Organofosfato - Organophosphate

Estrutura química geral do grupo funcional organofosforado

Organofosfatos (também conhecidos como ésteres de fosfato , ou OPEs ) são uma classe de compostos organofosforados com a estrutura geral O = P (OR) 3, uma molécula de fosfato central com substituintes alquil ou aromáticos. Eles podem ser considerados como ésteres de ácido fosfórico . Como a maioria dos grupos funcionais, os organofosforados ocorrem em uma ampla variedade de formas, com exemplos importantes incluindo biomoléculas importantes como DNA , RNA e ATP , bem como muitos inseticidas , herbicidas , agentes nervosos e retardadores de chama . Os OPEs têm sido amplamente usados ​​em vários produtos como retardadores de chama, plastificantes e aditivos de desempenho para óleo de motor. A popularidade dos OPEs como retardadores de chama veio como uma substituição para os retardadores de chama bromados altamente regulamentados . O baixo custo de produção e a compatibilidade com diferentes polímeros fizeram com que os OPEs fossem amplamente utilizados em diferentes indústrias, incluindo têxteis, móveis, eletrônicos como plastificantes e retardantes de chama. Esses compostos são adicionados ao produto final fisicamente, em vez de por ligação química. Devido a isso, os OPEs vazam para o meio ambiente mais rapidamente por meio de volatilização, lixiviação e também abrasão. OPEs foram detectados em diferentes compartimentos ambientais, como amostras de ar, poeira, água, sedimentos, solo e biota em maior frequência e concentração.

Química

Síntese

Existem várias rotas para a síntese de organofosforados

Esterificação de ácido fosfórico
OP (OH) 3 + ROH → OP (OH) 2 (OR) + H 2 O
PO (OH) 2 (OR), + R'OH → PO (OH) (OR) (OR ') + H 2 O
PO (OH) (OR) (OR ') + R "OH → OP (OR) (OR') (OR") + H 2 O

Os álcoois podem ser separados dos ésteres de fosfato por hidrólise , que é o reverso das reações acima. Por esse motivo, os ésteres de fosfato são portadores comuns de grupos orgânicos na biossíntese .

Oxidação de ésteres de fosfito

Organofosfitos podem ser facilmente oxidados para dar organofosfatos

P (OR) 3 + [O] → OP (OR) 3
Alcoólise de POCl 3

Oxicloreto de fósforo reage prontamente com álcoois para dar organofosforados

O = PCl 3 + 3 ROH → O = P (OR) 3 + 3 HCl

Propriedades

Os ésteres de fosfato contendo grupos OH são ácidos e parcialmente desprotonados em solução aquosa. Por exemplo, DNA e RNA são polímeros do tipo [PO 2 (OR) (OR ') - ] n . Os polifosfatos também formam ésteres; um exemplo importante de um éster de um polifosfato é o ATP , que é o monoéster do ácido trifosfórico (H 5 P 3 O 10 ).

Os OPEs têm um grupo molecular central de fosfato. No caso de triésteres organofosforados (OP), estes são três ligações éster com alquil ou substituintes aromáticos. No entanto, os diésteres de OP são diferentes dos triésteres, pois um dos grupos alquil éster é substituído por um grupo hidroxila, tornando os diésteres de OP ácidos fosfóricos. A grande variedade de substitutos usados ​​em ésteres organofosforados resulta em grandes variações nas propriedades físico-químicas, variando de características altamente polares a muito resistentes à hidrólise. OPEs exibem uma ampla faixa de coeficiente de partição de água octanol onde os valores de log Kow variam de -0,98 a 10,6. Os OPEs predominantes usados ​​como retardadores de chama e plastificantes têm valores de log Kow positivos variando entre 1,44-9,49, significando hidrofobicidade. Assim, devido a essa hidrofobicidade, os OPEs são presumivelmente bioacumulados e biomagnificados em ecossistemas aquáticos. Experimentos de laboratório mostraram que os OPEs não halogenados são propensos à fotólise, enquanto os OPEs clorados como o TCEP e o TCPP, no entanto, parecem ser resistentes à degradação pela luz solar.

Na natureza

Guanitoxina

A guanitoxina é um organofosfato natural produzido por cianobactérias .

A detecção de OPEs no ar em locais distantes como a Antártica em concentrações em torno de 1 ng / m 3 sugere sua persistência no ar e seu potencial para transporte de longo alcance. Os OPEs foram medidos em alta frequência no ar e na água e amplamente distribuídos no hemisfério norte. Os OPEs clorados (TCEP, TCIPP, TDCIPP) em locais de amostragem urbanos e não halogenados como TBOEP em áreas rurais, respectivamente, foram frequentemente medidos no ambiente em vários locais. Nos Grandes Lagos Laurentianos, as concentrações totais de OPEs foram encontradas em 2-3 ordens de magnitude mais altas do que as concentrações de retardadores de chama bromados medidos em ar semelhante. Águas de rios na Alemanha, Áustria e Espanha foram registradas de forma consistente para TBOEP e TCIPP nas concentrações mais altas. A partir desses estudos, fica claro que as concentrações de OPE em amostras de ar e água são frequentemente ordens de magnitude mais altas do que outros retardadores de chama e que as concentrações dependem em grande parte do local de amostragem, com concentrações mais altas em locais mais urbanos e poluídos.

Pesticidas

Hoje, os organofosforados constituem cerca de 50% dos agentes assassinos dos pesticidas químicos.

Pesticidas organofosforados (OPPs), como alguns agentes nervosos , inibem a acetilcolinesterase ( modo de ação IRAC 1b), que é amplamente essencial para a função normal em insetos, mas também em humanos e muitos outros animais. As OPPs afetam essa enzima de várias maneiras, sendo a principal delas por meio da inibição covalente irreversível e, portanto, criam potenciais de envenenamento que variam em grau. O cérebro envia neurotransmissores para as terminações nervosas do corpo; os organofosforados impedem que esse processo ocorra. Esse produto químico, o organofosfato, atua interrompendo a enzima acetilcolinesterase. A acetilcolinesterase decompõe o neurotransmissor da acetilcolina, que envia sinais para outras terminações nervosas do corpo.

Por exemplo, o paration , um dos primeiros OPPs comercializados, é muitas vezes mais potente do que o malathion , um inseticida usado no combate à mosca-das-frutas do Mediterrâneo (mosca-do-Mediterrâneo) e aos mosquitos transmissores do vírus do Nilo Ocidental . A exposição humana e animal a eles pode ser por meio da ingestão de alimentos que os contenham ou por meio da absorção pela pele ou pelos pulmões.

A toxicidade humana e animal das OPPs torna-as uma preocupação social e ambiental; a EPA proibiu a maioria dos usos residenciais de organofosforados em 2001, mas seu uso agrícola, como pesticidas em frutas e vegetais, ainda é permitido, assim como seu uso na redução de mosquitos em espaços públicos como parques. Por exemplo, o OPP mais comumente usado nos Estados Unidos, o malatião, tem ampla aplicação na agricultura, paisagismo residencial e programas de controle de pragas (incluindo controle de mosquitos em áreas de recreação públicas). Em 2010, quarenta dessas OPPs foram registradas para uso nos Estados Unidos, com pelo menos 73 milhões de libras usadas em um período de tempo em ambientes agrícolas e residenciais. Os organofosforados comumente usados ​​incluem:

Estudos demonstraram que a exposição prolongada a OPPs - por exemplo, no caso de trabalhadores agrícolas - pode levar a problemas de saúde, incluindo riscos aumentados de doenças cardiovasculares e respiratórias e câncer. No caso de mulheres grávidas, a exposição pode resultar em partos prematuros. Além disso, danos permanentes à composição química do cérebro e mudanças no comportamento e nas emoções humanas podem ocorrer no feto em mulheres grávidas.

Os pesticidas organofosforados se degradam rapidamente por hidrólise quando expostos à luz solar, ao ar e ao solo, embora pequenas quantidades possam ser detectadas em alimentos e água potável. Os organofosforados contaminam a água potável, movendo-se através do solo até o lençol freático. Quando o pesticida se degrada, ele é dividido em vários produtos químicos. Os organofosforados degradam-se mais rapidamente do que os organoclorados. A maior toxicidade aguda dos OPPs resulta no risco elevado associado a esta classe de compostos (consulte a seção Toxicidade abaixo).

Agentes nervosos

História

Os primeiros pioneiros no campo incluem Jean Louis Lassaigne (início do século 19) e Philippe de Clermont (1854). Em 1932, o químico alemão Willy Lange e seu aluno de pós-graduação, Gerde von Krueger, descreveram pela primeira vez os efeitos dos organofosforados no sistema nervoso colinérgico , notando uma sensação de asfixia e um escurecimento da visão após a exposição, que eles atribuíram aos próprios ésteres. Essa descoberta mais tarde inspirou o químico alemão Gerhard Schrader, da empresa IG Farben, na década de 1930, a fazer experiências com esses compostos como inseticidas. Seu uso potencial como agentes de guerra química logo se tornou aparente, e o governo nazista encarregou Schrader de desenvolver gases organofosforados (no sentido mais amplo da palavra) gases nervosos. O laboratório de Schrader descobriu a série G de armas, que incluía Sarin , Tabun e Soman . Os nazistas produziram grandes quantidades desses compostos, embora não os usassem durante a Segunda Guerra Mundial. Cientistas britânicos experimentaram um organofosfato colinérgico próprio, chamado diisopropilfluorofosfato , durante a guerra. Posteriormente, os britânicos produziram o agente nervoso VX , que era muitas vezes mais potente do que a série G, no início dos anos 1950, quase 20 anos depois que os alemães descobriram a série G.

Após a Segunda Guerra Mundial, as empresas americanas tiveram acesso a algumas informações do laboratório de Schrader e começaram a sintetizar pesticidas organofosforados em grandes quantidades. O paration foi um dos primeiros comercializados, seguido do malatião e do azinfosmetil. A popularidade desses inseticidas aumentou depois que muitos dos inseticidas organoclorados , como DDT , dieldrin e heptacloro, foram proibidos na década de 1970.

Características estruturais

Organofosforados eficazes têm as seguintes características estruturais:

  • Um oxigênio terminal conectado ao fósforo por uma ligação dupla, ou seja, um grupo fosforil
  • Dois grupos lipofílicos ligados ao fósforo
  • Um grupo abandonante ligado ao fósforo, geralmente um haleto

Afinação

Dentro desses requisitos, um grande número de diferentes grupos lipofílicos e de saída têm sido usados. A variação desses grupos é um meio de ajustar a toxicidade do composto. Um bom exemplo dessa química são os compostos P - tiocianato que usam um grupo aril (ou alquil ) e um grupo alquilamino como grupos lipofílicos. O tiocianato é o grupo de saída.

Retardadores de chamas

Retardantes de chama (FRs) são produtos químicos que foram usados ​​em diferentes materiais de consumo para prevenir a combustão e retardar a propagação do fogo após a ignição. A crescente demanda para atender aos padrões de segurança contra incêndio para inflamabilidade de materiais plásticos usados ​​em dispositivos e eletrodomésticos, juntamente com a regulamentação estrita de retardadores de chama bromados, impulsionou o alto volume de produção e consumo de OPEs. A maioria dos retardadores de chama usados ​​são OPEs halogenados, e a eficácia do retardador de chama aumenta com o aumento do número de substituintes halogenados.

Os OPEs são utilizados como retardadores de chama aditivos, o que significa que a concentração desses retardadores de chama diminui com o tempo, pois eles vazam prontamente para o meio ambiente. Existem vários mecanismos que os retardadores de chama utilizam para prevenir o incêndio, porém os mais eficazes são as reações em fase gasosa e em fase sólida. Na fase sólida, os retardadores de chama halogenados produzem uma camada de carvão sobre os materiais em combustão sufocando a combustão, assim como na fase gasosa eles removem os radicais H + e OH - dos gases inflamáveis, por reação com os átomos de Br e Cl para desacelerar ainda mais o processo de gravação. OPEs não halogenados são eficazes principalmente na fase sólida de materiais em combustão. Após a exposição ao calor, os compostos de fósforo reagem para formar uma forma polimérica de ácido fosforoso. O ácido causa uma camada de carvão que cobre o material em combustão, impedindo-o de entrar em contato com o oxigênio, o que, por sua vez, retarda a reação de combustão.

Efeitos na saúde

Envenenamento

Muitos "organofosforados" são potentes agentes nervosos, funcionando inibindo a ação da acetilcolinesterase (AChE) nas células nervosas. Eles são uma das causas mais comuns de envenenamento em todo o mundo e são freqüentemente usados ​​intencionalmente em suicídios em áreas agrícolas. Os pesticidas organofosfosfatados podem ser absorvidos por todas as vias, incluindo inalação, ingestão e absorção cutânea. Seus efeitos inibitórios sobre a enzima acetilcolinesterase levam a um excesso patológico de acetilcolina no corpo. Sua toxicidade não se limita à fase aguda, entretanto, e os efeitos crônicos foram observados há muito tempo. Neurotransmissores como a acetilcolina (que é afetada por pesticidas organofosforados) são profundamente importantes no desenvolvimento do cérebro, e muitos organofosforados têm efeitos neurotóxicos em organismos em desenvolvimento, mesmo em baixos níveis de exposição. Outros organofosforados não são tóxicos, mas seus metabólitos principais, como seus oxons , são. O tratamento inclui um aglutinante de pralidoxima e um anticolinérgico como a atropina .

Toxicidade crônica

A exposição repetida ou prolongada a organofosforados pode resultar nos mesmos efeitos que a exposição aguda, incluindo os sintomas tardios. Outros efeitos relatados em trabalhadores expostos repetidamente incluem perda de memória e concentração, desorientação, depressão severa, irritabilidade, confusão, dor de cabeça, dificuldades de fala, tempos de reação retardados, pesadelos, sonambulismo, sonolência ou insônia. Uma condição semelhante à influenza com dor de cabeça, náusea, fraqueza, perda de apetite e mal-estar também foi relatada.

Um estudo recente feito pela Madurai Kamaraj University na Índia mostrou uma correlação direta entre o uso de organofosforados e diabetes entre a população agrícola indiana.

A diferença fisiológica de OPEs em tamanho e polaridade influencia muito a toxicidade física e bioquímica do grupo de compostos. As estruturas químicas dos triésteres OP usados ​​como retardadores de chama e plastificantes são essencialmente semelhantes às dos inseticidas OP que têm como alvo o sistema nervoso dos insetos. Vários estudos toxicológicos demonstraram que OPEs como TBOEP, TCIPP, TDCIPP, trietil fosfato (TEP) e tris (metilfenil) fosfato (TMPP) provocam efeitos no desenvolvimento embrionário, expressão de mRNA, hormônios tireoidianos, concentrações de ácido biliar circulante e sistema em peixes, pássaros, roedores e / ou humanos.

Exposição de baixo nível

Mesmo em níveis relativamente baixos, os organofosforados podem ser perigosos para a saúde humana. Esses pesticidas atuam na acetilcolinesterase , uma enzima encontrada no cérebro. Assim, fetos e crianças pequenas, cujo desenvolvimento cerebral depende de uma sequência estrita de eventos biológicos, podem estar em maior risco. Eles podem ser absorvidos pelos pulmões ou pela pele ou comendo-os na comida. De acordo com um relatório de 2008 do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, traços ″ detectáveis ​​″ de organofosforados foram encontrados em uma amostra representativa de produtos testados pela agência, 28% de mirtilos congelados, 20% de aipo, 27% de feijão verde, 17% de pêssegos, 8% de brócolis e 25% de morangos.

Câncer

A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos lista o paration como um possível carcinógeno humano . A Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (IARC), descobriu que alguns organofosforados podem aumentar o risco de câncer. O tetraclorvinfos e o paration foram classificados como "possivelmente carcinogênicos", enquanto o malathion e o diazinon foram classificados como provavelmente carcinogênicos para humanos.

Efeitos na saúde em crianças

Uma revisão de 2013 de 27 estudos sobre exposições pré-natais e na primeira infância a pesticidas organofosforados revelou que todos, exceto um, mostraram resultados de neurodesenvolvimento negativos. Nos dez estudos que avaliaram a exposição pré-natal, "déficits cognitivos (relacionados à memória de trabalho) foram encontrados em crianças com 7 anos de idade, déficits comportamentais (relacionados à atenção) vistos principalmente em crianças, e déficits motores (reflexos anormais), vistos principalmente em neonatos. "

Uma revisão sistemática dos efeitos do neurodesenvolvimento da exposição pré-natal e pós-natal a pesticidas organofosforados foi feita em 2014. A revisão descobriu que "a maioria dos estudos que avaliam a exposição pré-natal observaram um efeito negativo no desenvolvimento mental e um aumento nos problemas de atenção em pré-escolares e escolares."

Nos Estados Unidos, o organofosforado fosmático foi proibido para uso em árvores frutíferas, plantas ornamentais e animais domésticos domésticos em 2001, à medida que outros pesticidas se tornaram disponíveis para esses usos. Muitos outros usos do fosmete ainda eram permitidos, especialmente os comerciais.

Populações afetadas

De acordo com a EPA , o uso de organofosforados em 2004 é responsável por 40% de todos os produtos inseticidas usados ​​nos Estados Unidos. Preocupado com os riscos potenciais da exposição a organofosforados para o desenvolvimento infantil, a EPA começou a eliminar gradualmente as formas de organofosforados usados ​​em ambientes fechados em 2001. Embora sejam usados ​​na pulverização florestal, urbana e de saúde pública (programas de redução de mosquitos, etc.) também, a população em geral tem baixa exposição. Assim, a principal população afetada que enfrenta exposição aos organofosforados são os agricultores, especialmente aqueles em países que têm menos restrições ao seu uso, como na Índia.

Trabalhadores rurais nos Estados Unidos

Nos Estados Unidos, os trabalhadores agrícolas migrantes e sazonais são os mais suscetíveis à exposição a organofosforados. Da população de trabalhadores rurais dos Estados Unidos, há cerca de 4,2 milhões de homens, mulheres e até crianças sazonais ou migrantes, 70% dos quais nascem no México e uma esmagadora maioria de 90% destes são latinos. Este aspecto racial quase homogêneo do emprego no trabalho agrícola nos Estados Unidos sugere fortemente fatores sociais, econômicos e políticos que explicariam sua vulnerabilidade. Metade da população de trabalhadores rurais nos Estados Unidos não possui documentação legal e dois terços vivem na pobreza, o que torna difícil compreender e documentar totalmente as características dessa população com relativa certeza. Além disso, o grupo enfrenta barreiras linguísticas, com cerca de 70% da população migrante de trabalhadores agrícolas sazonais relatando que não falam bem inglês. 

Nos Estados Unidos, a pobreza e a falta de documentação colocam os trabalhadores agrícolas migrantes em situações de moradia que os tornam muito mais propensos a contrair doenças infecciosas ou parasitárias e a sofrer de doenças relacionadas a produtos químicos do que a população geral dos Estados Unidos. Trabalhadores de campo expostos a agrotóxicos continuam expondo ainda mais suas famílias em suas residências, principalmente por meio de roupas contaminadas nas quais o resíduo se deposita como pó doméstico. Taxas aumentadas de uma ampla gama de resultados adversos do nascimento resultam da alta exposição a pesticidas em um estudo de 500.000 nascimentos entre trabalhadores agrícolas no vale de San Joaquin, na Califórnia.

Barreiras econômicas, sociais, raciais e políticas tornam a aprovação de políticas e a criação de medidas de proteção menos prováveis ​​de ocorrer; no contexto de seus empregos, os trabalhadores agrícolas sazonais migrantes são estruturalmente vulneráveis ​​à exploração e às condições de trabalho que não atendem aos padrões de saúde, se não conseguirem encontrar os recursos físicos e sociais necessários para se proteger.    

A natureza de seu trabalho pode exigir exposição constante a toxinas e pesticidas e sujeitá-los a condições climáticas cada vez mais extremas à medida que a mudança climática avança. Assim, o trabalho agrícola migrante foi classificado de forma conservadora como possivelmente o segundo trabalho mais perigoso do país.

Esforços regulatórios

Os organofosforados (OPs) estavam entre os inseticidas mais usados ​​até o século XXI. E até meados da década de 1990, a regulamentação geral de pesticidas dependia da Lei Federal de Alimentos, Medicamentos e Cosméticos (FFDCA) e da Lei Federal de Inseticidas, Fungicidas e Rodenticidas (FIFRA) aprovada em 1938 e 1947, respectivamente. Em 1993, a Agência de Proteção Ambiental (EPA) foi obrigada a cumprir uma promessa feita ao Congresso de reduzir significativamente a quantidade de pesticidas usados ​​nos Estados Unidos, e o Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, junto com a Food and Drug Administration, aderiu à EPA em este compromisso. Então, em 1996, a Lei de Proteção à Qualidade de Alimentos (FQPA) foi sancionada para fortalecer a regulamentação de pesticidas em alimentos e tornar as práticas regulamentares mais consistentes. Uma forma de realizar esse fortalecimento foi por meio da obrigatoriedade de avaliações de risco de exposição agregada e cumulativa em níveis de tolerância de alimentos derivados. A EPA selecionou os OPs como a primeira classe de pesticidas para avaliar as tolerâncias alimentares devido ao seu comportamento específico de toxicidade como inibidores da acetilcolinesterase.

Entre 1996 e 1999, o uso de POs realmente aumentou (apesar da aprovação do FQPA) de 75 milhões para 91 milhões de libras por ano. No entanto, isso se deve principalmente ao programa de erradicação do bicudo-do-algodão por meio do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos e o uso de POs acabou diminuindo para 46 milhões de libras por ano em 2004. O uso residencial de pesticidas OP pode ter diminuído mais rapidamente, em comparação com uso comercial, em grande parte devido ao cancelamento voluntário de clorpirifós e diazinon como pesticidas aprovados para uso doméstico. A eliminação progressiva de clorpirifós e diazinon para a maioria dos usos residenciais foi concluída em 2005.

O uso de paratião (etil) é proibido ou restrito em 23 países e sua importação é ilegal em um total de 50 países. Seu uso foi proibido nos Estados Unidos em 2000 e não é usado desde 2003.

Em 2001, a EPA impôs novas restrições ao uso dos organofosforados fosmete e azinfos-metila para aumentar a proteção dos trabalhadores agrícolas. Os usos da cultura relatados na época como sendo eliminados em quatro anos incluíam amêndoas, cerejas azedas, algodão, cranberries, pêssegos, pistache e nozes. As colheitas com registro limitado no tempo incluíram maçãs / maçãs silvestres, mirtilos, cerejas doces, peras, pomares de sementes de pinheiro, couves de Bruxelas, bagas de cana e o uso de azinfos-metila por viveiros para requisitos de quarentena. Os usos rotulados de fosmete incluem alfafa, plantações de pomares (por exemplo, amêndoas, nozes, maçãs, cerejas), mirtilos, frutas cítricas, uvas, árvores ornamentais (não para uso em áreas residenciais, parques ou recreativas) e árvores frutíferas não produtivas, árvores de Natal e coníferas (fazendas de árvores), batatas e ervilhas. O azinfos-metila foi proibido na Europa desde 2006.

Em maio de 2006, a Agência de Proteção Ambiental (EPA) revisou o uso de diclorvos e propôs sua venda continuada, apesar das preocupações com sua segurança e evidências consideráveis ​​sugerindo que é cancerígeno e prejudicial para o cérebro e sistema nervoso, especialmente em crianças. Ambientalistas afirmam que a última decisão foi produto de acordos de bastidores com a indústria e a interferência política.

Em 2013, trinta e seis tipos de organofosforados foram registrados para uso nos Estados Unidos. Organofosforados são usados ​​atualmente em uma variedade de ambientes (por exemplo, agricultura, jardins e práticas veterinárias), no entanto, vários POs notáveis ​​foram descontinuados para uso. Isso inclui o paration, que não está mais registrado para nenhum uso, e o clorpirifós (conforme mencionado anteriormente), que não está mais registrado para uso doméstico. E novamente, exceto para uso agrícola, o diazinon OP foi proibido nos EUA

Veja também

Referências

links externos