاورزي آن منطقه، منجر به کاهش ۲۰ تا ۵۰ درصدي کارايي آفتکش‌ها شد.

اما قبل از اشاره به مثال‌هاي بيشتر در رابطه با کيفيت آب بر آفتکش‌ها، بهتر است تعريفي از دو شاخص کمتر مطرح شده در رابطه با ضرايب جذب آفتکش‌ها، ارائه گردد. اولين شاخص مربوط به ضريب جذب به خاک يا ذرات معلق در آب (Kd) و دومين شاخص ضريب جذب به کربن آلي موجود در خاک يا آب (Koc) مي‌باشد. هر دوي اين ضرايب بازتابي از چگونگي شدت پيوند آفتکش (جذب يا چسبندگي) به ذرات خاک يا ذرات معلق در آب را بيان مي‌کنند. بطور مثال علفکشي با ضرايب بالايي از Kd و Koc به شدت با ذرات خاک و يا ذرات معلق و يا ذرات مواد آلي در آب پيوند تشکيل خواهد داد. بنابراين در مورد چنين علفکشي وجود ذرات مذکور باعث کاهش کارايي آن خواهد شد. پس مي‌توان با اطلاع از اين دو شاخص تا حدودي رفتار آفتکش در محيط آبي و خاک را پيش بيني کرد.

عناصري همچون آهن، کلسيم، منيزيم، سديم و … که داراي بار مثبت هستند (کاتيون) و موجب سختي آب مي‌شوند به شدت با آن دسته از آفتکش‌هايي که حاوي مولکول‌هايي با بار منفي هستند (آنيون)، واکنش داده و نتيجتاً منجر به ايجاد مولکول‌هايي مي‌شوند که جذب آنها براي گياه يا آفت هدف غير ممکن خواهد شد.

همانگونه که در ابتداي مقاله به آن اشاره گرديد، سوپا لينک از جمله يکي از آخرين دستاوردهاي دنياي کشاورزي است که بر اساس خواص اسيد کربوکسيليک موجود در آن قادر است بسياري از مواردي که در بخش‌هاي قبل به آن اشاره گرديد را برطرف نمايد. اين محصول، علاوه بر کاهش اسيديته آب و نيز از بين بردن سختي آب و رها سازي يون‌هايي همچون کلسيم، قادر است تا امکان اختلاط بسياري از مواد ناسازگار که عملا امکان اختلاط آنها براي محلولپاشي وجود ندارد، فراهم آورد. در اين راستا مطابق با گزارش شرکت سازنده اين محصول
(agrichem®, Australia)، اضافه کردن تنها ۲/۰ درصد از سوپالينک به آب، منجر به سازگاري دو کود پرمصرف (اما ناسازگار باهم) يعني مونوآمونيوم فسفات و نيترات کلسيم خواهد شد. يکي ديگر از قابليت‌هاي منحصر به فرد سوپالينک عملکرد آن بر کاهش سختي آب و مناسب کردن محيط آب سمپاشي براي مصرف علفکش گليفوزيت، پاراکوآت و حتي توفوردي است. همانطور که در بخش‌هاي قبل اشاره شد، مولکول‌هاي اين علفکش‌ها به دليل داشتن بار منفي تمايل زيادي براي واکنش با کاتيون‌هايي همچون کلسيم (++) دارد و همين امر يکي از مشکلات رايج در کاربرد اين علفکش‌ها بويژه در کشور ما مي‌باشد. جالب است بدانيد تحقيقات انجام شده در يکي از کشورهاي خاورميانه با استفاده از سوپا لينک نشان داد که استفاده از مقادير ۲/۰ درصد و ۴/۰ درصد از سوپالينک همراه با گليفوزيت، به ترتيب منجر به کنترل ۷۰ (همراه با ۲/۰ درصد سوپالينک) و بيش از ۹۰ درصد (همراه با ۴/۰ درصد سوپالينک) از علفهاي هرز در آزمايش شد. در بررسي ديگري در اين کشور، تاثير کاربرد همزمان سوپالينک و علفکش پاراکوآت در مقايسه با کاربرد تنهاي اين علفکش منجر به نتايجي شد که در تصوير به وضوح نشان داده شده است.

همچنين در رابطه با نفش سوپالينک در جلوگيري از واکنش عناصري همچون فسفر با فرم‌هاي غير کلاته آهن همچون سولفات آهن، مستندات شرکت سازنده اين محصول حاکي از عملکرد مشابه تيمار سولفات آهن+ سوپالينک با عملکرد فرم‌هاي کلاته آهن داشت. مثال ديگر از قابليت اين محصول مربوط به تاثير آن بر ترکيب سولفات مس و دي آمونيوم فسفات است که منجر به توليد فسفات مس نامحلول و غير قابل استفاده براي گياه مي‌شود. اما اين مشکل تنها با اضافه کردن سوپا لينک برطرف شده و منجر به شفافيت و امکان محلولپاشي مخلوط اخير مي‌گردد.

از ديگر ويژگي‌هاي منحصر بفرد اين محصول، توانايي آن در قابل استفاده و در دسترس نمودن کلسيم موجود در آب آبياري است. بطور مثال تحقيقات شرکت سازنده محصول نشان داد که استفاده از سوپالينک در سيستم آبياري مزرعه‌اي که مقدار کلسيم اندازه گيري شده در آب آن برابر با ۵۰ ميلي‌گرم بر ليتر بود، منجر به آزادسازي ۴۵ کيلوگرم کلسيم  قابل استفاده براي گياه گرديد. بنابراين پر واضح است استفاده از محصولاتي همچون سوپالينک، که علاوه بر خاصيت تنظيم اسيديته آب محلولپاشي، از بين بردن سختي آب مصرفي در کشاورزي، خاصيت سورفکتانتي و کاهش کشش سطحي آب، داراي نقش پر اهميتي همچون آزاد سازي برخي عناصر غير قابل استفاده در آب آبياري را دارند، ميتواند در بهبود عملکرد و افزايش بهره‌وري کشاورزي بسيار تاثير گذار باشد.

فهرست برخي منابع مورد استفاده:

۱-FAO Specifications for Agricultural Pesticides in agriculture. Found in the website of http://www.fao.org/agriculture/crops/thematic-sitemap/theme/pests/jmps/ps-new/en/.

۲-Introduction to Chemistry: General, Organic, and Biological (10), Session 15.5: Chemical Properties of Carboxylic Acids.

۳-Muryanto, S., Bayuseno, A. P., Ma’mun, H. and Usamah Jotho, M. 2014. Calcium carbonate scale formation in pipes: effect of flow rates, temperature, and malic acid as additives on the mass and morphology of the scale. Procedia Chemistry (9): 69-76.

۴-Norio Wada, Kiyoshi Kanamura and Takao Umegaki. 2001. Effects of Carboxylic Acids on the Crystallization of Calcium Carbonate. Journal of Colloid and Interface Science 233(1):65-72.

۵-Westin, Karl-Johan. 2003. Calcium Carbonate Precipitation in Presence of Carboxylic Acids. Doctoral thesis. Stockholm: Kemiteknik , p. viii, 129.

۶-Whitford, F., Penner, D., Johnson, B., Bledose, L., Wagoner, N., Garr, J. Wise, K., Obermeyer, J and Blessing, A. The impact of water quality on pesticides performance. The Purdue Extension Education Store, Purdue University. USA.

۷-Kawano, M. and Tokonami, M. 2014. Effect of organic acids on the precipitation rate and polymorphism of calcium carbonate minerals in solutions with Mg2+ ions. Clay science (18): 1-10.