Propiedades Fsicas y Qumicas de los Herbicidas

Lectura 2

Conceptos Bsicos

Qumica orgnica ciencia que estudia los compuestos a base de Carbono (nmero atmico 6 en la Tabla Peridica)

Compuestos orgnicos pueden ser derivados de organismos vivos (clorofila) como sintetizados en el laboratorio como medicinas y plaguicidas

Conceptos Bsicos

Propiedades

Peso Molecular (MW)

Punto de Fusin (TM)

Solubilidad (Sw)

Presin de vapor (PVP)

Constante de Disociacin de Acido (pKa)

Coeficiente de Particin Aire-Agua (KH)

Coeficiente de Particion Octanol-Agua (Kow)

Propiedades

Peso Molecular (MW) La suma de la masa atmica de todos los tomos (protones y neutrones en el ncleo de cada elemento) que componen una molcula.

MW = g / mol

1 mol = 6.0221367 x 1023 partculas o tomos del elemento. Tambin conocido como numero de Avogadro

Ver Tabla Peridica y ejercicio

Propiedades

Punto de Fusin (TM) temperatura en la cual la fase solida y liquida de una sustancia esta en equilibrio a una presin de 1 atmsfera o 14.69 psi.

Se usa para estimar la solubilidad de un solido en un liquido.

Ejemplo: un ingrediente activo con TM35C tiende a ser slido

Propiedades

Solubilidad (Sw) la cantidad mxima de un compuesto a disolverse en agua a una temperatura especfica.

Se expresa como: mg/L (ppm), g/100mL o moles/L

La solubilidad depende de las fuerza molecular, polaridad, estructura qumica (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 cido carboxlico (polares) atados a grupos alifticos (no

polares), aromticos o cadenas halogenadas es ideal para penetrar

las hojas cerosas y races, ser transportado a su lugar de accin a

travs de solucin 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 formulacin 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 Orgnica disuelta la presencia de acidos hmicos (humus) en solucin de suelo y agua promueve el aumento en solubilidad por su efecto surfactante

pH en cidos orgnicos, si el pH aumenta; su solubilidad aumenta. Lo contrario ocurre cuando el compuesto es una base orgnica. Si no son ionizables, el pH no los afecta.

Ver diagrama de solubilidad y tablas comparativas

Propiedades

Presin de vapor (PVP) = la presin del vapor de un compuesto a equilibrio entre su fase condensada (liquido o slido) 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 volatilizacin de un compuesto cuando se trata el suelo, follaje, y agua.

La presin 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, tpicamente la presin de vapor disminuye. Ver libro.

Propiedades

Compuestos no voltiles tienen un fuerza intermolecular mas fuerte que los voltiles.

Por lo tanto:

Ingredientes activos en formulaciones liquidas tienden a evaporarse mas fcilmente que los solidos.

Los surfactantes reducen la prdida del compuesto por volatilizacin debido al entrampamiento fsico en la superficie de la hoja y penetracin de cutcula

Propiedades

Compuestos con alta presin de vapor son propensos a escapar del lugar de aplicacin.

Para evitar su escape debe recomendarse su incorporacin en el suelo

Ver tabla pagina 8 Manual Massey

Propiedades

Ionizacin produccin de iones en presencia de agua

Ejemplo: NaCl (aq) = Na+ (aq) + Cl- (aq)

100% disociacin 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 produccin 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 dbil

Ejemplo: CH3COOH (aq) H+ + CH3CO2

-

Menos de 5% de las molculas se ionizan para producir cationes y aniones

Propiedades

Base cualquier sustancia que cuando se disuelve en agua pura aumenta la produccin de iones de hidrxido (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 disociacin 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 Particin Aire-Agua (KH)

Es la razn de abundancia del compuesto en su fase gaseosa y acuosa en equilibrio.

KH = PVP / SW

Unidades: PVP = atm, SW = mole/m3, KH = atm-m

3/mol

Es la forma de cuantificar la tendencia relativa de un compuesto a escapar (fugacity) de su fase liquida a gas

til para evaluar aplicaciones foliares, acarreo y control de malezas acuticas

Ver tabla Manual Massey

Propiedades

Coeficiente de Particin Octanol-Agua (KOW)

Es la tendencia de un compuesto a estar en un medio orgnico no polar (tejido graso, materia orgnica en suelo, sedimentos, cutcula cerosa) y un medio polar acuoso.

No tiene unidades

Concentracin del compuesto en fase n-octanol

Concentracin del compuesto en fase acuosa

Compuestos con bajo KOW (< 10) son considerados hidrofilicos y viceversa cuando son altos

Propiedades

Coeficiente de Particin 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 acuticos

Tendencia a penetrar hojas, races, semillas

Predecir su movimiento en xilema y floema

Evaluar su potencial de interactuar con membranas en la clula (ejemplo: membrana thylakoides en el cloroplasto)

Conceptos Adicionales

Una gran mayora de los herbicidas son cidos dbiles los cuales son formulados con sales o esteres para facilitar su absorcin 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 mayora de los herbicidas son cidos dbiles los cuales son formulados con sales o esteres para facilitar su absorcin 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%