1. Prediction of the Fate of Organic Compounds in the Environment From Their Molecular Properties: A Review
- Author
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Carole Bedos, Pierre Benoit, Xavier Louchart, Cecile Miege, Fabienne Bessac, Fabrice Martin-Laurent, Laure Mamy, Dominique Patureau, Enrique Barriuso, Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (ECOSYS), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-AgroParisTech, Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement [Narbonne] (LBE), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Ecole d'Ingénieurs de Purpan (INPT - EI Purpan), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Laboratoire d'étude des Interactions Sol - Agrosystème - Hydrosystème (UMR LISAH), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [ Madagascar])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Agroécologie [Dijon], Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Bourgogne (UB)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement, Milieux aquatiques, écologie et pollutions (UR MALY), Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes ( ECOSYS ), AgroParisTech-Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ), Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement [Narbonne] ( LBE ), Institut national de la recherche agronomique [Montpellier] ( INRA Montpellier ) -Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro ), INPT, Ecole d'ingénieurs de Purpan, Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ), Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques ( LCPQ ), Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire d'étude des Interactions Sol - Agrosystème - Hydrosystème ( UMR LISAH ), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Institut de Recherche pour le Développement ( IRD ) -Institut de Recherche pour le Développement ( IRD [ Madagascar] ) -Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques ( Montpellier SupAgro ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université de Bourgogne ( UB ) -AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement, Milieux aquatiques, écologie et pollutions ( UR MALY ), and Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture ( IRSTEA )
- Subjects
Quantitative structure–activity relationship ,Environmental Engineering ,physicochemical properties ,[ CHIM ] Chemical Sciences ,biodegradation ,Dissociation (chemistry) ,[ SDE ] Environmental Sciences ,molecular descriptors ,Adsorption ,Desorption ,Molecular descriptor ,[CHIM]Chemical Sciences ,volatilization ,Waste Management and Disposal ,Dissolution ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,Water Science and Technology ,sorption ,Chemistry ,QSAR ,abiotic degradation ,Original Articles ,Biodegradation ,Pollution ,13. Climate action ,Environmental chemistry ,Soil water ,[SDE]Environmental Sciences - Abstract
International audience; A comprehensive review of quantitative structure-activity relationships (QSAR) allowing the prediction of the fate of organic compounds in the environment from their molecular properties was done. The considered processes were water dissolution, dissociation, volatilization, retention on soils and sediments (mainly adsorption and desorption), degradation (biotic and abiotic), and absorption by plants. A total of 790 equations involving 686 structural molecular descriptors are reported to estimate 90 environmental parameters related to these processes. A significant number of equations was found for dissociation process (pKa), water dissolution or hydrophobic behavior (especially through the KOW parameter), adsorption to soils and biodegradation. A lack of QSAR was observed to estimate desorption or potential of transfer to water. Among the 686 molecular descriptors, 5 were found to be dominant in the 790 collected equations and the most generic ones: four quantum-chemical descriptors, the energy of the highest occupied molecular orbital (EHOMO) and the energy of the lowest unoccupied molecular orbital (ELUMO), polarizability (α) and dipole moment (μ), and one constitutional descriptor, the molecular weight (MW). Keeping in mind that the combination of descriptors belonging to different categories (constitutional, topological, quantum-chemical…) led to improve QSAR performances, these descriptors should be considered for the development of new QSAR, for further predictions of environmental parameters. This review also allows finding of the relevant QSAR equations to predict the fate of a wide diversity of compounds in the environment.
- Published
- 2015
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