Полибромированные дифениловые эфиры или ПБДЭ представляют собой класс броморганических соединений , которые используются в качестве антипиренов . Как и другие бромированные антипирены , ПБДЭ используются в широком спектре продуктов, включая строительные материалы, электронику, мебель, автомобили, самолеты, пластмассы, полиуретановые пены [1] и текстиль. Они структурно родственны полихлорированным дифениловым эфирам (ПХДЭ), полихлорированным бифенилам (ПХБ) и другим полигалогенированным соединениям , состоящим из двух галогенированных ароматических колец. ПБДЭ классифицируются в соответствии со средним числом атомов брома в молекуле. Спасающие жизни преимущества антипиренов привели к их популяризации. Стандарты для общественного транспорта продолжают расти по состоянию на 2021 год. [2]
Из-за своей токсичности и стойкости все коммерчески значимые ПБДЭ были отмечены как подлежащие уничтожению в соответствии со Стокгольмской конвенцией — договором о контроле и поэтапном отказе от основных стойких органических загрязнителей (СОЗ). [3] [4]
Семейство ПБДЭ состоит из 209 возможных веществ, которые называются конгенерами (ПБДЭ = C 12 H (10− x ) Br x O ( x = 1, 2, ..., 10 = m + n )). Число изомеров для моно-, ди-, три-, тетра-, пента-, гекса-, гепта-, окта-, нона- и декабромдифениловых эфиров составляет 3, 12, 24, 42, 46, 42, 24, 12, 3 и 1 соответственно. [5]
ПБДЭ с низким содержанием брома, содержащие 1–4 атома брома на молекулу, считаются более опасными, поскольку они более эффективно биоаккумулируются . Известно, что они влияют на уровень гормонов щитовидной железы , и исследования связывают их с репродуктивными и неврологическими рисками при определенных концентрациях или выше. [6] ПБДЭ с высоким содержанием брома менее опасны, но биотически и фотохимически дебромируются до конгенеров с низким содержанием брома. [7]
ПБДЭ производились в промышленных масштабах путем бромирования дифенилового эфира [8] , при этом продавались три технические смеси, различающиеся по степени бромирования.
В Соединенных Штатах PBDE продавались под торговыми наименованиями DE-60F, DE-61, DE-62 и DE-71, применяемыми к смесям пентаБДЭ, DE-79, применяемым к смесям октаБДЭ, и DE 83R и Saytex 102E, применяемыми к смесям декаБДЭ. Доступные коммерческие продукты PBDE не были отдельными соединениями или даже отдельными конгенерами, а скорее смесями конгенеров.
Технический пентаБДЭ в основном содержал пентабромпроизводные (50–62%); однако смесь также содержала тетрабромиды (24–38%) и гексабромиды (4–8%), а также следы трибромидов (0–1%). Технический октаБДЭ представлял собой смесь гомологов: гекса-, гепта-, окта-, нона- и декабромидов. Технический декаБДЭ на 97% состоял из декабромида с небольшими количествами окта- и нонабромидов. [7]
Коммерческое производство ПБДЭ началось в 1970-х годах [9] и продолжалось до начала 2010-х годов. Совокупное мировое производство оценивается в 175 кт для пентаБДЭ, 130 кт для октаБДЭ и 1600 кт для декаБДЭ. [10]
С 1990-х годов экологические проблемы стали подниматься из-за высокой гидрофобности ПБДЭ и их высокой устойчивости к процессам деградации. Например, в 1995 году было обнаружено, что рыба реки Буффало ( карп ) была загрязнена этим соединением, а концентрации в тканях составляли от 13,1 до 22,8 нг/г сырого веса. [11] Люди подвергаются воздействию низких уровней ПБДЭ через прием пищи и при вдыхании. ПБДЭ биоаккумулируются в крови, грудном молоке и жировых тканях. Персонал, связанный с производством продукции, содержащей ПБДЭ, подвергается воздействию самых высоких уровней ПБДЭ. Биоаккумуляция вызывает особую озабоченность в таких случаях, особенно для персонала на заводах по переработке и ремонту, работающего с продукцией, содержащей ПБДЭ. Люди также подвергаются воздействию этих химикатов в своей домашней среде из-за их распространенности в обычных предметах домашнего обихода. Исследования в Канаде обнаружили значительные концентрации ПБДЭ в обычных продуктах питания, таких как лосось , говяжий фарш , масло и сыр . [12] ПБДЭ также были обнаружены в высоких концентрациях в пыли внутри помещений, канализационных осадках и стоках с очистных сооружений. Повышение уровня ПБДЭ было обнаружено в крови морских млекопитающих, таких как тюлени .
Растет также обеспокоенность тем, что ПБДЭ обладают такими же свойствами биоаккумуляции и длительным сроком действия в окружающей среде, как и полихлорированные дибензодиоксины . [13]
«За исключением одного небольшого исследования случай-контроль, сообщающего о возможной связи между концентрацией ПБДЭ в жировой ткани и риском рака поджелудочной железы, нет никаких доказательств канцерогенности ПБДЭ в исследованиях на людях». [14]
Было показано, что PBDEs оказывают гормонально-разрушающее действие, в частности, на эстроген и гормоны щитовидной железы [15] и могут влиять как на метаболические, так и на онкогенные пути. [16] Исследование животных, проведенное в 2009 году Агентством по охране окружающей среды США (EPA), показывает, что дейодирование, активный транспорт, сульфатирование и глюкуронирование могут быть связаны с нарушением гомеостаза щитовидной железы после перинатального воздействия PBDEs в критические моменты развития в утробе матери и вскоре после рождения. [17] Было показано, что неблагоприятное воздействие на печеночный механизм нарушения гормонов щитовидной железы во время развития сохраняется и во взрослом возрасте. [ необходима цитата ] EPA отметило, что PBDEs особенно токсичны для развивающегося мозга животных. [17] Рецензируемые исследования показали, что даже однократная доза, введенная мышам во время развития мозга, может вызвать постоянные изменения в поведении, включая гиперактивность. [18]
Шведские ученые впервые сообщили о том, что вещества, связанные с пентаБДЭ, накапливаются в грудном молоке человека. [19] Исследования Шведского общества охраны природы впервые обнаружили очень высокие уровни более высокобромированных ПБДЭ (БДЭ-209) в яйцах сапсанов . [20] Две формы ПБДЭ, пента- и октаБДЭ, больше не производятся в Соединенных Штатах из-за проблем со здоровьем и безопасностью. На основании комплексной оценки риска в соответствии с Регламентом о существующих веществах 793/93/EEC Европейский союз полностью запретил использование пента- и октаБДЭ с 2004 года. [21] Однако оба химиката по-прежнему встречаются в мебели и изделиях из пенопласта, изготовленных до завершения поэтапного отказа. Наиболее распространенными ПБДЭ, используемыми в электронике, являются декаБДЭ. ДекаБДЭ запрещен в Европе для этого использования и в некоторых штатах США. Для PBDE EPA установило референтную дозу в 7 микрограммов на килограмм веса тела, которая, как «считается, не имеет заметных эффектов». Однако Линда Бирнбаум , доктор философии, старший токсиколог, ранее работавшая в EPA (теперь в NIEHS), выражает обеспокоенность: «То, что я вижу, — это еще одно доказательство, подтверждающее тот факт, что уровни этих химикатов у детей, по-видимому, выше, чем у их родителей; я думаю, что это исследование поднимает тревожный сигнал». [22] Предыдущее исследование, проведенное Рабочей группой по охране окружающей среды в 2003 году, опубликовало результаты испытаний, показывающие, что средний уровень антипиренов в грудном молоке 20 американских матерей был в 75 раз выше среднего уровня, измеренного в Европе. [23]
Повышение уровня ПБДЭ в окружающей среде может быть причиной увеличения случаев гипертиреоза у кошек . [24] Исследование, проведенное в 2007 году, показало, что уровень ПБДЭ у кошек в 20–100 раз превышает средний уровень у взрослых людей в США, хотя оно не было достаточно обоснованным, чтобы установить связь между гипертиреозом у кошек и уровнем ПБДЭ в сыворотке. [25] Последующие исследования действительно обнаружили такую связь. [26] [27] [28]
Эксперимент, проведенный в Океанографическом институте Вудс-Хоул в 2005 году, показал, что изотопная сигнатура метокси-ПБДЭ, обнаруженных в китовом жире, содержала углерод-14 , встречающийся в природе радиоактивный изотоп углерода. Метокси-ПБДЭ производятся некоторыми морскими видами. [29] Если бы метокси-ПБДЭ в ките были получены из искусственных (антропогенных) источников, они бы содержали только стабильные изотопы углерода, поскольку практически все ПБДЭ, которые производятся искусственно, используют нефть в качестве источника углерода; весь углерод-14 давно бы полностью распался из этого источника. [30] Изотопные сигнатуры самих ПБДЭ не оценивались. Вместо этого углерод-14 может находиться в метокси-группах, ферментативно добавленных к искусственным ПБДЭ.
Исследование 2010 года показало, что дети с более высокой концентрацией конгенеров ПБДЭ 47, 99 и 100 в пуповинной крови при рождении набирали более низкие баллы в тестах на умственное и физическое развитие в возрасте от одного до шести лет. Влияние на развитие было особенно очевидным в возрасте четырех лет, когда вербальные и полные баллы IQ были снижены на 5,5–8,0 баллов для тех, кто подвергался самому высокому пренатальному воздействию после коррекции по полу, этнической принадлежности, воздействию табачного дыма и IQ матери. [31]
Были оценены растущие концентрации в окружающей среде и изменяющееся распределение ПБДЭ в отложениях эстуария реки Клайд в Шотландии, Великобритания. [32] Анализ шести кернов отложений глубиной 1 м каждый от города Глазго до Гринока показал, что общие концентрации увеличивались по направлению к поверхности русла реки (0–10 см). Количество ПБДЭ варьировалось от 1 до 2645 мкг/кг (сухой вес отложений) со средним значением 287 мкг/кг (сухой вес отложений). [32] Профили конгенеров ПБДЭ в нисходящем керне показали, что более высокие концентрации были вызваны повышенными уровнями БДЭ-209. Большинство записей об осадках четко показали изменение от преимущественно низкомолекулярных БДЭ 47,99, 183, 153 на более низких глубинах до БДЭ-209 вблизи поверхности, изменение в моделях конгенерных и гомологичных групп, которое соответствует ограничениям на коммерческие смеси пента- и октаБДЭ в соответствии с законодательством ЕС в 2004–2006 годах.
Хотя биодеградация не считается основным путем для ПБДЭ, фотолиз и пиролиз могут представлять интерес при изучении трансформации ПБДЭ. [33] [34]
В августе 2003 года штат Калифорния запретил продажу пента- и октаБДЭ и продуктов, содержащих их, с 1 января 2008 года. [35] ПБДЭ повсеместно распространены в окружающей среде, и, по данным Агентства по охране окружающей среды, воздействие может представлять опасность для здоровья. Согласно Интегрированной системе информации о рисках Агентства по охране окружающей среды США, данные свидетельствуют о том, что ПБДЭ могут обладать гепатотоксичностью, тиреоидной токсичностью и нейроразвивающей токсичностью. [36] [37] В июне 2008 года Агентство по охране окружающей среды США установило безопасный уровень ежедневного воздействия в диапазоне от 0,1 до 7 мкг на кг массы тела в день для четырех наиболее распространенных конгенеров ПБДЭ. [38] [37] [39] [36] В апреле 2007 года законодательный орган штата Вашингтон принял законопроект, запрещающий использование ПБДЭ. [40] Департамент охраны окружающей среды штата Мэн постановил, что все ПБДЭ должны быть запрещены. [41] В мае 2007 года законодательный орган штата Мэн принял законопроект о постепенном отказе от использования декаПБДЭ. [42] Американские импортеры и производители ПБДЭ уже изъяли их из продажи: к концу 2004 года — пентаБДЭ и октаБДЭ, а к концу 2013 года — декаБДЭ. [7] [43]
Европейский союз принял решение запретить использование двух классов антипиренов, в частности, ПБДЭ и полибромированных бифенилов (ПБД) в электрических и электронных устройствах. Этот запрет был формализован в Директиве RoHS , и был установлен верхний предел в 1 г/кг для суммы ПБД и ПБДЭ. В феврале 2009 года Институт эталонных материалов и измерений выпустил два сертифицированных эталонных материала, чтобы помочь аналитическим лабораториям лучше определять эти два класса антипиренов. Эталонные материалы были изготовлены на заказ, чтобы содержать все соответствующие ПБДЭ и ПБД на уровнях, близких к допустимому пределу.
На международном уровне в мае 2009 года Стороны Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях (СОЗ) решили включить коммерческий пентаБДЭ и коммерческий октаБДЭ в список СОЗ-веществ. Этот список обусловлен свойствами гексаБДЭ и гептаБДЭ, которые являются компонентами коммерческого октаБДЭ, а также свойствами тетраБДЭ и пентаБДЭ, которые являются основными компонентами коммерческого пентаБДЭ. [44] В 2017 году было решено также включить декаБДЭ. [4] [45]
Основные производители декаБДЭ переключились на производство декабромдифенилэтана , структурно родственного соединения, которое также попало под подозрение как загрязнитель окружающей среды. [46] Существуют также негалогенированные альтернативы. [46] [43]