Гексахлорциклопентадиен ( HCCCPD ), также известный как C-56, Graphlox и HRS 1655, представляет собой хлорорганическое соединение с формулой C5Cl6 . Он является предшественником пестицидов , антипиренов и красителей . Это бесцветная жидкость , хотя коммерческие образцы выглядят как лимонно-желтая жидкость, иногда с голубоватым паром. Многие из его производных оказались весьма спорными, поскольку исследования показали, что они являются стойкими органическими загрязнителями . По оценкам, до 1976 года было произведено 270 000 тонн [2] , и меньшие количества продолжают производиться сегодня.
Гексахлорциклопентадиен получают путем хлорирования циклопентадиена с получением 1,1,2,3,4,5-октахлорциклопентана, который на втором этапе подвергается дегидрохлорированию : [3] В первой процедуре используется щелочной гипохлорит, и после фракционной перегонки выход составляет около 75%, остальные 25% состоят из менее хлорированных циклопентадиенов. [4] Во втором процессе используется термическое дехлорирование, которое происходит при 470-480 °C и дает выход выше 90%. Поэтому первый процесс проще в исполнении, но второй дает более чистый продукт. [5]
Помимо производителей, которые производят химикаты для научного синтеза и справки, есть две компании, которые производят HCCPD для промышленного использования: Velsicol Chemical LLC в Соединенных Штатах и Jiangsu Anpon Electrochemicals Co. в Китае. Первая производит химикаты в больших масштабах для использования в производстве резиновых адгезивов, антипиренов и пестицидов . Velsicol знает об опасностях обращения с HCCPD и поэтому требует от своих покупателей проходить строгую проверку и образовательную программу по хранению, использованию и утилизации химикатов. Компания также предоставляет паспорта безопасности и руководство по обращению на своем веб-сайте и поставляет химикаты покупателям по всему миру. [6] О китайской компании известно меньше. Говорят, что это компания, специализирующаяся на хлорщелочи и агрохимикатах и действующая как дочернее предприятие Китайской национальной агрохимической корпорации. [7]
Кроме того, гексахлорциклопентадиен легко вступает в реакцию Дильса-Альдера, давая множество аддуктов , которые были коммерциализированы как пестициды. Основные производные:
HCCP является электрофильным. Он разлагается в основании. Алкоголиз дает кетали C 5 Cl 4 (OR) 2 . [8]
HCCP легко вступает в реакцию Дильса-Альдера с алкенами . Эта реакция используется для производства пестицидов, таких как альдрин (названный в честь реакции) и изодрин. Большинство этих пестицидов больше не доступны для продажи и запрещены Стокгольмской конвенцией о стойких органических загрязнителях из-за их токсичности для людей и животных. [9]
В поверхностных водах фотолиз является наиболее распространенным путем реакции с периодом полураспада от 2 до 4 минут. [5] Глубже под водой, куда проникает меньше света, гидролиз и биодеградация являются основными путями. [10] На рисунке ниже показано, какие возможные пути деградации могут возникнуть при выбросе HCCPD в окружающую среду. Свет, вода и кислород могут вызвать окисление двойной связи с образованием кетонной структуры, которая затем может претерпеть раскрытие кольца и образовать пентахлордиеновую кислоту, которая образует два вида бутадиена с выделением углекислого газа . Однако это лишь второстепенный путь.
Всасывание HCCPD в организме происходит в основном через легкие, желудочно-кишечный тракт и кожу. В целом уровни HCCPD в крови были ниже при приеме через пищу по сравнению с использованием ингаляции. Это может указывать на плохое всасывание в желудочно-кишечном тракте из-за связывания с содержимым желудочно-кишечного тракта. Когда HCCPD всасывается, он распределяется в печень, почки и легкие. Орган с самой высокой концентрацией отличается при сравнении крыс и мышей. Самая высокая концентрация у крыс обнаружена в почках, а у мышей — в печени. [5]
Соответствующие исследования абсорбции проводятся с использованием радиоактивно меченого HCCPD. У крыс путь абсорбции, по-видимому, оказывает значительное влияние на степень абсорбции. Низкие уровни в крови могут указывать на плохое желудочно-кишечное всасывание. [5] Как правило, место поглощения показывает самую высокую концентрацию у животных. В исследованиях по вдыханию легкие показали самую высокую концентрацию HCCPD. Концентрация в то время, обнаруженная в почках, была в 8 раз выше, чем в печени. При пероральном приеме концентрация в крови достигала пика через 4 часа после приема. Общая картина распределения оставалась такой же, так как концентрация, обнаруженная в печени, составляла 30–40% от той, что была обнаружена в печени. Противоположные результаты получены для мышей. У мышей концентрация в печени оказывается выше, чем в почках после перорального приема. Количество HCCPD в почках составляло от 33 до 50% от того, что было обнаружено в печени.
При многократном пероральном воздействии на крыс равновесные концентрации достигались в течение 10–30 дней. Печень достигала равновесной концентрации в течение 30 дней. В это время концентрация HCCPD составляла примерно половину от той, что была обнаружена в почках. У мышей равновесное состояние в репродуктивной и жировой ткани достигалось в течение 20 дней. В это время количество HCCPD в почках составляло примерно половину от концентрации, обнаруженной в печени. В исследовании с внутривенным введением на крысах приблизительное распределение HCCPD в тканях оставалось прежним.
Полное окисление соединения до углекислого газа ограничено, поскольку, по-видимому, в углекислом газе содержится менее 1% радиоактивной метки . [5]
Точный путь полного метаболизма HCCPD неизвестен. Существуют противоречивые результаты различных исследований относительно состава выделяемого материала. В одном исследовании было обнаружено, что метаболиты полярны , а в другом — неполярны . Кроме того, некоторые потенциальные метаболиты, такие как гексахлор-2-циклопентанон, гексахлор-3-циклопентанон, гексахлориндон или октахлор-3a,4,7,7a-тетрагидро-4,7-метаноинден-1,8-дион, еще не были идентифицированы путем экстракции выделяемого материала. [5]
Поскольку соединение легко подвергается реакциям Дильса-Альдера синтетически, возможно, что HCCPD может напрямую реагировать с клеточными алкенами в реакции циклоприсоединения . Это может объяснить, почему HCCPD вызывает эффекты в точке контакта для всех возможных путей воздействия, в дополнение к свойствам связывания с тканями. [5]
Существует небольшая разница в соотношении количества, выделяемого с мочой, и количества, выделяемого с калом, между крысами и мышами. Хотя, как правило, наибольшая часть радиомеченых метаболитов восстанавливается в моче , если HCCPD вдыхается. Кроме того, наибольшая часть радиомеченых молекул восстанавливается в кале, если HCCPD принимается перорально. [5]
Люди, подвергшиеся воздействию HCCPD, не проявляют неблагоприятных последствий для здоровья, присущих только этому химическому веществу. Небольшой процент работников очистных сооружений, подвергшихся воздействию воды, содержащей HCCPD, в 1977 году сообщили о раздражении кожи и глаз, дискомфорте в груди, головных болях, тошноте и усталости. В долгосрочной перспективе у них были выявлены нарушения функции печени с помощью тестов, отслеживающих уровни ферментов . Однако эти нарушения могут быть вызваны многими другими соединениями и изменениями в состоянии здоровья. [11] Другие предложенные параметры для характеристики эффектов у людей, такие как выделение порфирина с мочой , также были протестированы на предмет их потенциального использования в качестве биомаркера , но ни один из них не был признан достаточно значимым. Эксперименты, проведенные на лабораторных животных, таких как крысы и мыши, показывают, что желто-коричневый пигмент образуется в эпителии носа после длительного вдыхания даже при низких дозах, что считается полезным биомаркером для длительного воздействия. [5]
Когда есть уже имеющиеся повреждения органов, участвующих в поглощении или метаболизме, таких как легкие и печень, люди могут быть более восприимчивы к воздействию HCCPD из-за их уже нарушенной функции органов. Поскольку респираторное воздействие, по-видимому, является наиболее распространенным путем воздействия, люди, страдающие астмой , вероятно, более восприимчивы к неблагоприятным последствиям, чем население в целом. [11] Другая группа, которая особенно уязвима для опасных химических веществ, — это дети. В их развитии есть критические периоды, когда отдельные структуры и функции могут быть более восприимчивы к нарушению, и нанесенный ущерб может проявиться только на более поздней стадии жизни. Поглощение может отличаться у детей из-за их не полностью развитых органов и большего соотношения поверхности к массе тела. К счастью, очень маловероятно, что маленькие дети немедленно подвергаются воздействию HCCPD, поскольку он встречается только как примесь в пестицидах и не используется в домах. [5]
Никаких исследований летальности людей в связи с HCCPD не проводилось . Однако он был испытан на животных и постулируется, что он оказывает воздействие на мозг и надпочечники . В мозге HCCPD или его метаболит может реагировать с липидами . Чтобы увидеть дегенеративные эффекты мозга, например, у крыс, животные подвергаются воздействию высокой дозы концентрации HCCPD путем вдыхания. При работе с низкими уровнями воздействия реактивность HCCPD делает вероятность появления реактивных видов в крови при высоких концентрациях очень низкой. Однако при более высоких дозах вероятность переноса реактивного материала через гематоэнцефалический барьер выше. [5]
Кратковременное вдыхание HCCPD смертельно для мышей, крыс, кроликов и морских свинок. На летальность животных может влиять концентрация и продолжительность воздействия HCCPD. Из всех протестированных животных морские свинки оказались наиболее устойчивыми к токсичности соединения. Показано, что почти все биологические системы уязвимы к токсичности HCCPD, за исключением гематологической и опорно-двигательной систем. [5]
Было обнаружено, что единичные дозы HCCPD умеренно токсичны для животных при приеме внутрь. Однако, поскольку соединение не было полностью чистым (93,3%) во время проведения исследований, некоторые токсические эффекты можно было отнести к примесям, особенно при высоких дозах.
Данные о пероральном воздействии на другие виды, такие как мыши и крысы, ограничены. Единичные высокие дозы HCCPD привели к увеличению усилий для дыхания как у крыс, так и у кроликов. Легочные ткани этих животных были гиперемированными и отечными после данной дозы. Обширное легочное кровотечение появилось после однократной нелетальной дозы через 21 день. Более низкие дозы у крыс не вызвали наблюдаемых изменений тканей в легких. Высокие дозы также создали дегенеративные изменения в сердце. Опять же, низкие дозы не привели к наблюдаемым изменениям в сердечной ткани. Кроме того, эти крысы и кролики испытали диарею после однократных пероральных доз HCCPD и показали острые некротические поражения в преджелудке . В экспериментах с повторным воздействием на крысах и мышах наблюдались воспаление и эпителиальная гиперплазия преджелудка . Доза имела прямую связь с тяжестью этих эффектов. Это и местоположение предполагают , что эти эффекты являются результатом прямого контакта ткани с HCCPD. Масса тела сильно пострадала после перорального приема HCCPD крысами, причем сильнее у самцов, чем у самок. [5]
Увеличение дермальных доз показало более короткое время выживания для животных. Легочные эффекты кроликов были изучены в дермальных исследованиях животных, показывающих застой крови и жидкости при воздействии HCCPD (93,3% чистоты, так что снова возможная интерференция загрязняющих веществ). Другие эффекты, касающиеся органов с дермальной дозой, были дегенеративные изменения в сердце, некроз печени и почечных канальцев и дегенеративные изменения надпочечников. [5]
Форма, в которой HCCPD появляется в окружающей среде, как в чистом виде, так и в растворе, показала поразительное воздействие на эпидермис кроликов, морских свинок и обезьян. Можно было увидеть повреждения кожи, а именно обесцвеченную и воспаленную кожу. Когда животные не умирали от этих поражений, они со временем заживали сами по себе. [5]
HCCPD очень токсичен для животных при вдыхании его паров. Исследования на людях относительно летальности не проводились, но был инцидент с участием центра очистки сточных вод, где люди подверглись воздействию, откуда и взята наиболее важная информация о людях.
Имеются данные о воздействии HCCPD на человека в отношении многочисленных систем органов. Работники очистных сооружений и бригады по очистке воды подверглись воздействию после промышленного выброса соединения в окружающую среду. Первоначальная концентрация соединения в воздухе была неизвестна, но позже было установлено, что она составляла от 0,27 до 0,97 частей на миллион . Рабочие заметили странный запах на заводе и даже синюю дымку после сильного дождя. Когда некоторые из них обратились за медицинской помощью, было установлено, что завод был загрязнен HCCPD, и были проведены многочисленные тесты для документирования этих обстоятельств. Примерно пятая часть работников очистных сооружений сообщила о тошноте и спазмах в животе после воздействия в течение периода от 3 до 15 дней. Они также сообщили о респираторных жалобах, таких как боль в горле, кашель и затрудненное дыхание. Однако тесты на функцию легких и рентгенограммы грудной клетки не показали никаких отклонений. [11] Рабочие, подвергавшиеся воздействию HCCPD в течение длительного времени, сообщали о раздражении дыхательных путей, носа и заложенности носовых пазух , что, скорее всего, было связано с прямым контактом этих тканей с HCCPD из воздуха, а не с системным воздействием через легкие.
Кроме того, повышенный уровень лактатдегидрогеназы был обнаружен у 11 из 41 рабочих, занятых на очистке сточных вод. Этот уровень был не таким высоким у рабочих из бригады по очистке воды, но уровень аспартатаминотрансферазы был повышен у 12 из 97 этих рабочих. Эти ферменты могут указывать на повреждение сердца, а также печени. Однако никаких доказательств нарушения функции сердца не было обнаружено в обеих группах рабочих. Повышенный уровень у пациентов снизился через 3 недели. [5]
При длительном воздействии наблюдаются значительные различия между видами лабораторных животных. В то время как все мыши погибли в первую неделю в 13-недельном исследовании, подвергаясь воздействию 2 ppm HCCPD в течение 5 дней в неделю, 6 часов в день, крысы, однако, выживали до третьей недели. При очень низком воздействии 0,04 ppm погибли 3 из 20 мышей, и ни одна из крыс не погибла. Хроническое воздействие HCCPD в очень низких концентрациях привело к появлению желто-коричневого пигмента в эпителии легких, трахеи и носа у крыс и мышей. Пигментация не исчезла после прекращения воздействия.
При остром высоком воздействии (1 час, 42 ppm) все животные погибли, после того как стало трудно дышать и стало не хватать воздуха. В тканях легких наблюдались геморрагические поражения , воспаление , отек и некроз в бронхах . Однако выздоровление выживших животных было очевидным через 2 недели после лечения.
Сердечная и желудочно-кишечная функции, по-видимому, не были нарушены после воздействия HCCPD на крыс, мышей и обезьян. Умеренная дегенерация печеночной ткани наблюдалась при остром вдыхании. Такая же дегенерация ткани наблюдалась при более длительных экспериментах с более низкими концентрациями. [5]
HCCPD — это высокотоксичное [12] хлорорганическое соединение, которое впервые было упомянуто как диен в некоторых реакциях Дильса-Альдера в 1930 году. Химическое семейство HCCPD быстро привлекло повышенное внимание с открытием его инсектицидных свойств в 1955 году и широкой коммерциализацией. Однако из-за широкого использования семейство инсектицидов HCCPD (хлордан, альдрин, дильдрин, эндрин, гептахлор) стало менее эффективным в результате генетических мутаций целевых насекомых. Число насекомых, устойчивых к циклодиенам и линдану, приблизилось к 300 к 1989 году. [2]
Позже, в 1957 году, было найдено другое применение соединения, а именно в качестве антипирена для полиэфиров. Кроме того, HCCPD использовался для создания димера . Этот димер был также известен как « Mirex » или «Box dimer» и предлагался на рынке в качестве антипирена для использования в полимерах, таких как полипропилен . В 1970-х годах было показано, что димер Mirex разлагается в окружающей среде в кепон , хорошо известный канцероген . Эта разработка вызвала беспокойство, и использование Mirex было полностью прекращено. До этого были разработаны аддукты Дильса-Альдера HCCPD с рядом циклических диенов. Некоторые из этих соединений привлекли коммерческое внимание, такие как аддукт HCCPD с 1,5-циклооктадиеном , который продавался под названием Dechlorane® plus . Этот антипирен использовался в полиолефинах и нейлоне , а также в проводах и кабелях из-за его хорошей влагостойкости. Между тем, научные исследования также продемонстрировали его воздействие на окружающую среду [13]
Сегодня почти все производные HCCPD запрещены или находятся на рассмотрении для запрета, согласно обсуждениям Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях . Однако, учитывая, что HCCPD является универсальным сырьем для синтеза широкого спектра конечных продуктов, по состоянию на октябрь 2021 года он все еще доступен в продаже. [14]
{{cite encyclopedia}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )