Галогенуглеродные соединения — это химические соединения , в которых один или несколько атомов углерода связаны ковалентными связями с одним или несколькими атомами галогена ( фтор , хлор , бром или йод — группа 17 ), что приводит к образованию фторорганических соединений , хлорорганических соединений , броморганических соединений и иодорганических соединений . Хлоргалогенуглероды являются наиболее распространенными и называются органохлоридами . [1]
Многие синтетические органические соединения, такие как пластиковые полимеры , и несколько природных, содержат атомы галогенов; они известны как галогенированные соединения или органогалогены . Органохлориды являются наиболее распространенными промышленно используемыми органогалогенидами, хотя другие органогалогениды обычно используются в органическом синтезе. За исключением крайне редких случаев, органогалогениды не производятся биологически, но многие фармацевтические препараты являются органогалогенидами. Примечательно, что многие фармацевтические препараты, такие как Прозак, имеют трифторметильные группы.
Информацию о химии неорганических галогенидов см. в разделе галогениды .
Галогенуглероды обычно классифицируются тем же способом, что и органические соединения с аналогичной структурой , в которых атомы водорода занимают молекулярные позиции атомов галогенов в галоидуглеродах. Среди химических семейств есть: [2]
Атомы галогена в молекулах галогенуглерода часто называют « заместителями » , как будто эти атомы были заменены на атомы водорода . Однако галогенуглероды готовятся многими способами, которые не включают в себя прямое замещение галогенов на водороды .
Некоторые галогенуглероды производятся в огромных количествах микроорганизмами. Например, по оценкам, ежегодно морские организмы производят несколько миллионов тонн бромистого метила . Большинство галогенуглеродов, встречающихся в повседневной жизни — растворители, лекарства, пластик — созданы человеком. Первый синтез галогенуглеродов был осуществлен в начале 1800-х годов. Производство начало ускоряться, когда были обнаружены их полезные свойства в качестве растворителей и анестетиков. Разработка пластмасс и синтетических эластомеров привела к значительному расширению масштабов производства. Значительный процент лекарств — это галогенуглероды.
Большое количество встречающихся в природе галогенуглеродов, таких как диоксин , образуется в результате сжигания древесины и вулканической активности . Третьим основным источником являются морские водоросли, которые производят несколько хлорированных соединений, содержащих метан и этан . Известно, что несколько тысяч сложных галогенуглеродов производятся в основном морскими видами. Хотя соединения хлора составляют большинство обнаруженных соединений, в природе также были обнаружены бромиды, йодиды и фториды. Тирийский пурпур является бромидом и вырабатывается некоторыми морскими улитками. Тироксин выделяется щитовидной железой и является йодидом. Высокотоксичный фторацетат является одним из редких природных фторорганических соединений и вырабатывается некоторыми растениями. [3] [4] [5]
Иодорганические соединения, называемые органическими иодидами , по структуре похожи на хлорорганические и броморганические соединения, но связь CI слабее. Известно много органических иодидов, но немногие из них имеют важное промышленное значение. Иодидные соединения в основном производятся в качестве пищевых добавок. [6]
Гормоны тироксины необходимы для здоровья человека, поэтому йодированная соль так полезна .
Шесть мг йодида в день можно использовать для лечения пациентов с гипертиреозом из-за его способности ингибировать процесс органификации в синтезе тиреоидных гормонов, так называемый эффект Вольфа-Чайкова . До 1940 года йодиды были преобладающими антитиреоидными агентами. В больших дозах йодиды ингибируют протеолиз тиреоглобулина , что позволяет синтезировать тиреоглобулин и хранить его в коллоиде , но не высвобождать в кровоток. Этот механизм называется эффектом Пламмера .
Это лечение редко используется сегодня как самостоятельная терапия, несмотря на быстрое улучшение состояния пациентов сразу после приема. Главный недостаток лечения йодидом заключается в том, что избыточные запасы TH накапливаются, замедляя начало действия тиоамидов (блокаторов синтеза TH). Кроме того, функциональность йодидов исчезает после начального периода лечения. «Уход от блока» также вызывает беспокойство, поскольку избыточный запас TH может резко возрасти после прекращения лечения.
Первым коммерчески использованным галогенуглеродом был тирийский пурпур , природный бромид морской улитки Murex Brandaris .
Галогенуглероды обычно используются в качестве растворителей , пестицидов , хладагентов , огнестойких масел, ингредиентов эластомеров , клеев и герметиков, электроизоляционных покрытий, пластификаторов и пластмасс . Многие галоидуглероды имеют специализированное применение в промышленности. Один из галоидуглеродов, сукралоза , является подсластителем.
До того, как они стали строго регулироваться, широкая общественность часто сталкивалась с галогеналканами в качестве растворителей для красок и чистящих средств, таких как трихлорэтан (1,1,1-трихлорэтан) и четыреххлористый углерод (тетрахлорметан), пестицидами, такими как 1,2-дибромэтан (EDB, этилендибромид), и хладагентами , такими как фреон -22 ( торговая марка duPont для хлордифторметана ). Некоторые галогеналканы по-прежнему широко используются для промышленной очистки, такие как метиленхлорид (дихлорметан), и в качестве хладагентов, таких как R-134a ( 1,1,1,2-тетрафторэтан ).
Галогеналкены также использовались в качестве растворителей , включая перхлорэтилен (Perc, тетрахлорэтилен), широко используемый в химчистке, и трихлорэтилен (TCE, 1,1,2-трихлорэтилен). Другие галогеналкены были химическими строительными блоками пластиков, таких как поливинилхлорид («винил» или ПВХ, полимеризованный хлорэтилен) и тефлон ( торговая марка duPont для полимеризованного тетрафторэтилена, ПТФЭ ).
Галогенароматические соединения включают бывшие Aroclors ( торговая марка компании Monsanto Company для полихлорированных бифенилов , ПХБ), когда-то широко использовавшиеся в силовых трансформаторах и конденсаторах, а также в строительных герметиках, бывшие Halowaxes ( торговая марка компании Union Carbide для полихлорированных нафталинов , ПХН), когда-то использовавшиеся для электроизоляции, а также хлорбензолы и их производные, используемые для дезинфицирующих средств , пестицидов, таких как дихлордифенилтрихлорэтан ( ДДТ , 1,1,1-трихлор-2,2-бис(п-хлорфенил)этан), гербицидов, таких как 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота), диэлектрики аскарель (смешанные с ПХБ, больше не используемые в большинстве стран) и химического сырья.
Некоторые галогенуглероды, включая галогенангидриды кислот, такие как ацетилхлорид , обладают высокой реакционной способностью ; они редко встречаются вне химической обработки. Широкое применение галогенуглеродов часто было обусловлено наблюдениями, что большинство из них более стабильны, чем другие вещества. Они могут быть менее подвержены воздействию кислот или щелочей; они могут не так легко гореть; они могут не подвергаться воздействию бактерий или плесени ; или они могут не так сильно подвергаться воздействию солнечного света.
Стабильность галоидоуглеродов, как правило, способствовала убеждению, что они в основном безвредны, хотя в середине 1920-х годов врачи сообщали о рабочих на производстве полихлорированного нафталина (ПХН), страдающих от хлоракне (Teleky 1927), а к концу 1930-х годов стало известно, что рабочие, подвергшиеся воздействию ПХН, могут умереть от заболевания печени (Flinn & Jarvik 1936) и что ДДТ убивает комаров и других насекомых (Müller 1948). К 1950-м годам было несколько отчетов и исследований опасностей на рабочем месте. Например, в 1956 году после тестирования гидравлических масел, содержащих полихлорированные бифенилы (ПХБ) , ВМС США обнаружили, что контакт с кожей вызывает смертельное заболевание печени у животных, и отвергли их как «слишком токсичные для использования на подводной лодке » (Owens v. Monsanto 2001).
В 1962 году книга американского биолога Рэйчел Карсон (Carson 1962) вызвала бурю беспокойства по поводу загрязнения окружающей среды , сначала сосредоточенного на ДДТ и других пестицидах , некоторые из которых также являются галоидоуглеродами. Эти опасения усилились, когда в 1966 году датский химик Сорен Йенсен сообщил о широко распространенных остатках ПХБ среди арктических и субарктических рыб и птиц (Jensen 1966). В 1974 году мексиканский химик Марио Молина и американский химик Шервуд Роуленд предсказали, что распространенные галоидоуглеродные хладагенты , хлорфторуглероды (ХФУ), будут накапливаться в верхних слоях атмосферы и разрушать защитный озон (Molina & Rowland 1974). В течение нескольких лет истощение озонового слоя наблюдалось над Антарктидой , что привело к запрету на производство и использование хлорфторуглеродов во многих странах. В 2007 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) заявила, что галоидоуглероды являются прямой причиной глобального потепления . [7]
С 1970-х годов существуют давние неразрешенные споры о потенциальной опасности для здоровья трихлорэтилена (ТХЭ) и других растворителей на основе галогенуглеродов , которые широко использовались для промышленной очистки (Anderson v. Grace 1986) (Scott & Cogliano 2000) (US National Academies of Science 2004) (United States 2004). Совсем недавно перфтороктановая кислота (ПФОК), прекурсор в наиболее распространенном процессе производства тефлона, а также используемая для изготовления покрытий для тканей и упаковки пищевых продуктов , стала проблемой для здоровья и окружающей среды, начиная с 2006 года (United States 2010), что позволяет предположить, что галогенуглероды, хотя и считаются одними из самых инертных, также могут представлять опасность.
Галогенуглероды, включая те, которые сами по себе не представляют опасности, могут представлять проблемы утилизации отходов . Поскольку они нелегко разлагаются в естественных условиях, галоидуглероды имеют тенденцию накапливаться. Сжигание и случайные возгорания могут создавать едкие побочные продукты, такие как соляная кислота и плавиковая кислота , а также яды , такие как галогенированные диоксины и фураны . Виды Desulfitobacterium исследуются на предмет их потенциала в биоремедиации галогенных органических соединений. [8]
{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ), урегулированный между сторонами, рассмотренный в Harr, J., Ed.; Asher, M., Ed. (1996), Гражданский иск , Миннеаполис, MN, США: Образовательные ресурсы Sagebrush{{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ), цитируется в Архивах химической промышленности, Дело Эннистона, Архивировано 18 июля 2005 г. в Wayback Machine , Экологической рабочей группой, Вашингтон, округ Колумбия, 2002 г.{{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Медиа, связанные с Органогалогенидами на Wikimedia Commons