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Ecotoxicological Issues
Phototoxicite induite des HAP: Le Modele QSAR et sa Signification
pour l'Environnement
RESUME
Alors que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAR) ne sont pas
fortement toxiques au cours de tests conventionnels en laboratoires, la recherche
entreprise dans Ie domaine des especes aquatiques a montre que de nombreux
PAR peuvent devenir extremement toxiques lorsqu'ils sont exposes a la lumiere
solaire. Un modele QSAR a ere confu pour predire la phototoxicite des PAH.
Celui-ci prend en compte les effets opposes de stabilite et d'absorption de la
lumiere par les PAH, ainsi que les parametres d'irradiation. L'interaction de ces
parametres produit une relation multilineaire complexe (en forme de cloche) entre
la toxicite et la structure chimique. Le descripteur moleculaire qui d&rit Ie mieux a
lafois l'absorption de la lumiere et la stabilite des PAR, est la difference d'energie
de l'intervalle HOMO-LUMO. Ce parametre peut hre calcule a partir de la
structure moleculaire plutot que mesure empiriquement.
Une classification des PAR en fonction de leurs proprietes toxiques photo-induite
est proposee a partir des valeurs de l'intervalle HOMO-LUMO. La substitution des
PAR reduit en general l'intervalle ROMO-LUMO, ce qui est en accord avec Ie
Principe de la Durete Absolue. Les substituts alcalins et hydroxydes ne reduisent
pas de maniere significative l'intervalle HOMO-LUMO des PAH. Ceci est moins
net pour les substituts nitrate, chlore et alcalin. Les interactions (p-n and n-n)
entre les structures electroniques de ces substituts provoquent des effets
d'hyperconjugaison et parfois de "deplacement dans Ie rouge" par rapport aux
composes primaires. En conclusion, if appara'it que les proprieres de photoinduction des PAR sont essentiellement provoquees par la structure electronique
des produits chimiques parents.
1 INTRODUCTION
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are ubiquitous contaminants of aquatic
ecosystems. The predominant sources of PAHs in the environment are linked to
human activities such as oil spills and the burning of fossil fuels. PAHs include
chemicals which generally have two to six fused benzene rings, with occasional
incorporation of heterocyclopentene rings containing nitrogen or sulphur. A wide
variation of alkyl substituents gives rise to thousands of different possible PAHs,
and many have been identified in environmental samples.
Although some P AHs are biodegraded under aerobic conditions, many are
extremely stable, especially in the anaerobic conditions of aquatic sediments. In
short-term assays, PAHs are predicted to be, and have been found to be, relatively
innocuous [1], exhibiting little or no acute toxicity to aquatic organisms even at
aqueous solubility. The traditional toxicological concern has focused on metabolic
activation of a number of PAHs to metabolites far more toxic than the parent
compounds [2].
However, another danger to aquatic ecosystems may result from photo-induced
toxicity caused by PAH excited states which are formed in the presence of
ultraviolet (UV) radiation in sunlight.
Ecotoxicological Issues
Phototoxicite induite des HAP: Le Modele QSAR et sa Signification
pour l'Environnement
RESUME
Alors que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAR) ne sont pas
fortement toxiques au cours de tests conventionnels en laboratoires, la recherche
entreprise dans Ie domaine des especes aquatiques a montre que de nombreux
PAR peuvent devenir extremement toxiques lorsqu'ils sont exposes a la lumiere
solaire. Un modele QSAR a ere confu pour predire la phototoxicite des PAH.
Celui-ci prend en compte les effets opposes de stabilite et d'absorption de la
lumiere par les PAH, ainsi que les parametres d'irradiation. L'interaction de ces
parametres produit une relation multilineaire complexe (en forme de cloche) entre
la toxicite et la structure chimique. Le descripteur moleculaire qui d&rit Ie mieux a
lafois l'absorption de la lumiere et la stabilite des PAR, est la difference d'energie
de l'intervalle HOMO-LUMO. Ce parametre peut hre calcule a partir de la
structure moleculaire plutot que mesure empiriquement.
Une classification des PAR en fonction de leurs proprietes toxiques photo-induite
est proposee a partir des valeurs de l'intervalle HOMO-LUMO. La substitution des
PAR reduit en general l'intervalle ROMO-LUMO, ce qui est en accord avec Ie
Principe de la Durete Absolue. Les substituts alcalins et hydroxydes ne reduisent
pas de maniere significative l'intervalle HOMO-LUMO des PAH. Ceci est moins
net pour les substituts nitrate, chlore et alcalin. Les interactions (p-n and n-n)
entre les structures electroniques de ces substituts provoquent des effets
d'hyperconjugaison et parfois de "deplacement dans Ie rouge" par rapport aux
composes primaires. En conclusion, if appara'it que les proprieres de photoinduction des PAR sont essentiellement provoquees par la structure electronique
des produits chimiques parents.
1 INTRODUCTION
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are ubiquitous contaminants of aquatic
ecosystems. The predominant sources of PAHs in the environment are linked to
human activities such as oil spills and the burning of fossil fuels. PAHs include
chemicals which generally have two to six fused benzene rings, with occasional
incorporation of heterocyclopentene rings containing nitrogen or sulphur. A wide
variation of alkyl substituents gives rise to thousands of different possible PAHs,
and many have been identified in environmental samples.
Although some P AHs are biodegraded under aerobic conditions, many are
extremely stable, especially in the anaerobic conditions of aquatic sediments. In
short-term assays, PAHs are predicted to be, and have been found to be, relatively
innocuous [1], exhibiting little or no acute toxicity to aquatic organisms even at
aqueous solubility. The traditional toxicological concern has focused on metabolic
activation of a number of PAHs to metabolites far more toxic than the parent
compounds [2].
However, another danger to aquatic ecosystems may result from photo-induced
toxicity caused by PAH excited states which are formed in the presence of
ultraviolet (UV) radiation in sunlight.