Бисфенол S ( BPS ) — органическое соединение с формулой ( HOC6H4 ) 2SO2 . Он имеет две фенольные функциональные группы по обе стороны от сульфонильной группы. Он обычно используется при отверждении быстросохнущих эпоксидных смоляных клеев. Он классифицируется как бисфенол и близкий молекулярный аналог бисфенола A ( BPA ). BPS отличается от BPA наличием сульфоновой группы (SO2 ) в качестве центрального связующего звена молекулы вместо диметилметиленовой группы (C(CH3 ) 2 ) , как в случае бисфенола A.
BPS используется для отверждения быстросохнущих эпоксидных клеев и в качестве ингибитора коррозии . Он также широко используется в качестве реагента в полимерных реакциях.
BPS стал все более распространенным в качестве строительного блока в полиэфирсульфоне и некоторых эпоксидных смолах после того, как общественность узнала, что BPA имеет свойства, имитирующие эстроген , и широко распространенного мнения, что в продуктах остается достаточно его, чтобы быть опасным. Однако BPS может иметь сопоставимые с BPA эстрогенные эффекты. [3] BPS теперь используется в различных обычных потребительских товарах. [4] [5] В некоторых случаях BPS используется там, где правовой запрет на BPA позволяет продуктам (особенно пластиковым контейнерам ), содержащим BPS, маркироваться как «не содержащим BPA». [6] BPS также имеет преимущество в том, что он более устойчив к теплу и свету, чем BPA. [7]
Чтобы соответствовать ограничениям и нормам в отношении BPA из-за его подтвержденной токсичности, производители постепенно заменяют BPA другими родственными соединениями, в основном бисфенолом S, в качестве заменителей в промышленных применениях. [8]
BPS также используется как антикоррозионный агент в эпоксидных клеях. Химически BPS используется как реагент в полимерных реакциях. Также сообщалось, что BPS встречается в консервированных продуктах, таких как жестяные банки . [9]
В исследовании 2015 года, посвященном анализу BPS в различных бумажных изделиях по всему миру, BPS был обнаружен в 100% билетов, почтовых конвертах, посадочных талонах на самолет и багажных бирках самолетов. В этом исследовании очень высокие концентрации BPS были обнаружены в образцах термочеков, собранных в городах США, Японии, Кореи и Вьетнама. Концентрации BPS были большими, но сильно различались: от нескольких десятков нанограмм на грамм до нескольких миллиграмм на грамм. Тем не менее, концентрации BPS, используемые в термобумаге, обычно ниже по сравнению с концентрациями BPA. [10] Наконец, BPS может попасть в организм человека через дермальную абсорбцию при обращении с банкнотами . [4]
Хотя не установлено прямой связи между BPS и сердечными заболеваниями , считается, что BPS может действовать по механизму, аналогичному BPA, и может вызывать сердечную токсичность. [11] В исследованиях на животных было показано, что BPS препятствует восстановлению после инфаркта миокарда , вызывает сердечные аритмии и вызывает пороки развития сердца. Сообщалось, что у крыс, подвергшихся воздействию высоких доз BPS, был повышен риск атеросклероза (значительный фактор риска сердечных заболеваний) из-за того, что BPS вызывает синтез холестерина в периферических тканях. [11]
BPS может оказывать влияние на широкий спектр неврологических функций. Недавнее исследование показало, что воздействие BPS во время беременности может нарушить уровень гормонов щитовидной железы . Они важны для развития нервной системы плода, а пренатальное воздействие BPS было связано с нарушением психомоторного развития у детей. В исследовании с использованием эмбриональных стволовых клеток человека было показано, что BPS вызывает сокращение длины невритов в нейроноподобных клетках. Это нарушение может привести к нейроповеденческим проблемам, таким как РАС . [12]
Механизм неврологического воздействия BPS, как полагают, связан с его эстрогенным эффектом, который может влиять на уровни и действие гормона щитовидной железы, необходимого для нормального развития нервной системы; он регулирует миграцию и дифференциацию нервных клеток , синаптогенез и миелинизацию . [12]
Было высказано предположение, что BPS может влиять на массу тела , и несколько исследований обнаружили корреляцию между воздействием бисфенолов и увеличением массы тела. [13] Считается, что это происходит из-за накопления липидов в адипоцитах , т.е. накопления жира в жировых клетках. [13] Также было высказано предположение, что BPS приводит к образованию новых адипоцитов, поскольку воздействие его увеличивает экспрессию связанных маркеров. [13] Корреляция между воздействием BPS до рождения и избыточным весом была обнаружена у мышей, хотя это было обнаружено только тогда, когда они также получали пищу с высоким содержанием жиров. [13]
Предполагается, что путь, по которому BPS действует на клетки, увеличивая массу тела, отличается от пути, по которому действует BPA, хотя они имеют очень схожие химические структуры. [13]
Только одно исследование продемонстрировало снижение веса тела после воздействия BPS, и пораженные мыши быстро восстановили потерянный вес. [13]
Уровень BPS в организме человека можно измерить в моче. В одном исследовании детей была выявлена значительная корреляция между уровнем BPS в моче и резистентностью к инсулину, аномальной функцией почек и аномальной функцией сосудов. [13]
Было высказано предположение, что существует связь между гестационным сахарным диабетом и мочевым BPS. [13] Таким образом, воздействие BPS может быть фактором риска развития этого состояния. [13]
Эффект длительного воздействия BPS заключается в усилении дифференциации остеокластов и усилении развития эмбриональной скелетной системы. [14]
BPS, как и BPA, может проникать через плаценту у овец и изменять эндокринную функцию плаценты . Он делает это за счет снижения концентрации трофобластических белков в материнской сыворотке. BPS оказывает на плаценту почти такое же воздействие, как и BPA, причем и BPS, и BPS изменяют почти идентичные наборы генов. [15]
Воздействие BPS на плод через плаценту в критический период может иметь негативные последствия для программирования развития плода. Воздействие BPS в модели данио-рерио повлияло на развитие гипоталамуса и привело к гиперактивному поведению.
Исследования на мышах показали, что воздействие BPS значительно снизило секрецию тестостерона в яичках плодов мышей , при этом воздействие BPS на самок мышей также вызвало значительное снижение количества яйцеклеток , а также отрицательно повлияло на качество ооцитов . [15]
У зебры и людей 70% одинаковых генов, которые экспрессируются во время развития, поэтому они являются полезным модельным организмом для понимания эффектов BPS. [16] Исследования на модели зебры показали, что родительское воздействие BPS вызывает нарушение уровней гормонов щитовидной железы как в родительском поколении, так и в поколении F1 . Воздействие BPS на плод через плаценту в критический период может иметь негативные последствия для программирования развития плода. Кроме того, есть данные, позволяющие предположить, что эмбрионы с высоким уровнем BPS проявляют тератогенные эффекты жизненно важных органов, таких как сердце и печень. Кроме того, BPS подавляет экспрессию генов в печени, используемых для метаболизма, что приводит к повышенному стрессу печени в течение жизни зебры. [17] Взрослые зебры, которые подвергаются воздействию низких уровней BPS во время развития, проявляют гиперактивность из-за экспоненциального увеличения нейронной активности в гипоталамусе. [18]
Механизм воздействия БПС на уровень гормонов щитовидной железы после воздействия на человека неясен.
Эндокринная разрушающая природа BPS побудила провести исследования его сродства к эстрогенным рецепторам, показав, что BPS является слабым агонистом ; по силе действия он схож с BPA, который он стал заменять. Некоторые исследования показывают, что BPS способен имитировать эстрадиол , а иногда и быть более эффективным. [19] Эстрогенная активность BPS была продемонстрирована в ходе исследований на грызунах in vivo, вызывая рост матки в различных дозировках.
Это пути, необходимые для функционирования клеток, регуляции клеточного цикла и нейроэндокринного поведения, которые важны для воспроизводства. Было показано, что BPS нарушает как сигнализацию, так и повреждает ДНК . Андрогенная и антиандрогенная активность также была подтверждена нарушением BPS функции рецепторов андрогенов. [20] Исследования на данио-рерио показали снижение качества яйцеклеток, уменьшение количества сперматозоидов , увеличение частоты аномалий эмбрионов , а также изменения массы гонад ; [19] предполагая, что BPS является репродуктивным токсином для обоих полов.
Использование бисфенола-А в производстве бытовых товаров было сокращено из-за его воздействия как эндокринного разрушителя, при этом исследования предполагают предрасположенность к более пагубным последствиям для женщин по сравнению с мужчинами. [21] Исследования предполагают, что BPA и его родственники (BPS, BPF и т. д.) оказывают зависящее от пола воздействие на развитие. [22] Самцы данио-рерио, подвергшиеся воздействию BPS, показали значительное увеличение уровня эстрогена и снижение уровня тестостерона. Было обнаружено, что снижение тестостерона при воздействии BPS было в 200 раз больше, чем снижение тестостерона под воздействием BPA. [23] Существуют повышенные уровни транскрипции мРНК гена ароматазы и повышенные уровни транскрипции мРНК генов ГнРГ с пониженными уровнями фолликулостимулирующего гормона и лютеинизирующего гормона. [24] [25]
Связь с более высокими концентрациями BPS связана с людьми из определенных социально-экономических классов, следовательно, подвергая этих людей большему риску возможных пагубных последствий. Было обнаружено, что у людей с годовым доходом менее 20 000 долларов США были самые высокие концентрации бисфенола, а у людей с годовым доходом 75 000 долларов США или более — самые низкие концентрации, что предполагает линейную зависимость между концентрацией BPS в организме и доходом. [26] У чернокожих женщин были самые высокие концентрации BPS, на 93% выше, чем у белых женщин. [27]
Недавние исследования показывают, что, как и BPA, BPS также обладает свойствами, нарушающими работу эндокринной системы. [28] [29] То, что делает BPS и BPA эндокринными разрушителями, — это наличие гидроксильной группы в бензольном кольце. Эта фенольная группа позволяет BPA и BPS имитировать эстрадиол. В исследовании человеческой мочи BPS был обнаружен в 81% протестированных образцов. Этот процент сопоставим с BPA, который был обнаружен в 95% образцов мочи. [30] Другое исследование, проведенное на термобумаге для чеков, показывает, что 88% воздействия BPS на человека происходит через чеки. [31]
Переработка термобумаги может привести к попаданию BPS в цикл производства бумаги и вызвать загрязнение BPS других видов бумажной продукции. [32] Недавнее исследование показало наличие BPS в более чем 70% образцов бумажных отходов домохозяйств, что потенциально указывает на распространение загрязнения BPS через переработку бумаги. [10]
BPS более устойчив к деградации окружающей среды, чем BPA, и хотя он не является стойким, его нельзя охарактеризовать как легко биоразлагаемый. [10] [33]
BPS был впервые получен в 1869 году в качестве красителя [34] и в настоящее время широко распространен в повседневных потребительских товарах. BPS является аналогом BPA, который заменил BPA различными способами, присутствующим в термобумаге для чеков, пластике и пыли в помещениях. [28] После того, как в 2012 году возросли проблемы со здоровьем, связанные с бисфенолом А, BPS начали использовать в качестве замены. [35]
В США потребителям сложно определить, содержит ли продукт BPS, из-за ограниченных правил маркировки. [36] В январе 2023 года Европейское химическое агентство добавило бисфенол S в список кандидатов на обозначение веществ, вызывающих особую обеспокоенность , в то время как он исследуется на предмет репродуктивной токсичности и эндокринных нарушений . [37]
Бисфенол S получают путем реакции двух эквивалентов фенола с одним эквивалентом серной кислоты или олеума . [ 38]
В результате этой реакции может также образовываться 2,4'-сульфонилдифенол — распространенное изомерное осложнение в реакциях электрофильного ароматического замещения .