Relaciones entre propiedades fisicoquímicas y moleculares de pesticidas

DEPARTAMENTO DE QUIMICA FISICA FACULTAD DE FARMACIA. UNIVERSIDAD DE GRANADA RELACIONES ENTRE PROPIEDADES FISICOQUIMICAS y MOLECULARES DE PESTICIDAS liménez, M., Quintero, B., Talavera, E.M., Alvarez, 1.M. RESUMEN Mediante el uso de la cromatografía de gases como técnica analítica cuan titativa, se ha calculado la solubilidad de 12 pesticidas organoclorados en me dios de diversa polaridad, así como la constante de reparto en medios homo géneos y en medios organizados (vesículas). Los resultados obtenidos se han podido correlacionar con el volumen de van der Waals. SUMMARY Using gas chromatography as a cuantitative anali�is method, the solubility of 12 organochlor pesticides have been calculated in media of various polarities. Also the partition coefficients in homogeneous and organized media (vesicles) has been calculated. The results obtained has been related its the van der Waals volume. INTRODUCCION Los pesticidas organoclorados actúan por contacto, penetrando a través de la epicutícula por su solubilidad en los lípidos que la constituyen, ésto per mite el acceso y la interacción con los receptores causando la parálisis y muerte del insecto (1). A causa de esta necesidad en su mecanismo de acción, la lipo solubilidad de los pesticidas organoclorados es de gran interés, ya que determi na un buen grado su penetración y actuación (2) (3). Hansch (4) ha demostra do que el sistema octanol-agua es altamente recomendable para la obtención de valores del coeficiente de reparto que resulten comparativos a los que se Ars P/¡armaC'elllíco. Tomo XXXI. Núms. 1-2. 1990. 131-139. 132 ARS PHARMACEUTICA alcanza en la ditribución de solutos entre membrana y agua, a causa de la se mejanza del alcohol con los Iípidos de membrana. En base a estas ideas Briggs (5) ha demostrado que las propiedades de absorción de herbicidas y pesticidas están relacionadas con su coeficiente de reparto en octanol-agua. Asimismo se han realizado numerosos estudios con vesículas (6) (7), que han permitido un mejor conocimiento de la conducta experimental de pesticidas en su paso a través de estas membranas sintéticas, así como su extrapolación al comporta miento en sistemas biológicos. En este trabajo se han relacionado los coeficientes de distribución en me dios homogéneos y en medios organizados con el volumen de van der Waals ya que este tipo de relaciones están siendó usadas en la actualidad, con el fin de obtener conclusiones del receptor sobre el que actúan estos perticidas, así como para el diseño racional de nuevas moléculas (8) (9). MATERIAL Y METODOS Reactivos. Se han usado los siguientes reactivos suministrados por la casa Sigma: 1,1bis(p-clorofenil)-2,2,2-tricloroetanol (1), y-hexaclorociclohexano (11) y dimiris toil-1-fosfatidilcolina (DMPC). Los reactivos: 2,2-bis( 4-clorofenil)-1, 1-diclo roetano (V), fueron de la casa Aldrich. Los siguientes productos han sido sin tetizados por nosotros: p-fluorobencilacetato de etilo (VI), p-clorobencilaceta to de etilo (VII), diclorodifenilacetato de etilo (VIII), 1-( 4-clorofenil)-1-ciclo propanocarboxilato de etilo (IX), de bencilo (X), de 3-fluorobencilo (XI) y de 3,5-difluorobencilo (XII). Todos los demás reactivos fueron de grado analítico. Instrumentación. Los análisis cromatográficos se han realizado con un cromatógrafo de ga ses Perkin-Elmer modelo 8300. En los ensayos previos realizados se determina ron las condiciones óptimas de análisis para cada pesticida. En todos los casos se usó como gas portador nitrógeno con un flujo de 40 ml/min. La temperatura del detector e inyector fue de 300°C. El programa de temperatura varió de 50 a 275°C según el compuesto analizado. Las columnas utilizadas dependiendo de las propiedades fisicoquímicas, fueron: 10% Apiezon L sobre Chromosorb WHP 8/100, 10% Carbowax 20 sobre Chromosorb WHP 80/100 y 3% SE-30 sobre Chromosorb WHP 80/100. La técnica de análisis cromatográfico usada fue la denominada de calibración absoluta (10). La solubilidad se midió si guiendo el método de Miller y Stanley (11). Los coeficientes de reparto se cal cularon por el método de Gobas y col. (12) en el que cada pesticida disuelto en la capa orgánica (n-hexano y l-octanol) se puso en contacto con la capa acuosa, el sistema se agitó durante 3 días en una vasija cerrada a 25°C proce diéndose posteriormente a su análisis cromatográfico. Los valores del coefi- ARS PHARMACEUTICA 133 ciente de reparto se obtuvieron dividiendo la concentración de la capa orgánica por la de la capa acuosa. Para realizar el cálculo del volumen de van der Waals se utilizó el método de Bondii (13). Las vesículas de DMPC fueron obtenidas por el método descrito por Banghan y col. (14) en el que el fosfolípido disuelto en agua fue sometido a ultrasonidos con un sonicador Sonifier B-12 Branson Sonic bajo atmósfera de nitrógeno. La comprobación de las vesículas obtenidas se realizó por un Mi croscopio Electrónico de Transmisión Analítico (TEM-ESI-EELS) EM lOC, usando ura tensión de aceleración de 89 KV. RESULTADOS Y DISCUSION En las figuras 1 y 2 se muestran como ejemplo el cromatograma corres pondiente al 2,2-bis (4-cIorofenil)-1,1-dicIoroetileno y la representación gráfica - Figura 1.- Cromatograma del 2,2-bis(4-clorofenil)-1,1-dicloroetileno en n-hexano. 134 AlEA ARS PHARMACEUTICA S431.�'4 '0.6231 � / k( . �" I" "1",, I , , , rI ,,' r1, , , , 1", r1, "el" " . 1, l' 10.20 COHe Figura 2.- Representación gráfica del área del pico frenlc a la concentración de disoluciones del 2,2-bis(4-ciorofenil)-I, I-dicioroetilerio en n-hexano. del área de pico frente a la concentración. En la tabla I se han reunido las ecuaciones de las rectas que relacionan el área de pico cromatográfico con la concentración de pesticida. Como se puede observar, de los valores de r2, la linealjdad es muy buena, lo que permite la utilización de tales calibraciones en la medida de la concentración de pesticidas en disolución. TABLA I Ecuaciones de las rectas de correlación área de pico frente a concentra ción, para los perticidas analizados. Compuesto I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII y = a + bx y = 0,0118 + 15,22 x Y = 0,0002 + 25,27 x Y = -0,0004 + 40,96 x y = 0,0000 + 42,27 x Y = 0,0028 + 9,893 x Y = -0,0003 + 12,73 x Y = -0,0001 + 10,24 x Y = 0,0000 + 4,327 x Y = 0,0742 + 1,961 x Y = -0,0003 + 2,113 x Y = 0,0000 + 3,127 x Y = 0,0000 + 1,642 x En la tabla II se indican los valores del logaritmo de la solubilidad en n-he xano (Log Sh) y l-octanol (Log So) de las distintas sustancias estudiadas, me didas según el método de MilIer y Stanley (11). ARS PHARMACEUTICA 135 TABLA 11 Compuesto Log Sh Log So I -1,32 -1,08 11 -0,48 -0,37 III -1,12 -0,72 V -1,08 -0,87' VI -0,43 -0,23 VII -0,51 -0,32 VIII -1,21 -1,08 X -1,18 -0,91 XI -1,32 -1,12 XII -1,43 -1,13 Los datos obtenidos nos indican la alta solubilidad de éste grupo de pes ticidas en los disolventes orgánicos empleados, así como su baja solubilidad en agua. En las figuras 3 y 4 se muestra la relación encontrada entre los valores de logaritmo de la solubilidad y el volumen de van der Waals calculado por el método de Bondii (13). En estas figuras se puede observar la disminución de la solubilidad de los compuestos con el aumento del volumen. lag SA -0.6200 -1. 2800 o " 141 V. Figura 3.- Representación gráfica de los valores del logaritmo de la solubilidad en n-hcxano frenle al volumen de van der Waals. 136 ARS PHARMACEUTICA L., .. . . -o.'" o -1.0000 " Figura 4.- Representación dé los valores .del logaritmo de la solubilidad en l-octanol frente al volumen de van der Waals .. En las figuras 5 y 6 se representan las relaciones existentes entre los volú menes de van der Waals y los del coeficiente de reparto en los sistemas agua hexano y agua-1-octanol, calculados según el método de Gobas y col. (12). 5.2498 / " � �" 140.5 Yx Figura 5.- Representación gráfica del logaritmo del coeficiente de reparto n-hexano-agua frente al volumen de van dcr Waals. De la observación de las correlaciones obtenidas se deduce que el coefi ciente de penetración de estos pesticidas es función lineal del volumen de van der Waals. Los datos experimentales encontrados en los sistemas l-octanol agua y n-hexano-agua, se ajustan a las siguientes expresiones: Log Ko-a = 1,74 + 0,037 Vw Log Kh_a = 2,20 + 0,032 Vw Lo, loa 6.964' ARS PHARMACEUTICA e 110.5 V. Figura 6.- Representación gráfica del logaritmo del coeficiente de reparto I-octanol-agua frente al volumen de van der Waals. 137 Se han calculado también los coeficientes de participación de los mismos sistemas pero adicionados de vesículas de DMPC, que fueron obtenidos si guiendo el método de Banghan y col. (14). La comprobación experimental de la homogeneidad y tamaño de las vesículas se realizó por microscopía electró nica. En la figura 7 se muestra una fotografía de las vesículas obtenidas. Figura 7.- Vesículas unilaminares de DMPC. 138 ARS PHARMACEUTICA Los valores obtenidos del coeficiente de reparto en los sistemas n-hexano agua-vesículas de DMPC y 1-octanol-agua-vesículas de DMPC, son inferiores a los que se obtuvieron en ausencia de vesículas, lo que se puede interpretar como una mayor solubilidad de los pesticidas en la fase acuosa cuando en ella se agrega una dispersión de vesículas, ésto a su vez, indica la buena solubilidad de los pesticidas en la bicapa lipídica de las mismas. Para las moléculas de alto volumen, se observa un descenso más brusco del coeficiente de reparto. 6.ml �.2249 " �.3 • S" /(1 !' El / <./ " Figura 8.- Representación gráfica del Log Ko-a frente al Log Kh-a· En la figura 8 se muestra la correlación lineal encontrada entre el logarit mo del coeficiente de reparto n-hexano-agua y el del 1-octanol-agua. Esta es del tipo de las relaciones encontradas por Collander (15) entre coeficientes de distribución de sistemas agua y distintas fases orgánicas. BIBLlOGRAFIA . (1) Piedrola Gil, G. Y Col., Medicina preventiva y social. Higiene y sanidad ambiental. Edic. Amaro. 5 Edic., Madrid. (1983). (2) Discher, C.A., Modero Organic Pharmaceutical Chem. J. Wiley & Sons [nc., New York, (1975). (3) Wasserman, M., Nagueira, O.P., Bull. Environm. Contam. Toxicol., 20, 544-553, (1979). (4) Hansch, c., Manoney, P.D., Fujita, T., Nature, 194, 178-180 (1962). (S) Briggs, G.G., J. Agric. Food Chem., 29,1050-1059, (1981). (6) Fendler, J.H., Membrane Mimetic Chemistry, Ed. John Wiley & Sons, (1987). (7) Johnson, K.A., Westermann, G.B., J. Pharm. Sci., 76, (1987). (8) Murray, W.J., Hall, L.H., J. Pharm. Sci., 64, 1978-1981, (1975). (9) Fujita, T., J. Pharm. Sci., 72, 285-289 (1983). (10) Hanbook of Chromatography, vol. r, 18, (1980). ARS PHARMACEUTICA (11) Miller, M.M., Stanley, P., Environ. Sci. 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