JBCS

INTRODUÇAO

As quinonas sao um grupo de substâncias orgânicas geralmente coloridas e semivoláteis, onipresentes na natureza e pertencentes à classe dos Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos Oxigenados (HPAO). A estrutura das quinonas apresenta dois grupamentos carbonilas em um anel insaturado de seis átomos de carbono, situados relativamente em posiçoes "orto" (adjacentes) ou "para". Utilizando-se como critério o tipo de sistema aromático, as quinonas sao classificadas como benzoquinonas, naftoquinonas, antraquinonas e fenantraquinonas (Tabela 1).

 

 

As quinonas sao formadas biogenicamente através do metabolismo oxidativo de compostos endógenos como catecolaminas, estrógenos e xenobióticos, bem como sao emitidas diretamente a partir de combustao incompleta de matéria orgânica, especialmente combustíveis fósseis. Adicionalmente, as quinonas sao formadas na atmosfera através da foto-oxidaçao de Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPA) com inúmeras espécies reativas atmosféricas.^1-5

Vários estudos demonstram os efeitos tóxicos e deletérios de quinonas para o organismo humano (indutor de várias doenças tais como câncer de pulmao, asma e inflamaçao alérgica), podendo também atuar como inibidora de enzimas importantes em sistemas celulares reparadores, causarem danos genéticos etc.^5-11 Por outro lado, as quinonas apresentam interesses toxicológicos e farmacológicos consideráveis.^12,13 Estudos revelam variadas biodinamicidades, destacando-se, dentre muitas, a participaçao em processos bioquímicos vitais,^6,14,15 a sua produçao por insetos e vegetais como defesa química^16,17 além de atuarem como microbicidas, anticancerígenos e antiangiogênicos (Figura 1).^9,14

 

 

A Figura 1 é uma representaçao esquemática global sobre: (i) as principais fontes de quinonas emitidos para a atmosfera; (ii) seus caminhos e transformaçoes químicas na atmosfera, iii) condiçoes e propriedades físico-químicas que influenciam na distribuiçao entre as fases vapor, particulada e neblina (gotículas de água suspensa na atmosfera); e iv) efeitos sobre a saúde humana.¹⁶

 

PROPRIEDADES

As quinonas sao espécies químicas neutras e sofrem reaçoes de protonaçao com dificuldade, apresentando duas propriedades químicas de particular importância: sao oxidantes e sao eletrofílicas.¹⁸ Estas propriedades lhes permitem participar, respectivamente, de reaçoes do ciclo redox e reaçoes de Michael.¹⁹ Nesse sentido, o potencial redox de uma quinona pode ser fortemente influenciado pelo pH do meio e pela presença de substituintes.

Com relaçao a influência do pH, quando protonadas, as quinonas sao oxidantes mais fortes do que as formas nao protonadas. As semiquinonas que sao geradas por reduçao envolvendo um elétron nao sao suficientemente básicas para serem protonadas. Assim, a grande maioria das semiquinonas está sob a forma de ânion-radical em pH fisiológico. Este ânion radical semiquinônico, devido à repulsao entre as cargas, é um oxidante muito mais fraco do que a quinona original. Contudo, estes ânions-radicais semiquinonas podem ser mais danosos às células devido a sua habilidade para cataliticamente gerar peróxido de hidrogênio em ambiente biológico via ciclo redox (Figura 2).

 

 

A presença de substituintes aceptores de elétrons conectados à estrutura básica das quinonas aumenta o poder oxidante dessas substâncias, enquanto que a presença de substituintes doadores de elétrons diminui o poder oxidante. Assim, as respectivas hidroquinonas formadas nestas reaçoes de reduçao serao mais facilmente ou menos facilmente oxidadas, dependendo das características dos substituintes.¹⁸

Participaçao em Reaçoes do Ciclo Redox

Algumas quinonas apresentam potencial atividade redox uma vez que participam de ciclos redox enzimáticos e/ou nao-enzimáticos, resultando na formaçao de semiquinonas e hidroquinonas devido à reduçao, respectivamente, de um e dois elétrons.

As semiquinonas formadas podem ser tóxicas por si só ou passar por um ciclo redox reagindo com oxigênio molecular formando ânion radical superóxido e regenerando a quinona que estará disponível para nova reduçao. Esse ciclo resulta em estresse oxidativo devido ao consumo de equivalentes redutores celulares e da geraçao de espécies reativas de oxigênio (ERO).²¹

Assim, quinonas e seus produtos de reduçao (semiquinonas e hidroquinonas) sao de interesse toxicológico devido à sua habilidade para gerar ERO [ânions radicais superóxidos (O₂^-), radicais hidroxila (•OH), peróxido de hidrogênio (H₂O₂) e oxigênio singlete (¹O₂)], as quais podem causar danos em membranas, proteínas e no DNA, podendo induzir a apoptose e, entre outros, a carcinogenese.^9,11,12 Relatos de experiências in vivo,^11,22 por exemplo, têm provado a natureza carcinogênica dessas substâncias sob determinadas condiçoes. Em funçao disso, as quinonas sao associadas com a incidência de vários tipos de câncer em humanos. Por outro lado, é importante ressaltar que uma grande variedade de quinonas tem sido desenvolvida como droga anticâncer.^11,22 Esta açao ambivalente é caracterizada por um ciclo redox muito complexo e com etapas ainda desconhecidas. Na Figura 3 é mostrado resumidamente o "ciclo redox" das quinonas em que o substrato quinonoídico (Q) sofre biorreduçao por um ou dois elétrons, catalisada pelas enzimas NADPH (Nicotiamida-adenina-dinucleótido-fosfato reduzida), dentre outras, formando a espécie ânion-radical semiquinona. Em presença de oxigênio molecular, esse ânion-radical transfere um elétron para o oxigênio e gera o radical superóxido que, por sua vez, sofre a açao da enzima superóxido desmutase, gerando peróxido de hidrogênio. Paralelamente, uma reaçao de Fenton catalisada por Fe⁺² produz o radical hidroxila. A transferência de elétrons e a cinética do processo de geraçao destas espécies sao dependentes do potencial de reduçao da quinona envolvida no processo, ou seja, depende da capacidade de aceitar elétrons, que, por sua vez, está relacionada com a presença de substituintes.²³

 

 

Participaçao em Reaçoes de Michael

As interaçoes das quinonas com grupos nucleofílicos sao usualmente associadas com a desintoxicaçao e a excreçao, podendo resultar em toxicidade por inibiçao de grupos tiois em enzimas e alteraçao do balanço tiol na célula, interferindo assim no processo regulatório celular. A maioria das reaçoes de quinonas com nucleófilos ocorre por reaçao de adiçao nucleofílica de Michael¹⁹ resultando na formaçao de hidroquinonas tio éteres (Figura 4).¹⁸

 

 

Entretanto, é relativamente difícil determinar exatamente se os mecanismos de atuaçao química das quinonas sao devido à reaçao de adiçao nucleofílica de Michael ou ao Ciclo Redox. Sob a maioria das condiçoes experimentais, ambos os mecanismos podem operar. Além disso, mecanismos alternativos de toxicidade de quinonas podem ser mascarados pela suposiçao de que toda a toxicidade da célula é devida a esses dois mecanismos.²⁴

Em resumo, a partir da perspectiva da saúde humana, o balanço de efeitos quimiopreventivo e quimiopromotivo de determinada quinona é altamente variável, dependendo fundamentalmente de sua estrutura química, dosagem, modo de exposiçao e organismo afetado.²⁵ Contudo, é importante ressaltar que as quinonas sao frequentemente tóxicas, apresentando efeitos citotóxicos e genotóxicos in vivo.

 

FONTES BIOGENICAS E ANTROPICAS

A principal fonte biogênica de quinonas sao vegetais (folhas, galhos, raízes) e muitos tiveram seus extratos empregados desde a antiguidade pela medicina popular no tratamento de diversas enfermidades. Quinonas naturais sao de vital importância para seres humanos, vegetais superiores, artrópodes, fungos, líquens, bactérias, algas e vírus.^18,23

Dentre as quinonas objeto desta revisao, apenas a 1,4-naftoquinona e a 1,4-benzoquinona sao relacionadas a fontes biogênicas, sendo a primeira relacionada a insetos e à propriedade de repelir predadores¹⁷ e a 1,4-benzoquinona está relacionada ao artrópode Julius terrestres, apresentando propriedades danosas à saúde humana.²⁶

A combustao incompleta de matéria orgânica (especialmente combustíveis fósseis) é a principal fonte antrópica direta de emissao de quinonas e a foto-oxidaçao de HPA é a mais importante fonte secundária de geraçao de quinonas na atmosfera.²⁷

Nas emissoes por combustao, estas substâncias estao inicialmente dispersas na fase vapor ou associadas a partículas finas.²⁷ Por outro lado, as reaçoes de oxidaçao de HPA, especialmente os de maior massa molar, seja pela açao da luz solar e/ou por interaçoes com espécies reativas atmosféricas (NO₃, O₃ e · OH), podem ocorrer nas fases vapor, líquida ou particulada, formando quinonas.^1,28 Assim, a oxidaçao de HPA é uma das principais fontes de quinonas na atmosfera, pois a ampla deslocalizaçao de elétrons em moléculas de HPA permite a absorçao de luz solar provocando a foto-transformaçao química. Por meio de estudos em laboratório, utilizando irradiaçao na ausência de oxigênio, foi observada principalmente a ocorrência de foto-dimerizaçao, enquanto que a irradiaçao sob condiçoes atmosféricas leva à foto-oxidaçao. No caso de fotodegradaçao do antraceno em fase gasosa, por exemplo, embora muitos detalhes do mecanismo ainda nao estejam elucidados, é notável a formaçao de 9,10-antraquinona no primeiro passo da reaçao (Figura 5).²⁹

 

 

No caso da reaçao de HPA com espécies químicas reativas presentes na atmosfera, o O₃, OH e NO₃ têm papel relevante, pois sao poluentes secundários presentes na troposfera e, também, estao entre as espécies químicas mais reativas.^30,31 Por exemplo, a reaçao de ozônio com o benzo(a)antraceno, adsorvido em filtro de quartzo leva à formaçao da quinona correspondente, além de outros produtos de transformaçao, incluindo os ácidos carboxílicos (Figura 6).¹

 

 

Experimentos e modelos reacionais têm demonstrado a conversao de fenantreno em 9,10-fenantraquinona. Durante o dia, a reaçao de oxidaçao por ozônio é iniciada por radicais OH e, à noite, por NO₃.³² Estudos recentes observaram concentraçoes significativas de oxi-HPA em áreas urbanas.³⁰ É importante ressaltar que nao está bem elucidada a degradaçao de quinonas na atmosfera,^31,33 sendo necessários novos estudos sobre o papel de O₃, OH e NO₃ e, especialmente, sobre o efeito da temperatura nestas reaçoes.

Estudos utilizando modelo matemático foram feitos para estimar a distribuiçao de 1,4-NQ na atmosfera baseado nas concentraçoes de naftaleno e suas taxas de fotooxodaçao. O modelo previu que a distribuiçao espacial da 1,4-NQ era simular no verao e no inverso, mas as concentraçoes obtidas indicaram que a estaçao do ano é um fator importante, especialmente para a 1,4-NQ que é altamente afetada pela fotoquímica. A discrepância entre a prediçao do modelo e as concentraçoes ambientais de quinonas sugerem que sao necessários novos estudos para melhorar o desempenho do modelo matemático desenvolvido para caracterizar a distribuiçao ambiental de quinonas.³⁴

Devido à importância das quinonas na saúde humana e no ambiente, torna-se necessário o desenvolvimento de estudos no sentido de elucidar os mecanismos de açao no organismo humano, fontes de emissao e mecanismos de transformaçao na atmosfera e nos corpos d'água, bem como o desenvolvimento de metodologias analíticas que permitam a quantificaçao de quinonas em meio aquoso, na fase vapor e associadas ao material particulado atmosférico. Esta revisao destaca as quinonas 1,4-benzoquinona (1,4-BQ), 1,2-naftoquinona (1,2-NQ), 1,4-naftoquinona (1,4-NQ), 9,10-fenantraquinona (9,10-FQ) e 9,10-antraquinona (9,10-AQ) que sao as mais voláteis, reativas e abundantes na atmosfera, sendo identificadas como contaminantes ambientais.

As propriedades físico-químicas mais importantes das quinonas estao na Tabela 2. As quinonas sao geralmente caracterizadas por apresentar, em comparaçao com os seus HPA precursores, massas moleculares e solubilidades em água mais elevadas e pressoes de vapor mais baixas.³⁵ As propriedades apresentadas na Tabela 2 sao importantes para o entendimento do comportamento de quinonas, tanto no ambiente (por exemplo, partiçao entre fase vapor e particulada) como no corpo humano (por exemplo, absorçao e bioacumulaçao). Como é possível observar na Tabela 2, os dados experimentais das propriedades de quinonas, em alguns casos, apresentam divergências significativas, dependendo da fonte consultada. Por exemplo, no caso da solubilidade em água, o valor encontrado para a 1,4-NQ apresenta diferença maior do que 700%, entre duas fontes consultadas na literatura aberta: 668 mg L^-1 e 308 mg L^-1 determinados experimentalmente e 2417 mg L^-1 calculado utilizando os valores de K_ow. A maior discrepância observada foi para Constante de Henry da 1,4-BQ: 4,79 × 10^-4 atm m³ mol^-1 e 1,22 x 10^-9 atm m³ mol^-1, representando cinco ordens de grandeza. Estas discrepâncias precisam ser elucidadas e os respectivos valores publicados devem ser utilizados com cuidado e abordagem crítica, pois impactam na interpretaçao do papel destas quinonas no ambiente e em estudos toxicológicos.^36,37

 

 

Entretanto, devido à reatividade de algumas quinonas, bem como a dificuldades analíticas, tanto na amostragem quanto na quantificaçao, existe ainda um número reduzido de informaçoes na literatura aberta referentes às concentraçoes de quinonas em corpos d'agua e na atmosfera, tanto na fase vapor quanto associadas ao material particulado.^34,41

 

ATMOSFERA TERRESTRE

A atmosfera terrestre representa um tênue envelope de ar que envolve o nosso planeta, tem papel fundamental para os seres vivos protegendo o planeta de agressoes externas. Os compostos químicos presentes na atmosfera estao distribuídos basicamente em duas fases: gasosa (incluindo vapor) e particulada (incluindo sólidos e líquidos em suspensao).

Vários artigos têm focado as diferentes camadas da atmosfera, a sua composiçao química e reatividade nas fases gasosa e particulada.^1,42-45 O material particulado atmosférico (MPA) é um importante poluente urbano e tem sido freqüentemente relacionado a vários efeitos adversos à saúde, sendo o tamanho das partículas um dos fatores importantes, por definir a regiao do trato respiratório que será atingida - nazofaringeal, pulmonar ou alveolar.^1,8,45-48 É importante ressaltar que é aceito na literatura a existência de três grupos distintos de partículas de acordo com o tamanho: grossas, finas e ultrafinas ou nanopartículas. Partículas com diâmetro aerodinâmico (D_a) maior que 2,5 µm sao denominadas de partículas grossas, aquelas com o D_a entre 0,1 e 2,5 µm sao denominadas de partículas finas e aquelas com o D_a menor que 0,1 µm (ou 100 nm) sao denominadas de partículas ultrafinas, também chamadas de nanopartículas. Quanto menor o D_a maior a capacidade de penetraçao das partículas no trato respiratório e maior é o impacto toxicológico.^48-50

 

DETERMINAÇAO DE QUINONAS

Amostragem

O material particulado atmosférico é geralmente coletado em amostradores de grande volume (Figura 7a), por meio de sucçao, com vazao na faixa de 1,2-1,7 m³ min^-1, ou através de impactaçao, utilizando impactadores em cascata (Figura 7b e 7c)^50,52 que permitem fracionar o material particulado em faixas de diâmetro aerodinâmico desde cerca de 2 mm a valores menores do que 10 nm, dependendo do tipo de equipamento e do número de estágios. O amostrador em cascata do tipo NanoMoudi^TM (Micro-orifice uniform deposit impactor), por exemplo, (Figura 7c) é muito importante para estudos de impacto toxicológico, pois o material particulado pode ser selecionado em até 13 diferentes faixas de tamanho aerodinâmico em funçao da parte do trato respiratório que é atingida.

 

 

Os meios de coleta utilizados para as quinonas, associadas ao material particulado, no caso dos amostradores de grande volume, sao filtros de teflon, de fibra de quartzo ou fibra de vidro, que sao os mesmos usados para outros contaminantes atmosféricos (e.g. HPA, espécies metálicas, íons etc.). No caso dos impactadores em cascata sao utilizadas membranas de teflon (47 mm de diâmetro) que sao distribuídas nos diferentes estágios.

No caso da fase vapor, as quinonas, geralmente, sao coletadas em cartuchos ou tubos especiais de vidro, que sao preenchidos com resinas (XAD-4, Tenax TA etc.) ou espuma de poliuretano (PUF).^40,54 A microextraçao em fase sólida (SPME, do inglês Solid Phase Micro-Extration ) por meio de fibra recoberta com polidimetilsiloxano (PDMS 7 µm), têm sido utilizada de forma restrita a experimentos em câmaras de teflon.⁵⁵

Sistemas de amostragem multifases, em que as fases particulada e vapor sao coletadas simultaneamente em um mesmo amostrador (Figura 8) utilizam filtro de fibra de quartzo de 47 mm de diâmetro seguido de um cilindro de quartzo com 5,0 cm de diâmetro e 12,5 cm de comprimento, preenchido com resina de XAD-4.^40,54 Estes sistemas sao muito úteis, pois permitem a coleta de fases distintas numa mesma amostragem.

 

 

Extraçao de quinonas

Os procedimentos de extraçao de quinonas do material particulado atmosférico ou da fase vapor adsorvidas em resinas (XAD-4, Tenax TA etc.) ou PUF geralmente envolvem uso de solventes ou misturas de solventes e a utilizaçao de técnicas tais como extrator Soxhlet ou sonicaçao.^8,34,56 A escolha da técnica tem sido objeto de discussao e avaliaçao, especialmente com foco numa das classes de compostos mais estudados na atmosfera, os HPA. A eficiência do processo de extraçao é influenciada por vários fatores, dentre eles o coeficiente de partiçao das espécies em estudo entre o solvente e a matriz da amostra; a interaçao entre o solvente e a matriz particulada, em geral porosa e que resulta num processo heterogêneo de transporte de massa na superfície e nos poros do MP.⁵⁷ Por exemplo, na determinaçao de HPA e quinonas em cinzas o uso de Soxhlet foi mais eficiente do que a sonicaçao,⁵⁸ enquanto que, quando a matriz é MPA, a sonicaçao é mais eficaz.⁵⁹ Quando comprovadamente nao ocorre a decomposiçao do analito, o uso de ultrassom apresenta vantagens tais como reprodutibilidade, utilizaçao de uma ampla faixa de tamanho de amostra, baixo consumo de energia, reduzido uso de solventes e rapidez no processamento da amostra.¹ Outra técnica que pode ser utilizada é a extraçao acelerada por solvente (ASE) que foi desenvolvida para o isolamento de HPA. Contudo, quando aplicada na extraçao de quinonas impregnadas em filtros de fibra de quartzo, os resultados foram irreprodutíveis, com recuperaçoes abaixo de 80%.⁶⁰ Independente da técnica empregada, é essencial que se faça uma avaliaçao da eficiência da extraçao pelo uso de padroes internos, sendo aceitáveis as recuperaçoes na faixa de 80 - 120%.

Na determinaçao de quinonas associadas ao material particulado (MP) predomina o uso de sonicaçao^8,34,56 com variaçao nas condiçoes utilizadas (e.g. tipo de solvente, número de etapas, tempo de sonicaçao etc.). Por exemplo, na determinaçao de quinonas com 3 ou mais anéis aromáticos associada ao MP, os solventes extratores mais utilizados sao metanol, acetonitrila (ACN), acetato de etila, diclorometano (DCM) e hexano. Os melhores resultados foram obtidos com a extraçao em duas ou três etapas utilizando volumes de 4 mL a 15 mL de misturas de solventes e períodos de 8 a 10 minutos de sonicaçao, em cada etapa.^8,34,56 Este tipo de procedimento, com variaçoes quanto ao tipo de solvente e tempo de sonicaçao, também é utilizado na etapa de extraçao de quinonas coletadas da fase vapor sobre adsorventes sólidos.³⁴

Métodos de quantificaçao de quinonas

As metodologias analíticas mais utilizadas para quantificaçao de quinonas na atmosfera sao os métodos cromatográficos: cromatografia líquida de alta eficiência acoplada à espectrometria de massas (CLAE-EM) e cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (CG-EM), que se destacam pela versatilidade, eficiência e sensibilidade permitindo seu uso na separaçao, identificaçao e quantificaçao destes compostos. Nas últimas duas décadas, várias revisoes têm tratado do tema, nao cabendo aqui comentários extensivos sobre estas técnicas.^61-68

A cromatografia gasosa e a cromatografia líquida de alta eficiência em combinaçao com a espectrometria de massas, abreviadas respectivamente como CG-EM e CLAE-EM, continuam sendo as técnicas predominantes para a separaçao, identificaçao e quantificaçao de poluentes orgânicos, metabólitos e produtos de transformaçao no ambiente.⁶⁹ As técnicas analíticas acopladas (CG-EM, CLAE-EM) têm a capacidade de gerar extensa quantidade de informaçoes quando aplicadas a misturas complexas de contaminantes ambientais.⁶⁹

Cromatografia em fase líquida

A cromatografia líquida de alta eficiência^{28,48,51,64,69} oferece uma grande variedade de fases estacionárias cujas seletividades permitem a resoluçao de misturas altamente complexas. Também, permite o uso de tipos e composiçoes variadas da fase móvel e a detecçao pode ser feita por diversos sistemas como, por exemplo, a absorçao no ultravioleta-visível (CLAE-UV/Vis), arranjo de diodos (CLAE-DAD), fluorescência (CLAE-FL) e espectrometria de massas (CLAE-EM).

A separaçao de quinonas por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) geralmente é feita em fase reversa, usando uma fase estacionária apolar quimicamente ligada, por exemplo, C₁₈. Nao existem ainda no mercado colunas específicas para a análise de quinonas. Entretanto, colunas cromatográficas especificas para análise de HPA podem ser utilizadas, com sucesso, na análise de quinonas.

O acoplamento da cromatografia líquida (CL) com a espectrometria de massas soma as vantagens da cromatografia, como alta seletividade e eficiência na separaçao, com as vantagens do espectrômetro de massas, incluindo a maior seletividade, informaçoes estruturais e massa molar. Os compostos analisados pela CL (Tabela 3) sao relativamente pouco voláteis e/ou sensíveis à temperatura, dessa forma nao é possível a utilizaçao das fontes de ionizaçao mais comumente aplicadas à EM, tornando-se necessário o desenvolvimento de formas alternativas de ionizaçao, como a ionizaçao por electrospray.⁷¹

 

 

Cromatografia gasosa (CG)

A cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (CG-EM) tem sido uma das técnicas mais utilizadas na determinaçao de substâncias orgânicas em matrizes complexas, sendo desta forma uma das opçoes preferenciais na quantificaçao de quinonas. Entretanto, a maioria dos estudos que utiliza cromatografia gasosa sugere o uso de reaçoes de derivatizaçao com o objetivo de evitar a decomposiçao por aquecimento e/ou converter os analitos em compostos que apresentam melhor resposta no detector.^40,74

No caso da determinaçao direta de quinonas por cromatografia gasosa, as informaçoes têm sido conflitantes,³⁴ sendo a principal restriçao relacionada à possibilidade de decomposiçao térmica dos analitos.^40,74 Em estudos termogravimétricos recentes foi observado que a 1,4-BQ, 1,4-NQ e 9,10-AQ sao termicamente estáveis no intervalo de 25 - 600 ºC, enquanto que a 1,2-NQ ⁷⁴ e a 9,10-FQ ^76,77 apresentam estabilidade térmica menor, existindo indicativos de decomposiçao mais pronunciada a partir de 243 ºC para a 1,2-NQ e a partir de 265 ºC para a 9,10-FQ.⁷⁶ Esta menor estabilidade pode ser explicada com base nas interaçoes intermoleculares de grupos carbonila em posiçao adjacente.⁷⁶ Considerando que nos métodos cromatográficos reportados na literatura aberta¹⁰ a 1,2-NQ é detectada por CG-EM quando a temperatura da coluna está em 195 ºC e a 9,10-FQ em 231 ºC, revelando assim a determinaçao direta destes compostos.^40,74

Outras técnicas, ainda nao utilizadas na determinaçao de quinonas, poderao melhorar a etapa de preparaçao bem como a sensibilidade. Um exemplo é a injeçao de grande volume (LVI) em sistema de CG que constitui uma das condiçoes necessárias para cumprir esses objetivos. Por exemplo, injetando maior volume de amostra ocorre o aumento da sensibilidade do método e / ou reduz a necessidade de concentraçao de extrato. Além disso, uma técnica de LVI pode servir como uma interface para ligaçao em linha de GC com uma etapa de preparaçao da amostra, tal como extracçao em fase sólida (SPE), ou com cromatografia líquida (LC) para separaçoes melhoradas usando bidimensional LC-GC.⁷⁸ Entretanto, a maioria dos estudos relata a necessidade do uso de reaçoes de derivatizaçao para a quantificaçao de quinonas por cromatografia gasosa.^40,74

Reaçoes de derivatizaçao

Reaçoes de derivatizaçao sao utilizadas, quando necessário, como tratamento preliminar de amostras para torná-las adequadas ao método de análise. Compostos orgânicos polares, por exemplo, sao convertidos em derivados menos polares e mais voláteis antes da análise por CG ou menos volátil para análise por cromatografia líquida (CL). Entretanto, as técnicas de derivatizaçao sao específicas para as diversas classes de compostos e requer cuidados especiais na sua escolha, que deve observar a complexidade do procedimento de derivatizaçao, a necessidade de padroes e a abrangência da biblioteca de espectros de massas.

Na literatura aberta existem três métodos que sao os mais utilizados para derivatizaçao de quinonas,^34,40,56 que envolvem a formaçao de derivados acetilados, derivados tipo oximas e derivados imidazólicos. Estes métodos, em geral, envolvem grande variedade de reagentes e de etapas manipulaçao, aquecimento e pequenos volumes de analitos. A complexidade dos processos envolvendo as reaçoes químicas contrasta com a necessidade de determinar compostos em baixos níveis de concentraçao em amostras ambientais, como no caso das quinonas. A seguir, serao descritos os três métodos de derivatizaçao citados, com o objetivo de explicitar as etapas envolvidas e a sua complexidade.

Formaçao de derivados acetilados

Neste procedimento cuja reaçao geral está representada na Figura 9, 80 mL do extrato contendo os analitos sao concentrados sob fluxo de nitrogênio até aproximadamente 50 µL, sendo entao acrescentados 100 mg de zinco em pó e 200 µL de anidrido acético.³⁹ O sistema é entao fechado, aquecido a 80 °C durante 15 minutos e, posteriormente, resfriado à temperatura ambiente. Uma nova porçao de 100 mg de zinco em pó é adicionada e o processo de aquecimento é repetido pelo mesmo tempo. A reaçao é interrompida por adiçao de 0,5 mL de água e 3,0 mL de pentano, seguida de centrifugaçao a 2000 rpm. A fase orgânica é coletada e evaporada sob nitrogênio até a secura. O material obtido é dissolvido em 80 µL de acetonitrila e submetido à análise por CG-EM.³⁴

 

 

Formaçao de derivados PFBHA-oximas

Neste experimento cuja reaçao geral está representada na Figura 10, 150 µL de uma mistura ACN/DCM (9:1) sao adicionados a 50 µL do extrato concentrado, com o objetivo de alcançar um volume total de 200 µL, sendo entao adicionados 5 µL de soluçao metanólica de O-(2,3,4,5,6-pentafluorobenzil)hidroxilamina (PFBHA) (200 mmol L^-1) e o sistema é deixado em repouso por 24 horas. Após este período é realizada a análise por CLAE ou CG.⁴⁰

 

 

Formaçao de derivados imidazólicos

Neste procedimento cuja reaçao geral está representada na Figura 11, uma alíquota de 50 µL de soluçao metanólica de benzaldeído 0,2 mol L^-1 e 50 µL de acetato de amônio 0,5 mol L^-1 em soluçao de ácido acético sao adicionados a 100 µL do extrato metanólico que contém os analitos. Esta mistura, em um sistema fechado, é colocada sob agitaçao e aquecimento (100 °C) durante 30 minutos, sendo entao submetida à análise por CLAE.⁵⁶

 

 

A Figura 12 representa os esquemas analíticos dos três procedimentos de derivatizaçao descritos. É relevante destacar que em todos os esquemas, o número de etapas, reagentes utilizados, operaçoes realizadas, bem como o tempo requerido para completar os procedimentos sao conflitantes com os pequenos volumes utilizados. Por outro lado, o número de amostras que um profissional poderá processar numa jornada de trabalho é incompatível com estudos ambientais que requer um grande número de determinaçoes. Deste modo, esforços têm sido realizados no sentido de quantificar as quinonas diretamente, evitando assim a etapa de derivatizaçao.

 

 

Resultados obtidos na quantificaçao de quinonas por CG-EM utilizando a quantificaçao direta e derivatizaçao produzindo estéres⁸⁰ revelaram limites de detecçao significativamente menores para 1,2-NQ, 1,4-NQ e 9,10-FQ (Tabela 4).

 

 

Resultados posteriores,⁴⁰ utilizando HPLC-APCI-ITMS e derivatizaçao com PFBHA formando oximas revelaram um aumento significativo da sensibilidade analítica. No caso das quinonas 1,2-NQ, 1,4-NQ, 9,10-FQ os novos limites de detecçao alcançados⁴⁰ foram cerca de uma ordem de grandeza menores do que aqueles encontrados anteriormente⁸⁰ e no caso da 9,10-AQ a diferença é menor em duas ordens de grandeza do que o seu derivado diacetilado (Tabela 5).⁸⁰

 

 

A reaçao de acetilaçao³⁴ é a mais utilizada na quantificaçao de quinonas. Entretanto, é importante ressaltar que esta reaçao, como já registrado anteriormente, apresenta alguns aspectos críticos que podem resultar em perdas do analito de interesse. O primeiro aspecto refere-se à pré-concentraçao do extrato da amostra. O segundo refere-se à adiçao de duas porçoes de zinco que implica na abertura do sistema de reaçao antes que a mesma seja concluída, podendo haver perdas por volatilizaçao. Outro aspecto crítico é a falta de informaçoes sobre o tempo necessário para a reaçao se completar,⁸⁰ uma vez que esta é interrompida sem uma referência temporal, com a pré-suposiçao de que esteja concluída.

A geraçao de derivados com PFBHA⁴⁰ elimina alguns problemas encontrados na reaçao de acetilaçao, uma vez que nao há aquecimento nem abertura do sistema após adiçao do reagente. Por outro lado, o tempo de reaçao de 24 horas é excessivamente longo quando comparado com outros métodos.

A formaçao de derivados imidazólicos⁵⁶ tem como fator limitante a estrutura da molécula da quinona a ser derivatizada, pois é necessário que possua as carbonilas em posiçao adjacente. Adicionalmente, a reaçao utiliza reagentes dissolvidos em metanol e o sistema é aquecido até 100 ºC, o que, aparentemente, representa uma contradiçao.

Estudo recente⁴¹ comparando os métodos de determinaçao de quinonas por CG-EM, utilizando as formas livre e derivatizada por acetilaçao,⁸⁰ revelou, nas condiçoes utilizadas, que nao existem diferenças significativas nos resultados obtidos.

No novo método⁴¹ foram avaliados os seguintes parâmetros: faixa linear, linearidade, precisao, limite de detecçao (LOD) e limite de quantificaçao (LOQ). Os limites de detecçao para as cinco quinonas estudadas (1,4-BQ, 1,2-NQ, 1,4-NQ, 9,10-FQ, 9,10-AQ) para os métodos direto e derivatizado, estiveram, respectivamente, nas faixas de 0,01-2,18 mg L^-1, e 0,05-0,20 mg L^-1. Enquanto que os limites de quantificaçao estiveram, respectivamente na faixa de 0,05-4,37 mg L^-1 e 0,35-0,47 mg L^-1. Os métodos foram aplicados com sucesso em 86 amostras reais de material particulado atmosférico. Neste, a amostra é extraida em um frasco âmbar contendo 10 mL de uma mistura DCM : ACN (2:1). A mistura foi sonicada por 24 minutos em um banho de água a 25 °C, o extrato foi filtrado, evaporado sob um fluxo de nitrogênio e redissolvido em 1,0 mL de ACN⁴⁰. Os resultados obtidos com as 86 amostras analisadas revelaram uma excelente correlaçao: [quinona livre] = 1,1822 [quinona acetilada], R = 0,9366.

Concentraçoes de quinonas na atmosfera

Além das fontes biogênicas e antrópicas, as reaçoes fotoquimicas na atmosfera, especialmente as envolvendo NO₃, ozônio e radicais OH, favorecem a formaçao secundária de quinonas, resultando em aumento nas concentraçoes das quinonas presentes na fase vapor,⁵⁴ com um máximo sendo alcançado no verao.¹⁰ Por outro lado, no periodo de inverno espera-se maiores concentraçoes na fase particulada(MP_2,5), especialmente em locais sem atividade fotoquímica significativa.¹⁰ Neste caso, a principal fonte destes compostos é a combustao. É provável que as baixas temperaturas no periodo de inverno inibam as reaçoes fotoquímicas e desloquem o equilibrio entre vapor e material particulado (MP) favorecendo a adsorçao/absorçao das quinonas no material particulado.⁸

A quantificaçao simultânea de quinonas associadas ao material particulado atmosférico e em fase vapor ainda é escassa. Existem poucas informaçoes sobre a distribuiçao de concentraçoes dessas substâncias, em diferentes fases, disponíveis na literatura. O equilíbrio entre as fases vapor e particulada tem relaçao direta com a pressao de vapor das quinonas (Tabela 2) e depende da temperatura local e, consequentemente, das estaçoes do ano.^54,79 Assim, 1,4-BQ e 1,2-NQ predominam na fase vapor; a 1,4-NQ está distribuída entre as fases vapor e particulada; e 9,10-FQ e 9,10-AQ predominam associadas ao material particulado atmosférico, como pode ser observado nos resultados experimentais registrados na Tabela 6.^34,54,80,81

 

 

Estudos recentes⁴¹ relacionados à determinaçao das quinonas, 1,4-benzoquinona, 1,2-naftoquinona, 1,4-naftoquinona, 9,10-fenantraquinona e 9,10-antraquinona, em material particulado atmosférico fino (DP < 2,5 mm) em amostras coletadas em um terminal de ônibus em Salvador, Bahia, revelaram que a quinona de maior concentraçao foi a 9,10-FQ (7,39 ng m^-3), que é altamente tóxica.⁴⁰ A sua presença em amostras ambientais representa riscos para a saúde, especialmente aqueles relacionados com doenças cardiopulmonares.⁸⁰

 

CONSIDERAÇOES FINAIS

A presença de quinonas na fase vapor e associadas ao material particulado atmosférico vem sendo estudada com certa frequência. Entretanto, devido às dificuldades analíticas relacionadas com a reatividade e baixas concentraçoes, o seu impacto ambiental ainda nao está bem estabelecido. Novos estudos sao necessários para um melhor conhecimento sobre a toxicidade e as fontes diretas e indiretas de quinonas, bem como sobre as transformaçoes que ocorrem na atmosfera.

Estudos envolvendo câmaras de reaçao a com geraçao de quinonas ou HPA e suas transformaçoes poderao ser de grande relevância.

 

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq, à CAPES, à FAPESB, à FINEP e à Petrobras pelo auxílio financeiro.

 

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