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Título: A degradação nucleofílica de organofosfatos promovida por 1,2,4 triazol
Título(s) alternativo(s): Nucleophilic degradation of organophosphates promoted by 1,2,4 triazole
Autor(es): Fernandes, Juliano Monteiro
Orientador(es): Campos, Renan Borsoi
Palavras-chave: Desintoxicação (Saúde)
Compostos organofosforados
Cinética química
Pesticidas
Catálise
Detoxification (Health)
Organophosphorus compounds
Chemical kinetics
Pesticides
Catalysis
Data do documento: 16-Dez-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: FERNANDES, Juliano Monteiro. A degradação nucleofílica de organofosfatos promovida por 1,2,4 triazol. 2021. Dissertação (Mestrado em Químíca) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.
Resumo: Organofosfatos e derivados são compostos vastamente utilizados como defensivos agrícolas devido a sua alta estabilidade e considerável eficiência. Apesar de sua importância, a utilização irresponsável e recorrentes proibições por malefícios à saúde humana e ao meio ambiente tem requerido métodos eficientes de degradação de estoques obsoletos de pesticidas, visando evitar intoxicações e inúmeras mortes humanas que ocorrem todos os anos. A substituição nucleofílica é um método importante para mitigar a toxicidade de organofosfatos. No presente estudo, a degradação do organofosfato dietil-2,4-dinitrofenilfosfato (DEDNPP) e do pesticida dietil- 4-nitrofenilfosfato (Paraoxon) promovida por 1,2,4-triazol (TAZ) foi investigada através de estudos cinéticos, análises por ressonância magnética nuclear (RMN) e cálculos computacionais utilizando a teoria do funcional da densidade. Os resultados mostraram que a rápida degradação dos organofosfatos é promovida principalmente pela forma aniônica do nucleófilo (TAZ(-)) em pH superior a 8 (ótimo em pH = 11) com incrementos catalíticos na ordem de 106 e 105 vezes em relação à hidrólise espontânea do DEDNPP e Paraoxon, respectivamente. Através de análises por RMN foi observada que a rota exclusiva de degradação do DEDNPP mediada por TAZ(-) ocorre via clivagem da ligação P–O, por mecanismo concertado com alto grau de sincronicidade. O intermediário fosforilado resultante foi monitorado por RMN de 31P e sua rápida hidrólise leva a formação de diéster atóxico e regeneração do TAZ(-) como catalisador autêntico da reação. Conforme indicado por cálculos computacionais em nível M06-2X/6- 311++G(d,p), o principal centro nucleofílico da molécula corresponde nitrogênios equivalentes do TAZ(-) (1 e 2). No geral, por meio desse estudo, foi constatada a eficiência e seletividade do TAZ(-) atuando em meio aquoso como agente detoxificante de organofosfatos, e os resultados podem instigar a projeção de novos catalisadores para degradação eficiente e racional de pesticidas dessa classe.
Abstract: Organophosphates and derivatives are compounds widely used as agrochemicals due to their high stability and considerable efficiency. Despite its importance, the imprudent use and numerous prohibitions motivated by the harm to human health and the environment have required efficient methods of degrading obsolete stocks of pesticides, to avoid poisoning and countless human deaths that occur every year. Nucleophilic substitution is an important method to mitigate the toxicity of organophosphates. In the present study, the degradation of organophosphate diethyl-2,4-dinitrophenylphosphate (DEDNPP) and of the pesticide diethyl-4-nitrophenylphosphate (Paraoxon) promoted by 1,2,4-triazole (TAZ) was investigated by means of kinetic studies, nuclear magnetic resonance (NMR) analyses and computational calculations using density functional theory. Results showed that the rapid degradation of organophosphates is mainly promoted by the anionic form of the nucleophile (TAZ(-)) at pH higher than 8 (optimal at pH = 11). Rate enhancements on the order of 106 and 105 times were observed compared to spontaneous hydrolysis of DEDNPP and Paraoxon, respectively. NMR analyses indicated that the exclusive route of degradation of DEDNPP promoted by TAZ(-) occurs via P–O bond cleavage in a highly synchronous concerted mechanism. Rapid hydrolysis of the phosphorylated intermediate was observed by 31P NMR, leading to the formation of a non-toxic diester and regeneration of TAZ(-) as an authentic catalyst for the reaction. As indicated by computational calculations at the M06-2X/6- 311++G(d,p) level, equivalent nitrogens of the TAZ(-) (1 and 2) are the main nucleophilic center of the anion. Overall, the efficiency and selectivity of TAZ(-) was verified, acting as a detoxifying agent for organophosphates in aqueous medium. Results may instigate the projection of new catalysts for the efficient and rational degradation of organophosphate pesticides.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28726
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