Durante la Segunda Guerra Mundial, la investigación sobre compuestos fenoxi clorados condujo al descubrimiento del ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) como herbicida selectivo. Este descubrimiento revolucionó el control de malezas en pastos y cultivos relacionados como cereales, arroz y caña de azúcar.
Las patentes emitidas antes de 1950, particularmente por American Chemical Paint Co. (ahora Union Carbide) y Dow Chemical, documentaron este desarrollo temprano.
A pesar de la expiración de las patentes y la competencia de los herbicidas más nuevos, los compuestos de clorofenoxi siguen siendo un segmento importante del mercado mundial. En 1982, la capacidad estimada de fabricación de ácidos clorofenoxialcanoicos y sus derivados alcanzó casi 200.000 toneladas. Sin embargo, los precios débiles y la demanda reducida llevaron a una disminución del 10% en la producción mundial en 1983.
Tabla de contenido
La Tabla 1 enumera los herbicidas de ácido clorofenoxialcanoico más destacados. Estos se formulan como sales solubles en agua o ésteres solubles en aceite/emulsificables.
El 2,4-D y el MCPA son los principales productos por volumen, seguidos por el mecoprop y el diclorprop. La producción de 2,4,5-T y fenoprop ha cesado en gran medida debido a la preocupación por la contaminación por dioxinas que surge durante sus procesos de fabricación.
| Nombre común | Nombre químico (IUPAC) | Número CAS | Fórmula | Peso molecular (g/mol) |
|---|---|---|---|---|
| 2,4-D | Ácido (2,4-diclorofenoxi)acético | [94-75-7] | C8H6Cl2O3 | 221.04 |
| 2,4-DB | Ácido 4-(2,4-diclorofenoxi)butírico | [94-82-6] | C10H10Cl2O3 | 249,09 |
| Diclorprop | Ácido 2-(2,4-diclorofenoxi)propiónico | [120-36-5] | C9H8Cl2O3 | 235,05 |
| MCPA | Ácido (4-cloro-o-toliloxi)acético | [94-74-6] | C9H9ClO3 | 200,63 |
| MCPB | Ácido 4-(4-cloro-o-toliloxi)butírico | [94-81-5] | C11H13ClO3 | 228,68 |
| Mecoprop | Ácido 2-(4-cloro-o-toliloxi)propiónico | [93-65-2] | C10H11ClO3 | 214,66 |
| 2,4,5-T | Ácido (2,4,5-triclorofenoxi)acético | [93-76-5] | C8H5Cl3O3 | 225,49 |
| Fenoprop | Ácido 2-(2,4,5-triclorofenoxi)propiónico | [93-72-1] | C9H7Cl3O3 | 269,53 |
1. Producción industrial de herbicidas fenoxi
El proceso Pokorny, descrito por primera vez en 1941, sigue siendo el método dominante para producir clorofenoxiácidos de calidad técnica. Este proceso implica hacer reaccionar un clorofenol con un ácido cloroalcanoico en condiciones alcalinas (alrededor de 100 °C) en un medio acuoso o en un disolvente orgánico como tolueno, xileno o clorobenceno. La reacción se puede resumir de la siguiente manera:
Luego, la sal resultante se hidroliza para producir el ácido libre, que se purifica aún más mediante recristalización con un disolvente orgánico o destilación al vapor. Los ácidos clorofenoxi derivados del ácido 2-cloropropiónico contienen un carbono asimétrico y se aíslan como mezclas racémicas.
En la Figura 1 se ilustra una representación esquemática del proceso de Pokorny para producir 2,4-D, sus sales y ésteres.
Figura 1: Producción de ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D), así como sus sales y ésteres
a ) Recipiente de neutralización; b) Caldera de reacción; c) Caldera de acidificación; d) Vaso de precipitación; e) Filtro de succión; f) Secadora; g) Molino; h) Filtro; i) caldera de esterificación; j) Caldera de aminación
El tipo y la cantidad de subproductos formados durante el proceso Pokorny dependen en gran medida de la pureza de los clorofenoles de partida. Por ejemplo, el 2,4-diclorofenol, un precursor del 2,4-D, el diclorprop y el 2,4-DB, normalmente se obtiene mediante cloración con fenol.
Este proceso produce 2,6-diclorofenol y 2,4,6-triclorofenol como impurezas. Sin embargo, si la cloración se realiza en dióxido de azufre líquido por debajo de su punto de ebullición, se pueden minimizar estos subproductos.
Se aplican consideraciones similares a la producción de MCPA, MCPB y mecoprop. Estos herbicidas utilizan clorofenoles derivados del o-cresol, un subproducto fácilmente disponible de la destilación del alquitrán de hulla, particularmente en Europa.
Si bien la cloración se dirige principalmente a la cuarta posición de la molécula, también se forman cantidades sustanciales de 6-cloro- y 4,6-dicloro-2-metilfenol cuando se utilizan cloro o hipocloritos alcalinos como agentes clorantes. El empleo de cloruro de sulfurilo para la cloración ofrece una solución para obtener un producto puro.
Se emplea un método diferente para la producción de 2,4,5-triclorofenol, que implica la hidrólisis de 1,2,4,5-tetraclorobenceno usando hidróxido de sodio.
El 2,4-D también se puede producir mediante cloración del ácido fenoxiacético, pero el subproducto 2,4-diclorofenol es conocido por su fuerte olor. La cloración del ácido toliloxiacético produce principalmente el derivado 4-cloro deseado con impurezas mínimas.
Para derivados del ácido fenoxibutírico como 2,4-DB y MCPB, comúnmente se usa γ-butirolactona para acilar los clorofenoles. Otro método es la formación del clorofenolato apropiado y su reacción con un éster de ácido cloroalcanoico.
El fenoxiéster resultante se puede convertir en ácido libre o usarse directamente en formulaciones de herbicidas solubles en aceite.
Las sales de fenoxiácidos solubles en agua se forman con varios cationes, incluidos metales alcalinos, amoníaco y aminas orgánicas. Las sales de magnesio y calcio de 2,4-D y MCPA tienen menor solubilidad en agua en comparación con sus contrapartes de sodio y potasio. Las sales solubles en aceite se derivan de aminas de ácidos grasos de cadena larga.
Los principales productores de clorofenoxiácidos y derivados de grado técnico incluyen Akzo Zout (Países Bajos), BASF y Bayer (Alemania), Chemie-Linz (Austria), Dow (Estados Unidos y Brasil), Koge (Dinamarca), A.H. Marks y May & Baker ( Reino Unido), Rhône-Poulenc (Francia) y Vertac (Estados Unidos).
2. Usos de los herbicidas fenoxi
Los herbicidas fenoxi se utilizan principalmente para el control selectivo de malezas de hoja ancha en cereales, pastos y césped. También se emplean para eliminar maleza en pastizales, bosques y áreas no agrícolas.
Las tasas de aplicación varían considerablemente, desde 0,25 kg/ha para cultivos de cereales (dosis baja) hasta 16 kg/ha para el tratamiento localizado de árboles individuales (dosis alta).
Para fines específicos de regulación del crecimiento vegetal en huertos frutales, se pueden utilizar soluciones muy diluidas de 2,4-D y derivados de fenoprop.
La elección del herbicida depende de las plantas específicas que se deseen controlar. Por ejemplo:
- El 2,4,5-T y el fenoprop son eficaces contra plantas leñosas y malezas herbáceas resistentes al 2,4-D.
- El diclorprop, el fenoprop y el mecoprop se utilizan para controlar la pamplina y otras plantas no deseadas en el césped y el césped.
- Los derivados del ácido butírico como el 2,4-DB y el MCPB son adecuados para su uso en cultivos sensibles (guisantes, maní, soja y legumbres), ya que se vuelven herbicidas sólo después de sufrir β-oxidación para convertirlos en derivados del ácido acético.
Los herbicidas fenoxi se pueden aplicar solos o en mezclas con otros herbicidas. Las formulaciones incluyen soluciones, dispersiones o emulsiones en agua o aceite. El equipo de aplicación genera gotas grandes para minimizar la deriva de la pulverización.
Mientras que los derivados volátiles como los ésteres isopropílicos y butílicos de 2,4-D y 2,4,5-T son eficaces para el control de malezas y matorrales en áreas no cultivadas, las formulaciones con ésteres de cadena larga poco volátiles y sales de amina presentan un menor efecto. riesgo de dañar cultivos cercanos o vegetación deseable.
Para el control de malezas acuáticas, se han utilizado formulaciones de sal granular de 2,4-D o fenoprop, aunque las formulaciones de éster de acción más prolongada ofrecen mejor eficacia.
La distribución, comercialización y aplicación de pesticidas están sujetas a regulaciones estrictas en la mayoría de los países. Estas regulaciones se hacen cumplir a través de leyes nacionales o mediante la adhesión a revisiones realizadas por comités de expertos de organizaciones internacionales como la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Comisión del Codex Alimentarius.
Las etiquetas de los contenedores de herbicida fenoxi se someten a procedimientos de registro individuales tanto en los países exportadores como en los importadores, a menudo incluso a nivel estatal dentro de un país. Esta etiqueta detallada especifica:
- La naturaleza y cantidad de ingredientes activos.
- Precauciones necesarias para minimizar los riesgos para los seres humanos, el ganado, la vida silvestre y el medio ambiente.
- Condiciones de aplicación precisas para cada uso aprobado.
Los productos herbicidas fenoxi formulados a menudo contienen ingredientes inertes que evitan la precipitación de sal al diluirlos con agua dura o ayudan a dispersar o emulsionar ésteres en aceite o mezclas de aceite y agua.
Los concentrados de petróleo, si bien son menos corrosivos que los concentrados emulsionables o las soluciones salinas, son más inflamables y requieren un etiquetado más estricto para su transporte, almacenamiento y manipulación seguros.
3. Toxicología de los herbicidas fenoxi
Amplios estudios han investigado la toxicología de los herbicidas clorofenoxi en varios modelos animales, incluidos ganado, aves, peces y animales de laboratorio. Además, los estudios farmacocinéticos en animales y humanos han demostrado que estos compuestos no son bioacumulativos.
Los ácidos clorofenoxialcanoicos, sus derivados y los productos formulados se clasifican como moderadamente tóxicos según estudios agudos que involucran dosis únicas altas administradas por vía oral, dérmica o por inhalación en varias especies animales.
Según la clasificación de la Organización Mundial de la Salud (OMS), el 2,4-D y el 2,4,5-T pertenecen a la clase II (moderadamente peligroso), con valores de DL50 oral aguda de 375 y 500 mg/kg de peso corporal en ratas. respectivamente.
Otros herbicidas fenoxi pertenecen a la clase III (ligeramente peligrosos) y presentan valores agudos de LD50 oral (mg/kg) en ratas como sigue: fenoprop (650), MCPB (680), 2,4-DB (700), MCPA (700). , diclorprop (800) y mecoprop (930). La toxicidad oral aguda de las sales y ésteres es comparable a la de los ácidos originales en términos de equivalente de ácido.
Los perros demuestran una mayor sensibilidad a los ácidos clorofenoxialcanoicos en comparación con las ratas, mientras que las aves son menos susceptibles. El ganado puede tolerar dosis aún mayores sin efectos adversos aparentes. Los herbicidas fenoxi no son dañinos para las abejas. La CL50 en el pescado puede oscilar entre menos de 1 mg/l para ésteres y más de 100 mg/l para ácidos y sales.
Las formas secas de los ácidos sólo causan irritación leve en los ojos y la piel. Sin embargo, el contacto prolongado o repetido con soluciones concentradas o polvos humedecidos puede provocar quemaduras. Los estudios con conejos expuestos a soluciones diluidas de productos formulados que contienen sal de dimetilamina, éster isooctilo o éster butílico de 2,4-D durante tres semanas no revelaron efectos sistémicos adversos significativos.
Si bien los compuestos fenoxi no muestran toxicidad aguda en estudios dérmicos y de inhalación, es más probable que la exposición ocupacional ocurra a través de estas rutas en comparación con la ingestión.
Es fundamental tomar las precauciones adecuadas para evitar la contaminación de la piel con materiales o concentrados de calidad técnica y evitar la inhalación prolongada de vapor o polvo. Los límites de exposición laboral al 2,4-D y al 2,4,5-T se han fijado en 10 mg/m3 tanto en Estados Unidos (TWA) como en Alemania (MAK).
Los signos y síntomas de sobreexposición aguda en humanos se observaron sólo en casos de suicidio por ingestión de grandes cantidades de productos 2,4-D o debido a una exposición dérmica significativa resultante de prácticas deficientes de higiene ocupacional.
Se estimó que el nivel agudo sin efectos adversos observados (NOAEL) para efectos biológicos en humanos era tan alto como 36 mg/kg de peso corporal para 2,4-D o su equivalente en sales alcalinas, sales de amina o ésteres.
Estudios que involucran la administración oral repetida de 2,4-D, 2,4,5-T, MCPA o fenoprop (como ácidos, sales o ésteres) a ganado y animales de laboratorio (excepto perros) en dosis de hasta 50 mg/kg. El peso corporal mostró efectos mínimos o nulos.
Se observaron efectos embriotóxicos o fetotóxicos reversibles en las crías de ratas y ratones preñados que recibieron dosis diarias superiores a 40 mg/kg durante la organogénesis. Sin embargo, los verdaderos efectos teratogénicos, como paladar hendido, solo se observaron en ratones a los que se les administró 2,4,5-T, lo que podría atribuirse a altos niveles de contaminación con TCDD en ciertas muestras de ácido y éster de grado técnico.
Se han realizado estudios de alimentación dietética con fenoxiácidos y derivados en ratas, perros y ratones durante períodos que van desde 3 meses a 2,5 años para evaluar el potencial de toxicidad crónica, carcinogenicidad y efectos reproductivos. Los hallazgos clave son:
- 2,4-D: Los estudios de alimentación crónica con 2,4-D no mostraron efectos significativos en ratas hasta una dosis moderada (equivalente a 31 mg/kg/día). Con una dosis más alta, se redujo la supervivencia y el peso de las crías.
- 2,4,5-T: Los estudios con 2,4,5-T purificado provocaron efectos en ratas en dosis altas. Sin embargo, los estudios con material de grado técnico (que contiene impurezas) no lo hicieron.
- Otros herbicidas: los estudios con fenoprop, MCPA y mecoprop no mostraron efectos significativos en dosis moderadas. MCPA causó algunas muertes con la dosis más alta, pero se atribuyeron a infecciones. Se están realizando más estudios para MCPA.
La evidencia de carcinogenicidad no es concluyente para la mayoría de los herbicidas clorofenoxi, excepto el TCDD, que está clasificado en el Grupo 2B (evidencia suficiente de carcinogenicidad en animales y evidencia inadecuada en humanos y en pruebas a corto plazo).
Existe evidencia limitada que sugiere una posible carcinogenicidad en humanos por exposición ocupacional a clorofenoles y herbicidas de ácido fenoxiacético.
Referencias
- Chlorophenoxyalkanoic Acids; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a07_009
- Phenoxy Herbicides (2,4-D); Hayes’ Handbook of Pesticide Toxicology. – https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780123743671000847
