Propiedades Físicas y Químicas de los Herbicidas

Propiedades Físicas y Químicas
de los Herbicidas
Lectura 2
Conceptos Básicos
• Química orgánica – ciencia que estudia los
compuestos a base de Carbono (número
atómico 6 en la Tabla Periódica)
• Compuestos orgánicos pueden ser derivados
de organismos vivos (clorofila) como
sintetizados en el laboratorio como medicinas
y plaguicidas
Conceptos Básicos
Propiedades
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•
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•
•
Peso Molecular (MW)
Punto de Fusión (TM)
Solubilidad (Sw)
Presión de vapor (PVP)
Constante de Disociación de Acido (pKa)
Coeficiente de Partición Aire-Agua (KH)
Coeficiente de Particion Octanol-Agua (Kow)
Propiedades
• Peso Molecular (MW) – La suma de la masa
atómica de todos los átomos (protones y
neutrones en el núcleo de cada elemento) que
componen una molécula.
• MW = g / mol
• 1 mol = 6.0221367 x 1023 partículas o átomos
del elemento. También conocido como
numero de Avogadro
• Ver Tabla Periódica y ejercicio
Propiedades
• Punto de Fusión (TM) – temperatura en la cual
la fase solida y liquida de una sustancia esta
en equilibrio a una presión de 1 atmósfera o
14.69 psi.
• Se usa para estimar la solubilidad de un solido
en un liquido.
• Ejemplo: un ingrediente activo con TM<15°C
tiende a ser liquido mientras que uno con
TM>35°C tiende a ser sólido
Propiedades
• Solubilidad (Sw) – la cantidad máxima de un
compuesto a disolverse en agua a una
temperatura específica.
• Se expresa como: mg/L (ppm), g/100mL o
moles/L
• La solubilidad depende de las fuerza
molecular, polaridad, estructura química
(grupos funcionales). Aunque diferentes,
todos son solubles en agua
Fluridone vs. Dimethyl amine salt
de 2,4-D
Sw = 12 mg/L
Sw = 796 mg/L
Grupos de ácido carboxílico (polares) atados a grupos alifáticos (no
polares), aromáticos o cadenas halogenadas es ideal para penetrar
las hojas cerosas y raíces, ser transportado a su lugar de acción a
través de solución acuosa e interactuar con organelos lipofilicos en la
celula
Propiedades
• La solubilidad de un compuesto puede ser
afectada por:
– Temperatura – la solubilidad en formulaciones
solidas aumenta con aumento en temperatura y
viceversa cuando es gas. Cuando la formulación es
liquida, la temperatura no afecta
– Salinidad – sales o minerales disueltos en agua
disminuyen moderadamente la solubilidad de
compuestos no polares. Los compuestos polares
no son afectados por sales pero si por cationes en
el agua dura (Ca2++). Se forman quelatos insolubles
Propiedades
– Materia Orgánica disuelta – la presencia de acidos
húmicos (humus) en solución de suelo y agua
promueve el aumento en solubilidad por su efecto
surfactante
– pH – en ácidos orgánicos, si el pH aumenta; su
solubilidad aumenta. Lo contrario ocurre cuando
el compuesto es una base orgánica. Si no son
ionizables, el pH no los afecta.
– Ver diagrama de solubilidad y tablas comparativas
Propiedades
• Presión de vapor (PVP) = la presión del vapor
de un compuesto a equilibrio entre su fase
condensada (liquido o sólido) y vaporizada
(volatilizada como gas)
• Se expresa como: Pa, mmHg, atm, torr
– 1 atm = 101,325 Pa = 760 torr = 760 mmHg = 14.7
psi
– 1 bar = 1.013 atm
Propiedades
• Se utiliza para estimar volatilización de un
compuesto cuando se trata el suelo, follaje, y
agua.
• La presión de vapor aumenta con la
temperatura y se afecta por los enlaces
intermoleculares del compuesto ya sea liquido
o solido
• Si el peso molecular del compuesto aumenta,
típicamente la presión de vapor disminuye.
Ver libro.
Propiedades
• Compuestos no volátiles tienen un fuerza
intermolecular mas fuerte que los volátiles.
• Por lo tanto:
– Ingredientes activos en formulaciones liquidas
tienden a evaporarse mas fácilmente que los
solidos.
– Los surfactantes reducen la pérdida del
compuesto por volatilización debido al
entrampamiento físico en la superficie de la hoja y
penetración de cutícula
Propiedades
• Compuestos con alta presión de vapor son
propensos a escapar del lugar de aplicación.
• Para evitar su escape debe recomendarse su
incorporación en el suelo
– Ver tabla pagina 8 – Manual Massey
Propiedades
• Ionización – producción de iones en presencia
de agua
– Ejemplo: NaCl (aq) = Na+ (aq) + Cl- (aq)
• 100% disociación porque por cada mol de NaCl que se
disuelve se produce 1 mol de Na+ y 1 mol de Cl• El agua separa los cationes (+) de los aniones (-)
• Acido – cualquier sustancia que cuando se
disuelve en agua pura aumenta la producción
de iones de Hidrogeno (H+) o H3O+
– Por lo tanto se dice que se ioniza o deprotona
Propiedades
• Cuando el acido se ioniza completamente se
dice que es un acido “fuerte”
– Ejemplo: HCl (aq) + H2O
H3O+ + Cl- (aq)
– Es convertido completamente a iones
• Cuando el acido no se ioniza completamente
se dice que es un acido “débil”
– Ejemplo: CH3COOH (aq)
H+ + CH3CO2– Menos de 5% de las moléculas se ionizan para
producir cationes y aniones
Propiedades
• Base – cualquier sustancia que cuando se
disuelve en agua pura aumenta la producción de
iones de hidróxido (OH-)
• Cuando la base se ioniza completamente se dice
que es una base “fuerte”
– Ejemplo: NaOH (s) + H2O
Na+(aq) + OH-
• Cuando la base no se ioniza completamente se
dice que es una base “debil”
– Ejemplo: NH3 (aq) + H2O
NH4+ (aq) + OH– Aunque no tiene OH, cuando rxn con agua lo produce
Propiedades
• pKa = constante de disociación del acido
– Es el pH en el cual la mitad del compuesto ionizable
esta disociado y la otra mitad no disociado
– Ver articulo de glifosato – (Benetoli et al. 2010)
– Ver video en website (passel.unl.edu)
• pH = -log(H+)
– Valores son de 0 a 14.
– pH = 4 es diez veces mas acido que pH = 5 y pH = 5 es
cien veces mas acido que pH = 7.
Propiedades
• Coeficiente de Partición Aire-Agua (KH)
– Es la razón de abundancia del compuesto en su fase
gaseosa y acuosa en equilibrio.
– KH = PVP / SW
– Unidades: PVP = atm, SW = mole/m3, KH = atm-m3/mol
– Es la forma de cuantificar la tendencia relativa de un
compuesto a escapar (“fugacity”) de su fase liquida a
gas
– Útil para evaluar aplicaciones foliares, acarreo y
control de malezas acuáticas
– Ver tabla Manual Massey
Propiedades
• Coeficiente de Partición Octanol-Agua (KOW)
– Es la tendencia de un compuesto a estar en un medio
orgánico no polar (tejido graso, materia orgánica en
suelo, sedimentos, cutícula cerosa) y un medio polar
acuoso.
– No tiene unidades
Concentración del compuesto en fase n-octanol
Concentración del compuesto en fase acuosa
– Compuestos con bajo KOW (< 10) son considerados
hidrofilicos y viceversa cuando son altos
Propiedades
• Coeficiente de Partición Octanol-Agua (KOW)
– Se utiliza para:
• Estimar solubilidad
• Evaluar cuan propenso es a ser adsorbido en el suelo o
sedimento
• Tendencia a ser bio-acumulado en organismos acuáticos
• Tendencia a penetrar hojas, raíces, semillas
• Predecir su movimiento en xilema y floema
• Evaluar su potencial de interactuar con membranas en la
célula (ejemplo: membrana thylakoides en el cloroplasto)
Conceptos Adicionales
• Una gran mayoría de los herbicidas son ácidos
débiles los cuales son formulados con sales o
esteres para facilitar su absorción en la planta
• “Acid equivalent” – es lo que causa la muerte a la
planta (ejemplo: 2,4-D y glifosato)
• Para saber el % de “acid equivalence” :
PAE(%) = [(MW acido – 1) / MW de la sal o ester] x 100
PAE(%) de butoxyethyl ester de 2,4-D =
[(221.04 – 1) / 321.20] x 100
= 68.5%
Conceptos Adicionales
• Una gran mayoría de los herbicidas son ácidos
débiles los cuales son formulados con sales o
esteres para facilitar su absorción en la planta
• “Acid equivalent” – es lo que causa la muerte a la
planta (ejemplo: 2,4-D y glifosato)
• Para saber el % de “acid equivalence” :
PAE(%) = [(MW acido – 1) / MW de la sal o ester] x 100
PAE(%) de butoxyethyl ester de 2,4-D =
[(221.04 – 1) / 321.20] x 100
= 68.5%