Związek chloroorganiczny, chlorowęgiel lub chlorowany węglowodór, to substancja organiczna zawierająca co najmniej jeden kowalencyjnie związany atom chloru, który wpływa na zachowanie chemiczne cząsteczki. Klasa chloroalkanów (alkanów z jednym lub większą liczbą atomów wodoru zastąpionych przez chlor) dostarcza ogólnych przykładów. Duża różnorodność strukturalna i różne właściwości chemiczne chloroorganicznych prowadzą do szerokiego zakresu nazw i zastosowań. Chlorki organiczne są bardzo przydatnymi substancjami w wielu zastosowaniach, ale niektóre z nich stanowią poważny problem dla środowiska.
Wpływ na nieruchomości
Chlorowanie zmienia właściwości fizyczne węglowodorów na kilka sposobów. Związki mają zwykle większą gęstość niż woda ze względu na wyższą masę atomową chloru w porównaniu z wodorem. Alifatyczne chlorki organiczne są środkami alkilującymi, ponieważ chlorek jest grupą opuszczającą.
Oznaczanie związków chloroorganicznych
Wiele takich związków zostało wyizolowanych z naturalnych źródeł, od bakterii po ludzi. Chlorowane związki organiczne znajdują się w prawie każdej klasie biocząsteczek, w tym w alkaloidach, terpenach, aminokwasach, flawonoidach, steroidach i kwasach tłuszczowych. Organiczne chlorki, w tym dioksyny, tworzą się w środowisku pożarów o wysokiej temperaturze, a dioksyny znaleziono w popiele zachowanym z pożarów piorunów, które poprzedzały syntetyczne dioksyny.
Ponadto różne proste chlorowane węglowodory, w tym dichlorometan, chloroform i tetrachlorek węgla, zostały wyizolowane z wodorostów. Większość chlorometanu w środowisku powstaje naturalnie w wyniku biodegradacji, pożarów lasów i wulkanów. Powszechnie znane są również związki chloroorganiczne w oleju (wg GOST - R 52247-2004).
Epibatydyna
Naturalna epibatydyna chloroorganiczna, alkaloid wyizolowany z żab drzewnych, ma silne działanie przeciwbólowe i stymuluje badania nad nowymi lekami przeciwbólowymi. Żaby pobierają epibatydynę z pokarmem, a następnie izolują ją na skórze. Prawdopodobnymi źródłami pożywienia są chrząszcze, mrówki, roztocza i muchy.
Alkany
Alkany i aryloalkany mogą być chlorowane w warunkach wolnych rodników za pomocą promieniowania ultrafioletowego. Jednak stopień chlorowania jest trudny do kontrolowania. Chlorki arylowe można wytwarzać przez halogenowanie Friedel-Craftsa przy użyciu chloru i katalizatora kwasu Lewisa. Metody oznaczania chloroorganicznegozwiązki obejmują zastosowanie tego katalizatora. W artykule wymieniono również inne metody.
Reakcja haloformu z użyciem chloru i wodorotlenku sodu jest również zdolna do generowania halogenków alkilu z ketonów metylowych i związków pokrewnych. Wcześniej w ten sposób wytwarzano chloroform.
Chlor dodaje alkeny i alkiny do wiązań wielokrotnych, dając związki di- lub tetrachloro.
Chlorki alkilowe
Chlorki alkilowe to wszechstronne elementy budulcowe w chemii organicznej. Chociaż bromki i jodki alkilu są bardziej reaktywne, chlorki alkilu są tańsze i łatwiej dostępne. Chlorki alkilowe są łatwo atakowane przez nukleofile.
Podgrzewanie halogenków alkilu wodorotlenkiem sodu lub wodą daje alkohole. Reakcja z alkoholanami lub aroksylanami daje estry w syntezie eteru Williamsona; reakcje z tiolami dają tioetery. Chlorki alkilu łatwo reagują z aminami, tworząc podstawione aminy. W reakcji Finkelsteina chlorki alkilu są zastępowane przez bardziej miękkie halogenki, takie jak jodek.
Możliwa jest również reakcja z innymi pseudohalogenkami, takimi jak azydek, cyjanek i tiocyjanian. W obecności mocnej zasady chlorki alkilu ulegają dehydrohalogenacji, tworząc alkeny lub alkiny.
Chlorki alkilowe reagują z magnezem, tworząc odczynniki Grignarda, przekształcając związek elektrofilowy w związek nukleofilowy. Reakcja Wurtza łączy dwa halogenki alkilu z sodem w sposób redukujący.
Aplikacja
Największa aplikacjachemia chloroorganiczna to produkcja chlorku winylu. Roczna produkcja w 1985 roku wyniosła około 13 miliardów kilogramów, z czego prawie całość została przetworzona na polichlorek winylu (PCW). Oznaczanie związków chloroorganicznych (zgodnie z GOST) to proces, którego nie można wykonać bez specjalnego, znormalizowanego sprzętu.
Większość węglowodorów chlorowanych o niskiej masie cząsteczkowej, takich jak chloroform, dichlorometan, dichloroetan i trichloroetan, jest użytecznymi rozpuszczalnikami. Te rozpuszczalniki wydają się być stosunkowo niepolarne; dlatego nie mieszają się z wodą i są skuteczne w czyszczeniu, takim jak odtłuszczanie i czyszczenie chemiczne. Oczyszczanie to dotyczy również metod oznaczania związków chloroorganicznych (olej i inne substancje są bardzo bogate w te związki).
Najważniejszy jest dichlorometan, który jest używany głównie jako rozpuszczalnik. Chlorometan jest prekursorem chlorosilanów i silikonów. Historycznie znaczący, ale mniejszy jest chloroform, głównie prekursor chlorodifluorometanu (CHClF2) i tetrafluoroetenu, który jest używany do produkcji teflonu.
Dwie główne grupy insektycydów chloroorganicznych to substancje takie jak DDT i chlorowane roztwory alicykliczne. Ich mechanizm działania jest nieco inny niż związków chloroorganicznych w oleju.
Związki podobne do DDT
Substancje podobne do DDT działają na obwodowy układ nerwowy. W kanale sodowym aksonu zapobiegają zamknięciu bramki po aktywacji i depolaryzacji.membrany. Jony sodu przenikają przez błonę nerwową i tworzą destabilizujący negatywny „potencjał post” ze zwiększoną pobudliwością nerwów. Ten wyciek powoduje powtarzające się wyładowania w neuronie, spontanicznie lub po pojedynczym bodźcu.
Chlorowane cyklodieny obejmują aldrynę, dieldrynę, endrynę, heptachlor, chlordan i endosulfan. Czas trwania ekspozycji od 2 do 8 godzin prowadzi do zmniejszenia aktywności ośrodkowego układu nerwowego (OUN), a następnie rozdrażnienia, drżenia, a następnie drgawek. Mechanizm działania polega na wiązaniu insektycydów w miejscu GABA w kompleksie jonoforowym chlorku kwasu gamma-aminomasłowego (GABA), co zapobiega przedostawaniu się chlorku do nerwu.
Inne przykłady obejmują dikofol, mirex, kepon i pentachlorofenol. Mogą być hydrofilowe lub hydrofobowe, w zależności od ich struktury molekularnej.
Bifenyle
Bifenyle polichlorowane (PCB) były kiedyś powszechnie stosowanymi izolatorami elektrycznymi i płynami przenoszącymi ciepło. Ich stosowanie zostało generalnie przerwane ze względu na problemy zdrowotne. PCB zostały zastąpione przez polibromowane etery difenylowe (PBDE), które powodują podobną toksyczność i problemy z bioakumulacją.
Niektóre rodzaje związków chloroorganicznych są wysoce toksyczne dla roślin i zwierząt, w tym dla ludzi. Dioksyny, wytwarzane przez spalanie materii organicznej w obecności chloru, są trwałymi zanieczyszczeniami organicznymi, które stanowią zagrożenie po uwolnieniu do środowiska, podobnie jak niektóre insektycydy (takie jakjak DDT).
Na przykład DDT, który był szeroko stosowany do zwalczania owadów w połowie XX wieku, również gromadzi się w łańcuchach pokarmowych, podobnie jak jego metabolity DDE i DDD, i powoduje problemy z układem rozrodczym (na przykład przerzedzenie skorupki jaj) u niektórych gatunków ptaków. Niektóre związki tego typu, takie jak iperyt siarkowy, iperyt azotowy i lewizyt, są nawet używane jako broń chemiczna ze względu na ich toksyczność.
Zatrucie związkami chloroorganicznymi
Jednak obecność chloru w związku organicznym nie zapewnia toksyczności. Niektóre chlorki organiczne są uważane za wystarczająco bezpieczne do stosowania w żywności i narkotykach. Na przykład groch i fasola zawierają naturalny chlorowany hormon roślinny kwas 4-chloroindolo-3-octowy, a substancja słodząca sukraloza (Splenda) jest szeroko stosowana w produktach dietetycznych.
Od 2004 r. co najmniej 165 chlorków organicznych zostało zatwierdzonych na całym świecie do stosowania jako farmaceutyki, w tym naturalny antybiotyk wankomycyna, lek przeciwhistaminowy loratadyna (Claritin), lek przeciwdepresyjny sertralina (Zoloft), przeciwpadaczkowa lamotrygina (Lamictal), i leki wziewne. znieczulający izofluran. Znajomość tych związków jest konieczna do oznaczania związków chloroorganicznych w oleju (zgodnie z GOST).
Odkrycia naukowców
Rachel Carson przedstawiła społeczeństwu toksyczność pestycydów DDT w swojej książce z 1962 roku Silent Spring. Chociaż wiele krajów zrezygnowałostosowanie niektórych rodzajów związków chloroorganicznych, takich jak zakaz DDT w USA, trwałe DDT, PCB i inne pozostałości chloroorganiczne, nadal można znaleźć u ludzi i ssaków na całym świecie, wiele lat po tym, jak produkcja i stosowanie zostały ograniczone.
W regionach arktycznych szczególnie wysokie poziomy występują u ssaków morskich. Te chemikalia są skoncentrowane u ssaków, a nawet znajdują się w ludzkim mleku. U niektórych gatunków ssaków morskich, zwłaszcza tych, które produkują mleko o wysokiej zawartości tłuszczu, samce mają zwykle znacznie wyższe poziomy, ponieważ samice zmniejszają stężenie, przekazując substancje potomstwu podczas laktacji. Substancje te można również znaleźć w oleju, co należy wziąć pod uwagę przy oznaczaniu związków chloroorganicznych w oleju (według GOST). Zwykle odnosi się do pestycydów, chociaż może również odnosić się do dowolnego związku tego typu.
Pestycydy chloroorganiczne można klasyfikować zgodnie z ich strukturą molekularną. Pestycydy cyklopentadienowe są alifatycznymi strukturami pierścieniowymi pochodzącymi z reakcji Pentachlorocyklopentadienu Dielsa-Aldera i obejmują chlordan, nonachlor, heptachlor, epoksyd heptachloru, dieldrynę, aldrynę, endrynę, mirex i kepon. Inne podklasy pestycydów chloroorganicznych to rodzina DDT i izomery heksachlorocykloheksanu. Wszystkie te pestycydy mają niską rozpuszczalność i lotność oraz są odporne na procesy degradacji w środowisku. Ich toksyczność i trwałość w środowisku doprowadziły do ichograniczenie lub zawieszenie dla większości zastosowań w Stanach Zjednoczonych.
Pestycydy
Pestycydy chloroorganiczne są bardzo skuteczne w zabijaniu szkodników, zwłaszcza owadów. Jednak wiele z tych produktów chemicznych jest negatywnie postrzeganych przez działaczy ekologicznych i konsumentów z powodu jednego dobrze znanego i obecnie zakazanego pestycydu chloroorganicznego: dichlorodifenylotrichoetanu, lepiej znanego jako DDT.
Pestycydy chloroorganiczne to substancje chemiczne zawierające węgiel, chlor i wodór. Jak wyjaśnił US Fish and Wildlife Service, wiązania chlor-węgiel są szczególnie silne, co zapobiega szybkiemu rozpadowi tych chemikaliów lub ich rozpuszczeniu w wodzie. Substancja chemiczna przyciąga również tłuszcz i gromadzi się w tkance tłuszczowej zwierząt, które go spożywają.
Długość chemiczna pestycydów chloroorganicznych jest jednym z powodów, dla których są one równie skuteczne jak insektycydy i potencjalnie szkodliwe - mogą chronić uprawy przez długi czas, ale mogą również pozostawać w ciele zwierzęcia.
Wraz z DDT, amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) zakazała stosowania innych pestycydów chloroorganicznych, takich jak aldryna, dieldryna, heptachlor, mirex, chlordekon i chlordan. Europa podobnie zakazała stosowania wielu pestycydów chloroorganicznych, ale w obu tych regionach chemikalia chloroorganiczne są nadal aktywnymi składnikami wielu produktów do zwalczania szkodników w domu, ogrodzie i środowisku.środowiska, zgodnie z EPA. Pestycydy chloroorganiczne są również niezwykle popularne w krajach rozwijających się na całym świecie do stosowania w rolnictwie.
Bez względu na to, czy badasz tereny uprawne, aby upewnić się, że nadal są wypełnione letnimi pestycydami chloroorganicznymi, czy sprawdzasz wodę pod kątem związków chloroorganicznych, testowanie jest najlepszym sposobem, aby dowiedzieć się, czy te chemikalia są w pobliżu. Metody EPA 8250A i 8270B mogą być używane do testowania tych substancji chemicznych. 8250A może badać odpady, glebę i wodę, podczas gdy 8270B wykorzystuje chromatografię gazową/spektrometrię mas (GC/MS).
Chociaż pestycydy chloroorganiczne są najbardziej znane z tego, że niszczą zdolność niektórych ptaków do składania zdrowych jaj, wiadomo, że te chemikalia mają negatywny wpływ na ludzi spożywających lub wdychających pestycydy. Przypadkowe wdychanie lub spożycie skażonej ryby lub tkanki zwierzęcej jest najbardziej prawdopodobną drogą spożycia pestycydów chloroorganicznych. Aby potwierdzić, że ktoś ma oznaki zatrucia chloroorganicznymi, krew lub mocz jest zwykle wysyłana do uniwersytetu lub agencji rządowej, która używa GC/MS do testowania związków chemicznych.
Oznaki zatrucia
Ostrzeżenia dotyczące toksyczności pestycydów chloroorganicznych obejmują napady padaczkowe, halucynacje, kaszel, wysypkę skórną, wymioty, bóle brzucha, bóle głowy, splątanie i prawdopodobnie oddechoweniewydolność według dr Matthew Wonga i Beth Israel Deaconess Medical Center, Medscape. Chociaż w Stanach Zjednoczonych i Europie obowiązują zakazy dotyczące wielu z tych pestycydów, ich stosowanie w innych częściach świata i przechowywanie w niektórych częściach Stanów Zjednoczonych i Europy stwarza sytuacje, w których zatrucie chloroorganicznym jest nadal możliwe.
Pestycydy chloroorganiczne obejmują dużą liczbę trwałych chemikaliów, które są zarówno skuteczne, jak i niosą ze sobą znaczne ryzyko na całym świecie.
Chociaż chlorowcowane związki organiczne są stosunkowo rzadkie w przyrodzie w porównaniu do niechlorowcowanych, wiele takich związków zostało wyizolowanych ze źródeł naturalnych, od bakterii po ludzi. Istnieją przykłady naturalnych związków chloru występujących w prawie każdej klasie biocząsteczek, w tym alkaloidach, terpenach, aminokwasach, flawonoidach, sterydach i kwasach tłuszczowych.
Organochlorki, w tym dioksyny, tworzą się w środowisku pożarów lasów o wysokiej temperaturze, a dioksyny znaleziono w zachowanym popiele po pożarach, które poprzedzały syntetyczne dioksyny. Ponadto z wodorostów wyizolowano różne proste węglowodory chlorowane, w tym dichlorometan, chloroform i tetrachlorek węgla.
Większość chlorometanu w środowisku jest wytwarzana w sposób naturalny w wyniku biodegradacji, pożarów lasów i wulkanów. Naturalna epibatydyna chloroorganiczna, alkaloid wyizolowany z żab drzewnych, ma silne działanie przeciwbólowe istymuluje badania nad nowymi lekami przeciwbólowymi.
Dioksyny
Niektóre rodzaje związków chloroorganicznych są wysoce toksyczne dla roślin i zwierząt, w tym dla ludzi. Dioksyny powstające podczas spalania materii organicznej w obecności chloru oraz niektóre insektycydy, takie jak DDT, są trwałymi zanieczyszczeniami organicznymi, które stanowią zagrożenie dla środowiska. Na przykład nadużywanie DDT w połowie XX wieku, które nagromadziło się u zwierząt, doprowadziło do poważnego spadku populacji niektórych ptaków. Rozpuszczalniki chlorowane, jeśli są niewłaściwie używane i usuwane, powodują problemy z zanieczyszczeniem wód gruntowych.
Niektóre chlorki organiczne, takie jak fosgen, były nawet używane jako chemiczne środki bojowe. Niektóre sztucznie wytworzone i toksyczne chloroorgany, takie jak DDT, gromadzą się w organizmie z każdą ekspozycją, prowadząc ostatecznie do śmiertelnej ilości, ponieważ organizm nie może ich rozłożyć ani się ich pozbyć. Jednak obecność chloru w związku organicznym w żaden sposób nie zapewnia toksyczności. Wiele związków chloroorganicznych jest wystarczająco bezpiecznych do stosowania w żywności i lekach.
Na przykład groch i fasola zawierają naturalny chlorowany hormon roślinny kwas 4-chloroindolo-3-octowy (4-Cl-IAA) oraz słodzik sukralozę (Splenda) są szeroko stosowane w produktach dietetycznych. Od 2004 r. co najmniej 165związki chloroorganiczne do stosowania jako farmaceutyki, w tym przeciwhistaminowa loratadyna (Claritin), przeciwdepresyjna sertralina (Zoloft), przeciwpadaczkowa lamotrygina (lamiktal) oraz wziewny środek znieczulający, izofluran.
Otwarcie Rachel Carson
W Silent Spring (1962) Rachel Carson zwróciła uwagę opinii publicznej na problem toksyczności chloroorganicznej. Podczas gdy wiele krajów wycofało się ze stosowania niektórych rodzajów tych związków (takich jak amerykański zakaz DDT w wyniku prac Carsona), trwałe związki chloroorganiczne nadal są obserwowane u ludzi i ssaków na całym świecie na potencjalnie szkodliwych poziomach wiele lat później. produkcja. Ich użycie zostało ograniczone.
Związki chloroorganiczne (według GOST) znajdują się na liście substancji niebezpiecznych dla ludzi.
