Modelling and Interpretation of Environmental Data Cvičení #4/1 Hodnocení perzistence organických sloučenin Stáhněte si a nainstalujte program EpiSuite z webových stránek US EPA: https://www.epa.gov/tsca-screening-tools/epi-suitetm-estimation-program-interface Chemické sloučeniny z Tab 1. aplikujte v modulu BIOWIN (použijte CAS čísla jako vstup). Tab 1. CAS čísla a příslušné rozdělovací koeficienty chemical CAS no. log K[AW] log K[OW] n-hexane 110-54-3 1.87 3.90 cyclohexane 110-82-7 0.79 3.44 p-xylene 106-42-3 -0.55 3.15 1,4-dichlorobenzene 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 BIOWIN3 a BIOWIN4 “scores” na poločasy života pomocí krokové funkce z Fig 1. Numerické hodnoty krokové funkce jsou v Tab 2. ((viz. Aronson et al. (2006): v tabulce 4, pravý sloupec). Použijte template. Vykreslete 14 bodů do jednoho grafu (7 bodů BIOWIN3 score a příslušné log t[1/2]; stejným způsobem pro BIOWIN4), proložte přímkou log[10] (t[1/2]) = -0.8 · score + 3.51 (viz. Strempel et al. 2012). Fig 1. Konverze BIOWIN scores na poločasy života při aerobní biodegradaci ve vodě. Tab 2. Konverze BIOWIN scores na poločasy života při aerobní biodegradaci ve vodě dle 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: Vezměte v úvahu chemickou strukturu sloučenin v Tab 2, jaké pozorujete trendy v poločasech života? Úkol 3: Pro sloučeniny OCDD a octa-BDE, použijte detailní výstup BIOWIN a identifikujte strukturní fragmenty, které nejvíce ovlivňují výsledky BIOWIN 3&4. Úkol 4: Porovnejte číselné příspěvky fragmentů, které jsou relevantní pro biodegradaci OCDD a octa-BDE s ostatními příspěvky fragmentů uvedených v Tab 3 (dle Boethling et al. (1994)), Hodnoty jsou v Tab. 1 ve sloupci “survey model – primary coeff” a “survey model – ultimate coeff” (v template list xls 7.3-4). Jsou příspěvky relevantních fragmentů pro OCDD a octa-BDE vysoké, nebo nízké? Tab 3. Koeficienty BIOWIN survey model, 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.