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Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Occidente Química Orgánica Prof. Gerardo León

PROYECTO PLAGUICIDA DDT (Dicloro difenil tricloroetano)

Presenta: Natalia Aceves Uribe Joaquín Flores Peña Kinverli Julissa Uriarte Gastelum Tlaquepaque, Jal., 15 de mayo de 2020

ÍNDICE

RESUMEN

3

ABSTRACT

3

ANTECEDENTES

3

JUSTIFICACIÓN

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INVESTIGACIÓN Síntesis Degradación Mecanismos de degradación

5 6 8 8

CONCLUSIÓN

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BIBLIOGRAFÍA

12

2

1. RESUMEN

En la presente investigación se abordará el pesticida dicloro-difenil-tricloroetano (DDT), una sustancia revolucionaria pero tóxico para la salud y para el medioambiente. Se presentará su naturaleza química y su síntesis, así como sus mecanismos de degradación en DDE y DDD, pues de esto dependerá el tiempo de su permanencia en los ecosistemas.

2. ABSTRACT In this investigation we will talk about a compound called dichloro-diphenyltrichloroethane (DDT), as it’s a highly harmful compound for both health and the environment. It’s chemical nature and synthesis will be presented, as well as it’s mechanisms of degradation in DDE and DDD, since the time of their stay in ecosystems will depend on this.

3. ANTECEDENTES El DDT (dicloro difenil tricloroetano) fue reportado por primera vez en 1874 en Alemania como parte de la tesis doctoral del químico austriaco Othmar Zeidler en la Universidad de Estrasburgo, cuyo objetivo consistía en sintetizar nuevas moléculas orgánicas. En 1939 el químico suizo Paul Hermann Müller, de la Geigy Pharmaceutical, descubrió las propiedades de insecticidas del compuesto, el cual lo presentó como la solución para todas las placas y se le confirió el premio Nobel de medicina en 1948. En la industria fue muy exitoso por su facilidad de obtención y aplicación, así como la rapidez de los resultados, fue aplicado indiscriminadamente antes de darse cuenta de sus efectos tóxicos (Méndez, 2010). (Nombre IUPAC: 1,1-bis (4-clorofenil)-2, 2,2-tricloroetano)

Si bien el salto del DDT al uso público fue motivo de alegría pues era, uno de los plaguicidas más potentes sintetizados. Su aplicación en campos de cultivo y en

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los hogares significó también su masiva liberación al medio ambiente, entre otras cosas, debido a que las personas tienen la costumbre de aplicar siempre las sustancias químicas en exceso, tal vez pensando que con ese exceso se asegura el exterminio de la plaga (Gamboa Fuentes, 2014). Es más, se sabe que, a pesar de estar catalogado como un contaminante persistente, es capaz de ser lentamente alterado en el ambiente y genera hasta dos metabolitos (DDD y DDE) con mayor tiempo de degradación (Díaz Barriga, s.f). En 1962 la bióloga marina estadounidense Rachel Carson publicó un libro llamado: “la Primavera Silenciosa” (Méndez, 2010). En dicha obra resalta el uso de ciertas sustancias químicas y su efecto en el ecosistema. Entre ellas, el DDT es, sin duda, el actor más importante. Menciona que la aplicación de los plaguicidas no sólo controla las plagas, sino que queda libre en el sistema, bioacumulándose y se biomagnifica por su tránsito a través de la cadena trófica, con la consecuente desaparición de especies y alteración de los ciclos naturales. Si los insectos mueren, los pájaros pierden alimento y migran a busca de ello. Finalmente, su argumentación fue escuchada, acusando al DDT por causar muerte de millones de personas, logrando así la prohibición del plaguicida en numerosos países (DDT paff! La historia de una molécula, s.f.). En cuanto en México se estima que el uso del DDT fue de aproximadamente 69,500 toneladas en el periodo de 1957-1999 (ISAT, 2002). Por lo que en 1997 se inició el Plan de Acción Regional de América del Norte para el manejo del DDT cuya meta para el año 2002 era reducir el 80% del uso de este plaguicida, para el año 2000 la Secretaria de Salud de México dejó de utilizar el DDT en sus campañas de erradicación de la Malaria ocasionando el cumplimiento de la meta (CCAAN, 2001).

4. JUSTIFICACIÓN A pesar de que al DDT alguna vez se le llamó “sustancia milagrosa” por controlar plagas que traían enfermedades y con esto salvar la vida de muchas personas, ahora se sabe que tiene un alto impacto ambiental y es un tóxico para la salud. Se estima

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que desde su creación se han consumido, mundialmente, un millón de toneladas de DDT, gran parte de las cuales se encuentran aún dispersas en aguas, tierras, en la atmósfera y en distintos organismos (Dómenech, 1993). Su acción no es selectiva, su aplicación provoca no sólo la muerte inmediata y masiva del insecto plaga, sino también la de insectos benéficos y a mediano y largo plazo, la de infinidad de otros organismos (peces, aves y mamíferos). Una vez aplicado se dispersa y difunde tanto sobre el medio terrestre como el acuático. Estas características y la propiedad bioquímica de acumularse en el tejido adiposo (grasas), provocan que este insecticida ingrese en la red trófica de los ecosistemas y se acumule y concentre en los órganos de los animales (bioacumulación) provocando la intoxicación y muerte de muchas especies (Koch, O. et al, 1993). Cuando se creó el DDT se le creyó una maravilla sin realmente conocer la forma en que interactúa con las estructuras y organismos en los que está presente, es por eso que conocer el impacto, permanencia y reactividad de sustancias como ésta creadas para dar mejores condiciones a la vida humana es necesario para no repetir estos impactos que llevamos arrastrando años y poder mejorar los beneficios mutuos de las civilizaciones con el entorno natural.

5. INVESTIGACIÓN El insecticida DDT es un sólido cristalino de color blanco, sin sabor y casi sin olor. Es un compuesto organoclorado formado

por

una

mezcla

de

isómeros

de

DicloroDifenilTricloroetano. Pertenece al grupo de los insecticidas denominados organoclorados. Figura 1. molécula DDT.

Tabla 1. Propiedades fisicoquímicas del DDT y DDE. Propiedades fsicoqumicas

DDT

DDE

Peso molecular

354.5 g/mol

318 g/mol

Color

Cristales Incoloros, polvo blanco

Blanco

Estado fsico

Sólido

Sólido Cristalino

Punto de fusión

109 °C

89 °C

5

Punto de ebullicin

Descomposición

336 °C

Densidad

0.98-0.99 g/cm3

SD

Agua

0.025mg/L a 25 °C

0.12 mg/L a 25 °C

Solventes orgánicos

Levemente soluble en etanol, muy soluble en éter etlico y acetona

Compuestos orgnicos y en lpidos

Presión de vapor

3.8 10-5 Pa a 25ºC

8.6 10-4 Pa, 25ºC

Vida media aire

170 Horas

170 Horas

Vida media suelos

17 000 Horas

55 000 Horas

En suelos de zonas templadas

55 000 Horas

SD

En suelos de zonas tropicales

17 000 Horas

SD

Vida media agua

1 984 Horas

SD

Persistencia total

950 Das

670 Das

a) Síntesis Su síntesis se produce mediante una reacción entre Tricloroacetaldehido y Clorobenceno en medio ácido (figura 2).

Figura 2. Síntesis del DDT.

La reacción entre estos dos compuestos transcurre principalmente en la posición “para” del clorobenceno, produciendo un alcohol intermedio (figura 3), el cual, en medio ácido y en exceso de clorobenceno forma rápidamente un carbocatión secundario con otro clorobenceno como se observa en la figura 4.

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Figura 3. Mecanismo de reacción en la síntesis de DDT, primera parte.

Figura 4. Mecanismo de reacción en la síntesis de DDT, segunda parte.

En la misma reacción con la que se consigue su síntesis también se forman DDE (diclorodifenildicloroetileno) y DDD (diclorodifenildicloroetano) ( figura 5) , que contaminan el DDT, pero que también tienen características pesticidas. Cuando la producción por síntesis de DDT alcanzó niveles industriales entre los años 45’s - 60’s resultó tener un muy bajo costo de producción, adems de que 7

en esos años era altamente demandado en gran parte del mundo por su eficacia para terminar con las plagas, con lo que su popularidad creció al igual que su aplicación. Lo que años después se lamentaría al conocer sus efectos a los ecosistemas debido a su persistencia en el ambiente y su lenta degradación.

b) Degradación El DDT se identifica como un insecticida de alta persistencia (vida media mayor a 100 das), con una vida media de 3 años, aquí puede viajar, acumularse y/o ser biotransformado

por

microorganismos

a

DDD

(Decloración reductiva) o por mamferos e insectos a DDE (deshidrocloración reductiva) en virtud de sus diferentes sistemas enzim ticos, ó también puede ser transformado por otras condiciones como la radicación solar (fotólisis) o su movimiento es las estructuras geológicas. La velocidad y duración de estos procesos dependern de muchos factores, que resultarán en la permanencia o no de los compuestos. Tanto DDD como DDE son compuestos bastante estables y de larga vida en el medio y adem s son bastante tóxicos. Por lo que, el peligro medioambiental del DDT reside en su efecto biopersistente.

Figura 5. Molécula DDT, DDE y DDD.

c) Mecanismos de degradación Fotólisis El DDT puede degradarse por efecto de la acción de la luz o radicales libres de hidroxilo que rompen los enlaces de los cloros sobresalientes a causa de la energía radiante. Este fenómeno ocurre cuando el DDT está presente en la atmósfera o en la superficie del suelo, este proceso de degradación dura aproximadamente de 2 a 7 días (Deogracias et al, 2017).

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La fotólisis es una reacción cinética de primer orden con 𝑘 = 0.000074 𝑠−1 , en donde se caracteriza por la velocidad de la reacción, que es proporcional a la concentración del reactivo, elevada a la primera potencia (𝑟 = 𝑘

1 [𝐴]

1

).

Mecanismo de fotólisis

Figura 6. Fotólisis de DDT.

Teniendo como producto principal el DDE (73%) seguido del DDD (25%), cuya constante de formación (k) es mucho ms pequeña en comparación con el producto anterior. El resto (2%) se compone de productos similares ( N. Pino, et al, 2013). Deshidrocloracin reductiva aerobia La deshidrocloración reductiva (HDC) es un proceso de biotransformación aerobia presente en muchos insectos y mamíferos donde interviene el glutatión reducido (GSH) que es una molécula antioxidante endógena que actúa como donante de hidrógeno en la deshalogenación reductora de la molécula del DDT (Deogracias et al, 2017). Es un tipo de decloración reductiva que es útil debido a su alta velocidad de reacción. Utiliza H2 como agente reductor y el GMS como catalizador, teniendo un comportamiento similar a una hidrogenación sobre un catalizador metálico (Yao, F., 2007).

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Mecanismo de deshidrocloracin

Figura 7. Deshidrocloración del DDT, mecanismo aeróbico.

Recordemos que en forma de DDT o DDE la sustancia se adhiere al tejido adiposo de los animales y se integra a la cadena trófica aumentando su concentración en las especies más grandes. Pasando de un organismo a otro el DDT puede durar hasta por 10 años. Decloración reductiva anaeróbica Las bacterias anaerobias pueden declorar compuestos ms fcilmente que las bacterias aerobias, lo cual representa una gran ventaja ya que con este proceso no se requiere la adición de oxgeno y hay menor oportunidad de generar compuestos de hierro como precipitados que pueden contaminar. Este proceso es también utilizado para el tratamiento de aguas donde se puedan presentar compuestos organoclorados. En condiciones naturales, la mitad del DDT presente en el suelo se degradará en 2-15 años, dependiendo del tipo de suelo (Forbes, 2002 ). La conversión de DDT a DDD provee a los microorganismos de nutrientes como carbohidratos solubles y aminocidos que ejercen un efecto favorable sobre la transformación, a este proceso se le conoce como halorespiraci ón, aquí es necesario adicionar fuentes de carbono y un donador de electrones (hidrógeno) para que se dé la reacción (Deogracias et al, 2017). En el mecanismo hay pasos m ltiples cuyos intermediarios no han sido plenamente identicados, los cuales son catalizados por la enzima dehalogenasa DDT reductiva para producir DDD (Yao, F, 2007).

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Figura 8. Decloración del DDT, mecanismo anaeróbico.

Los tres compuestos (DDT, DDE y DDD) adem s pueden presentarse en los isómeros p,p'- y o,p'-. El isómero o,p'-DDT es un compuesto quiral que puede presentarse en los enantiómeros (+) y (-). Los enantiómeros tienen las mismas propiedades fisicoquímicas pero son biodegradados de manera diferente.

6. CONCLUSIÓN Los insecticidas tradicionales tienen como objetivo alterar las funciones del sistema nervioso que son comunes a un amplio grupo de especies. El uso de insecticidas ha estado acompañado por la eliminación de insectos beneficiosos y del riesgo de toxicidad para animales y humanos expuestos al medio ambiente. El mecanismo de acción de este compuesto, ha tenido como resultado gran impacto en el medio ambiente y un peligro para el hombre. Sin embargo, es más conocido por su toxicidad aguda que el beneficio de uso, pues la toxicidad aguda y a corto plazo en los animales puede ser inadecuada a la hora de predecir el impacto de la exposición a largo plazo sobre la salud humana. De esta manera, es importante emplear la elección de insecticidas con el fin de proteger los efectos del compuesto sobre los procesos subcelulares relacionados con la salud y enfermedad del hombre. En la actualidad el plaguicida DDT está siendo usado con efectividad en países del tercer mundo para la protección de la salud pública en el control de la malaria, aunque no es permitido para prácticas agrícolas. No obstante, la controversia con respecto a ese uso controlado para luchar contra la transmisión de enfermedades humanas sigue activa por las consecuencias de su impacto a largo plazo.

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7. BIBLIOGRAFÍA

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