I carbammati e i ditiocarbammati sono utilizzati come insetticidi, erbicidi e fungicidi. I carbammati sono esteri alchilici dell'acido carbammico in cui.

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1 I carbammati e i ditiocarbammati sono utilizzati come insetticidi, erbicidi e fungicidi. I carbammati sono esteri alchilici dell'acido carbammico in cui un ulteriore gruppo alchilico sostituisce un atomo di idrogeno del gruppo -NH 2. I più diffusi sono il carbofuran, il carbaryl e 1'aldicarb. Essi interferiscono con il metabolismo degli insetti bersaglio inibendo 1'acetilcolinesterasi. I pesticidi carbammici sono preferiti agli organoclorurati in quanto non essendo molto stabili possono essere idrolizzati in composti più semplici aventi una minore tossicità.

2 Metodi di analisi I carbammati presenti nelle acque di scarico civili ed industriali vengono estratti con cloruro di metilene. Il campione di acqua (generalmente 1 L) viene dibattuto in un imbuto separatore e la fase organica, concentrata ad un volume di circa 10 mL, viene analizzata mediante HPLC su colonna RP-18 (EPA Method 632). In caso di estratti eccessivamente contaminati, l'analisi è preceduta da una cromatografia su silicati di magnesio (Florisil) eluendo con miscele a polarità crescente di acetone ed esano. Un metodo alternativo (EPA Method 531.1), che consente l'analisi di carbammati privi di gruppi cromoforici, prevede una determinazione analitica mediante HPLC utilizzando un fluorimetro come rivelatore, previa derivatizzazione post­colonna degli analiti. I singoli composti, dopo separazione su colonna C-18, vengono idrolizzati con NaOH 0,05 N a 95°C. La metilammina formata durante l'idrolisi è fatta reagire con o-ftalaldeide e 2-mercaptoetanolo in modo da formare un derivato fluorescente. In ogni caso viene effettuata un'analisi di conferma utilizzando una seconda colonna cromatografica a diversa polarità (es. RP-8) oppure mediante l'impiego di un rivelatore HPLC che sfrutta differenti caratteristiche chimico-fisiche degli analiti, come ad esempio, uno spettrometro di massa.

3 Nei ditiocarbammati entrambi gli atomi di idrogeno- del gruppo amminico possono essere sostituiti da gruppi alchilici. Essi agiscono sugli insetti o interferendo con i processi di assimilazione dell'ossigeno o con l'attività di metallo­enzimi o enzimi sulfidrilici. Un esempio di ditiocarbammato è il metham-sodio. Un volume noto di campione (approssimativamente 1 L) contenente ditiocarbammati viene digerito con una soluzione di cloruro stannoso in acido cloridrico concentrato per ottenere disolfuro di carbonio. Questo prodotto viene allontanato dalla soluzione e assorbito da una soluzione etanolica composta da acetato rameico e dietanolammina. L'assorbanza della soluzione viene misurata a 380 e 435 nm usando uno spettrofotometro UV-Vis. Le curve di calibrazione (una per lunghezza d'onda) vengono preparate utilizzando lo ziram (zinco bis-dimetilditiocarbammato) come standard. È possibile utilizzare uno standard più appropriato se si conosce il tipo di pesticida presente nel campione. La scelta della lunghezza d'onda da utilizzare dipende dalle quantità di ditio­carbammati presenti nel campione e dall'esperienza dell'operatore. Generalmente la curva a 435 nm è usata quando le quantità di analita sono superiori a 30  g e, in tal caso per la lettura devono essere utilizzate celle di 4 cm. Il metodo per la determinazione dei ditiocarbammati (EPA Method 630) non permette il riconoscimento dei singoli pesticidi. I composti sono ridotti a disolfuro di carbonio e quello che è possibile misurare è la concentrazione totale dei ditiocarbammati

4 I pesticidi organofosforici sono utilizzati sia come erbicidi che come insetticidi. Nella loro struttura si riconosce un atomo di fosforo centrale legato a quattro sostituenti, ad uno dei quali (ossigeno o zolfo) mediante un doppio legame. Dei restanti tre sostituenti, tutti a legame semplice, due sono gruppi metossilici o etossilici mentre il terzo è un gruppo R più o meno lungo, legato al fosforo mediante un atomo di ossigeno o di zolfo. È questo gruppo R a determinare la diversità tra i vari composti. I più diffusi sono il malathion ed il parathion. Come i carbammati, essi sono molto reattivi nei confronti dell'acqua e pertanto vengono utilizzati al posto degli organoclorurati.

5 L'estrazione dei pesticidi organofosforici dalle matrici (EPA Method 1657) è determinata dalla percentuale di materiale solido contenuto. Per calcolare il peso secco 5-10 g di campione vengono essiccati a 110 °C per 12 ore e raffreddati in essiccatore. Se il campione acquoso contiene un residuo secco, insolubile in acqua, in quantità inferiori o pari all'1%, esso viene estratto con cloruro di metilene utilizzando tecniche di estrazione in continuo. Se il residuo secco è solubile in acqua l'estrazione in continuo viene preceduta dall'aggiunta di sale ed è effettuata con una miscela azeotropica di cloroformio e acetone. Se il campione contiene un residuo maggiore dell'1% la modalità di estrazione dipenderà dalla sua consistenza. Per campioni con un residuo secco compreso tra 1 e 30% si procederà alla diluizione con acqua con elevato grado di purezza, in modo da ottenere una percentuale dell'1% e si procederà poi come descritto precedentemente. Se il contenuto solido è maggiore del 30% il campione è estratto con cloruro di metilene/acetone in un bagno ad ultrasuoni. I campioni melmosi con un residuo secco superiore al 30% sono-estratti con ultrasuoni prima in acetonitrile e poi in cloruro di metilene. Una volta estratti, i campioni vengono analizzati mediante un gas cromatografo fornito di un rivelatore a fotometria di fiamma. L'analisi viene effettuata su due colonne capillari a diversa polarità (100% dimetilpolisilossano e 14% cianopropilfenil-86% metilpolisilossano).

6 Erbicidi dipiridilici Come si può evincere dal nome, i composti dipiridilici sono costituiti da due anelli piridilici in cui gli atomi di azoto portano dei sostituenti alchilici. Il suffisso -quat è infatti dovuto alla presenza, nella molecola, di un atomo di azoto quaternario. I più importanti di questa classe sono il diquat ed il paraquat. Essi agiscono sulle cellule vegetali distruggendone la membrana cellulare. La loro efficacia è limitata nel tempo in quanto vengono fortemente adsorbiti al terreno. L’estrazione de pesticidi dipiridilici viene effettuata mediante una cartuccia o un disco C 8 preventivamente attivati con una soluzione di bromuro di cetil­trimetilammonio, di 1-esansolfonato sodico e idrossido di ammonio concentrato. Il disco, o la cartuccia, è eluito con un solvente acido acquoso e 1'eluato analizzato mediante HPLC. Dal momento che le max del diquat e del paraquat sono 308 e 257 nm rispettivamente, è utilizzato un rivelatore photodiode array per ottenere la rivelazione simultanea dei due analiti. Per l'analisi HPLC viene utilizzata una colonna a fase inversa. L'eluente è costituito da una soluzione formata da 13 mL di acido ortofosforico, 10,3 mL di dietilammina e 3 g di 1-esansolfonato di sodio in 1 L di acqua deionizzata. La colonna è tenuta a 35 °C durante la corsa cromatografica.

7 Triazine Le triazine sono molto utilizzate come erbicidi. Sono composte da un anello eterociclico aromatico nel quale gli atomi di azoto si alternano ad atomi di carbonio. Ai tre atomi di carbonio sono legati due sostituenti amminici e un atomo di cloro. La più nota è 1'atrazina notoriamente conosciuta come inquinante delle acque. Le triazine agiscono sulle specie vegetali inibendone la fotosintesi: la capacità di alcune piante di metabolizzarle è responsabile della loro selettività. L'assorbimento di radiazione UV porta alla loro degradazione in seguito alla perdita dei gruppi alchilici dei sostituenti amminici. Se le circostanze lo rendono necessario, si può procedere a purificazione dell'estratto mediante cromatografia di adsorbimento su silicati di magnesio (generalmente 20 g di fase stazionaria) con le seguenti modalità: la fase stazionaria viene lavata con 200 mL di una soluzione al 6% di etere etilico in esano e il recupero delle triazine è ottenuto con soluzioni costituite dal 15% al 100% di etere etilico. L'analisi quali-quantitativa viene effettuata mediante gas cromatografo fornito di detector a fiamma alcalina (NPD, Nitrogen Phosphorus Selective Detector) utilizzando colonne impaccate la cui fase stazionaria è costituita da polietilenglicoli con peso molecolare compreso tra 15 000 e 20 000. Metodi di analisi Un litro di campione viene estratto con metilene cloruro in un imbuto separatore da 2 L (EPA Method 619). Durante il processo di concentrazione, il solvente alogenato viene allontanato e scambiato con esano in modo da ottenere un volume finale di 10 mL.

8 Composti organoclorurati Sono utilizzati prevalentemente come insetticidi. Comprendono varie classi di composti che vanno dall'esaclorobenzene alle diossine (dibenzo-p-diossine) e ai furani. II più famoso è sicuramente il DDT (p- diclorodifeniltricloroetano), molto utilizzato durante la seconda guerra mondiale per combattere gli insetti responsabili della diffusione di malattie infettive come malaria, tifo epidemico. Le proprietà chimiche di questo composto, ed in particolare la sua lipofilicità, hanno portato ad un elevato bioaccumulo nei sistemi biologici ed a biomagnificazione nella catena alimentare. La sua struttura tridimensionale e le dimensioni sono responsabili della sua elevata tossicità che si esplica mediante un blocco della trasmissione nervosa negli insetti.

9 L'estrazione del DDT, come pure quella dei suoi prodotti di degradazione, quali il DDE (p- diclorodifenildicloroetilene)e il DDD (p-diclorodifenildicloroetano), viene effettuata facendo passare 1 L di campione attraverso una cartuccia o un disco contenente una matrice inorganica legata chimicamente ad una fase organica C-I8. Gli analiti sono eluiti con piccoli volumi di acetato di etile e metilene cloruro. L'eluato viene concentrato per evaporazione dei solventi e sciolto in un volume noto di esano. L'analisi viene effettuata mediante un gas cromatografo fornito di un rivelatore a cattura di elettroni (ECD) utilizzando colonne capillari costituite da 5% fenil-/95% dimetilpolisilossano o analoghe (EPA Method 508.1). Vista l'elevata stabilità del DDT, la valutazione della sua percentuale di degradazione è prevista per legge. Ciò si ottiene moltiplicando per 100 il rapporto tra le aree dei picchi dei composti di degradazione (DDE + DDD) e l'area totale dei picchi del DDT (DDT + DDE + DDD). Con lo stesso metodo vengono analizzati altri composti organoclorurati come i ciclopentadieni e i toxafeni, i vari isomeri dell'esaclorocicloesano (BHC) e i policlorobifenili (PCB).

10 I composti fenossialifatici sono utilizzati come diserbanti. Sono costituiti da un'unità fenossicarbossilica (derivati dell'acido acetico o dell'acido propionico) variamente sostituita con cloro sull'anello aromatico. I più noti sono il 2,4-D (acido 2,4-diclorofenossiacetico) ed il 2,4,5-T (acido 2,4,5-triclorofenossiacetico). I più importanti problemi ambientali legati a questi prodotti sono dovuti a due classi di sottoprodotti che si ottengono durante la loro sintesi e che sono le dibenzodiossine policlorurate ed i clorofenoli. La modalità di estrazione degli erbicidi fenossialifatici dipende dalla percentuale di materiale solido che costituisce il campione. Se il campione contiene meno del 30% di residuo secco si diluisce all'1% e si estrae in continuo dopo omogenizzazione agli ultrasuoni. II pH del campione viene portato a 12 o 13 in modo da ottenere l'idrolisi degli esteri. Si procede quindi ad estrazione con cloruro di metilene per allontanare eventuali interferenze. L'estrazione degli acidi liberi viene effettuata sempre con cloruro di metilene dopo aver abbassato il pH della soluzione a 2. Se il residuo solido supera il 30% il campione viene messo in una bottiglia di estrazione a pH 12 0 13 per 18 ore. La fase acquosa è rimossa ed estratta come i campioni diluiti. Gli acidi, dopo estrazione, sono derivatizzati a metil esteri in seguito a reazione con diazometano. Se necessario, allo scopo di purificare il campione, l'esterificazione può essere preceduta da una cromatografia di su gel. L'identificazione degli inquinanti è effettuata mediante un gas-cromatografo fornito di un rivelatore a cattura di elettroni utilizzando colonne impaccate a differente polarità.

11 Vengono utilizzati, oltre che come insetticidi non selettivi, come fungicidi e erbicidi. I più utilizzati sono i1 pentaclorofenolo e gli isomeri del triclorofenolo. Il pentaclorofenolo influenza il trasporto degli elettroni mitocondriali in modo da aumentare la velocità metabolica. Ad alta temperatura anche questi composti possono condensare formando diossine per eliminazione di acido cloridrico. Un volume noto di campione (approssimativamente 1 L) è acidificato ed estratto con metilene cloruro usando un imbuto separatore. La fase organica durante il processo di evaporazione del solvente è scambiata con isopropanolo in modo da ottenere alla fine 10 mL di soluzione alcolica. L'analisi è effettuata mediante un gas cromatografo fornito di un rivelatore a ionizzazione di fiamma (FID) su colonna impaccata con supporto a base di terra di diatomee lavata con acidi e silanizzata (EPA Method 8040).

12 I policlorobifenili sono composti che per la bassa reattività e degradabilità, l'elevata costante dielettrica, la bassa tensione di vapore e la scarsa solubilità in acqua hanno trovato largo utilizzo in varie applicazioni industriali. Essi sono costituiti da un bifenile variamente clorurato: appartengono a questa classe 209 diversi composti. Le stesse caratteristiche che hanno reso i PCB dei prodotti industriali ideali sono responsabili anche della loro tossicità. Essi infatti danno problemi di persistenza e conseguentemente di bioaccumulo e biomagnificazione. La maggior parte degli studi degli effetti tossici su questi composti sono stati effettuati su popolazioni che vivevano in prossimità dei Grandi Laghi del Nord America. Questa regione, infatti, negli anni '70, è stata oggetto di un massiccio inquinamento da PCB. Sull'uomo la reazione più appariscente è l'insorgenza della cloracne, una malattia della pelle persistente e dolorosa L'analisi viene effettuata iniettando un'aliquota di estratto organico concentrato in una colonna capillare in un-gas cromatografo-spettrometro di massa. I composti eluiti dalla colonna vengono identificati confrontando i loro spettri di massa e i tempi di ritenzione con quelli ottenuti da campioni di standard certificati. La concentrazione di ciascun composto identificato si ottiene correlando la risposta ottenuta dalla spettrometria di massa del singolo composto con quella ottenuta dal composto utilizzato come standard interno (EPA Method 521-1). Gli analiti clorurati e gli standard interni vengono estratti dalla matrice acquosa facendo-passare 1 L di campione attraverso una cartuccia o un disco C-18. I composti sono eluiti con piccoli volumi di metilene cloruro e concentrati per evaporazione del solvente.

13 Dibenzodiossine e dibenzofurani Sono composti con un grado di clorurazione che varia da quattro a otto atomi di cloro sostituiti nelle varie posizioni: esistono ben 75 differenti dibenzodiossine e 135 dibenzofurani. La posizione dei sostituenti viene differenziata in  e  secondo lo schema: Quanto più questi composti sono clorurati in 3 e meno in a tanto più sono tossici. Il composto più tossico è infatti la 2,3,7,8-tetraclorodibenzo p-diossina, comunemente conosciuta come "diossina". L'esposizione a dosi relativamente elevate di tale composto può causare il -cancro. La tossicità delle diossine e dei furani viene generalmente discussa insieme a quella dei PCB date le loro comuni proprietà chimiche. Tuttavia la coplanarità dei primi sembra essere responsabile del loro maggiore effetto tossico.

14 Il metodo di estrazione delle dibenzodiossine e dei dibenzofurani dipende dal tipo di matrice in cui essi devono essere determinati. Campioni acquosi (o campioni contenenti meno dell' 1% di materiale solido): dopo l'aggiunta di derivati marcati con isotopi stabili, i campioni vengono trattati in uno dei seguenti modi: campioni privi di particelle visibili sono estratti con metilene cloruro in un imbuto separatore o mediante tecniche di estrazione in fase solida;. campioni contenenti particelle sono filtrati sotto vuoto utilizzando un filtro di fibra di vetro; il filtro è estratto in un apparato Soxhlet/Dean-Stark e il filtrato estratto come i campioni limpidi. Prima della purificazione i due estratti vengono riuniti;. il campione è filtrato sotto vuoto attraverso un filtro di fibra di vetro posto su un disco per estrazioni in fase solida. Sia il filtro che il disco sono estratti in un apparato Soxhlet/Dean-Stark e l'estratto concentrato per la purificazione. Campioni solidi, semisolidi e multifase: i campioni marcati sono aggiunti in 10 g (peso secco) di materiale solido; campioni costituiti da più fasi sono filtrati sotto pressione per allontanare la fase acquosa; solidi grossolani vengono polverizzati o omogeneizzati; i liquidi non acquosi di campioni multifase sono riuniti ai solidi ed estratti in un apparato Soxhlet/Dean-Stark. Pesci ed altri tessuti animali: il campione è estratto mediante uno dei seguenti due procedimenti: Estrazione in apparato Soxhlet o Soxhlet/Dean-Stark; Digestione con HCl. Dopo l'estrazione si procede alla purificazione del campione con le normali procedure cromatografiche. L'analisi viene effettuata mediante un gas cromatografo-spettrometro di massa su colonne capillari. L'identificazione è effettuata per confronto degli spettri di massa e dei tempi di ritenzione con campioni standard. Per i composti analoghi a quelli marcati la concentrazione di ciascuno di essi è determinata usando la tecnica della diluizione isotopica. Negli altri casi si utilizza la tecnica dello standard interno.

15 Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA) Sono idrocarburi aromatici che contengono anelli condensati, cioè anelli uniti fra loro attraverso una coppia di atomi di carbonio. I composti più semplici sono il naftalene, l'antracene ed il fenantrene. Questi ultimi due composti sono inquinanti che si sprigionano dalla combustione incompleta del legno o del carbone o di altri composti organici. I più noti composti di questo tipo sono il benzo[a]antracene e il benzo[a]pirene, potenti agenti cancerogeni. Metodi di analisi Un volume noto di campione, approssimativamente 1 L, è estratto più volte con cloruro di metilene in un imbuto separatore. La fase organica viene essiccata e ridisciolta in 0,5 mL di acetonitrile. L'analisi viene effettuata mediante HPLC utilizzando una colonna a fase inversa C-18. La rivelazione degli analiti è effettuata mediante assorbimento UV e/o in fluorescenza (EPA Method 550).