Herbicidas triazínicos e seus metabolitos 

Pesticida  é  um  termo  genérico  que  identifica  um  conjunto  variado  de  compostos  sintéticos usados para combater, entre outros, ervas (herbicidas), fungos (fungicidas), insectos  (insecticidas).  São  compostos  essenciais  na  agricultura  moderna,  usados  para  aumentar  a  produção,  havendo  actualmente  uma  grande  variedade  de  formulações.11  Recentemente,  a  poluição  ambiental  por  pesticidas  tem‐se  tornado  um  problema  sério,  em  especial  para  os  ecossistemas marinhos, devido ao uso intensivo na agricultura e à sua elevada persistência.12 

Os herbicidas são usados a nível mundial há mais de 40 anos, dos quais os herbicidas  triazínicos ou triazinas constituem uma das mais importantes classes, representando cerca de  50 % dos compostos agrícolas usados.13,14 Nos últimos 50 anos, as triazinas tiveram um grande  impacto  na  agricultura  e  no  combate  à  fome  mundial,  uma  vez  que  permitiram  o  desenvolvimento  de  novos  métodos  agrícolas,  maior  produção  e  uso  das  capacidades  totais  das terras, aumentando assim as colheitas.15 

As triazinas foram desenvolvidas na Suíça entre 1950 e 1970 por J. R. Geigy, sendo a  simazina a primeira a ser registada em 1956 para uso em caminhos‐de‐ferro, milho, espargos e  uvas.16 De um modo geral, são usadas como herbicidas selectivos pré e pós‐emergentes numa  grande variedade de colheitas, nomeadamente, milho, trigo, cevada, vinha, árvores de fruto,  espargos,  cana‐de‐açúcar,  ananás,  café,  chá,  algodão,  soja,  batatas,  girassóis  e  amendoins,  para além de outras aplicações não agrícolas, como o uso no controlo de ervas em bermas de  estrada,  caminhos‐de‐ferro,  campos  de  golfe  e  florestas,  bem  como  para  esterilização  de  solos.17‐25  Adicionalmente  às  aplicações  terrestres  mencionadas,  as  triazinas,  em  particular  a  terbutrina,  podem  também  ser  usadas  como  herbicidas  aquáticos  para  controlo  de  ervas  ou  algas  submersas  ou  flutuantes  em  rios  e  lagos.24  A  forma  de  actuação  destes  herbicidas  consiste na inibição das reacções de fotossíntese das plantas que se pretende eliminar.15,24,26,27 

Estruturalmente,  as  triazinas  mais  importantes  são  as  simétricas  (s‐triazinas)  que  possuem um heterociclo com átomos de azoto simetricamente localizados nas posições 1, 3 e  5  e  grupos  substituintes  nas  restantes  posições.  Na  figura  3.1  apresenta‐se  a  estrutura  molecular geral de uma s‐triazina. 

39        Figura 3.1 – Estrutura molecular geral de uma s‐triazina.   

Os  nomes  e  propriedades  das  s‐triazinas  dependem  do  substituinte  na  posição  2,  o  qual  pode  ser  um  cloro  (–Cl;  –azina),  um  grupo  metiltio  (–SCH3;  –trina)  ou  metoxi  (–OCH3;  –

ton). As metiltio‐ e metoxi‐triazinas apresentam propriedades semelhantes entre si, enquanto  os  derivados  clorados  apresentam  diferenças  significativas  em  relação  às  duas  primeiras.  As  posições 4 e 6 são normalmente ocupadas por grupos amina, pelo que a solubilidade em água  das s‐triazinas depende principalmente do substituinte na posição 2.28 

Actualmente,  o  uso  de  triazinas  é  objecto  de  preocupação  pois  estes  herbicidas  e  alguns  dos  seus  metabolitos  são  encontrados  não  apenas  em  plantas  e  solos  tratados  directamente  com  eles,  mas  também  em  águas  superficiais  e  subterrâneas,  assim  como  em  produtos  agrícolas  ou  alimentos,  como  é  o  caso  do  leite.23  Estes  factos  devem‐se  à  elevada  persistência e bioacumulação e à absorção relativamente baixa em solos, migrando facilmente  destes  para  os  sistemas  aquosos  e  consequentemente  para  as  cadeias  alimentares.  Estes  compostos  podem  ser  perniciosos  para  a  saúde  humana,  sendo  potenciais  cancerígenos,  suspeitos de causar defeitos de nascença e modificações nas funções hormonais.19,20 A lista da  EPA  dos  100  pesticidas  e  produtos  de  degradação  prioritários  inclui  diversas  triazinas,  entre  elas a ametrina, atrazina, prometrina, propazina, simazina e terbutrina.29 

Entre  os  10  herbicidas  mais  usados  a  nível  mundial  encontra‐se  a  atrazina,  usada  principalmente em plantações de milho. Porém, o seu uso actual é restrito ou mesmo proibido  em  vários  países  europeus,  como  a  Dinamarca,  a  França  e  a  Alemanha,  devido  a  contaminações  detectadas  em  águas  superficiais  e  subterrâneas  e  ao  facto  de  ter  sido  classificada como potencial carcinogénico humano.13,14,30 A atrazina pode entrar na atmosfera,  águas  superficiais  e  subterrâneas,  através  da  sua  aplicação  nas  colheitas,  volatilização,  lixiviação  e  movimento  através  dos  solos.16,26  Na  literatura31‐33  estão  documentados  estudos  com  cobaias  de  laboratório,  mostrando  uma  maior  incidência  de  tumores  nas  glândulas  mamárias  e  perturbações  endócrinas  após  exposição  prolongada  a  atrazina,  bem  como  em  anfíbios, com anormal desenvolvimento sexual, mesmo para baixas concentrações de atrazina. 

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A atrazina tem vindo a ser gradualmente substituída pela terbutilazina, a qual possui  menor  solubilidade  em  água,  mas  maior  adsorção  nos  solos.  Embora  também  tenha  um  grande alcance, é menos eficaz que a atrazina em certas plantações, não sendo utilizada para  usos  não  agrícolas.  Na  Europa  é  um  herbicida  importante  em  cerca  de  45  países,  em  plantações como milho, sorgo, ervilhas, feijões, citrinos, etc. No entanto, a terbutilazina foi já  detectada em águas subterrâneas, nomeadamente na Alemanha onde é usada desde 1990.22,34  A  simazina  é  também  utilizada  em  plantações  de  milho,  embora  seja  mais  usada  em  fruta  (citrinos, uvas, maçãs, etc.); tal como a atrazina, tem actividade estrogénica elevada, estando a  ser gradualmente banida.12,16,35 

Apesar de persistentes, as s‐triazinas são sujeitas a processos de degradação bióticos e  abióticos nos solos e nos sistemas aquosos, os quais podem ser divididos em degradação física  (ex.  fotólise),  química  (ex.  hidrólise,  oxidação,  etc.)  e  biológica.25  Estes  processos  causam  desalquilação  oxidativa  e  hidrolítica  dos  grupos  amina,  descloração,  desaminação  e  hidroxilação  na  posição  2  e,  embora  em  menor  extensão,  quebra  do  anel.  Os  metabolitos  desaminados  e  desalquilados  formam‐se  maioritariamente  por  mecanismos  de  degradação  biótica, enquanto os hidroxilados se formam por via abiótica, principalmente nos solos.16,17,30,36  Quer nos solos, quer nos sistemas aquosos, a degradação é potenciada pela interacção das s‐ triazinas  com  substâncias  húmicas,  as  quais  actuam  como  catalisadores  nas  reacções  de  degradação.33 

Os  metabolitos  desalquilados,  desaminados  e  hidroxilados  têm  toxicidades  semelhantes  ou  mesmo  superiores  aos  compostos  de  partida.14,29,37  Entre  outros,  os  metabolitos mais comuns da atrazina são a desetilatrazina (DEA), a desisopropilatrazina (DIA) e  a 2‐hidroxiatrazina (OH‐ATR); a simazina degrada‐se predominantemente a DIA, enquanto DEA  e DIA se degradam a didealquiltrazina (DDA); a OH‐ATR degrada‐se a desetil‐2‐hidroxiatrazina  (OH‐DEA);  para  a  terbutilazina,  os  produtos  de  degradação  mais  comuns  são  a  desetilterbutilazina  (DTBZ),  a  2‐hidroxiterbutilazina  (OH‐TBZ)  e  DIA.16,22,30  A  figura  3.2  propõe  os metabolitos mais comuns provenientes da degradação das s‐triazinas referidas. 

Os  compostos  triazínicos  e  os  correspondentes  metabolitos  são  mais  facilmente  encontrados em sistemas aquosos, enquanto as hidroxi‐triazinas ficam fortemente adsorvidas  à  matéria  orgânica  do  solo.14,16,22  Os  metabolitos  hidroxilados  possuem  capacidade  para  se  tautomerizar,  dependendo  do  pH  do  meio.38  Nas  águas  subterrâneas,  a  OH‐ATR  pode  ser  encontrada  ao  nível  das  ng/L,  enquanto  em  águas  superficiais  se  encontra  principalmente  a  DEA,  a  níveis  compreendidos  entre  0,01  e  1,0  µg/L,  podendo  encontrar‐se  muitas  vezes  misturas na proporção 1:1 de atrazina e DEA.29,30,39 

41        Figura 3.2 – Proposta dos metabolitos mais comuns de s‐triazinas e relações correspondentes  com os compostos de partida.    Em Portugal, a legislação existente para regulamentar as águas para consumo humano  estabelece 0,1 µg/L como valor máximo admissível (VMA) para os pesticidas individuais e 0,5  µg/L  para  a  soma  de  todos  pesticidas  e  produtos  de  degradação  existentes  na  amostra.  No  entanto,  em  águas  superficiais  os  VMAs  sobem  para  valores  compreendidos  entre  1  e  3  µg/L.36,37 Nos EUA os VMAs são definidos de acordo com a toxicidade dos compostos, pelo que  para a atrazina e simazina estes valores são de 3 e 4 µg/L, respectivamente; por outro lado, a  OMS estipula VMAs de 2 µg/L para as triazinas referidas em águas superficiais.12,35 

Tendo  em  conta  as  propriedades  físico‐químicas  das  triazinas,  têm  sido  propostas  diversas  opções  analíticas  sendo  as  técnicas  mais  usadas  a  GC,  acoplada  a  vários  tipos  de  detectores,  nomeadamente,  de  azoto  e  fósforo  (NPD),  de  captura  electrónica  (ECD)  e  por  acoplamento à espectrometria de massa (GC‐MS), e a HPLC, com detector de rede de díodos  (DAD)  e  MS.13,16,21  O  recurso  a  GC‐MS  implica  um  passo  prévio  de  derivatização  para  as 

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triazinas  mais  polares  de  forma  a  torná‐las  mais  voláteis,  menos  termolábeis  e  mais  compatíveis  com  o  método  cromatográfico.14,16,30,33,40  Desta  forma,  a  HPLC  é  preferida  à  GC,  uma  vez  que  permite  analisar  em  simultâneo  as  triazinas  e  os  correspondentes  metabolitos,  incluindo  os  mais  polares,  sem  derivatização  prévia,  sendo  neste  momento  a  técnica  cromatográfica  mais  referenciada.21,30,38,39  Na  última  década,  o  LC‐MS  tem  vindo  a  ser  implementado, pelo facto de possibilitar a identificação estrutural de fragmentos dos analitos,  o que o torna muito atractivo na área da análise de pesticidas, uma vez que muitos dos seus  metabolitos não se encontram ainda completamente estudados.13,16,25,28 

Para  alcançar  os  VMAs  legislados  é  necessário  introduzir  um  passo  prévio  de  extracção/concentração,  no  sentido  da  diminuição  dos  LODs.  Actualmente,  as  técnicas  mais  usadas  são  a  extracção  líquido‐líquido  (LLE),  a  SPME  e  principalmente  a  SPE,  embora  recentemente  outros  métodos  emergentes  tenham  vindo  a  ser  propostos,  nomeadamente  o  recurso à SBSE, utilizando para tal polímeros molecularmente impressos.14‐16,28,30,40 

Para as triazinas e em particular para os seus metabolitos, a SBSE(PDMS) possui baixa  afinidade, pelo que esta família de compostos se apresenta como um modelo ideal para testar  a eficácia da técnica SBSE(PU). Neste sentido, e tendo em conta a sua inclusão pela EPA nos  100  pesticidas  prioritários,  utilizaram‐se  como  compostos  modelo  os  seguintes  herbicidas  triazínicos:  simazina,  atrazina,  prometon,  ametrina,  propazina,  prometrina  e  terbutrina.  Os  metabolitos  triazínicos  analisados  foram  escolhidos  em  função  das  triazinas  mais  estudadas,  ou  seja,  a  simazina,  atrazina  e  terbutilazina,  sendo  o  seu  conjunto  constituído  por:  OH‐DEA,  DIA, DEA, OH‐ATR e DTBZ.