Comportamiento del herbicida norflurazona en el sistema suelo-agua. Obtención, caracterización y aplicación de complejos de inclusión norflurazona-ciclodextrina

Abstract

Las plantas suponen la principal fuente de alimentos en el mundo. Las plantas son susceptibles de aproximadamente unas 100.000 enfermedades, causadas por una amplia variedad de agentes. Se estima que una tercera parte de los cultivos de alimentos son devastados por estas plagas. El uso de plaguicidas se convierte así en algo totalmente imprescindible. Por ello, este trabajo de investigación pretende contribuir a una mejora en el empleo de estos plaguicidas para alcanzar un uso más racional de los mismos, optimizando las condiciones en su administración convencional. La elección del plaguicida norflurazona se ha hecho basándose en las siguientes premisas: La norflurazona es un herbicida, de enorme interés a nivel mundial utilizado en na gran variedad de tipos de cultivos. Presenta una serie de limitaciones en su uso debidas a su baja solubilidad y pobre velocidad de disolución, siendo uno de los objetivos de la encapsulación molecular con ciclodextrinas, conseguir una mejora con respecto a estos inconvenientes junto a la disminución de su pérdida a través de la fotodegradación, ya que se trata de un herbicida fotosensible. El primer objetivo que se planteará será el de conseguir una técnica útil, eficaz y barata para la obtención de los complejos de inclusión, empleando para ello distintas técnicas de procesado, llevándose a cabo una caracterización físico-química de los mismos. El punto de partida para dicho estudio consistirá en el cálculo de dos factores fundamentales, como son la constante de estabilidad y la determinación de la estequiometría de dicho complejo. Posteriormente los estudios de caracterización de las sustancias obtenidas van a permitir, por una parte el conocimiento más exhaustivo del proceso de disolución y los factores que sobre el inciden, así como la confirmación de la consecución del complejo, evaluado el grado de interacción entre los productos del sistema binario norflurazona-ciclodextrina. Por último se abordarán los estudios de interacción entre el herbicida puro y el herbicida complejado con ciclodextrinas y suelos de distintas características fisicoquímica, con objeto de comprobar y determinar las ventajas que realmente aportan las formulaciones, norflurazona-ciclodextrina, llevándose a cabo estudios directamente relacionados con la problemática real que tiene el empleo de este herbicida junto a la valoración de la actividad biológica tanto de la norflurazona pura como de la complejada con ciclodextrinas. Este trabajo de investigación constituye el inicio de un proyecto más amplio cuya finalidad radica en la utilización práctica de estos sistemas, que abaratarían los costes de la formulación del herbicida y disminuirían el impacto medioambiental que su administración produce en nuestro ecosistema. CONCLUSIONES 1. Los estudios de interacción en medio acuoso norflurazona-CDs han mostrado que las ciclodextrinas de origen natural, α-, β- y γ+, conducen a diagramas de solubilidad del tipo AL de Higuchi, es decir los complejos formados entre el plaguicida y estas CDs no poseen un límite de solubilidad definido, por lo que queda descartada la posibilidad de obtención de complejos en estado sólido por coprecipitación para las mimas. 2. El cálculo de las constantes de estabilidad en medio acuoso ha puesto de manifiesto la siguiente secuencia β-CD>γ-CD>α-CD. Estos resultados confirman la importancia de la dimensión de la cavidad de la ciclodextrina en el proceso de complejación del plaguicida. 3. Los estudios térmicos (DSC) pusieron de manifiesto que los sistemas elabarados, para las 3 ciclodextrinas, mediante las técnicas de atomizado, y rotavapor conduncen a una complejación del plaguicida dentro de la cavidad de la CD, y por el contrario el sistema elaborado por amasado conduce a la complejación excepto para la α-CD, donde en el termograma no se apreció ninguna diferencia respecto al correspondiente a la mezcla física. 4. XRD ha puesto de manifiesto que en los casos de amasado y atomizado se obtuvieron complejos de inclusión con norflurazona de tipo amorfo, apareciendo para los formados con α-CD una inclusión de solo una parte del herbicida en la cavidad de la CD. Finalmente, los sistemas obtenidos mediante la técnica de rotavapor demostraron la formación del complejo de inclusión, especialmente para los casos de los complejos formados con β- y γ-CD, donde claramente se observó la obtención de un nuevo producto cristalino. 5. Mediante espectroscopía de IR, para el complejo obtenido mediante la técnica de rotavapor, se ha confirmado que el proceso de complejación del herbicida en la cavidad de la β y la γ-CD produce un desplazamiento parcial de la banda situada a 1618 cm-1, correspondiente al grupo carbonilo de la molécula del herbicida, además de el desplazamiento (aprox. 30 cm-1) de algunas bandas provocadas en su mayoría por la formación de puentes de hidrógeno entre la CD y la norflurazona. 6. Los estudios de velocidad de disolución muestran que la presencia de las 3 ciclodextrinas cuando se emplea la técnica del rotavapor conduce a un fuerte incremento en el perfil de velocidad de disolución respecto al correspondiente a la norflurazona pura. Para el amasado y el atomizado, en todos los casos se observó una mejor en el perfil de velocidad de disolución, siendo más destacado en los casos de β y γ-CD, donde los resultados fueron similares a cuando se empleó la técnica de rotavapor. La mezcla física correspondiente a la β-CD mostró un perfil mayor al de las otras ciclodextrinas, cercano al 80%, debido a la mejor adecuación del herbicida en la cavidad de la CD ya observada en los ensayos de solubilidad. 7. El herbicida norflurazona se adsorbe en todos los suelos estudiados dando lugar a isotermas de tipo L según la clasificación de Giles y col., (1960). El estudio de la correlación entre la adsorción del herbicida y las distintas características de los suelos indicó que las variables estadísticamente significativas eran el contenido en materia orgánica, que contribuye con un 85% al valor de la varianza y el contenido en óxidos de hierro y aluminio que contribuyen con un 11%. 8. Los estudios de desorción de norflurazona mostraron histéresis en todos los suelos estudiados, siendo especialmente marcada en TM. Cuando la desorción se realizó empleando una solución de β-ciclodextrina, la histéresis disminuyó llegando incluso a ser una histéresis negativa, lo que puso de manifiesto el gran efecto que ejercen las ciclodextrinas para aumentar la desorción de norflurazona y su potencial aplicación a la descontaminación de suelos. 9. En suelos arenosos la lixiviación de norflurazona fue del 100% de la cantidad inicialmente aplicada, pero cuando el herbicida se aplicó junto con una solución de β-ciclodextrina, se observó un efecto de retención del mismo, reduciéndose su lixiviación en un 60% aproximadamente. En cambio, en columnas de suelos con alto contenido en óxidos donde el herbicida quedó totalmente retenido, la presencia de β-ciclodextrina permitió eluir una gran parte del mismo. 10. El herbicida norflurazona sufre fotodegradación en medio acuoso. La presencia en solución de β-ciclodextrina provocó un efecto de fotodegradación del herbicida, mientras que la α-ciclodextrina aumentó mucho más su degradación. La presencia de γ-ciclodextrina no afectó ni positiva ni negativamente a la fotodegradación de norflurazona. 11. La fotodegradación de norflurazona aumenta en presencia de montmorillonita y goetita en suspensión pero la presencia de β-ciclodextrina en solución protege al herbicida haciendo que su degradación disminuya. Las sustancias húmicas en suspensión protegen al herbicida de su fotodegradación, pero solo en las primeras horas.