УГЛЕВОДОРОДОВ

Среди множества различных функциональных производных углеводородов имеются соединения высокотоксичные и опасные для окружающей среды, умеренно токсичные и совершенно безвредные, нетоксичные, широко распространенные в природе и участвующие в биологических процессах. К первой группе относятся органические цианиды и изоцианиды, алифатические и ароматические галогенопроизводные углеводородов, ароматические нитросоединения, амины, фенолы; ко второй – спирты, алифатические альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты; к третьей – соединения, встречающиеся в природе и использующиеся человеком в качестве продуктов питания, пищевых вкусовых добавок и т. д. Это углеводы, жиры, белки, некоторые карбоновые кислоты, альдегиды, сложные эфиры.

При рассмотрении вопросов загрязнения окружающей среды экологически токсичными отходами следует учитывать два аспекта проблемы:

· токсичность самих органических веществ;

· токсичность органических и неорганических отходов, образующихся в ряде технологических процессов.

При производстве ароматических нитросоединений, используемых в качестве взрывчатых веществ и полупродуктов красителей, в больших количествах используются азотная и серная кислоты, которые затем, как отработанная нитрующая смесь, являются опасными загрязнителями окружающей среды и подлежат нейтрализации. При производстве галогенопроизводных углеводородов в больших объемах выделяются газообразные галогеноводородные кислоты, которые необходимо улавливать и нейтрализовывать.

Из приведенных классов гомофункциональных производных углеводородов экологическую опасность представляют галогенопроизводные углеводородов, ароматические нитросоединения и ароматические амины. Хлор- и фторпроизводные насыщенных углеводородов (фреоны), обладая высокой летучестью, легко попадают в атмосферу, разрушая озоновый слой, который защищает Землю от жесткого ультрафиолетового излучения.

Алифатические хлор- и бромпроизводные углеводородов вызывают тяжелые поражения нервной системы. При вдыхании паров в небольшой концентрации наблюдается сильная головная боль, сладкий привкус во рту, сонливость, общая слабость, тошнота. Вдыхание паров в большей концентрации приводит к расстройству дыхания и сердечной деятельности, сопровождаемому судорогами.

Фторпроизводные углеводородов. В атмосферу фторпроизводные углеводородов поступают с выбросами предприятий по производству и переработке фторполимеров и фторированных углеводородов, при этом выделяются продукты деструкции: трифторэтилен, гексафторпропен, перфторизобутен, октафторциклобутан. Источником поступления в окружающую среду фторпроизводных углеводородов являются также заводы по производству фреонов.

Поли- и перфторалканы оказывают наркотизирующее действие на человека, вызывают поражения легочной ткани. Токсическое действие в ряду фторированных углеводородов возрастает с повышением температуры кипения: фторалкены токсичнее фторалканов. В рядах метана, этана, бутана (кроме пропана), а также у алкенов токсичность уменьшается с увеличением числа атомов фтора в молекуле. Введение в молекулу фторорганического вещества атомов другого галогена (Сl, Вr, I) повышает токсичность. Токсичность фторированных алканов и алкенов возрастает в присутствии кислорода.

Хронические отравления характеризуются раздражением слизистых оболочек дыхательных путей, изменением состава крови, расстройствами ЦНС. Большинство фторпроизводных алканов и алкенов при попадании на кожу вызывают ее раздражение. Человек в среднем в сутки с водой, пищей и воздухом получает 0,04 мг фторорганических соединений, значительная часть которых сосредоточивается в плазме крови.

Монофторпроизводные алканов подвергаются в организме биотрансформации с образованием соответствующих фторкарбоновых кислот, которые после окисления превращаются во фторуксусную или фторпропионовую кислоты. Фторуксусная кислота является сильным ядом, который определяет токсическое действие соответствующего фторпроизводного.

Хлоралканы. В большинстве случаев это прозрачные бесцветные жидкости, плохо растворимые в воде. Соединения с одним атомом хлора легче воды. При контакте хлоралканов с нагретыми поверхностями образуется отравляющее вещество фосген.

Источниками поступления хлоралканов в окружающую среду являются лакокрасочные, кожевенные, фармацевтические и электротехнические предприятия, а также отрасли, использующие эти соединения в качестве растворителей. Хлоралканы образуются при горении органических веществ. В процессе хлорирования воды в результате взаимодействия с гуминовыми и сульфокислотами образуются до 50 хлорорганических веществ, среди них хлороформ, четыреххлористый углерод, 1,1,2-трихлорэтан.

Хлоралканы обнаружены не только в стоках промышленных предприятий, но и в дождевой воде, снеге, воздухе, почве, в тканях растений, животных и человека. Эти соединения широко мигрируют в окружающей среде, трансформируясь в атмосфере с образованием СО и СО₂ и тем самым усиливая парниковый эффект, влияют на климат Земли. Хлоралканы в процессе фотоокисления образуют также соляную кислоту и ряд активных соединений, которые взаимодействуют с озоном, снижая его концентрацию в атмосфере и способствуя образованию озоновых дыр. Значительное загрязнение окружающей среды хлорпроизводными углеводородов – одна из вероятных причин увеличения числа раковых заболеваний.

Хлоралканы обладают наркотизирующим эффектом, который возрастает с увеличением количества атомов хлора в молекуле. Почти все хлоралканы – ядовитые вещества. При отравлениях наблюдаются поражения печени, почек, ЦНС, сердца, поджелудочной железы. Некоторые хлоралканы (СCl₄) обладают мутагенным и канцерогенным действием.

В организм человека эти вещества могут поступать через легкие, желудочно-кишечный тракт, кожу. Часть хлоралканов выделяется через легкие в неизменном виде. Биотрансформация хлоралканов приводит к образованию очень токсичных метаболитов, в частности, активных радикалов, например, ^•СС1₃, а также таких токсичных соединений, как фосген, формальдегид, угарный газ, эпоксиды. Активные радикалы повреждают биомембраны, нарушая кальциевый обмен. Некоторые метаболиты хлоралканов (метантиол) повреждают почки.

Хлорметан. Из антропогенных источников поступления хлорметана в окружающую среду стоит назвать табачный дым. При выкуривании одной сигареты выделяется от 100 до 700 мкг хлорметана. Неисправные холодильные установки, в которых в качестве хладогента используют хлорметан, могут вызвать тяжелую интоксикацию и служат источником загрязнения окружающей среды. Вода открытого океана содержит небольшое количество хлорметана, в то время как в питьевой воде после хлорирования может обнаруживаться до 1 мкг/л этого вещества.

Хлорметан обладает наркотизирующим, нейротоксическим и мутагенным действием. Легкие отравления сопровождаются головными болями, нарушениями зрения и слуха. Поступать в организм хлорметан может через дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт и кожу. Через 20–30 мин после потения в организм хлорметан на 70–90 % метаболизируется с образованием высокотоксичных продуктов: метантиола (СН₃SH), вызывающего нейротоксическое действие, формальдегида и формиата. Часть хлорметана (до 30 %) выводится из организма через легкие.

Дихлорметан. В окружающую среду дихлорметан поступает при пользовании, транспортировке и хранении. В атмосфере дихлорметан медленно окисляется до СО ₂ и НС1:

СН₂С1₂ + О₂ = СО₂ + 2НС1

В почве деградация идет под действием почвенных микрооргазмов. Дихлорметан обладает раздражающим, наркотизирующим и мутагенным действием. При хронических отравлениях происходит поражение печени и почек, нарушается функция ЦНС. В организм человека дихлорметан может поступать через легкие, желуочно-кишечный тракт, кожу. Последний путь поступления наиболее опасный, так как приводит к накоплению его в паренхиматозных органах, из которых он очень медленно выводится. Жировая ткань наиболее медленно насыщается, но и дольше всего удерживает дихлорметан. Дихлорметан легко проникает через гематоэнцефалический и плацентарный барьеры.

Трихлорметан (хлороформ). Это взрыво- и пожароопасная прочная жидкость с характерным запахом. На свету легко разлагается с образованием фосгена. Процесс идет наиболее интенсивно при контакте с открытым пламенем.

Источниками выбросов являются производства фармацевтичекой и резиновой промышленности, предприятия изготовления пластмасс, алкалоидов, хладагентов. Трихлорметан содержится в выхлопных газах автомобилей, образуется в воде при ее хлорировании (составляет 80 % всех галогеноуглеводородов). В атмосфере трихлорметан подвергается фотолизу и медленному окислению с образованием фосгена:

3НСС1₃ + 3О₂ О=СС1₂ + НС1 + 2СО₂+ Н₂О + 3С1₂

Фосген, образующийся при фотолизе трихлорметана, участвует в разрушении озонового слоя Земли. При попадании в воду трихлорметан медленно гидролизуется образованием СО, НСl и НСООН.

Хлороформ обладает наркотизирующим действием, оказывает токсическое действие на почки и сердце, является канцерогеном и мутагеном. При хронических отравлениях поражаются печень и ЦНС. Интоксикация сопровождается головными болями, головокружением, раздражительностью, нарушением сна. В процессе биотрансформации трихлорметана образуется гидрокситрихлорметан (НОССl₃), обладающий канцерогенным действием.

Тетрахлорметан (четыреххлористый углерод). Это бесцветная жидкость с характерным запахом. При контакте с нагретыми поверхностями и пламенем разлагается с образованием фосгена:

СС1₄ О=СС1₂+ СО + НС1

Основными источниками загрязнения окружающей среды являются предприятия текстильной, пищевой, фармацевтической и мыловаренной промышленности. В питьевой воде четыреххлористый углерод появляется при хлорировании (наряду с другими хлорпроизводными метана).

В стратосфере под действием жесткого облучения тетрахлорметан претерпевает фотохимическое разложение:

СС1₄ С1₂+ НСl + СО + СО₂

Тетрахлорметан оказывает наркотизирующее действие, поражает почки, печень, ЦНС, является канцерогеном и мутагеном. В организме человека накапливается и долго не подвергается биотрансформации. Четыреххлористый углерод оказывает действие на железы внутренней секреции и на развивающийся эмбрион. При попадании на кожу четыреххлористый углерод вызывает дерматиты, экзему, крапивницу.

Это вещество поступает в организм через легкие, кожу и через желудок с принимаемой пищей и водой. Пищевые продукты могут содержать четыреххлористый углерод в концентрациях (0,5–20)×10^–9. Четыреххлористый углерод накапливается в подкожном и околопочечном жире, легких, мышцах (от 2 до 25 мкг/кг). Основная масса (50–60%) выделяется в неизменном виде через легкие, почки и кишечник. Одним из продуктов биотрансформации тетрахлорметана является радикал ^•СС1₃, который реагирует с липидами, в первую очередь биомембран, и через ряд реакций перекисного окисления нарушает их целостность.

Ароматические галогенопроизводные сильно токсичны. Бензилгалогениды обладают лакриматорным действием (раздражают слизистую оболочку и вызывают слезотечение). Полихлорарены и конденсированные гетероциклы, содержащие хлорзамещенные арильные циклы (диоксины), относятся к наиболее экологически опасным ксенобиотикам, вызывающим сильное мутагенное и канцерогенное действие. Токсический эффект диоксинов проявляется в концентрациях 10^-8–10^-12 моль/л. Поскольку в воде всегда присутствуют в небольших количествах продукты разложения лигнина растений, существует опасность образования диоксинов при дезинфицировании (хлорировании) воды для бытовых нужд и питья с использованием хлора.

Ароматические нитросоединения и амины являются сильными ядами для крови, печени, почек. Они способны проникать через кожу, вызывая общую интоксикацию, сопровождаемую сильными головными болями, головокружением, одышкой. Симптомы отравления проявляются через несколько часов в результате наступления кислородного голодания из-за нарушения транспорта кислорода кровью.

Производства, связанные с получением и применением аминов, относятся в основном к малотоннажным; их спецификой является необходимость использования и получения часто высокотоксичных соединений, например, фосгена, цианатов, сероуглерода, тяжелых металлов и т. д. Другой особенностью таких производств являются многокомпонентные токсичные, экологически опасные сточные воды и выбросы в атмосферу.

Внедрение новых, более безопасных технологий, например, отказ от традиционных восстановителей типа сульфидов аммония, натрия, гидросульфида натрия, ди-, полисульфидов, металлов (железа, олова, цинка) в кислых средах и переход к каталитическому гидрированию позволяет резко уменьшить вредные выбросы и стоки.

Многие нитро- и нитрозосоединения, ароматические амины, почти все азокрасители обладают канцерогенными свойствами. Например, запрещены к применению в пищевых продуктах n-диметиламиноазобензол (масляный желтый), до 70-х годов использовавшийся для подкрашивания сливочного масла:

амарант (красный 11), которым окрашивали пищевые продукты, косметические средства, лекарственные препараты:

Из алифатических спиртов особую опасность представляет метиловый спирт при попадании внутрь или при вдыхании паров. Малоотличимые различия в свойствах метилового и этилового спиртов являются причиной частых отравлений метанолом.

Фенол и его гомологи поражают нервную систему, вызывают сильное раздражение слизистых оболочек глаз, слезотечение, сухость и першение в горле, кашель. В больших концентрациях наблюдаются симптомы от­равления, сходные с действием ароматических аминов, нитросоединений.

Одноатомные фенолы – сильнейшие нейротоксичные вещества, поражающие печень и почки, при попадании на кожу вызывает сильные ожоги, вызывающие нарушения белкового обмена. Высшие члены этого ряда обладают очень слабой токсичностью. Многоатомные фенолы при длительном воздействии на организм человека нарушают окислительное фосфорилирование и некоторые другие ферментативные системы.

Фенол поступает в окружающую среду со сточными водами предприятий по производству смол и пластиков, переработке и сухой перегонке древесины, газификации угля, сланца и торфа, а также при выбросах в атмосферу коксохимических и металлургических заводов. В почве и поверхностных водах фенол под воздействием микроорганизмов подвергается биотрансформации. Его разрушение может осуществляться под действием солнечного света и в поверхностных водах происходит за 7–20 дней. Фенол токсичен как для гидробионтов, так и для наземных животных, в том числе и человека. В организм человека фенол может проникать как через желудочно-кишечный тракт, так и через легкие и кожу. Быстро всасываясь, он концентрируется, главным образом, в печени и почках. Часть фенола подвергается биотрансформации с образованием гидрохинона, пирокатехина и СО₂, а другая часть в виде конъюгатов с глюкуроновой и серной кислотами выводится почками.

Крезолы поступают в окружающую среду с выбросами производств, использующих и получающих эти соединения, а также с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Как и фенол, крезолы обладают сильным токсическим действием, как на гидробионты наземных животных, так и на растения.

Крезолы хорошо всасываются через кожу, оказывая на нее раздражающее действие, и вызывают некроз. При хронических отравлениях происходит нарушение функции ЦНС, поражение легких и печени. Есть данные, указывающие на канцерогенное и эмбриотоксическое действие этих веществ.

Биотрансформация крезолов идет по пути окисления в 4-гидрокси-бензойную кислоту и диокситолуолы с дальнейшим образованием эфиров с серной и глюкуроновой кислотами.

Нафтолы поступают в окружающую среду с выхлопными газами автотранспорта, от предприятий по производству синтетического каучука, красителей, пестицидов и резинотехнических изделий.

Нафтолы обладают способностью умеренно накапливаться в организме. Есть данные, свидетельствующие о канцерогенных и мутагенных свойствах, а также об эмбриотоксическом действии этих веществ. При отравлении 2-нафтолом наблюдаются тошнота, рвота, головная боль, повышается температура тела, появляются белок и кровь в моче. При остром отравлении 1-нафтолом возможен летальный исход. При хроническом воздействии наблюдается желтушность кожи, увеличиваются печень и селезенка, появляется белок в моче.

В организме 1-нафтол окисляется до 1,4-нафтохинона и некоторых других (неидентифицированных) соединений. Из организма он выводится с мочой как в виде конъюгатов с глюкуроновой и серной кислотами, так и в неизменном виде.

Пирокатехин угнетает фотосинтез и развитие растений, вызывая при значительных концентрациях их гибель. Пирокатехин для гидробионтов токсичен, а для теплокровных животных является аллергеном. Есть также данные о мутагенном и канцерогенном его действии. При попадании на кожу он оказывает раздражающее действие, при повторном воздействии вызывает дерматит.

Резорцин менее токсичен для гидробионтов, чем пирокатехин. Он может проникать через кожу человека, вызывает ее раздражение. Резорцин используется в медицине как вяжущее средство. Значительным токсическим действием на человека не обладает.

Гидрохинон попадает в окружающую среду со сточными водами предприятий по производству пластмасс, синтетического каучука, кино- и фотоматериалов, красителей, а также с выхлопными газами дизельных двигателей. Для человека токсичность этого вещества небольшая. Из организма он выводится главным образом в виде конъюгатов с серной и глюкуроновой кислотами.

Альдегиды поступают в окружающую среду в составе выбросов предприятий и тепловых электростанций, работающих на угле и жидком топливе, с выхлопными газами автомобилей. Они содержатся в табачном дыме, в продуктах жизнедеятельности растений, животных и человека. Поступление альдегидов в атмосферу происходит при пожарах, вулканической деятельности, деструкции полимеров.

Альдегиды являются постоянным компонентом атмосферы городов, причем в воздухе они адсорбируются атмосферной и бытовой пылью. На бытовой пыли сорбируются главным образом уксусный альдегид, пентаналь, гептаналь, октаналь, нонаналь и бензальдегид.

Формальдегид попадает в организм человека с воздухом через дыхательные пути, проникает через кожу (в том числе и с косметическими препаратами), с пищей и т. д.

В небольших концентрациях альдегиды способны изменять метаболизм у теплокровных животных, в высоких концентрациях вызывают нейротоксические эффекты. Они обладают раздражающим, наркотическим и общетоксическим эффектами.

Альдегиды жирного ряда действуют в основном на сердечно-сосудистую систему, α, β -ненасыщенные альдегиды вызывают снижение содержания глутатиона в крови и угнетают фагоцитарную активность лейкоцитов.

Муравьиный и уксусный альдегиды обладают мутагенной или канцерогенной активностью. Альдегиды, образующиеся в клетках при деградации гидроперекисей ненасыщенных жирных кислот, замедляют рост и размножение клеток (цитостатическое действие). Альдегиды могут образовываться как эндогенно (при распаде ДНК, перекисном окислении мембранных липидов, метаболизме ксенобиотиков), так и поступать извне через легкие и желудочно-кишечный тракт.

Биотрансформация альдегидов осуществляется в крови, печени и некоторых других тканях организма человека. Альдегиддегидрогеназа является основным звеном биотрансформации альдегидов в соответствующие кислоты. Она также может восстанавливать альдегиды до спиртов, которые выделяются с выдыхаемым воздухом и с мочой в виде конъюгатов с глицином и глюкуроновой кислотой.

Среди альдегидов и кетонов максимальную опасность представляет формальдегид и ацетальдегид. В больших концентрациях проявляется головная боль, головокружение, тошнота, рвота. При попадании на кожу водных растворов альдегидов возможно покраснение и образование волдырей. Это обусловлено его способностью быстрого взаимодействия по многим типам функциональных групп – метиленовой, амино-, гидрокси-, альдегидной группам. В результате происходит блокирование и инактивация ферментов, сшивка белковых молекул, например, коллагена и кератина кожи, углеводов (гиалуроновой кислоты, нуклеиновых кислот). Тем самым ускоряется дубление и старение кожи, провоцируются аллергия и раковые заболевания.

Низшие карбоновые кислоты – муравьиная, уксусная, пропионовая –в концентрированном состоянии обладают в виде паров сильным раз­дражающим действием и вызывают опасные ожоги при попадании на кожу. Уксусная кислота не токсична и в виде 6–10 % раствора используется как консервирующее средство и вкусовая добавка. Сложные эфиры карбоновых кислот (фруктовые эссенции) применяют в небольших концентрациях для придания приятного запаха кондитерским изделиям и напиткам.

Поиск по сайту: