Хлорорганическое з’єднання, хлоруглерод або хлорований вуглеводень, – це органічна речовина, що містить принаймні один ковалентно зв’язаний атом хлору, який впливає на хімічну поведінку молекули. Клас хлоралканов (алкани з одним або декількома атомами водню, заміщеними хлором) дає загальні приклади. Широке структурну різноманітність і різні хімічні властивості хлорорганічних сполук призводять до широкого спектру назв і областей застосування. Органохлоріди є дуже корисними речовинами у багатьох областях застосування, але деякі з них представляють серйозну екологічну проблему.
Вплив на властивості
Хлорування змінює фізичні властивості вуглеводнів кількома способами. З’єднання, як правило, більш щільні, ніж вода, з-за більш високого атомної ваги хлору порівняно з воднем. Аліфатичні органохлоріди є алкілуючими агентами, тому що хлорид є минає групою.
Визначення хлорорганічних сполук
Багато такі сполуки були виділені з природних джерел, від бактерій до людей. Хлоровані органічні сполуки містяться майже в кожному класі біомолекул, включаючи алкалоїди, терпени, амінокислоти, флавоноїди, стероїди і жирні кислоти. Органохлоріди, включаючи діоксини утворюються у високотемпературному середовищі лісових пожеж, а діоксини були виявлені у збереженому попелі пожеж, спричинених блискавкою, які передували синтетичним діоксинів.
Крім того, різні прості хлоровані вуглеводні, включаючи дихлорметан, хлороформ і чотирихлористий вуглець, були виділені з морських водоростей. Велика частина хлорметана в навколишньому середовищі утворюється природним шляхом у результаті біологічного розкладання, лісових пожеж і вулканів. Широко відомі і хлорорганічні сполуки в нафті (за Гостом – Р 52247-2004).
Эпибатидин
Природний хлорорганический эпибатидин, алкалоїд, виділений з деревних жаб, володіє сильним знеболюючим дією стимулює дослідження нових знеболюючих препаратів. Жаби отримують эпибатидин через їжу, а потім ізолюють його на шкірі. Вірогідними джерелами їжі є жуки, мурашки, кліщі і мухи.
Алкани
Алкани та арилалканы можуть бути хлорированы в умовах вільних радикалів з ультрафіолетовим випромінюванням. Однак ступінь хлорування важко контролювати. Арилхлориды можуть бути отримані галогенированием Фріделя-Крафтса з використанням хлору і кислотного каталізатора Льюїса. Методи визначення хлорорганічних сполук включають в себе в тому числі і застосування цього каталізатора. Інші методи також згадані в статті.
Реакція галоформа з використанням хлору й гідроксиду натрію також здатна генерувати алкилгалогениды з метилкетонов і споріднених сполук. Хлороформ раніше проводився таким чином.
Хлор додає до множинних зв’язків алкени і алкины, даючи ді – або тетрахлорсоединения.
Алкилхлориды
Алкилхлориды є універсальними ” будівельними блоками в органічній хімії. Хоча алкилбромиды і йодиди є більш реакционноспособными, алкилхлориды менш дорогі і більш доступні. Алкилхлориды легко піддаються атаці нуклеофілів.
Нагрівання алкилгалогенидов з гідроксидом натрію або водою дає спирти. Реакція з алкоксидами або ароксидами дає ефіри в синтезі ефіру Вільямсона; реакції з тиолами дають тиоэфиры. Алкилхлориды легко вступають в реакцію з амінами з утворенням заміщених амінів. Алкилхлориды заміщені більш м’якими галогенідами, такими як йодид, в реакції Фінкельштейна.
Також можлива реакція з іншими псевдогалогенидами, такими як азид, ціанід і тіоціанат. У присутності сильного підстави алкилхлориды піддаються дегидрогалогенированию з утворенням алкенів або алкіной.
Алкилхлориды реагують з магнієм з утворенням реактивів Гриньяра, перетворюючи электрофильное з’єднання в нуклеофильное. Реакція Вюрца відновлює чином з’єднує два алкилгалогенида з натрієм.
Застосування
Найбільшим застосуванням хлорорганической хімії є виробництво вінілхлориду. Річний обсяг виробництва в 1985 році склав близько 13 мільярдів кілограмів, майже всі з яких були перетворені в полівінілхлорид (ПВХ). Визначення хлорорганічних сполук (за Гостом) є процесом, який неможливо здійснити без спеціального стандартизованого обладнання.
Більшість низькомолекулярних хлорованих вуглеводнів, таких як хлороформ, дихлорметан, дихлоретан та трихлорэтан, є корисними розчинниками. Ці розчинники мають тенденцію бути відносно неполярними; тому вони не змішуються з водою і ефективні при очищенні, такий як знежирення і хімічна чистка. Ця очищення також відноситься до методів визначення хлорорганічних сполук (нафту та інші речовини дуже багаті цими сполуками).
Найбільш важливим є дихлорметан, який в основному використовується в якості розчинника. Хлорметан є попередником хлорсиланов і силіконів. Історично значущим, але меншим за масштабом є хлороформ, в основному попередник хлордифторметана (CHClF2) і тетрафторэтена, який використовується при виробництві тефлону.
Двома основними групами хлорорганічних інсектицидів є речовини типу ДДТ і хлоровані алициклические розчини. Механізм їх дії трохи відрізняється від хлорорганічних сполук у нафті.
ДДТ-подібні з’єднання
ДДТ-подібні речовини впливають на периферичну нервову систему. У натриевом каналі аксона вони запобігають закриття воріт після активації і деполяризації мембрани. Іони натрію просочуються через нервову мембрану і створюють дестабілізуючий негативний «постпотенциал» з підвищеною збудливістю нерва. Ця витік викликає повторні розряди в нейроні або спонтанно, або після одного стимулу.
Хлоровані циклодиены включають альдрин, дильдрин, ендрин, гептахлор, хлордан і ендосульфан. Тривалість дії від 2 до 8 годин призводить до зниження активності центральної нервової системи (ЦНС), за якою слідують підвищена збудливість, тремор, а потім приступи. Механізм дії полягає у зв’язуванні інсектицидів на ділянці ГАМК у комплексі ионофоров хлориду гамма-аміномасляної кислоти (ГАМК), який перешкоджає надходженню хлориду у нерв.
Інші приклади включають дикофол, мірекс, кепон і пентахлорфенол. Вони можуть бути гідрофільними, або гідрофобними, в залежності від їх молекулярної структури.
Дифенилы
Поліхлоровані дифенилы (ПХД) колись були широко використовуваними електричними ізоляторами теплоносіями. Їх використання, як правило, було припинено із-за проблем зі здоров’ям. ПХБ були замінені полибромированными дифениловыми ефірами (ПБДЕ), які викликають аналогічні проблеми з токсичністю і біоакумуляцією.
Деякі типи хлорорганічних сполук мають значну токсичність для рослин або тварин, включаючи людину. Діоксини, які утворюються при спалюванні органічних речовин у присутності хлору, є стійкими органічними забруднювачами, які становлять небезпеку при їх викид в навколишнє середовище, як і деякі інсектициди (такі як ДДТ).
Наприклад, ДДТ, який широко використовувався для боротьби з комахами в середині 20-го століття, також накопичується в харчових ланцюгах, як і його метаболіти DDE і DDD, і викликає проблеми з репродуктивною системою (наприклад, витончення яєчної шкаралупи) у деяких видів птахів. Деякі сполуки такого типу, такі як сірчана гірчиця, азотна гірчиця і люїзит, навіть використовуються в якості хімічної зброї з-за своєї токсичності.
Інтоксикація хлорорганічними сполуками
Однак наявність хлору в органічному з’єднанні не забезпечує токсичність. Деякі органохлоріди вважаються достатньо безпечними для вживання в їжу та ліки. Наприклад, горох і боби містять природний хлорований рослинний гормон 4-хлориндол-3-оцтову кислоту та підсолоджувач сукралоза (Splenda) широко використовуються у дієтичних продуктах.
Станом на 2004 рік принаймні 165 органохлоридов були схвалені у всьому світі для використання в якості фармацевтичних препаратів, включаючи природний антибіотик ванкоміцин, антигістамін лоратадин (кларитин), антидепресант сертралін (золофт), антиэпилептический ламотриджин (ламиктал) та інгаляційні препарати. анестетик изофлуран. Знати ці сполуки обов’язково для визначення хлорорганічних сполук у нафті (за Гостом).
Висновки вчених
Рейчел Карсон представила громадськості питання про токсичність пестицидів ДДТ у своїй книзі «Безмовна весна» 1962 року. Незважаючи на те, що в багатьох країнах припинено використання деяких видів хлорорганічних сполук, таких як заборона США на ДДТ, стійкі ДДТ, ПХБ та інші залишки хлорорганічних сполук як і раніше виявляються у людей і ссавців по всій планеті через багато років після того, як виробництво і використання були обмежені.
В арктичних районах особливо високі рівні зустрічаються у морських ссавців. Ці хімічні речовини концентруються у ссавців і навіть містяться в грудному молоці людини. У деяких видів морських ссавців, особливо тих, які виробляють молоко з високим вмістом жиру, у самців, як правило, набагато більш високі рівні, так як самки знижують концентрацію, передаючи речовини потомству в результаті лактації. Також ці речовини можуть перебувати в нафті, що важливо враховувати під час визначення хлорорганічних сполук у нафті (за Гостом). Зазвичай це стосується пестицидів, хоча може також відноситися до будь-якого з’єднання такого типу.
Хлорорганічні пестициди можна класифікувати за їх молекулярних структур. Циклопентадиеновые пестициди являють собою аліфатичні циклічні структури, отримані в результаті реакцій Пентахлорциклопентадиена Дільса-Альдера, і включають хлордан, нонахлор, гептахлор, епоксид гептахлора, дильдрин, альдрин, ендрин, мірекс і кепон. Іншими підкласами хлорорганічних пестицидів є сімейство ДДТ і ізомери гексахлорциклогексана. Всі ці пестициди мають низьку розчинність і летючість і стійкі до процесів руйнування в навколишньому середовищі. Їх токсичність і стійкість у навколишньому середовищі привели до їх обмеження або призупинення для більшості видів застосування у Сполучених Штатах.
Пестициди
Хлорорганічні пестициди дуже ефективні для знищення шкідників, особливо комах. Але багато з цих хімічних продуктів негативно сприймаються екологічними активістами і споживачами з-за одного добре відомого і нині забороненого хлорорганического пестициду: дихлордифенилтрихорэтана, більш відомого як ДДТ.
Хлорорганічні пестициди відносяться до хімічних речовин з вуглецем, хлором і воднем. Як пояснила Служба рибного господарства і дикої природи США, хлор-вуглецеві зв’язки особливо міцні, що не дозволяє цим хімічним речовинам швидко руйнуватися або розчинятися у воді. Хімічна речовина також привертає жир накопичується в жировій тканині тварин, які його споживають.
Довговічність хімічного складу пестицидів є однією з причин, по якій він так само ефективний, як і інсектицид, і потенційно шкідливий – він може захищати сільськогосподарські культури протягом тривалого часу, але також може залишатися в організмі тварини.
Поряд з ДДТ агентство з охорони навколишнього середовища США заборонив використання інших хлорорганічних пестицидів, таких як альдрин, дильдрин, гептахлор, мірекс, хлордекон і хлордан. В Європі аналогічним чином заборонені багато хлорорганічні пестициди, але в обох цих регіонах хлорорганічні хімічні речовини, як і раніше, є активними інгредієнтами в ряді продуктів для боротьби з шкідниками в домашніх умовах, в саду і в навколишньому середовищі, згідно з даними EPA. Хлорорганічні пестициди також надзвичайно популярні в країнах по всьому світу для використання в сільському господарстві.
Незалежно від того, досліджуєте ви сільськогосподарські угіддя, щоб переконатися, що вони все ще заповнені літніми хлорорганічними пестицидами, або оглядаєте воду на наявність хлорорганічних сполук, тестування – найкращий спосіб дізнатися, чи є ці хімічні речовини поруч з вами. EPA методи 8250A і 8270B можуть бути використані для перевірки цих хімічних речовин. 8250A може тестувати відходи, грунт і воду, в той час як 8270B використовує газову хроматографію/мас-спектрометрію (ГХ/МС).
Хоча хлорорганічні пестициди найбільш відомі тим, що вони наносять шкоду здатності деяких птахів відкладати здорові яйця, відомо, що ці хімічні речовини негативно впливають на людей, які споживають або вдихають пестициди. Випадкове вдихання або вживання забрудненої риби або тканин тварин є найбільш імовірним способом проковтування хлорорганічних пестицидів. Щоб підтвердити, що хтось має ознаки отруєння хлорорганическим з’єднанням, кров або сечу зазвичай відправляють в університет або державна установа, яка використовує ГХ/МС для перевірки хімічних сполук.
Ознаки отруєння
Попереджувальні ознаки токсичності пестицидів включають судоми, галюцинації, кашель, шкірні висипи, блювоту, біль в животі, головний біль, сплутаність свідомості і, можливо, дихальну недостатність згідно Метью Вонгу, доктор філософії, доктор філософії, і медичного центру Beth Israel Deaconess, Medscape. Хоча в США і Європі існують заборони на багато з цих пестицидів, їх використання в інших частинах світу і зберігання в деяких частинах США і Європи створюють ситуації, коли отруєння хлорорганічними сполуками все ще можливі.
Хлорорганічні пестициди включають в себе велику кількість стійких хімічних речовин, які є ефективними і одночасно несуть значний ризик по всьому світу.
Хоча галогеновані органічні сполуки відносно рідкісні за своєю природою порівняно з негалогенированными, багато такі сполуки були виділені з природних джерел, від бактерій до людей. Існують приклади природних хлорвмісних сполук, що виявляються майже в кожному класі біомолекул, включаючи алкалоїди, терпени, амінокислоти, флавоноїди, стероїди і жирні кислоти.
Органохлоріди, в тому числі діоксини утворюються у високотемпературному середовищі лісових пожеж, а діоксини були виявлені у збереженому попелі пожеж, спричинених блискавкою, які передували синтетичним діоксинів. Крім того, різні прості хлоровані вуглеводні, включаючи дихлорметан, хлороформ і чотирихлористий вуглець, були виділені з морських водоростей.
Велика частина хлорметана в навколишньому середовищі утворюється природним шляхом у результаті біологічного розкладання, лісових пожеж і вулканів. Природний хлорорганический эпибатидин, алкалоїд, виділений з деревних жаб, володіє сильним знеболюючим дією стимулює дослідження нових знеболюючих препаратів.
Діоксини
Деякі типи хлорорганічних сполук мають значну токсичність для рослин або тварин, включаючи людину. Діоксини, які утворюються при спалюванні органічних речовин у присутності хлору, і деякі інсектициди, такі як ДДТ, є стійкими органічними забруднювачами, які становлять небезпеку для навколишнього середовища. Наприклад, надмірне використання ДДТ у середині двадцятого століття, яке накопичується у тварин, що призвело до серйозного скорочення популяцій деяких птахів. Хлоровані розчинники при неправильному поводженні з ними та їх утилізації створюють проблеми з забрудненням підземних вод.
Деякі органохлоріди, такі як фосген, навіть використовували бойових отруйних речовин. Деякі з штучно створених і токсичних органохлоридов, таких як ДДТ, будуть накопичуватися в організмі з кожним впливом, що в кінцевому підсумку призведе до смертельного кількості, тому що організм не може їх зруйнувати або позбавитися від них. Проте присутність хлору в органічному поєднанні жодним чином не забезпечує токсичність. Багато хлорорганічні сполуки досить безпечні для вживання в їжу та ліки.
Наприклад, горох і боби містять природний хлорований рослинний гормон 4-хлориндол-3-оцтова кислота (4-Cl-IAA) і підсолоджувач сукралоза (Splenda) широко використовуються у дієтичних продуктах. Станом на 2004 рік в усьому світі було схвалено, щонайменше, 165 хлорорганічних сполук для застосування в якості фармацевтичних препаратів, включаючи антигістамінні лоратадин (кларитин), антидепресант сертралін (золофт), антиэпилептический ламотриджин (ламиктал) та інгаляційний анестетик изофлуран.
Відкриття Рейчел Карсон
Книгою «Безмовна весна» (1962) Рейчел Карсон звернула увагу громадськості на проблему токсичності хлорорганічних сполук. У той час як багато країн припинили використання деяких типів цих сполук (таких як заборона США на ДДТ в результаті роботи Карсона), стійкі органохлоріди продовжують спостерігатися у людей і ссавців по всій планеті на потенційно небезпечних рівнях через багато років після виробництва. Їх використання було обмежене.
Хлорорганічні сполуки (за Гостом) входять у список речовин, небезпечних для людини.
