Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 14 Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 14. ХИДРОФИЛНИ ПЕСТИЦИДИ ОРГАНОФОСФАТНИ ПЕСТИЦИДИ - органофосфати- опште име за естре фосфорне киселине - у пољопривреди, здравству, војној вештини термин означава једињења опште формуле (RO)2(OX)P=O (или S) - две R групе сy обично етил- или метил-групе - атом кисеоника у P=O групи може бити замењен сумпором у неким једињењима - иако ова група пестицида има заједничку општу структуру, због различитих X група пре свега постоје битне разлике у особинама - нервни су отрови који утичу на ензим ацетилхолинестеразу - термин органофосфати се користи за свако органско једињење које садржи Р (V) - пионири истраживања о.ф. Жан Луј Лазањ и Филип де Клермон, почетком и средином 19. века

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - 1932 Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - 1932. немачки хемичар Вили Ланге и његов постдипломац Герд фон Кригер први приметили ефекат о.ф. на нервни систем - на основу овог открића Герхард Шрадер и IG Farben отпочели истраживања о могућем инсектицидном дејству - нацисти именовали Шрадера за шефа истраживања могуће употребе о.ф. као бојних отрова - као и хлоровани угљоводоници, интензивно испитивани током WWII - Шредерова лабораторија открила сарин, табун и соман (органофосфати такозване G серије) - Британци за време рата такође експериментисали, после рата произвели VH бојни отров много потентнији од оних из G серије - Американци дошли до дневника Шредерових лабораторија, истраживали инсектицидно дејство - увели у употребу паратион, након њега и малатион

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - неки од најпознатијих бојних отрова су органофосфати (сарин) - на почетку сматрани као неподесни за коришћење као пестициди, због високе токсичности за сисаре - ово је поготово било правило од када су ClCH пестициди (мало токсични за сисаре) уведени у употребу - због великих проблема који ClCH пестициди изазивају у ж.с., велика пажња поново посвећена о.ф. пестицидима и њиховом развоју - последњих деценија је велики број о.ф. пестицида развијен и прихваћен за употребу - поготово након забране DDT-ја, диелдрина и хептахлора 70-тих година прошлог века

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 физичко-хемијске особине - о.ф. пестициди садрже једну P=O(S) и две P-O везе - електронегативност О је 3,5, а P и H 2,1 - O-P веза стога треба да има сличну поларност као и веза O-H, тј. да буде поларна - у исто време молекули о.ф. пестицида често садрже и велики број других слабополарних веза попут О-алкил - генерално, једињења ове класе би требала да буду више хидрофилна и мање липофилна од ClCH пестицида - органофосфатни пестициди- растворљивост у води 25-10000 mg/L, хлоровани угљоводоници 6-200 μg/L - малатион паратион

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - дихлорвос - диметоат раст. у води (mg/L) log KOW полуживот, земљиште (д) малатион 145 2,89 3-7 паратион 24 3,81 7-10 дихлорвос 10000 - - диметоат 25 2,71 11-37 LC50 LC50 EC50 малатион 2500 27-3250 1,8 паратион - - 0,6 дихлорвос 63 0,05-3,1 0,07 диметоат 500 - -

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - log KOW између 2,71 и 3,81 - на доњем делу листе липофилних супстанци, тј. релативно хидрофилни - у зависности од природе R и посебно X групе оф пестициди могу да имају веома различите ф-х особине

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 особине важне са становишта животне средине - органофосфатни пестициди се широко користе - барем 40 њих се користи у већим количинама, углавном у ратарству - користе се и на доста површина под воћем

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - о. ф Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - о.ф. пестициди су хемијски реактивна група једињења - подлежу хидролизи када дођу у контакт са водом - реакција зависи од pH, виши pH доводи до брже хидролизе - период полуживота у земљишту је много нижи него код ClCH пестицида и иде до 40 дана (тамо биле године) - слаба резистентност у земљишту указује и на слабу резистентност у биоти +…

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - ...+ умерена растворљивост у води + релативно слаба липофилност = слаб биоакумулациони капацитет - без обзира на хидролизу и слабу биоакумулацију, мале количине ипак могу да се нађу у храни - иако су о.ф. брже деградабилни од ClCH, имају већу акутну токсичност

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 токсична активност - о Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 токсична активност - о.ф. пестициди показују јаку токсичну активност према широком опсегу врста- од сисара до инсеката - пестициди ове групе инхибирају ензиме који цепају естре (естеразе) - нарочито су активни у инхибирању ацетилхолинестеразе - ацетилхолинестераза је важан ензим који омогућава преношење нервних импулса - хидролизује ацетилхолин који се генерише при трансмисији нервних импулса - ацетилхолин делује тако што се везује за рецептор, а сам садржи естарску групу која у жижи дејства овог ензима, - ацетилхолинестераза цепа ацетилхолин и на тај начин "празни" рецептор за следећи сигнал

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - уколико се рецептор не "испразни", нема могућности да се преносе импулси- нема мишићне координације - проблеми са мишићним функцијама виталних органа могу да доведу до смрти

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - ови пестициди иреверзибилно инактивирају ацетилхолинестеразу - токсичност се битно разликује, нпр. паратион је много токсичнији од малатиона - чак и у веома ниским [] могу бити опасни за развој мозга и нервног система фетуса и мале деце - U.S. E.P.A. забранила употребу већине у урбаним срединама 2001., али се још увек користе на пољопривредним површинама - користе се још увек на јавним површинама (прскање комараца у парковима) - могу да се унесу храном, сорбују кроз кожу или плућа - генерално, једињења са P=S групом су мање токсична од оних са P=О групом - разлог: метаболизам код сисара одваја липофилне групе из молекула, код инсеката се оваква једињења брже оксидују

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - о. ф Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - о.ф. пестициди један од најчешћих узрока тровања у свету, у пољопривредним крајевима један од најчешћих начина за извођење самоубиства - постоје и акутни и хронични ефекти - често су оксони који се добијају метаболичком транформацијом о.ф. пестицида отровни или чак отровнији од полазног једињења - хронични ефекти су слични акутним, укључују слабљење памћења и концентрације, губитак оријентације у простору, депресију, нервозу, главобоље, проблеме у говору, успорене реакције, ноћне море, месечарење, несаницу, хроничан умор - примећени и симптоми сличним грипозном стању - и при ниским [] могу бити опасни за здравље

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - фетуси и мала деца поготово угрожена, јер о.ф. реагују са супстанцама које су одговорне за одсуство концентрације и хиперактивност (АDHD синдром) - 2008. у Америци, 28% узорака замрзнутих боровница, 20% целера, 27% грашка, 17% кајсија, 8% броколија, 20% јагода имало трагове о.ф. - 2007. повезан хлорпирифос са проблемима у учењу, смањеном концентрацијом и АDHD - 2010. рађена студија која је повезала изложеност о.ф. и повећани ризик од добијања Алцхајмерове болести - 2011. објављене три вишегодишње студије- пратиле мајке и децу

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - ако су мајке у време трудноће биле изложене о.ф., мањи IQ код деце, пад 7 поена за децу која су била изложена вишим [] - генетика важна код нивоа оштећења/степена проблема, неће сва деца изложена истој [] имати исте проблеме - дихлорвос: високоиспарљив, користи се као раствор, распрскава се као аеросол, у огрлицама за псе, као и у тракама - користи се за кућне инсекте, за заштиту производа који се складиште, третирање паразитских инфекција код паса, живине, људи - први пут разматрана забрана 1981., од тада исто чињено више пута, никада међутим није дошло до забране - нема јасних доказа о канцерогености - доказано 2010. да раст од 10х у [] метаболита дихлорвоса у урину доводи до раста 55-72% у ADHD код деце

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - дихлорвос оштећује чак и ДНК код инсеката у музејским збиркама - малатион има релативно ниску тоскичност за људе, међутим, слично дихлорвосу, раст концентрације метаболита у урину деце доводи до раста ADHD - најчешће коришћен о.ф. инсектицид у С.А.Д., - генерално, користи се у пољопривредним подручјима, сузбијању комараца у урбаним крајевима - 1980. мешан са кукурузним сирупом, коришћен за запрашивање воћних мушица у Калифорнији - коришћен у зиму 1999. и пролеће 2000. у региону Њујорка за борбу против западнонилског вируса - непотврђена смрт великог броја јастога на Лонг Ајленду - меша се са дизелом и користи за запрашивање комараца - у смеси је разблажен и слабије делује, међутим при испод неке [] комарци не нестају, већ постају отпорни

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - користи се (0,5% раствори) за третирање вашки - малатион и линдан су једини пестициди који су дозвољени за третирање вашки - ипак, једна студија у Бристолу, на школској деци, показала да је ефикасност 36% у уклањању вашки, а чак и мања за њихова јаја - могући разлог: вашке развиле отпорност према малатиону - малатион мало токсичан, метаболише до отровнијег малаоксона - уколико је присутан у водама, при хлорисању се претвара у малаоксон → не сме се користити у и близу вода које се користе за пиће или прерађују у пијаће - 1981. један човек у Калифорнији пред камерама прогутао гутљај разблаженог раствора малатиона, како би доказао нешкодљивост - 1976. више радника у Пакистану отровано изомалатионом, примесом која се може понекад наћи у малатиону

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 -изомалатион инхибира карбоксиестеразу - малаоксон 61х токсичнији од малатиона (на пацовима) - није препоручљива употреба малатиона у затвореном простору, препоручује се затварање прозора и врата при употреби споља - ипак, [] у затвореном простору и при гомилању мање од опасних - постоји извесна евиденција о канцерогености малатиона, али недовољна за коначан став - испитивање на мишевима и пацовима довело до тумора јетре, али при веома високим [], малаоксон дефинитивно није канцероген - паратион први пут произвео IG Farben 1940. године - веома токсичан и за организме који нису мета - забрањен за употребу у многим земљама - коришћен за запрашивање воћа, памука, пиринча - 0,05-0,1% раствори

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - реагује са ацетилхолинестеразом, али индиректно, када продре у инсекте или човека, даје неупоредиво реактивнији параоксон - при деградацији хидролизује до диетилтиофосфата и 4-нитрофенола, под анаеробним условима из нитрата се добија амин - већ речено, параоксон је активни, токсични, облик - атропин је противотров, до 100 mg дневно, али, пошто је сам отрован, даје се у много малих доза - ако се рано открије тровање, брза реакција, атропин и респирација могу да спрече фатални исход - у противном, долази до оштећења мозга и/или смрти - у Немачкој “Schwiegermuttergift”- отров за таште - сматра се могућим канцерогеном, веома отрован за пчеле, птице, рибе → због тога се замењује карбаматима, мање токсичним о.ф. и пиретриодима

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 КАРБАМАТНИ ИНСЕКТИЦИДИ (КАРБАМАТИ) - карбаматни инсектициди се често користе у ситуацијама када о.ф. инсектициди не дају резултате - R групе могу бити разне, укључујући и оне које садрже ароматске прстенове, R3 може бити H или друга група - скупљи од органофосфатних инсектицида - примери карабатних инсектицида укључују пропоксур, познат и као Baygon, и карабарил

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 особине важне са становишта животне средине - опште особине к. су сличне особинама о.ф. инсектицида - карбаматна функционална група може бити посматрана као хибрид између естарске и амидне групе - обе групе поларне → цео молекул је релативно поларан - релативно добро растворни у води, у поређењу са ClCH пестицидима - Propoxur 2 g/L, Carbaryl 120 mg/L - ограничена им је неразградивост у ж.с., услед постојања реактивне групе у молекулу - естарска група је веома подложна хидролизи, ако супстанца дође у контакт са водом у ж.с. - јасно, стога, карбаматна група је генерално јако подложна хидролизи, поготово у алкалним водама

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - због тога је и резистентност ових пестицида у акватичној средини веома мала (полуживот 1,6 дана до 4 недеље) - у земљишту карбаматни инсектициди такође имају мали период полуживота, сличног реда величине попут оног нађеног у воденим срединама - неки карбаматни инсектициди су јако токсични за сисаре и лако се адсорбују кроз кожу - не биоакумулују се, што се и може очекивати од слабо отпорних једињења која су високорастворна у води - биодеградација укључује хидролизу и оксидацију

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 начини токсичног деловања - карбамати делују слично о.ф. пестицидима - инхибирају ацетилхолинестеразу, тј. разбијање и уклањање ацетилхолина - за разлику од о.ф., ензим не бива деактивиран толико дуго - ефекат краткорочнији од ефеката који су изазвани деловањем о.ф. пестицида

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - пропоксур је уведен у употребу 1959. године - користи се за кућне и шумске инсекте-штеточине - како је потенцијално токсичан за децу при хроничном излагању, не користи се за уништавање стеница - реверзибилно инактивира ацетилхолинестеразу - брзо се распада у алкалним растворима - веома токсичан за многе птице, токсичност варира од врсте до врсте, мање токсичан за рибе и морске организме, веома токсичан за пчеле - карбарил је трећи најчешће коришћени инсектициду у баштама, пољопривреди и шумарству - постоје два начина за добијање карбарила:

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - други процес је коришћен у Бопалу, у фабрици Union Carbide-a, где се одиграла највећа индустријска несрећа икада - емисија метил-изоцијаната убила 11.000 људи и довела до 500.000 повређених - иако токсичан за инсекте, карбарил је се брзо елиминише из кичмењака - убија инсекте који су мета, али и корисне (пчеле, на пример) - забрањен у Британији, Аустрији, Данској, Шведској, Немачкој и Анголи - карбарил је класификован као могући канцероген, LD50 за узимање преко уста је 250-850 mg/kg за пацове и 100-650 mg/kg за мишеве

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 ХЕРБИЦИДИ ЗАСНОВАНИ НА ФЕНОКСИСИРЋЕТНОЈ К. - хербициди развијени за време другог светског рата - засновани су на структури природног биљног хормона ауксина (пример индол-3-сирћетна киселина) - стога називани "хормонским" убицама корова - поларни и релативно много растворни у води - по правилу релативно слабо токсични према воденим животињама са LC50 вредностима које су између неколико стотина и неколико хиљада ppm - слабо отпорни у ж.с. - посебан проблем за ж.с. диоксини који се у траговима налазе са хербицидима, а добијају као споредни производ приликом синтезе - добијени диоксини садрже и нарочито токсични TCDD - уколико Т° и p нису пажљиво контролисани, може доћи до релативно високог приноса TCDD и других диоксина

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - верује се да се TCDD може формирати из хербицида базираних на феноксисирћетној киселини, након њихове примене - TCDD је једна од најтоксичнијих супстанци, обично концентрације морају да буду испод 1 ppm у производу који се користи - TCDD је умерено отпоран у ж.с., има полуживот у земљишту од око 1 године - ова супстанца је оптужена за читав низ проблема у ж.с. - употреба хербицида заснованих на феноксисирћетној киселини је, пре свега због диоксина, забрањена у многим земљама

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - 2,4-дихлорофеноксисирћетна киселина (2,4-D) је коровски хербицид који је најкоришћенији у свету - трећи најкоришћенији у Северној Америци - представља синтетички биљни хормон ауксин - Британци га развили за време WWII, како би повећали приносе пољопривредних култура за време рата - 1946. почела комерцијална употреба, брзо повећан принос пшенице, кукуруза, пиринча и других култура - убија дикотиледонске биљке, монокотиледонске оставља - биљке га упијају кроз листове, одакле се шири по организму - доводи до коврџања и пропадања листова, коначно до смрти - диоксини настали при производњи обични садрже конгенере са атомима хлора у положајима 2 и 3, али и 2,7-дихлоро конгенер - типичан мирис током и након употребе потиче од производа распадања, 2,4-дихлорофенола

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - 2,4-дихлорофенол је могуће канцероген - штетан за јетру и у малим дозама - Agent Orange - без обзира на све околности, цена ниска због тога се интензивно користи - више пута (1990., 1995., 2000., 2007…) утврђивана канцерогеност, даље од дефиције “могуће канцерогености” се није отишло - један од најпотпуније студираних хербицида са становишта животне средине - у земљишту полуживот између 1,5 и 16 дана - бактерије у акватичним срединама веома брзо метаболишу 2,4-D - фотолиза и ређа и спорија - без обзира на релативно брзу разградњу, понекад могуће детектовати у воденим токовима

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - 2,4,5-трихлорофеноксисирћетна киселина (2,4,5-Т) други део Agent Orange-a - коришћење почело у 40-тим годинама прошлог века - умерено токсична (LD50 389 mg/kg за мишеве и 500 mg/kg за пацове) - као и код 2,4-D и овде током производње долази до стварања TCDD-а - уколико се време реакције и Т° контролишу, могуће је да диоксинске примесе буду у [] мањој од 0,005 ppm - раније биле и до 60 ppm - 1970. забрањена употреба у С.А.Д. осим на пиринчу - 2-метил-4-хлорофеноксисирћетна киселина (MCPA) широко коришћен, веома снажан хербицид - синтетисан 1945. године, јефтин, раније широко коришћен, у задње време рестрикције

Хемодинамика загађујућих супстанци- предавање 8 - користи се као со или естар - није екстремно токсичан, може да комплексира метале у земљишту и смањује им доступност - исто може и 2,4-D