Xenobiotics in the environment: abiotic transformation and toxicity
Creators: name: Rubino, Maria
Publisher: name: Università degli Studi di Napoli Federico II
Year: 2006

description: [ITALIANO] La presenza nell'ambiente di sostanze chimiche (pesticidi, farmaci, etc.) potrebbe rappresentare un rischio per la salute umana. Pertanto, è importante avere informazioni sul destino ambientale di tali xenobiotici che possono persistere nelle acque e/o nel suolo, oppure degradarsi in altre sostanze eventualmente più tossiche. Varie ricerche hanno evidenziato che le trasformazioni che queste molecole possono subire sono di tipo biotico (biotrasformazioni operate da microrganismi acquatici come alghe e batteri) e/o abiotico (idrolisi, ossido-riduzione, fotolisi). 
Obiettivo di questa tesi di dottorato è stato lo studio della degradazione abiotica, in particolare dell'idrolisi e della fotolisi, di alcune classi di pesticidi e farmaci, valutando, inoltre, il loro impatto ambientale e quello dei rispettivi derivati. 
L'indagine ha interessato alcuni pesticidi, in particolare la carbossina e i carbammati, e diversi composti farmaceutici, tra i quali, farmaci steroidei antinfiammatori (prednisolone and dexametasone), antinfiammatori non steroidei (il naprossene sodico), diuretici (furosemide e idroclorotiazide), fibrati (benzafibrato, fenofibrato e gemfibrozil), agenti antiulcera (lansoprazolo e omeprazolo). Questi composti chimici sono stati selezionati sulla base della loro vendita e/o della presenza nelle acque superficiali di laghi o fiumi. 

La degradazione abiotica di tali sostanze è stata studiata prendendo in considerazione condizioni di reazione rinvenibili nell'ambiente. I composti sono stati disciolti (per scopi analitici) o dispersi (per scopi preparativi) in mezzi acquosi, usando acqua distillata, considerando anche gli effetti di acidi umici o nitrati, sostanze ampiamente diffuse in natura e considerate dei fotosensibilizzatori naturali, in acque di impianti di trattamento, e irradiati con un simulatore solare o con luce solare. In alcuni casi, la fotolisi e l'idrolisi degli xenobiotici sono state esaminate anche a differenti pH. Infatti, le variazioni di pH sono possibili in ambienti acquatici inquinati. 
I prodotti di degradazione sono stati isolati attraverso tecniche cromatografiche (su silice, TLC, HPLC) e caratterizzati attraverso tecniche spettroscopiche (NMR mono e bidimensionale, IR, EI-MS, UV).  
Il potenziale impatto ambientale dei composti parentali e dei loro derivati è stato valutato, in collaborazione con la "Seconda Università degli Studi di Napoli", mediante saggi di tossicità acuta e cronica condotti su diversi organismi della catena acquatica. I test di tossicità acuta sono stati condotti sul batterio Vibrio fisheri, sul rotifero Brachionus calyciflorus, sui crostacei Ceriodaphnia dubia, Daphnia magna, Thamnocephalus platyurus. La tossicità cronica è stata valutata, invece, su produttori come l'alga Selenastrum capricornutum e su consumatori primari come i crostacei Brachionus calyciflorus e Ceriodaphnia dubia. / [ENGLISH] Given the potential human and wildlife health risks associated with toxic chemicals (pesticides, pharmaceuticals, etc.), it is important to have considerable information on their persistence in surface waters and/or in the soil by considering their reaction mechanisms under typical environmental conditions. 
Xenobiotics can be subjected to biotic (biotransformation by aquatic organisms such as algae, bacteria) and abiotic (hydrolysis, oxidation, photodegradation) processes in the environment giving derivatives that can be more persistent and more toxic than the parent compounds. 
The aims of this thesis have been to study the photolitic and hydrolitic processes of certain xenobiotics and evaluate their toxicity as well as that of their degradation products.
Investigation has been devoted on some pesticides, in particular on carboxin and carbammates, and on different groups of pharmaceuticals, among these, steroidal anti-inflammatory drugs (prednisolone and dexamethasone) and non-steroidal antinflammatory drugs (naproxen sodium salt), diuretics (furosemide and hydrochlorothiazide), fibrate drugs (bezafibrate, fenofibrate and gemfibrozil), and proton pump inhibitors (lansoprazole and omeprazole). These chemicals have been selected on the basis of their sale and/or their presence into the aquatic environment.
Their abiotic degradation has been studied as close to natural conditions as possible. They have been dissolved (for analytical purposes) or dispersed (for preparative purposes) in aqueous media, using distilled water, distilled water with added nitrates or humic acids, which are considered natural photosensitizers, in sewage treatment plant water, and irradiated by a solar simulator or with solar light. In certain cases, photolysis and hydrolysis have also been examined at the different pHs that are possible in polluted aquatic environments. Degradation products have been isolated by chromatographic techniques (silica gel chomatography, TLC, HPLC) and characterized by spectrometric means (one and two dimensional NMR, IR, EI-MS, UV). 
The potential environmental impact of the selected xenobiotics and their derivatives has been evaluated, in collaboration with the "Seconda Università degli Studi di Napoli", by performing acute and chronic toxicity tests on different organisms of the aquatic chain. For the acute toxicity, the bacterium Vibrio fisheri, the rotifer Brachionus calyciflorus, the anostracan crustacean Thamnocephalus platyurus and the cladoceran crustaceans Daphnia magna and Ceriodaphnia dubia have been used. The chronic toxicity has been evaluated on producers such as algae (Selenastrum capricornutum), and primary consumers (Brachionus calyciflorus, Ceriodaphnia dubia).