stringtranslate.com

Тетрахлорэтилен

Тетрахлорэтилен , также известный как перхлорэтилен [a] или под систематическим названием тетрахлорэтен , и такими сокращениями, как perc (или PERC ) и PCE , является хлоруглеродом с формулой Cl 2 C=CCl 2 . Это негорючая, стабильная, бесцветная и тяжелая жидкость, широко используемая для химической чистки тканей. Он также используется в качестве эффективного очистителя автомобильных тормозов . Он имеет мягкий сладковатый, резкий запах, который большинство людей ощущают при концентрации 50 ppm. [6]

Тетрахлорэтилен считается токсичным веществом, опасным для здоровья человека и окружающей среды . [5] [7] В 2020 году Агентство по охране окружающей среды США заявило, что «воздействие тетрахлорэтилена может нанести вред нервной системе, печени, почкам и репродуктивной системе, а также может быть вредным для нерожденных детей», и сообщило, что многочисленные токсикологические агентства считают его канцерогеном . [ 8]

История и производство

Французский химик Анри Виктор Реньо впервые синтезировал тетрахлорэтилен в 1839 году путем термического разложения гексахлорэтана после синтеза Майклом Фарадеем в 1820 году протохлорида углерода (четыреххлористого углерода).

С2Сl6 → С2Сl4 + Сl2​​​​​

Ранее Фарадею ошибочно приписывали синтез тетрахлорэтилена, который на самом деле был тетрахлоридом углерода . [ необходим непервичный источник ] Пытаясь создать «протохлорид углерода» Фарадея, Реньо обнаружил, что его соединение отличается от соединения Фарадея. Виктор Реньо заявил: «По Фарадею, хлорид углерода кипел при температуре около 70 °C (158 °F) до 77 °C (171 °F) градусов Цельсия, но мой не начинал кипеть до 120 °C (248 °F)». [9]

Тетрахлорэтилен можно получить, пропуская пары хлороформа через раскаленную трубку, побочные продукты включают гексахлорбензол и гексахлорэтан , как сообщалось в 1886 году. [10]

Большая часть тетрахлорэтилена производится высокотемпературным хлоринолизом легких углеводородов. Метод связан с методом Фарадея, поскольку образуется гексахлорэтан, который термически разлагается. [11] Побочные продукты включают тетрахлорметан , хлористый водород и гексахлорбутадиен .

Было разработано несколько других методов. При нагревании 1,2-дихлорэтана до 400 °C с хлором образуется тетрахлорэтилен:

ClCH2CH2Cl + 3Cl2 → Cl2C = CCl2 + 4HCl​​

Эту реакцию можно катализировать смесью хлорида калия и хлорида алюминия или активированным углем . Трихлорэтилен является основным побочным продуктом, который отделяется путем перегонки .

В 1985 году мировое производство составило около 1 миллиона метрических тонн (980 000 длинных тонн; 1 100 000 коротких тонн). [11]

Хотя и в очень небольших количествах, тетрахлорэтилен встречается в природе в вулканах вместе с трихлорэтиленом . [12]

Использует

Тетрахлорэтилен является прекрасным неполярным растворителем для органических материалов. Кроме того, он летуч, очень стабилен (легко перерабатывается), не воспламеняется и имеет низкую токсичность. По этим причинам он широко используется в химической чистке по всему миру с 1930-х годов. Химик Сильвия Штёссер (1901–1991) предложила использовать тетрахлорэтилен в химической чистке в качестве альтернативы легковоспламеняющимся растворителям для химической чистки, таким как нафта . [13]

Он также используется для обезжиривания металлических деталей в автомобильной и других металлообрабатывающих отраслях, обычно в смеси с другими хлоруглеродами. Он появляется в нескольких потребительских товарах, включая средства для снятия краски , аэрозольные препараты и пятновыводители.

Исторические приложения

Тетрахлорэтилен когда-то широко использовался в качестве промежуточного продукта при производстве ГФУ-134а и родственных хладагентов .

В начале 20 века тетрахлорэтилен использовался для лечения анкилостомидоза . [ 14] [15] В 1925 году американский ветеринар Морис Кроутер Холл (1881–1938), работая над антигельминтными средствами, продемонстрировал эффективность тетрахлорэтилена в лечении анкилостомоза , вызванного анкилостомидозом у людей и животных. До того, как Холл испытал тетрахлорэтилен на себе, в 1921 году он открыл мощное воздействие четыреххлористого углерода на кишечных паразитов и был номинирован на Нобелевскую премию по физиологии и медицине, но несколько лет спустя он обнаружил, что тетрахлорэтилен более эффективен и безопасен. [16] Лечение тетрахлорэтиленом сыграло жизненно важную роль в искоренении анкилостомид в Соединенных Штатах и ​​за рубежом. [ необходима цитата ] Инновация Холла считалась прорывом в медицине. [ необходима цитата ] Его принимали перорально в виде жидкости или в капсулах вместе с сульфатом магния для избавления людей от паразита Necator americanus . [17]

Химические свойства и реакции

Тетрахлорэтилен является производным этилена , в котором все водороды заменены хлором . 14,49% молекулярной массы тетрахлорэтилена состоит из углерода , а оставшиеся 85,5% — из хлора. Это самое стабильное соединение среди всех хлорированных производных этана и этилена. Он устойчив к гидролизу и менее едкий, чем другие хлорированные растворители. [11] Он не склонен к полимеризации, как фтористый аналог тетрафторэтилена , C2F4 .

Тетрахлорэтилен может бурно реагировать со щелочными или щелочноземельными металлами , щелочами ( гидроксидом натрия и гидроксидом калия ), азотной кислотой , бериллием, барием и алюминием. [18]

Окисление

Окисление тетрахлорэтилена ультрафиолетовым излучением на воздухе приводит к образованию трихлорацетилхлорида и фосгена :

4 C2Cl4 + 3 O2 → 2CCl3COCl2 + 4COCl2​

Эту реакцию можно остановить, используя амины и фенолы (обычно N - метилпиррол и N -метилморфолин) в качестве стабилизаторов. Но реакцию можно провести намеренно, чтобы получить трихлорацетилхлорид. [11]

Хлорирование

Гексахлорэтан образуется при реакции тетрахлорэтилена с хлором при температуре 50–80 °C в присутствии небольшого количества хлорида железа (III) (0,1%) в качестве катализатора: [19]

С2Сl4 + Сl2 → С2Сl6​​​​​

CFC-113 получают путем реакции тетрахлорэтилена с хлором и HF в присутствии пентафторида сурьмы : [20]

C2Cl4 + 3HF + Cl2 → CClF2CCl2F + 3HCl​​

Нитрация

Тетрахлординитроэтан можно получить нитрованием тетрахлорэтилена дымящей азотной кислотой (конц. HNO3 , богатой оксидами азота ) или тетраоксидом азота : [21]

Cl2CCCl2 + N2O4 → NO2 Cl2CCCl2NO2​​​​​​​​​​

Получение этого кристаллического твердого соединения из тетрахлорэтилена и тетраоксида азота было впервые описано Германом Кольбе в 1869 году. [21]

Термическое разложение

Тетрахлорэтилен начинает термически разлагаться при 400 °C, разложение ускоряется около 600 °C и полностью разлагается при 800 °C. Органическими продуктами разложения были идентифицированы трихлорбутен, 1,3-дихлор-2-пропанон, тетрахлорбутадиен, дихлорциклопентан, дихлорпентен, метилтрихлорацетат, тетрахлорацетон, тетрахлорпропен, трихлорциклопентан, трихлорпентен, гексахлорэтан, пентахлорпропен, гексахлорпропен, гексахлорбутадиен. [22]

Здоровье и безопасность

Тетрахлорэтилен считается токсином. [7] Он определен как опасный для здоровья и окружающей среды . [5] Воздействие тетрахлорэтилена, особенно в течение длительного времени, может нанести вред нервной системе, другим органам и увеличить риск развития рака . [8] Он также может оказывать влияние на беременность и плод . [8]

Сообщения о травмах у людей редки, несмотря на его широкое применение в химической чистке и обезжиривании. [23] Хотя тетрахлорэтилен и ограничен своей низкой летучестью , он обладает мощным анестезирующим эффектом при вдыхании. [8] [24] Риск зависит от того, длится ли воздействие в течение минут или часов, или в течение лет. [8]

Несмотря на преимущества тетрахлорэтилена, онкологические исследования и государственные экологические агентства призвали к его замене из широко распространенного коммерческого использования. [8] Он описывается как возможный нейротоксикант, токсичный для печени и почек , а также репродуктивный и развивающийся токсикант (...), потенциальный профессиональный канцероген. [7] [8] [25] С другой стороны, химчистка подчеркивает минимальный риск, поскольку современное оборудование использует закрытые системы, чтобы избежать утечки паров и оптимизировать переработку. [11]

Метаболизм

Биологический период полураспада тетрахлорэтилена составляет приблизительно 3 дня. [26] Около 98% вдыхаемого тетрахлорэтилена выдыхается в неизмененном виде, и только около 1–3% метаболизируется в оксид тетрахлорэтилена , который быстро изомеризуется в трихлорацетилхлорид . Трихлорацетилхлорид гидролизуется в трихлоруксусную кислоту . [27] [26]

Нейротоксичность

Тетрахлорэтилен может нанести вред нервной системе, вызвать нарушения развития у детей, ухудшить зрение и повысить риск психиатрических диагнозов. [7] [28] [29]

Канцерогенность

Тетрахлорэтилен был классифицирован как « Группа 2A : Вероятно канцерогенный» Международным агентством по изучению рака (МАИР) из-за достаточных доказательств на экспериментальных животных и ограниченных доказательств на людях относительно неходжкинской лимфомы, рака мочевого пузыря, а также рака пищевода и шейки матки. [30] : 32 

Данные когортных и контролируемых эпидемиологических исследований демонстрируют положительную связь между кумулятивным воздействием тетрахлорэтилена и распространенностью рака мочевого пузыря , неходжкинской лимфомы и множественной миеломы у взрослых. Некоторые ограниченные доказательства увеличения распространенности рака почек, легких, печени и груди при воздействии тетрахлорэтилена были обнаружены в эпидемиологических исследованиях, но ограничения качества данных привели к различным результатам в разных исследованиях. [30] : 326  [31] : § 4.2.1.3  [32] : 237 

Предполагается несколько способов действия для канцерогенности тетрахлорэтилена у людей, хотя существующих данных недостаточно для адекватной характеристики. [31] : § 4.2.4, § 4.3.4  Маркеры окислительного метаболизма тетрахлорэтилена и повышенная распространенность аномальных гепатических сонограмм были обнаружены у работников химчисток и прачечных, подвергшихся воздействию тетрахлорэтилена, [33] [34] что предполагает потенциальную возможность повреждения гепатоцитов за счет образования реактивных промежуточных продуктов из конъюгатов глутатиона во время метаболизма. [30] : 328  [32] : 10, 189–193  Хотя большинство анализов генотоксичности тетрахлорэтилена дали отрицательные результаты для генотоксичности и мутагенности, умеренные генотоксические эффекты и мутагенные эффекты были выявлены при определенных условиях метаболической активации, и было показано, что несколько метаболитов тетрахлорэтилена являются мутагенными. [31] : § 4.10.3  [32] : 172–178 

Тестирование на воздействие

Воздействие тетрахлорэтилена можно оценить с помощью дыхательного теста, аналогичного измерениям алкоголя в выдыхаемом воздухе. Также, при остром воздействии, можно измерить тетрахлорэтилен в выдыхаемом воздухе. [35] Тетрахлорэтилен можно обнаружить в дыхании в течение недель после сильного воздействия. Тетрахлорэтилен и его метаболит трихлоруксусная кислота могут быть обнаружены в крови.

В Европейском союзе Научный комитет по предельным концентрациям профессионального воздействия (SCOEL) рекомендует для тетрахлорэтилена предельную концентрацию профессионального воздействия (средневзвешенное значение за 8 часов) в 20 ppm и предельную концентрацию краткосрочного воздействия (15 минут) в 40 ppm. [36]

Восстановление и деградация

В принципе, загрязнение тетрахлорэтиленом можно устранить химической обработкой. Химическая обработка включает восстановление металлов, таких как железный порошок. [37]

Биоремедиация обычно включает в себя восстановительное дехлорирование в анаэробных условиях с помощью Dehalococcoides spp. [38] В аэробных условиях деградация может происходить посредством ко-метаболизма с помощью Pseudomonas sp. [39] Продукты биологического восстановительного дехлорирования включают трихлорэтилен , цис - 1,2-дихлорэтилен , винилхлорид , этилен и хлорид.

Пояснительные записки

  1. ^ Ранее писалось как перхлорэтилен.

Ссылки

  1. ^ abcde Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. "#0599". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  2. ^ Sigma Aldrich Тетрахлорэтилен MSDS
  3. ^ Fischer Scientific Тетрахлорэтилен MSDS
  4. ^ "Тетрахлорэтилен". Концентрации, представляющие немедленную опасность для жизни или здоровья (IDLH) . Национальный институт охраны труда (NIOSH).
  5. ^ abc "Compound Summary: Tetrachloroethylene". PubChem , Национальная медицинская библиотека США. 21 сентября 2024 г. Получено 24 сентября 2024 г.
  6. ^ Браунинг, Этель (1953). «Перхлорэтилен». Токсичность промышленных органических растворителей . Chemical Publishing. С. 182–185.
  7. ^ abcd Агентство США по токсичным веществам и реестру заболеваний (июнь 2019 г.). "Токсикологический профиль тетрахлорэтилена". Национальная медицинская библиотека США . Получено 23 сентября 2024 г.
  8. ^ abcdefg «Заявление общественного здравоохранения о тетрахлорэтилене (PERC)». Агентство по охране окружающей среды США. 22 июня 2020 г. Получено 23 сентября 2024 г.
  9. ^ В. Реньо (1839) «Sur les chromures de Carbone CCl et CCl2» (О хлоридах углерода CCl и CCl 2 ), Annales de Chimie et de Physique , vol. 70, страницы 104–107. Перепечатано на немецком языке как: В. Рено (1839). «Ueber die Chlorverbindungen des Kohlenstoffs, C2Cl2 и CCl2». Аннален дер Аптека . 30 (3): 350–352. дои : 10.1002/jlac.18390300310.
  10. ^ В. Рамзи и С. Янг , Jahres-Bericht über die Leistungen der Chemischen Technologie , 1886, стр. 628
  11. ^ abcde Россберг, М.; Лендл, В.; Пфлайдерер, Г.; Тёгель, А.; Дреер, Э.-Л.; Лангер, Э.; Рассартс, Х.; Кляйншмидт, П.; Страк, Х.; Кук, Р.; Бек, Ю.; Липпер, К.-А.; Торкельсон, Т.Р.; Лёзер, Э.; Бойтель, КК; Манн, Т. «Хлорированные углеводороды». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a06_233.pub2. ISBN 978-3527306732.
  12. ^ Gribble, GW (1996). «Природные галогенорганические соединения – всеобъемлющий обзор». Progress in the Chemistry of Organic Natural Products . 68 (10): 1–423. doi :10.1021/np50088a001. PMID  8795309.
  13. ^ Амос, Дж. Лоуренс (1990). «Хлорированные растворители». В Boundy, Ray H.; Амос, Дж. Лоуренс (ред.). История лаборатории химической физики Dow: свобода творчества . Нью-Йорк и Базель: Marcel Dekker, Inc., стр. 71–79.
  14. ^ Young, MD; Jeffery, GM; Morehouse, WG; Freed, JE; Johnson, RS (1960). «Сравнительная эффективность гидроксинафтоата бефениума и тетрахлорэтилена против анкилостомы и других паразитов человека». Американский журнал тропической медицины и гигиены . 9 (5): 488–491. doi :10.4269/ajtmh.1960.9.488. PMID  13787477. S2CID  19521345.
  15. ^ «Клинические аспекты и лечение наиболее распространенных кишечных паразитов человека (ТБ-33)». Технический бюллетень Администрации ветеранов 1946 и 1947. 10 : 1–14. 1948.
  16. ^ "Морис С. Холл". Национальная сельскохозяйственная библиотека США . Специальные коллекции.
  17. ^ Дэвисон, Форрест Рамон (1940). «Тетрахлорэтилен». Синопсис materia medica, токсикологии и фармакологии для студентов и практикующих врачей . стр. 181.
  18. ^ Pohanish, Richard P., ред. (2012). «Тетрахлорэтилен». Справочник Ситтига по токсичным и опасным химическим канцерогенам (6-е изд.). Elsevier. стр. 2520. ISBN 978-1-4377-7870-0.
  19. ^ Ошин Л.А., Промышленные хлорорганические продукты ( Промышленные хлорорганические продукты ). 1978.
  20. ^ Кнунуться И.Л. Химическая энциклопедия ( Химическая энциклопедия ). 1992. ISBN 5-85270-039-8 . 
  21. ^ ab Argo, WL; James, EM; Donnelly, JL (ноябрь 1919). «Тетрахлординитроэтан». Журнал физической химии . 23 (8): 578–585. doi :10.1021/j150197a004.
  22. ^ Ясухара, Акио (апрель 1993 г.). «Термическое разложение тетрахлорэтилена». Chemosphere . 26 (8): 1507–1512. Bibcode : 1993Chmsp..26.1507Y. doi : 10.1016/0045-6535(93)90218-T. S2CID  94961581.
  23. ^ Дреер, Э.-Л.; Торкельсон, ТР; Бейтель, КК (19 ноября 2014 г.). "Хлорэтаны и хлорэтилены; В: Энциклопедия промышленной химии Ульмана". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Издательство: Wiley. doi :10.1002/14356007.o06_o01. ISBN 9783527306732.
  24. ^ Фут, Эллен Б.; Апгар, Вирджиния ; Бишоп, Кингсли (май 1943 г.). «Тетрахлорэтилен как анестезирующее средство». Анестезиология . 4 (3): 283–292. doi : 10.1097/00000542-194305000-00009 . S2CID  70969652.
  25. ^ Себальос, Диана М.; Феллоуз, Кэти М.; Эванс, Эшли Э.; Янулевич, Патрисия А.; Ли, Ын Гён; Уиттакер, Стивен Г. (2021). «Перхлорэтилен и химчистка: пришло время перевести отрасль на более безопасные альтернативы». Frontiers in Public Health . 9 : 638082. doi : 10.3389/fpubh.2021.638082 . PMC 7973082. PMID  33748070. S2CID  232116380 . 
  26. ^ ab Shane S. Que Hee, ed. (1993). "Biological Exposure Indices". Биологический мониторинг: Введение . John Wiley & Sons. стр. 470. ISBN 978-0-471-29083-4.
  27. ^ Токсикологический профиль тетрахлорэтилена: Проект. (1995). Министерство здравоохранения и социальных служб США, Служба общественного здравоохранения, Агентство по регистрации токсичных веществ и заболеваний.
  28. ^ Grandjean P, Landrigan PJ (март 2014). «Нейроповеденческие эффекты токсичности развития». The Lancet. Неврология . 13 (3): 330–8. doi :10.1016/S1474-4422(13)70278-3. PMC 4418502. PMID  24556010 . 
  29. ^ Aschengrau A, Janulewicz PA, White RF и др. (2016). «Долгосрочные нейротоксические эффекты раннего воздействия питьевой воды, загрязненной тетрахлорэтиленом». Annals of Global Health . 82 (1): 169–79. doi : 10.1016 /j.aogh.2016.01.013. PMC 4916338. PMID  27325074. 
  30. ^ abc "Трихлорэтилен, тетрахлорэтилен и некоторые другие хлорированные агенты (Монография МАИР, том 106, 2014 г.)". publications.iarc.fr/ . Получено 23 сентября 2024 г. .
  31. ^ abc "Тетрахлорэтилен (перхлорэтилен) (Агентство по охране окружающей среды США, Интегрированная система информации о рисках [IRIS] Токсикологический обзор, 2012)". iris.epa.gov/ . Получено 23 сентября 2024 г. .
  32. ^ abc "Токсикологический профиль тетрахлорэтилена (Агентство США по токсичным веществам и реестру заболеваний, 2019 г.)" (PDF) . www.atsdr.cdc.gov/ . Получено 23 сентября 2024 г. .
  33. ^ Brodkin, CA; Daniell, W; Checkoway, H; Echeverria, D; Johnson, J; Wang, K; Sohaey, R; Green, D; Redlich, C; Gretch, D (1995). «Изменения в печени при ультразвуковом исследовании у рабочих, подвергшихся воздействию перхлорэтилена». Occupational and Environmental Medicine . 52 (10): 679–685. doi : 10.1136/oem.52.10.679 . PMC 1128334 . PMID  7489059. 
  34. ^ Дженнари, П.; Налди, М.; Мотта, Р.; Нуччи, М.С.; Джакомини, К.; Виоланте, Ф.С.; Раффи, ГБ (1992). «Изофермент гамма-глутамилтрансферазы у рабочих, подвергшихся воздействию тетрахлорэтилена». Американский журнал промышленной медицины . 21 (5): 661–671. doi :10.1002/ajim.4700210506. PMID  1351699.
  35. ^ «Токсичность тетрахлорэтилена: Раздел 3.1. Оценка и диагностика». Агентство по регистрации токсичных веществ и заболеваний . 9 февраля 2021 г. Получено 2 марта 2023 г.
  36. ^ "Рекомендации SCOEL". 22 апреля 2011 г. Получено 22 апреля 2011 г.
  37. ^ Кэмпбелл, Тимоти Дж.; Беррис, Дэвид Р.; Робертс, А. Линн; Уэллс, Дж. Рэймонд (октябрь 2009 г.). «Восстановление трихлорэтилена и тетрахлорэтилена в периодической системе металлического железа–водяного пара». Экологическая токсикология и химия . 16 (4): 625–630. doi :10.1002/etc.5620160404. S2CID  94525849.
  38. ^ Ghattas, Ann-Kathrin; Fischer, Ferdinand; Wick, Arne; Ternes, Thomas A. (2017). «Анаэробная биодеградация (возникающих) органических загрязнителей в водной среде». Water Research . 116 : 268–295. Bibcode : 2017WatRe.116..268G. doi : 10.1016/j.watres.2017.02.001 . PMID  28347952. S2CID  205698959.
  39. ^ Ryoo, D.; Shim, H.; Arenghi, FLG; Barbieri, P.; Wood, TK (2001). «Тетрахлорэтилен, трихлорэтилен и хлорированные фенолы индуцируют активность толуол-о-ксилолмонооксигеназы в Pseudomonas stutzeri OX1». Appl Microbiol Biotechnol . 56 (3–4): 545–549. doi :10.1007/s002530100675. PMID  11549035. S2CID  23770815.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки