Nonilfenol

nonilfenoles son una familia de compuestos orgánicos estrechamente relacionados compuestos de fenol con una cola de 9 carbonos. Los nonilfenoles pueden tener numerosas estructuras, todas las cuales pueden considerarse alquilfenoles. Se utilizan en la fabricación de antioxidantes, aditivos para aceites lubricantes, detergentes para ropa y platos, emulsionantes y solubilizantes. Se utilizan ampliamente en la formulación de epoxi en América del Norte, pero su uso ha sido eliminado en Europa. Estos compuestos también son precursores de los tensioactivos no iónicos comercialmente importantes, etoxilatos de alquilfenol y etoxilatos de nonilfenol, que se utilizan en detergentes, pinturas, pesticidas, productos de cuidado personal y plásticos. El nonilfenol ha llamado la atención por su prevalencia en el medio ambiente y su potencial papel como disruptor endocrino y xenoestrógeno, por su capacidad de actuar con actividad similar a la de los estrógenos. La estrogenicidad y la biodegradación dependen en gran medida de la ramificación de la cadena lateral de nonilo. Se ha descubierto que el nonilfenol actúa como agonista del GPER (GPR30).

Estructura y propiedades básicas

Los nonilfenoles entran en la categoría química general de los alquilfenoles. La estructura de las NP puede variar. El grupo nonilo puede estar unido al anillo de fenol en varios lugares, generalmente en las posiciones 4 y, en menor medida, en la 2, y puede ser ramificado o lineal. Un nonilfenol ramificado, el 4-nonilfenol, es el nonilfenol más producido y comercializado. La mezcla de isómeros de nonilfenol es un líquido de color amarillo pálido, aunque los compuestos puros son incoloros. Los nonilfenoles son moderadamente solubles en agua pero solubles en alcohol.

El nonilfenol surge de la degradación ambiental de los etoxilatos de nonilfenol, que son los metabolitos de los detergentes comerciales llamados etoxilatos de alquilfenol. Los NPE son un líquido de color entre claro y naranja claro. Los etoxilatos de nonilfenol no son iónicos en agua, lo que significa que no tienen carga. Debido a esta propiedad, se utilizan como detergentes, limpiadores, emulsionantes y una variedad de otras aplicaciones. Son anfipáticos, lo que significa que tienen propiedades hidrófilas e hidrófobas, lo que les permite rodear sustancias no polares como aceites y grasas, aislándolas del agua.

Producción

El nonilfenol se puede producir industrialmente, de forma natural y mediante la degradación ambiental de etoxilatos de alquilfenol. Industrialmente, los nonilfenoles se producen mediante alquilación catalizada por ácido de fenol con una mezcla de nonenos. Esta síntesis conduce a una mezcla muy compleja con diversos nonilfenoles. Teóricamente existen 211 isómeros constitucionales y este número aumenta a 550 isómeros si tenemos en cuenta los enantiómeros. Para fabricar NPE, los fabricantes tratan el NP con óxido de etileno en condiciones básicas. Desde su descubrimiento en 1940, la producción de nonilfenol ha aumentado exponencialmente, y cada año se producen en todo el mundo entre 100 y 500 millones de libras de nonilfenol, lo que cumple con la definición de productos químicos de alto volumen de producción.

Los nonilfenoles también se producen de forma natural en el medio ambiente. Un organismo, el gusano de terciopelo, produce nonilfenol como componente de su baba defensiva. El nonilfenol recubre el canal de expulsión de la baba, impidiendo que se adhiera al organismo cuando se secreta. También prolonga el proceso de secado el tiempo suficiente para que la baba alcance su objetivo.

Se descubrió que otro surfactante llamado nonoxinol, que alguna vez se usó como espermicida intravaginal y lubricante para condones, se metaboliza en nonilfenol libre cuando se administra a animales de laboratorio.

Aplicaciones

El nonilfenol se utiliza en la fabricación de antioxidantes, aditivos para aceites lubricantes, detergentes para ropa y platos, emulsionantes y solubilizantes. También se puede utilizar para producir fosfito de tris (4-nonil-fenilo) (TNPP), que es un antioxidante que se utiliza para proteger polímeros, como caucho, polímeros vinílicos, poliolefinas y poliestirenos, además de ser un estabilizador en envases de plástico para alimentos. . Las sales de bario y calcio del nonilfenol también se utilizan como estabilizadores térmicos para el cloruro de polivinilo (PVC). El nonilfenol también se utiliza a menudo como intermediario en la fabricación de tensioactivos no iónicos etoxilatos de nonilfenol, que se utilizan en detergentes, pinturas, pesticidas, productos de cuidado personal y plásticos. El nonilfenol y los etoxilatos de nonilfenol sólo se utilizan como componentes de detergentes domésticos fuera de Europa. El nonilfenol se utiliza en muchas formulaciones de epoxi, principalmente en América del Norte.

Prevalencia en el medio ambiente

El nonilfenol persiste en ambientes acuáticos y es moderadamente bioacumulativo. No es fácilmente biodegradable y puede tardar meses o más en degradarse en aguas superficiales, suelos y sedimentos. La degradación no biológica es insignificante. El nonilfenol se elimina parcialmente durante el tratamiento de aguas residuales municipales debido a la sorción a sólidos suspendidos y la biotransformación. Muchos productos que contienen nonilfenol tienen propiedades "que se van por el desagüe". aplicaciones, como jabón para lavar ropa y platos, por lo que los contaminantes se introducen con frecuencia en el suministro de agua. En las plantas de tratamiento de aguas residuales, el etoxilato de nonilfenol se degrada en nonilfenol, que se encuentra en el agua de los ríos y los sedimentos, así como en el suelo y las aguas subterráneas. El nonilfenol se fotodegrada con la luz solar, pero se estima que su vida media en los sedimentos es de más de 60 años. Aunque la concentración de nonilfenol en el medio ambiente está disminuyendo, todavía se encuentra en concentraciones de 4,1 μg/L en aguas de ríos y 1 mg/kg en sedimentos.

Una de las principales preocupaciones es que los lodos de depuradora contaminados se reciclan con frecuencia en tierras agrícolas. La degradación del nonilfenol en el suelo depende de la disponibilidad de oxígeno y otros componentes del suelo. La movilidad del nonilfenol en el suelo es baja.

La bioacumulación es significativa en organismos que viven en el agua y en aves, y se ha encontrado nonilfenol en órganos internos de ciertos animales en concentraciones de 10 a 1000 veces mayores que el ambiente circundante. Debido a esta bioacumulación y persistencia del nonilfenol, se ha sugerido que el nonilfenol podría transportarse a largas distancias y tener un alcance global que se extiende lejos del sitio de contaminación.

El nonilfenol no es persistente en el aire, ya que los radicales hidroxilo lo degradan rápidamente.

Peligros ambientales

El nonilfenol se considera un disruptor endocrino debido a su capacidad para imitar al estrógeno y, a su vez, alterar el equilibrio natural de las hormonas en los organismos afectados. El efecto es débil porque los nonilfenoles no son imitadores estructurales muy cercanos del estradiol, pero los niveles de nonilfenol pueden ser lo suficientemente altos para compensar.

Los efectos del nonilfenol en el medio ambiente son más aplicables a las especies acuáticas. El nonilfenol puede causar alteraciones endocrinas en los peces al interactuar con los receptores de estrógeno y andrógenos. Los estudios informan que el nonilfenol desplaza competitivamente al estrógeno de su sitio receptor en la trucha arco iris. Tiene mucha menos afinidad por el receptor de estrógeno que el estrógeno de la trucha (5 x 10⁻⁵ afinidad de unión relativa en comparación con el estradiol), lo que lo hace 100.000 veces menos potente que el estradiol. El nonilfenol provoca la feminización de los organismos acuáticos, disminuye la fertilidad masculina y disminuye la supervivencia de los peces jóvenes. Los estudios muestran que los peces macho expuestos al nonilfenol tienen un peso testicular más bajo. El nonilfenol puede alterar la esteroidogénesis en el hígado. Una función del estrógeno endógeno en los peces es estimular al hígado para que produzca vitelogenina, que es una fosfolipoproteína. La vitelogenina es liberada por la hembra en maduración y secuestrada por los ovocitos en desarrollo para producir la yema del huevo. Los machos normalmente no producen vitelogenina, pero cuando se exponen al nonilfenol producen niveles similares de vitelogenina a los de las hembras. La concentración necesaria para inducir la producción de vitelogenina en peces es de 10 ug/L para NP en agua. El nonilfenol también puede interferir con el nivel de FSH (hormona estimulante del folículo) que se libera desde la glándula pituitaria. Las concentraciones de NP que inhiben el desarrollo y la función reproductiva en los peces también dañan los riñones, disminuyen el peso corporal e inducen un comportamiento estresado.

Peligros para la salud humana

Los alquilfenoles como el nonilfenol y el bisfenol A tienen efectos estrogénicos en el cuerpo. Se les conoce como xenoestrógenos. Las sustancias estrogénicas y otros disruptores endocrinos son compuestos que tienen efectos similares a los de las hormonas tanto en la vida silvestre como en los humanos. Los xenoestrógenos suelen funcionar uniéndose a los receptores de estrógeno y actuando competitivamente contra los estrógenos naturales. Se ha demostrado que el nonilfenol imita la hormona natural 17β-estradiol y compite con la hormona endógena por unirse a los receptores de estrógeno ERα y ERβ. Se descubrió por accidente que el nonilfenol tenía efectos similares a los de las hormonas porque contaminó otros experimentos en laboratorios que estudiaban estrógenos naturales que usaban tubos de poliestireno.

Efectos en mujeres embarazadas

Las inyecciones subcutáneas de nonilfenol al final del embarazo provocan la expresión de ciertas proteínas placentarias y uterinas, a saber, CaBP-9k, lo que sugiere que puede transferirse a través de la placenta al feto. También se ha demostrado que tiene una mayor potencia en la placenta del primer trimestre que el estrógeno endógeno 17β-estradiol. Además, la exposición prenatal temprana a dosis bajas de nonilfenol provoca un aumento de la apoptosis (muerte celular programada) en las células placentarias. Estas “dosis bajas” oscilaron entre 10⁻¹³-10⁻⁹ M, que es inferior a lo que se encuentra generalmente en el medio ambiente.

También se ha demostrado que el nonilfenol afecta las secreciones de las moléculas de señalización de citocinas en la placenta humana. Se trataron cultivos celulares in vitro de placenta humana durante el primer trimestre con nonilfenol, que aumenta la secreción de citocinas, entre ellas interferón gamma, interleucina 4 e interleucina 10, y reduce la secreción del factor de necrosis tumoral alfa. Se ha documentado que este perfil desequilibrado de citocinas en esta parte del embarazo provoca fallos de implantación, pérdida del embarazo y otras complicaciones.

Efectos sobre el metabolismo

Se ha demostrado que el noylphenol actúa como una obesidad que mejora química o obesógena, aunque se ha demostrado paradójicamente que tiene propiedades antiobesidad. El crecimiento de los embriones y los recién nacidos son particularmente vulnerables cuando están expuestos a noilofenol porque las dosis bajas pueden interrumpir procesos sensibles que ocurren durante estos importantes períodos de desarrollo. La exposición prenatal y perinatal al noilofenol se ha relacionado con anomalías de desarrollo en el tejido adiposo y, por lo tanto, en la síntesis y liberación de hormonas metabólicas (Merrill 2011). Específicamente, al actuar como un mimic estrógeno, el noylphenol generalmente se ha demostrado que interfiere con el control hipotálmico del apetito. El hipotálamo responde a la leptina hormonal, que indica la sensación de plenitud después de comer, y el noylphenol se ha demostrado que aumenta y disminuye el comportamiento alimenticio interfiriendo con la señalización de leptina en el cerebro medio. Nonylphenol ha sido demostrado imitar la acción de la leptina en neuropeptide Y y las neuronas POMC anorécticas, que tiene un efecto anti-obesidad disminuyendo el comportamiento alimenticio. Esto se vio cuando se inyectaron estrógenos o mimics estrógenos en el hipotálamo ventromedial. Por otro lado, se ha demostrado que el noylphenol aumenta la ingesta de alimentos y tiene obesidad mejorando propiedades reduciendo la expresión de estas neuronas anorexígenas en el cerebro. Además, el noylphenol afecta la expresión de la ghrelina: una enzima producida por el estómago que estimula el apetito. La expresión de Ghrelin está regulada positivamente por la señalización de estrógeno en el estómago, y también es importante para guiar la diferenciación de células madre en adipocitos (células grasas). Así, actuando como una exposición mimica, prenatal y perinatal estrógeno al noilofenol se ha demostrado que aumenta el apetito y alienta al cuerpo a almacenar grasa más adelante en la vida. Por último, se ha demostrado que la exposición a largo plazo al noylphenol afecta la señalización de insulina en el hígado de ratas masculinas adultas.

Cáncer

La exposición al nonilfenol también se ha asociado con el cáncer de mama. Se ha demostrado que promueve la proliferación de células de cáncer de mama, debido a su actividad agonista sobre el ERα (receptor de estrógeno α) en células de cáncer de mama dependientes e independientes de estrógenos. Algunos argumentan que el efecto estrogénico sugerido por el nonilfenol, junto con su exposición humana generalizada, podría influir potencialmente en el cáncer de mama hormonodependiente.

Exposición humana y colapso

Exposición

La dieta parece ser la fuente más importante de exposición al nonilfenol en los seres humanos. Por ejemplo, en una encuesta dietética realizada en Alemania se encontraron muestras de alimentos con concentraciones que oscilaban entre 0,1 y 19,4 µg/kg y se calculó que la ingesta diaria para un adulto era de 7,5 µg/día. Otro estudio calculó una ingesta diaria para el grupo de lactantes más expuestos en el rango de 0,23 a 0,65 µg/kg de peso corporal/día. En Taiwán, las concentraciones de nonilfenol en los alimentos oscilaron entre 5,8 y 235,8 µg/kg. En particular, se encontró que los mariscos tenían una alta concentración de nonilfenol.

Un estudio realizado en mujeres italianas demostró que el nonilfenol era uno de los contaminantes más altos a una concentración de 32 ng/ml en la leche materna en comparación con otros alquilfenoles, como el octilfenol, el monoetoxilato de nonilfenol y dos etoxilatos de octilfenol. El estudio también encontró una correlación positiva entre el consumo de pescado y la concentración de nonilfenol en la leche materna. Este es un gran problema porque la leche materna es la principal fuente de alimentación de los recién nacidos, que se encuentran en las primeras etapas de desarrollo donde las hormonas tienen mucha influencia. Los niveles elevados de disruptores endocrinos en la leche materna se han asociado con efectos negativos sobre el desarrollo neurológico, el crecimiento y la función de la memoria.

El agua potable no representa una fuente importante de exposición en comparación con otras fuentes, como materiales de embalaje de alimentos, productos de limpieza y diversos productos para el cuidado de la piel. Las concentraciones de nonilfenol en el agua potable tratada oscilaron entre 85 ng/l en España y 15 ng/l en Alemania.

También se han encontrado cantidades de microgramos de nonilfenol en la saliva de pacientes con selladores dentales.

Desglose

Cuando los humanos ingieren nonilfenol por vía oral, se absorbe rápidamente en el tracto gastrointestinal. Se cree que las vías metabólicas implicadas en su degradación implican la conjugación de glucurónido y sulfato, y luego los metabolitos se concentran en la grasa. Hay datos inconsistentes sobre la bioacumulación en humanos, pero se ha demostrado que el nonilfenol se bioacumula en animales y aves que viven en el agua. El nonilfenol se excreta por las heces y la orina.

Análisis

Existen protocolos estándar de GC-MS y HPLC para la detección de nonilfenoles en matrices de muestras ambientales, como alimentos, agua potable y tejidos biológicos. El nonilfenol producido industrialmente (la fuente que es más probable que se encuentre en el medio ambiente) contiene una mezcla de isómeros estructurales y, si bien estos protocolos pueden detectar esta mezcla, normalmente no pueden resolver los isómeros de nonilfenol individuales que contiene. Sin embargo, un estudio metodológico ha indicado que se puede lograr una mejor resolución isomérica en muestras a granel de nonilfenol utilizando un sistema GC-MS/MS (analizador de masas en tándem), lo que sugiere que esta técnica también podría mejorar la resolución de los isómeros de nonilfenol en análisis de muestras ambientales; Se han logrado mejoras adicionales en la resolución de los isómeros de nonilfenol mediante el uso de GC bidimensional en la etapa de separación, como parte de un sistema GC x GC-TOF-MS.

A diferencia de los análisis de muestras ambientales, los estudios sintéticos de nonilfenoles tienen más control sobre el estado, la concentración y la preparación de la muestra, lo que simplifica el uso de poderosas técnicas de identificación estructural como la RMN, capaz de identificar los isómeros individuales de nonilfenol. En una investigación preliminar de la relación entre los patrones de ramificación de la cadena lateral de nonilfenol y el potencial estrogénico, los autores identificaron 211 posibles isómeros estructurales del p-nonilfenol solo, que se expandieron a 550 posibles compuestos de p-nonilfenol cuando se tomaron en consideración los átomos de C quirales. Debido a que se cree que los factores estereoquímicos contribuyen a la actividad biológica de los nonilfenoles, son deseables técnicas analíticas sensibles a la quiralidad, como la HPLC enantioselectiva y ciertos protocolos de RMN, para estudiar más a fondo estas relaciones.

Reglamento

La producción y el uso de nonilfenol y etoxilatos de nonilfenol está prohibido en determinadas situaciones en la Unión Europea debido a sus efectos sobre la salud y el medio ambiente. En Europa, debido a preocupaciones ambientales, también han sido reemplazados por etoxilatos de alcohol más caros, que son menos problemáticos para el medio ambiente debido a su capacidad de degradarse más rápidamente que los nonilfenoles. La Unión Europea también ha incluido el NP en la lista de sustancias peligrosas prioritarias para las aguas superficiales en la Directiva Marco del Agua. Ahora están implementando una política de reducción drástica de NP en las vías navegables superficiales. Se propuso que el estándar de calidad ambiental para NP fuera de 0,3 ug/L. En 2013, los nonilfenoles se registraron en la lista de candidatos de REACH.

En EE. UU., la EPA estableció criterios que recomiendan que la concentración de nonilfenol no debe exceder los 6,6 ug/l en agua dulce y los 1,7 ug/l en agua salada. Para lograrlo, la EPA apoya y fomenta una eliminación voluntaria del nonilfenol en los detergentes industriales para ropa. De manera similar, la EPA está documentando propuestas para un "uso nuevo significativo" regla, que requeriría que las empresas se comunicaran con la EPA si decidieran agregar nonilfenol a cualquier nuevo producto de limpieza y detergente. También planean realizar más evaluaciones de riesgos para determinar los efectos del nonilfenol en la salud humana y el medio ambiente.

En otros países asiáticos y sudamericanos, el nonilfenol todavía está ampliamente disponible en detergentes comerciales y existe poca regulación.