Modelling and Interpretation of Environmental Data Cvičení #5 Biodegradace organických polutantů Na počítači naistalujte program EPI Suite z webových stránek US EPA: https://www.epa.gov/tsca-screening-tools/epi-suitetm-estimation-program-interface Použijte modul BIOWIN na odhad biodegradace následujících 7 sloučenin (můžete použít jejich CAS čísla jako vstupní identifikátor). Tabulka 1. CAS čísla a rozdělovací koeficienty sloučenina CAS no. log K[AW] log K[OW] n-hexan 110-54-3 1.87 3.90 cyclohexan 110-82-7 0.79 3.44 p-xylene 106-42-3 -0.55 3.15 1,4-dichlorobenzen 106-46-7 -1.01 3.44 octachlorodibenzo-p-dioxin (OCDD) 3268-87-9 -3.06 7.57 2,2',3,3',4,5,5',6'-octachlorobiphenyl (PCB 199) 52663-75-9 -3.39 8.91 octabromodiphenylether (octa-BDE) 32536-52-0 -4.60 10.17 Úkol 1: Převeďte score BIOWIN3 a BIOWIN4 na poločasy života použitím krokové funkce z Obrázku č.1. Numerické hodnoty krokové funkce jsou v Tabulce č.2. (viz. Aronson et al. (2006): Table 4, right column, revised values). Zobrazte do grafu 14 bodů (sedm pro BIOWIN3 score a jejich odpovídající log t[1/2]; sedm pro BIOWIN4 score a jejich odpovídající log t[1/2]) společně s regresní přímkou: log[10] (t[1/2]) = -0.8 · score + 3.51 (viz. Strempel et al. 2012). Obrázek 1. Konverze BIOWIN scores na poločasy života pro aerobickou degradaci ve vodě. Tabulka 2. Konverze BIOWIN scores na poločasy života pro aerobickou degradaci ve vodě. (Aronson et al. (2006). Descriptor BIOWIN output (score) half-life (days) Hours >4.75 0.17 Hours-days 4.25-4.75 1.25 Days 3.75-4.25 2.33 Days–weeks 3.25–3.75 8.67 Weeks 2.75–3.25 15 Weeks–months 2.25–2.75 37.5 Months 1.75–2.25 120 Recalcitrant <1.75 180 – 1.25–1.75 240 – <1.25 720 Úkol 2: Podívejte se na strukturní vzorce chemických látek v Tab. 2, jakou pozorujete závislost mezi jejich strukturou a poločasy života pro biodegradaci? Jaké trendy pozorujete? Úkol 3: Pro OCDD a octa-BDE, použijte detailní výstup modelu BIOWIN a identifikujte molekulární fragmenty, které mají významný vliv na výsledky BIOWIN 3&4. Vypište číselné hodnoty příspěvků fragmentů pro tyto dvě sloučeniny. Úkol 4: Porovnejte příspěvky relevantních fragmentů pro biodegradaci OCDD a octa-BDE s příspěvky ostatních fragmentů, které model využívá (Tab.3) (viz. Boethling et al. (1994), Table 1 in the columns “survey model – primary coeff” and “survey model – ultimate coeff”). Jsou příspěvky pro OCDD a octa-BDE relativně vysoké, nebo malé? Tabulka 3. Koeficienty BIOWIN modelu dle Boethling et al. (1994). primary coeff ultimate coeff polycyclic aromatic hydrocarbon (≥4 rings) -0.702 -0.799 unsubstituted aromatic (≤3 rings) -0.343 -0.586 tertiary amine -0.288 -0.255 trifluoromethyl (CF3) -0.274 -0.513 aromatic Cl -0.165 -0.207 aromatic Br -0.154 -0.136 carbon with 4 single bonds and no H -0.153 -0.212 aromatic I -0.127 -0.045 aromatic NO2 -0.108 -0.17 aromatic NH2 or NH -0.108 -0.135 aliphatic Cl -0.101 -0.173 alkyl substituent on aromatic ring -0.069 -0.075 cyanideinitrile (C≡N) -0.065 -0.082 triazine ring -0.058 -0.246 azo group (N=N) -0.053 -0.3 ketone (CC(=O)C) -0.022 -0.023 pyridine ring -0.019 -0.214 aliphatic ether -0.0097 -0.0087 molecular weight -0.00144 -0.00221 unsubstituted phenyl group (C6H5) 0.0049 0.022 aromatic (C(=O)OH) 0.0078 0.088 N-nitroso (NN=O) 0.019 -0.385 aromatic sulfonic acid or salt 0.022 0.142 aliphatic Br 0.035 0.029 aromatic OH 0.04 0.056 aliphatic NH2 or NH 0.043 0.024 aromatic ether 0.077 -0.058 aliphatic OH 0.129 0.16 aromatic F 0.135 -0.407 aliphatic sulfonic acid or salt 0.177 0.193 caibamate 0.194 -0.047 aldehyde (CHO) 0.197 0.022 amide (C(=O)N or C(=S)N) 0.205 -0.054 ester (C(=O)OC) 0.229 0.14 linear C4 terminal alkyl (CH2CH2CH2CH3) 0.269 0.298 aliphatic (C(=O)OH) 0.386 0.365 phosphate ester 0.465 0.154 equation constant 3.848 3.199 Literatura Aronson, D., Boethling, R.S., Howard, P., Stiteler, W. (2006) Estimating biodegradation half-lives for use in chemical screening, Chemosphere 63, 1953–1969. Boethling, R.S., Howard, P.H., Meylan, W., Stiteler, W., Beauman, J., Tirado, N. (1994) Group contribution method for predicting probability and rate of aerobic biodegradation, Environ. Sci. Technol. 28, 459–465. Strempel, S., Scheringer, M., Ng, C.A., Hungerbühler, K. (2012) Screening for PBT chemicals among the “existing” and “new” chemicals of the EU, Environmental Science & Technology 46, 5680–5687.