Хлорорганично съединение, хлоровъглерод или хлориран въглеводород, е органично вещество, съдържащо поне един ковалентно свързан хлорен атом, който влияе върху химичното поведение на молекулата. Класът хлороалкани (алкани с един или повече водородни атома, заменени с хлор) предоставя общи примери. Широкото структурно разнообразие и различните химични свойства на органохлорите водят до широк спектър от имена и приложения. Органохлоридите са много полезни вещества в много приложения, но някои от тях представляват сериозен екологичен проблем.
Влияние върху имоти
Хлорирането променя физичните свойства на въглеводородите по няколко начина. Съединенията са склонни да бъдат по-плътни от водата поради по-високото атомно тегло на хлора в сравнение с водорода. Алифатните органохлориди са алкилиращи агенти, тъй като хлоридът е напускащата група.
Определяне на органохлорни съединения
Много такива съединения са изолирани от естествени източници, от бактерии до хора. Хлорираните органични съединения се намират в почти всеки клас биомолекули, включително алкалоиди, терпени, аминокиселини, флавоноиди, стероиди и мастни киселини. Органохлоридите, включително диоксините, се образуват във високотемпературната среда на горски пожари, а диоксините са открити в запазената пепел от пожари от мълнии, предшестващи синтетичните диоксини.
В допълнение, различни прости хлорирани въглеводороди, включително дихлорометан, хлороформ и въглероден тетрахлорид, са изолирани от морски водорасли. По-голямата част от хлорометана в околната среда се образува естествено чрез биоразграждане, горски пожари и вулкани. Хлорорганичните съединения в маслото също са широко известни (съгласно GOST - R 52247-2004).
Епибатидин
Естествен органохлорен епибатидин, алкалоид, изолиран от дървесни жаби, има силен аналгетичен ефект и стимулира изследванията на нови болкоуспокояващи. Жабите получават епибатидин чрез храната си и след това го изолират върху кожата си. Вероятни източници на храна са бръмбари, мравки, акари и мухи.
Алкани
Алканите и арилалканите могат да бъдат хлорирани при условия на свободни радикали с ултравиолетово лъчение. Степента на хлориране обаче е трудно да се контролира. Арилхлоридите могат да бъдат получени чрез халогениране на Friedel-Crafts, като се използва хлор и катализатор с киселина на Люис. Методи за определяне на органохлорсъединения включват включително използването на този катализатор. Други методи също са споменати в статията.
Реакцията на халоформ, използваща хлор и натриев хидроксид, също е способна да генерира алкилхалогениди от метилкетони и свързани съединения. Преди това хлороформът се произвеждаше по този начин.
Хлорът добавя алкени и алкини към множество връзки, давайки ди- или тетрахлоро съединения.
Алкилови хлориди
Алкиловите хлориди са универсални градивни елементи в органичната химия. Въпреки че алкилбромидите и йодидите са по-реактивоспособни, алкилхлоридите са по-евтини и по-лесно достъпни. Алкилхлоридите лесно се атакуват от нуклеофили.
Нагряването на алкилхалогениди с натриев хидроксид или вода дава алкохоли. Реакция с алкоксиди или ароксиди дава естери в етерния синтез на Уилямсън; реакции с тиоли дават тиоетери. Алкилхлоридите лесно реагират с амини, за да образуват заместени амини. Алкилхлоридите се заменят с по-меки халогениди като йодид в реакцията на Финкелщайн.
Възможна е и реакция с други псевдохалиди като азид, цианид и тиоцианат. В присъствието на силна основа, алкилхлоридите се подлагат на дехидрохалогениране, за да образуват алкени или алкини.
Алкилови хлориди реагират с магнезий, за да образуват реагенти на Гриняр, превръщайки електрофилно съединение в нуклеофилно. Реакцията на Wurtz комбинира два алкилхалогенида с натрий по редуциращ начин.
Заявление
Най-голямото приложениеорганохлорната химия е производството на винилхлорид. Годишното производство през 1985 г. е около 13 милиарда килограма, почти всички от които са превърнати в поливинилхлорид (PVC). Определянето на хлорорганични съединения (според GOST) е процес, който не може да се извърши без специално стандартизирано оборудване.
Повечето нискомолекулни хлорирани въглеводороди като хлороформ, дихлорометан, дихлороетан и трихлороетан са полезни разтворители. Тези разтворители обикновено са относително неполярни; следователно те не се смесват с вода и са ефективни при почистване като обезмасляване и химическо чистене. Това пречистване се отнася и за методите за определяне на органохлорни съединения (маслото и други вещества са много богати на тези съединения).
Най-важният е дихлорометанът, който се използва главно като разтворител. Хлорометанът е предшественик на хлорсиланите и силиконите. Исторически значим, но по-малък е хлороформът, главно предшественик на хлородифлуорометан (CHClF2) и тетрафлуороетен, който се използва при производството на тефлон.
Двете основни групи хлорорганични инсектициди са вещества като DDT и хлорирани алициклични разтвори. Техният механизъм на действие е малко по-различен от органохлорните съединения в маслото.
ДДТ-подобни съединения
ДДТ-подобни вещества действат върху периферната нервна система. В натриевия канал на аксона те предотвратяват затварянето на портата след активиране и деполяризация.мембрани. Натриевите йони проникват през нервната мембрана и създават дестабилизиращ отрицателен "пост потенциал" с повишена нервна възбудимост. Това изтичане причинява повтарящи се разряди в неврона, спонтанно или след единичен стимул.
Хлорираните циклодиени включват алдрин, диелдрин, ендрин, хептахлор, хлордан и ендосулфан. Продължителността на експозицията от 2 до 8 часа води до намаляване на активността на централната нервна система (ЦНС), последвано от раздразнителност, треперене и след това гърчове. Механизмът на действие е да свързва инсектициди на мястото на GABA в хлоридния йонофорен комплекс на гама-аминомаслена киселина (GABA), което предотвратява навлизането на хлорида в нерва.
Други примери включват дикофол, мирекс, кепон и пентахлорфенол. Те могат да бъдат или хидрофилни, или хидрофобни, в зависимост от тяхната молекулярна структура.
Бифенили
Полихлорираните бифенили (PCBs) някога са били широко използвани електрически изолатори и течности за пренос на топлина. Използването им обикновено е прекратено поради опасения за здравето. ПХБ са заменени с полибромирани дифенил етери (PBDE), които причиняват подобна токсичност и проблеми с биоакумулацията.
Някои видове хлорорганични съединения са силно токсични за растенията или животните, включително хората. Диоксините, получени при изгаряне на органични вещества в присъствието на хлор, са устойчиви органични замърсители, които представляват опасност, когато се изпускат в околната среда, както и някои инсектициди (като напр.като DDT).
Например, DDT, който се използва широко за контрол на насекоми в средата на 20-ти век, също се натрупва в хранителните вериги, като неговите метаболити DDE и DDD, и причинява проблеми с репродуктивната система (например изтъняване на яйчени черупки) при някои видове птици. Някои съединения от този тип, като сярен иприт, азотен иприт и луизит, дори се използват като химически оръжия поради тяхната токсичност.
Интоксикация с органохлорни съединения
Въпреки това, наличието на хлор в органично съединение не осигурява токсичност. Някои органохлориди се считат за достатъчно безопасни за употреба в храни и лекарства. Например грахът и бобът съдържат естествения хлориран растителен хормон 4-хлориндол-3-оцетна киселина и подсладителя сукралоза (Splenda) се използват широко в диетичните продукти.
Към 2004 г. най-малко 165 органохлорида са одобрени в световен мащаб за употреба като фармацевтични продукти, включително естествения антибиотик ванкомицин, антихистаминът лоратадин (Claritin), антидепресантът сертралин (Zoloft), антиепилептичният ламотриджин (Lamotrigine). и лекарства за вдишване. анестетик изофлуран. Необходимо е да се познават тези съединения, за да се определят хлорорганичните съединения в маслото (съгласно GOST).
открития на учени
Рейчъл Карсън представи на обществеността токсичността на DDT върху пестицидите в своята книга от 1962 г. Silent Spring. Въпреки че много страни са спрелиупотребата на определени видове органохлорни съединения, като например забраната на ДДТ в САЩ, устойчиви ДДТ, ПХБ и други органохлорни остатъци, все още се срещат при хора и бозайници по цялата планета, много години след като производството и употребата са били ограничени.
В арктическите региони особено високи нива се откриват при морските бозайници. Тези химикали са концентрирани в бозайниците и дори се намират в човешката кърма. При някои видове морски бозайници, особено тези, които произвеждат високомаслено мляко, мъжете са склонни да имат много по-високи нива, тъй като женските намаляват концентрациите, като предават вещества на потомството чрез лактация. Също така тези вещества могат да бъдат намерени в маслото, което е важно да се вземе предвид при определяне на хлорорганични съединения в маслото (според GOST). Обикновено се отнася до пестициди, въпреки че може да се отнася и за всяко съединение от този тип.
Органохлорните пестициди могат да бъдат класифицирани според тяхната молекулярна структура. Циклопентадиеновите пестициди са алифатни пръстенни структури, получени от реакциите на Пентахлорциклопентадиен на Diels-Alder и включват хлордан, нонахлор, хептахлор, хептахлор епоксид, диелдрин, алдрин, ендрин, мирекс и кепон. Други подкласове органохлорни пестициди са семейството на DDT и изомери на хексахлорциклохексан. Всички тези пестициди имат ниска разтворимост и летливост и са устойчиви на процеси на разграждане в околната среда. Тяхната токсичност и устойчивост в околната среда са довели до тяхнотоограничение или спиране за повечето употреби в Съединените щати.
Пестициди
Органохлорните пестициди са много ефективни за унищожаване на вредители, особено насекоми. Но много от тези химически продукти се възприемат негативно от екологичните активисти и потребителите поради един добре познат и сега забранен органохлорен пестицид: дихлордифенилтрихоетан, по-известен като DDT.
Органохлорните пестициди са химикали с въглерод, хлор и водород. Както обясни Службата за риба и дива природа на САЩ, връзките хлор-въглерод са особено силни, което предотвратява бързото разграждане или разтваряне на тези химикали във вода. Химикалът също така привлича мазнини и се натрупва в мастната тъкан на животните, които го консумират.
Химичната дълготрайност на органохлорните пестициди е една от причините той да е толкова ефективен като инсектицид и потенциално вреден - може да защити културите за дълго време, но също така може да остане в тялото на животно.
Заедно с DDT, US EPA забрани използването на други органохлорни пестициди като алдрин, диелдрин, хептахлор, мирекс, хлордекон и хлордан. Европа забрани по подобен начин много органохлорни пестициди, но и в двата региона органохлорните химикали все още са активни съставки в редица продукти за борба с вредителите за дома, градината и околната среда.околната среда, според EPA. Органохлорните пестициди също са изключително популярни в развиващите се страни по света за селскостопанска употреба.
Независимо дали проучвате земеделска земя, за да сте сигурни, че все още е пълна с летни органохлорни пестициди, или проверявате водата за органохлорни съединения, тестването е най-добрият начин да разберете дали тези химикали са близо до вас. EPA методи 8250A и 8270B могат да се използват за тестване на тези химикали. 8250A може да тества отпадъци, почва и вода, докато 8270B използва газова хроматография/масспектрометрия (GC/MS).
Въпреки че органохлорните пестициди са най-известни с това, че увреждат способността на някои птици да снасят здрави яйца, е известно, че тези химикали влияят неблагоприятно върху хората, които консумират или вдишват пестициди. Случайното вдишване или консумация на замърсена риба или животинска тъкан е най-вероятният начин за поглъщане на органохлорни пестициди. За да се потвърди, че някой има признаци на отравяне с органохлор, кръв или урина обикновено се изпращат до университет или правителствена агенция, която използва GC/MS за тестване на химически съединения.
Признаци на отравяне
Предупредителните признаци за токсичност с органохлорни пестициди включват гърчове, халюцинации, кашлица, кожен обрив, повръщане, коремна болка, главоболие, объркване и евентуално респираторнинедостатъчност според Matthew Wong, PhD, PhD, и Beth Israel Deaconess Medical Center, Medscape. Въпреки че има забрани за много от тези пестициди в САЩ и Европа, използването им в други части на света и съхранението в части от САЩ и Европа създават ситуации, при които все още е възможно отравяне с органохлор..
Органохлорните пестициди включват голям брой устойчиви химикали, които са едновременно ефективни и носят значителен риск в световен мащаб.
Въпреки че халогенираните органични съединения са относително редки в природата в сравнение с нехалогенираните, много такива съединения са изолирани от естествени източници, от бактерии до хора. Има примери за естествени хлорни съединения, открити в почти всеки клас биомолекули, включително алкалоиди, терпени, аминокиселини, флавоноиди, стероиди и мастни киселини.
Органохлоридите, включително диоксините, се образуват във високотемпературната среда на горските пожари, а диоксините са открити в запазената пепел от пожари от мълнии, предшестващи синтетичните диоксини. В допълнение, различни прости хлорирани въглеводороди, включително дихлорометан, хлороформ и въглероден тетрахлорид, са изолирани от морски водорасли.
По-голямата част от хлорометана в околната среда се произвежда естествено чрез биоразграждане, горски пожари и вулкани. Естественият органохлорен епибатидин, алкалоид, изолиран от дървесни жаби, има силен аналгетичен ефект истимулира изследванията на нови болкоуспокояващи.
Диоксини
Някои видове хлорорганични съединения са силно токсични за растенията или животните, включително хората. Диоксините, образувани при изгаряне на органична материя в присъствието на хлор, и някои инсектициди, като DDT, са устойчиви органични замърсители, които представляват опасности за околната среда. Например, прекомерната употреба на ДДТ в средата на ХХ век, който се натрупва в животните, доведе до сериозен спад в популациите на някои птици. Хлорираните разтворители, ако се използват неправилно и се изхвърлят, създават проблеми със замърсяването на подпочвените води.
Някои органохлориди, като фосген, дори са били използвани като химически бойни агенти. Някои от изкуствено създадените и токсични органохлориди, като DDT, ще се натрупват в тялото с всяка експозиция, което в крайна сметка ще доведе до смъртоносни количества, тъй като тялото не може да ги разгради или да се отърве от тях. Въпреки това, наличието на хлор в органично съединение по никакъв начин не гарантира токсичност. Много органохлорни съединения са достатъчно безопасни за употреба в храни и лекарства.
Например, грахът и бобът съдържат естествения хлориран растителен хормон 4-хлориндол-3-оцетна киселина (4-Cl-IAA) и подсладителят сукралоза (Splenda) се използват широко в диетичните продукти. Към 2004 г. най-малко 165хлорорганични съединения за употреба като фармацевтични продукти, включително антихистамин лоратадин (Claritin), антидепресант сертралин (Zoloft), антиепилептичен ламотригин (lamiktal) и инхалационен анестетик изофлуран.
Откриване на Рейчъл Карсън
С Silent Spring (1962), Рейчъл Карсън привлече общественото внимание към проблема с органохлорната токсичност. Докато много страни са преустановили употребата на някои видове от тези съединения (като забраната на ДДТ в САЩ в резултат на работата на Карсън), устойчиви органохлориди продължават да се наблюдават при хора и бозайници по цялата планета на потенциално вредни нива много години след това. производство. Използването им е ограничено.
Хлорорганичните съединения (съгласно GOST) са включени в списъка на веществата, опасни за хората.
