Phytotoxicity of Ionic Liquid Containing Phosphorus Atom

• Autorzy: Biczak R. , Pawłowska B. , Bałczewski P. , Bachowska B. , Herman B.

Warianty tytułu

PL

Fitotoksyczność cieczy jonowej zawierającej atom fosforu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Ionic liquids are low melting which have been accepted as new generation of polar solvents and catalysts. These compounds are non-volatile, non-flammable and their “green” character has usually been justified with their negligible vapor pressure. However, the marketing of any chemical substance, requires the determination of their impact on all the elements of nature. Determination of the potential ecotoxicity of new chemical compounds associated with the conduct of research on the effects of those compounds on the growth and development of selected organism. In the present work, the influence of triphenyl-n-pentylphosphonium iodide, introduced to the soil on germination and early stages of growth and development of superior plants was investigated using the plant growth test based on the OECD/OECD 208/2006. In this test, the seeds of selected species of land superior plants – spring barley (Hordeum vulgare) and common radish (Raphanus sativus L. subvar. radicula Pers.) were planted in pots containing soil to which a test chemical compound had been added and in pots with control soil. To evaluate the phytotoxicity of the triphenyl-n-pentylphosphonium iodide, the germination and (dry and fresh) weight of control plant seedlings were determined and compared with the germination and (dry and fresh) weight of the seedlings of plants grown in the soil with appropriate amounts of the test chemicals added. The visual assessment of any types of damage to the test species, such as growth inhibition, chlorosis and necrosis, based on the obtained results determined the size of the LOEC and the NOEC.

PL

Ciecze jonowe mające niskie temperatury topnienia zostały zakwalifikowane do nowej generacji polarnych rozpuszczalników organicznych i katalizatorów. Związki te są nielotne, niepalne, a ich „zielony” charakter jest związany z nieznacznym ciśnieniem par. Jednakże wprowadzenie do obrotu jakichkolwiek substancji chemicznych wymaga określenia ich wpływu na wszystkie elementy przyrody. Oznaczenie potencjalnej ekotoksyczności nowych związków chemicznych wiąże się z prowadzeniem badań dotyczących oddziaływania tych substancji na wzrost i rozwój wybranych organizmów. W przedstawionej pracy wpływ jodku trifenylo-n-pentylofosfoniowego wprowadzonego do gleby w różnych stężeniach, na wschody i wczesne stadia wzrostu i rozwoju roślin wyższych określono w badaniach fitotoksyczności w oparciu o przewodnik OECD/OCDE 208/2006. W przeprowadzonym eksperymencie nasiona wybranych gatunków lądowych roślin wyższych – jęczmienia jarego (Hordeum vulgare) i rzodkiewki zwyczajnej (Raphanus sativus L. subvar. radicula Pers.) wysiano do wazonów zawierających glebę, do której dodano badany związek chemiczny i do wazonów zawierających glebę kontrolną. Oceniając fitotoksyczność jodku trifenylo-n-pentylofosfoniowego, określono i porównano wschody i masę (suchą i zieloną) pędów roślin kontrolnych ze wschodami i masą (suchą i zieloną) pędów roślin rosnących na glebie, do której wprowadzono odpowiednie ilości związku. Dokonano ponadto oceny wizualnej wszystkich uszkodzeń badanych gatunków roślin, takich jak zahamowanie wzrostu, nekroza i chloroza oraz na podstawie otrzymanych wyników określono wielkości LOEC i NOEC.

Słowa kluczowe

EN

ionic liquids; phytotoxicity; land superior plants; spring barley; common radish; yield; dry weight; chlorosis; necrosis

PL

ciecze jonowe; fitotoksyczność; lądowe rośliny wyższe; jęczmień; rzodkiewka; plon; sucha masa; chloroza; nekroza

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 20, nr 6
• Strony: 621--630
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., tab., wykr., fot., rys.

Twórcy

autor

Biczak R.

• Institute of Chemistry, Environment Protection and Biotechnology, Jan Długosz University, ul. Armii Krajowej 13/15, 42–200 Częstochowa, Poland, phone: [phone], fax [phone]

autor

Pawłowska B.

• Institute of Chemistry, Environment Protection and Biotechnology, Jan Długosz University, ul. Armii Krajowej 13/15, 42–200 Częstochowa, Poland, phone: [phone], fax [phone]

autor

Bałczewski P.

• Institute of Chemistry, Environment Protection and Biotechnology, Jan Długosz University, ul. Armii Krajowej 13/15, 42–200 Częstochowa, Poland, phone: [phone], fax [phone]
• Center of Molecular and Macromolecular Studies, Polish Academy of Sciences, ul. Sienkiewicza 112, 90–363 Łódź, Poland

autor

Bachowska B.

• Institute of Chemistry, Environment Protection and Biotechnology, Jan Długosz University, ul. Armii Krajowej 13/15, 42–200 Częstochowa, Poland, phone: [phone], fax [phone]

autor

Herman B.

• Institute of Chemistry, Environment Protection and Biotechnology, Jan Długosz University, ul. Armii Krajowej 13/15, 42–200 Częstochowa, Poland, phone: [phone], fax [phone]

Bibliografia

• 1] Wilkes JS. A short history of ionic liquids – from molten salts to neoteric solvents. Green Chem. 2002;4:73-80. DOI: 10.1039/b110838g.
• [2] Erbeldinger M, Mesiano AJ, Russell AJ. Enzymatic Catalysis of formation of Z-aspartame in ionic liquids – an alternative to enzymatic catalysis in organic solvents. Biotechnol Prog. 2000;16:1129-1131. DOI: 10.1021/bp000094g.
• [3] Keskin S, Kayrak-Talay D, Akman U, Hortaçsu Ö. A review of ionic liquids towards supercritical fluid application. J Supercrit Fluids. 2007;4:150-180. DOI: 10.1016/j.supflu.2007.05.013.
• [4] Frąckowiak E, Lota G, Pernak J. Room-temperature phosphonium ionic liquids for supercapacitor application. Appl Phys Lett. 2005;86:164104-1-164104-3. DOI: 10.1063/1.1906320.
• [5] Cybulski J, Wiśniewska A, Kulig-Adamiak A, Dąbrowski Z, Praczyk T, Michalczyk A, Walkiewicz F, Materna K, Pernak J. Mandelate and prolinate ionic liquids: synthesis, characterization, catalytic and biological activity. Teyrahedron Lett. 2011;52:1325-1328. DOI: 10.1016/j.tetlet.2011.01.069.
• [6] Romero A, Santos A, Tojo J, Rodríquez A. Toxicity and biodegradability of imidazolium ionic liquids. J Hazard Mater. 2008;151:268-273. DOI:10.1016/j.jhazmat.2007.10.079.
• [7] Docherty KM, Kulpa ChF. Toxicity and antimicrobial activity of imidazolium and pyridinium ionic liquids. Green Chem. 2005;7:185-189. DOI: 10.1039/b419172b.
• [8] Bałczewski P, Bachowska B, Białas T, Biczak R, Wieczorek WM, Balińska A. Synthesis and phytotoxicity of new ionic liquids incorporating chiral cations and/or chiral anions. J Agric Food Chem. 2007;55:1881-1892. DOI:10.1021/jf062849q.
• [9] Pernak J, Stefaniak F, Węglewski J. Phosphonium acesulfamate based ionic liquids. Eur J Org Chem. 2005:650-652. DOI: 10.1002/ejoc.200400658.
• [10] Pernak J, Feder-Kubis J. Synthesis and properties of chiral ammonium-based ionic liquids. Chem Eur J. 2005;11:4441-4449. DOI: 10.1002/chem.200500026.
• [11] Pernak J, Feder-Kubis J, Cieniecka-Rosłonkowicz A, Fishmeister C, Griffin ST, Rogers RD. Synthesis and properties of chiral imidazolium ionic liquids with a (1R,2S,5R-()-menthoxymethyl substituent. New J Chem. 2007;31:879-892. DOI: 10.1039/b616215k.
• [12] Pernak J, Borucka N, Walkiewicz F, Markiewicz B, Fochtman P, Stolte S, Steudte S, Stepnowski P. Synthesis, toxicity, biodegradability and physiocochemical properties of 4-benzyl-4-methylmorpholinum-based ionic liquids. Green Chem. 2001;13:2901-2910. DOI: 10.1039/clgc15468k. [13] Pham TPT, Cho C-W, Yun Y-S. Environmental fate and toxicity of ionic liquids: A review. Water Res. 2010;44:352-372. DOI: 10.1016/j.watres.2009.09.030.
• [14] Latała A, Nędzi M, Stepnowski P. Toxicity of imidazolium ionic liquids towards alga. Influence of salinity variations. Green Chem. 2010;12:60-64. DOI: 10.1039/b918355h.
• [15] Kulacki KJ, Lamberti GA. Toxicity of imidazolium ionic liquids to freshwater algae. Green Chem. 2008;10:104-110. DOI: 10.1039/b709289j.
• [16] Pretti C, Chiappe C, Baldetti I, Brunini S, Monni G, Intorre L. Acute toxicity of ionic liquids for three freshwater organisms: Pseudokirchneriella subcapitata, Daphnia manga and Danio rerio. Ecotoxicol Environ Saf. 2009;72:1170-1176. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2008.09.010.
• [17] Costello DM, Brown LM, Lamberti GA. Acute toxic effects of ionic liquids on zebra mussel (Dreissena polymorpha) survival and feeding. Green Chem. 2009;11:548-553. DOI: 10.1039/b822347e.
• [18] Biczak R, Bachowska B, Bałczewski P. Badanie fitotoksyczności cieczy jonowej chlorek 1-(metylo-tiometylo)-3-butyloimidazoliowy. Proc ECOpole, 2010;4(1):105-113.
• [19] Matzke M, Stolte S, Arning J, Uebers U, Filser J. Ionic liquids in soils: effects of different anion species of imidazolium based ionic liquids on wheat (Triticum aestivum) as affected by different clay minerals clay concentration. Ecotoxicology, 2009;18:197-203. DOI 10.1007/s10646-008-0272-3.
• [20] Salminen J, Papaiconomou N, Kumar RA, Lee J-M, Kerr J, Newman J, Prausnitz JM. Physicochemical properties and toxicities of hydrophobic piperidinium and pyrrolidinium ionic liquids. Fluid Phase Equilib. 2007;261:421-426. doi:10.1016/j.fluid.2007.06.031.
• [21] Cho Ch-W, Pham PTP, Jeon Y-Ch, Yun Y-S. Influence of anion on the toxic effects of ionic liquids to a phytoplankton Selenastrum capricornutum. Green Chem. 2008;10:67-72. DOI: 10.1039/b705520j.
• [22] Garczyńska M, Mazur A, Kostecka J. Wybrane aspekty toksykologii dżdżownic w kontekście zrównoważonego rozwoju. Zesz Nauk PTGleg. 2009;11:61-66.
• [23] Matzke M, Stolte S, Arning J, Uebers U, Filser J. Imidazolium based ionic liquids in soils: effects of the side chain length on wheat (Triticum aestivum) and cress (Lepidium sativum) as affected by different clays and organic matter. Green Chem. 2008;10:584-591. DOI: 10.1039/b717811e.
• [24] Matzke M, Stolte S, Böschen A, Filser J. Mixture effects and predictability of combination effects of imidazolium based ionic liquids as well as imidazolium based ionic liquids and cadmium on terrestrial plants (Triticum aestivum) and limnic green algae (Scenedesmus vacuolatus). Green Chem. 2008;10:784-792. DOI: 10.1039/b802350f.
• [25] Studzińska S, Buszewski B. Study of toxicity of imidazolium ionic liquids to watercress (Lepidium sativum L.). Anal Bioanal Chem. 2009;393:983-990. DOI 10.1007/s00216-008-2523-9.
• [26] Alvarenga P, Palma P, Gonçalves, Fernandez RM, Cunha-Queda AC, Duarte E, Vallini G. Evaluation of chemical and ecotoxicological characteristics of biodegradable organic residues for application to agricultural land. Environ Int. 2007;33:505-513. DOI: 10.1016/j.envint.2006.11.006.
• [27] Kudłak B, Wolska L, Namieśnik J. Determination of LC50 toxicity data of selected heavy metals toward Heterocypris incongruens and their comparison to “direct-contact” and microbiotests. Environ Monit Assess. 2011;174:509-516. DOI 10.1007/s10661-010-1474-8.
• [28] Wolska L, Sagajdakow A, Kuczyńska A, Namieśnik J. Application of ecotoxicological studies in integrated environmental monitoring: Possibilities and problems. Trends Anal Chem. 2007;26(4):332-344. DOI: 10.1016/j.trac.2006.11.012.
• [29] OECD/OCDE, Guidelines for the Testing of Chemicals. Terrestrial Plant Test: Seedling Emergence and Seedling Growth Test, 208/2006.
• [30] PN-ISO 11269-2:2001, Oznaczanie wpływu zanieczyszczeń na florę glebową. Wpływ związków chemicznych na wschody i wzrost roślin wyższych.
• [31] PN-EN 13432: Opakowania – Wymagania dotyczące opakowań przydatnych do odzysku przez kompostowanie i biodegradację – Program badań i kryteria oceny do statecznej akceptacji opakowań, 2002