stringtranslate.com

Акролеин

Акролеин (систематическое название: пропеналь ) — простейший ненасыщенный альдегид . Это бесцветная жидкость с неприятным и едким ароматом. Запах сгоревшего жира (например, когда кулинарное масло нагревается до точки дымления ) возникает из-за того, что глицерин в горящем жире распадается на акролеин. Его производят в промышленности из пропена и в основном используют в качестве биоцида и строительного блока для других химических соединений, таких как аминокислота метионин .

История

Акролеин был впервые назван и охарактеризован как альдегид шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом в 1839 году. Он работал с ним как с продуктом термического разложения глицерина , материала, используемого при производстве мыла. Название представляет собой сокращение слов «едкий» (имеется в виду его резкий запах) и «олеум» (имеется в виду его маслянистая консистенция). В 20 веке акролеин стал важным промежуточным продуктом для промышленного производства акриловой кислоты и акриловых пластмасс. [4]

Производство

Акролеин получают в промышленности окислением пропена . В этом процессе в качестве источника кислорода используется воздух, а в качестве гетерогенных катализаторов требуются оксиды металлов : [5]

СН 3 СН=СН 2 + О 2 → СН 2 =СНСНО + Н 2 О

Ежегодно таким способом производят около 500 000 тонн акролеина в Северной Америке, Европе и Японии. Кроме того, вся акриловая кислота производится путем временного образования акролеина.

Пропан представляет собой многообещающее, но сложное сырье для синтеза акролеина (и акриловой кислоты). Основная проблема на самом деле заключается в переокислении этой кислоты.

Когда глицерин (также называемый глицерином) нагревается до 280 °C, он разлагается на акролеин:

(CH 2 OH) 2 CHOH → CH 2 =CHCHO + 2 H 2 O

Этот путь привлекателен, когда глицерин образуется совместно при производстве биодизельного топлива из растительных масел или животных жиров. Обезвоживание глицерина было продемонстрировано, но оно не оказалось конкурентоспособным по сравнению с нефтехимическим путем . [6] [7]

Нишевые или лабораторные методы

Первоначальный промышленный путь получения акролеина, разработанный Дегуссой, включает конденсацию формальдегида и ацетальдегида :

HCHO + CH 3 CHO → CH 2 =CHCHO + H 2 O

Акролеин также можно получать в лабораторных условиях действием бисульфата калия на глицерин (глицерин). [8]

Реакции

Акролеин является относительно электрофильным и реакционноспособным соединением, что обуславливает его высокую токсичность. Это хороший акцептор Михаэля , отсюда и его полезная реакция с тиолами. Он легко образует ацетали , наиболее известным из которых является спироцикл, полученный из пентаэритрита , диаллилиденпентаэритрита. Акролеин участвует во многих реакциях Дильса-Альдера , даже сам с собой. В результате реакции Дильса-Альдера он является предшественником некоторых коммерческих ароматизаторов, в том числе лирала , норборнен -2-карбоксальдегида и миракового альдегида . [5] Мономер 3,4-эпоксициклогексилметил-3',4'-эпоксициклогексанкарбоксилат также получают из акролеина посредством промежуточного взаимодействия тетрагидробензальдегида .

Использование

Военное использование

Акролеин использовался в войне из-за его раздражающих и вызывающих образование волдырей свойств. Французы использовали это химическое вещество в своих ручных гранатах и ​​артиллерийских снарядах [9] во время Первой мировой войны под названием «Папите». [10]

Биоцид

Акролеин в основном используется как контактный гербицид для борьбы с подводными и плавающими сорняками, а также водорослями в оросительных каналах. Его используют в концентрации 10 ppm в ирригационной и оборотной воде. В нефтегазовой промышленности его применяют в качестве биоцида буровых вод, а также поглотителя сероводорода и меркаптанов . [5]

Химический прекурсор

Из акролеина получают ряд полезных соединений, используя его бифункциональность. Аминокислота метионин получается добавлением метантиола с последующим синтезом Стрекера . Акролеин конденсируется с ацетальдегидом и аминами с образованием метилпиридинов . [11] Это также промежуточное соединение в синтезе хинолинов Скраупом .

Акролеин полимеризуется в присутствии кислорода и воды при концентрации выше 22%. Цвет и текстура полимера зависят от условий. Полимер представляет собой прозрачное твердое вещество желтого цвета. В воде он образует твердый пористый пластик. [ нужна цитата ]

Акролеин использовался в качестве фиксатора при подготовке биологических образцов для электронной микроскопии . [12]

Риск для здоровья

Акролеин токсичен и вызывает сильное раздражение кожи, глаз и носовых ходов. [5] Основным метаболическим путем акролеина является алкилирование глутатиона . ВОЗ предлагает «переносимое пероральное потребление акролеина» в размере 7,5 мкг в день на кг массы тела . Хотя акролеин содержится в картофеле фри (и других жареных продуктах), его уровень составляет всего несколько мкг на кг. [13] В ответ на профессиональное воздействие акролеина Управление по охране труда США установило допустимый предел воздействия на уровне 0,1 ppm (0,25 мг/м 3 ) при средневзвешенном по времени восьмичасовом значении. [14] Акролеин действует иммунодепрессивно и может способствовать развитию регуляторных клеток, [15] тем самым предотвращая возникновение аллергии, с одной стороны, но также увеличивая риск развития рака.

Акролеин был идентифицирован как одно из химических веществ, участвовавших в инциденте с токсичным загрязнением реки Ким Ким в 2019 году . [16]

Сигаретный дым

Существует связь между газом акролеином в дыме табачных сигарет и риском рака легких . [17] Акролеин является одним из семи токсических веществ в сигаретном дыме, которые наиболее связаны с канцерогенезом дыхательных путей . [18] Механизм действия акролеина, по-видимому, включает индукцию увеличения количества активных форм кислорода и повреждение ДНК, связанное с окислительным стрессом . [19]

С точки зрения «коэффициента неканцерогенности здоровья» [ жаргон ] для компонентов сигаретного дыма доминирует акролеин, вклад которого в 40 раз больше, чем следующего компонента, цианистого водорода . [20] Содержание акролеина в сигаретном дыме зависит от типа сигарет и добавленного глицерина и составляет до 220 мкг акролеина на сигарету. [21] [22] Важно отметить, что хотя концентрацию компонентов в основном потоке дыма можно снизить с помощью фильтров, это не оказывает существенного влияния на состав побочного дыма, в котором обычно находится акролеин и который вдыхается при пассивном курении . [23] [24] Электронные сигареты , используемые обычно, производят лишь «незначительные» уровни акролеина (менее 10 мкг «на затяжку»). [25] [26]

Метаболит химиотерапии

Лечение циклофосфамидом и ифосфамидом приводит к образованию акролеина. [27] Акролеин, вырабатываемый во время лечения циклофосфамидом, накапливается в мочевом пузыре и при отсутствии лечения может вызвать геморрагический цистит.

Эндогенное производство

Акролеин является компонентом реутерина . [28] Реутерин может вырабатываться кишечными микробами в присутствии глицерина. Реутерин, вырабатываемый микробами, является потенциальным источником акролеина. [29]

аналитические методы

«Акролеиновый тест» предназначен для обнаружения глицерина или жиров . Образец нагревается с бисульфатом калия , и в случае положительного результата теста выделяется акролеин. При сильном нагревании жира в присутствии дегидратирующего агента, такого как бисульфат калия ( KHSO
4), глицериновая часть молекулы дегидратируется с образованием ненасыщенного альдегида — акролеина (CH 2 =CH–CHO), имеющего запах, свойственный горелому кулинарному жиру. Существуют более современные методы. [13]

В США методы 603 и 624.1 Агентства по охране окружающей среды предназначены для измерения акролеина в потоках промышленных и городских сточных вод . [30] [31]

Рекомендации

  1. ^ abcdefghi Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0011». Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  2. ^ аб "Акролеин". Непосредственно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  3. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинала 02 апреля 2015 г. Проверено 26 марта 2015 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
  4. ^ Ян Ф. Стивенс и Клаудия С. Майер, «Акролеин: источники, метаболизм и биомолекулярные взаимодействия, имеющие отношение к здоровью и болезням человека», Mol Nutr Food Res. 2008 январь; 52 (1): 7–25.
  5. ^ abcd Дитрих Арнц; Ахим Фишер; Матиас Хепп; и другие. (2012). «Акролеин и метакролеин». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a01_149.pub2. ISBN 978-3527306732.
  6. ^ Мартин, Андреас; Армбрустер, Удо; Атия, Ханан (2012). «Последние разработки в области дегидратации глицерина в акролеин по сравнению с гетерополикислотами». Европейский журнал липидной науки и технологий . 114 (1): 10–23. дои : 10.1002/ejlt.201100047.
  7. ^ Абдулла, Анас; Зухайри Абдулла, Ахмад; Ахмед, Мухтар; Хан, Джунаид; Шахадат, Мохаммед; Умар, Халид; Алим, доктор Абдул (март 2022 г.). «Обзор последних разработок и прогресса в устойчивом производстве акролеина посредством каталитической дегидратации биовозобновляемого глицерина» . Журнал чистого производства . 341 : 130876. Бибкод : 2022JCPro.34130876A. doi : 10.1016/j.jclepro.2022.130876. S2CID  246853148.
  8. ^ Гомер Адкинс ; WH Хартунг (1926). «Акролеин». Органические синтезы . 6 : 1. дои : 10.15227/orgsyn.006.0001; Сборник томов , т. 1, с. 15.
  9. ^ Прентисс, Огюстин Митчелл; Фишер, Джордж Дж. Б. (1937). Химические вещества на войне: трактат о химической войне. Книжная компания МакГроу-Хилл, Инкорпорейтед. п. 139 . Проверено 21 ноября 2021 г.
  10. ^ Эйслер, Рональд (1994). Опасность акролеина для рыб, дикой природы и беспозвоночных: синоптический обзор. Министерство внутренних дел США, Национальная биологическая служба . Проверено 21 ноября 2021 г.
  11. ^ Симидзу, С.; Ватанабэ, Н.; Катаока, Т.; Сёдзи, Т.; Абэ, Н.; Моришита, С.; Ичимура, Х. «Пиридин и производные пиридина». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a22_399. ISBN 978-3527306732.
  12. ^ MJ Dykstra, LE Reuss (2003). Биологическая электронная микроскопия: теория, методы и устранение неисправностей . Спрингер. ISBN 0-306-47749-1.
  13. ^ аб Авраам, Клаус; Андрес, Сюзанна; Палавинскас, Ричард; Берг, Катарина; Аппель, Клаус Э.; Лампен, Альфонсо (2011). «Токсикология и оценка риска содержания акролеина в пищевых продуктах». Мол. Нутр. Пищевой Рес . 55 (9): 1277–1290. doi : 10.1002/mnfr.201100481. ПМИД  21898908.
  14. ^ CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям
  15. ^ Рот-Вальтер, Франциска; Бергмайр, Корнелия; Мейтц, Сара; Бухлейтнер, Стефан; Стремницер, Кэролайн; Фазекаш, Юдит; Московскич, Анна; Мюллер, Марио А.; Рот, Георг А.; Мансано-Салаи, Кристина; Дворжак, Зденек; Нойнкирхнер, Алина; Йенсен-Яролим, Эрика (2017). «Акролеин с лицом Януса предотвращает аллергию, но ускоряет рост опухоли, стимулируя иммунорегуляторные клетки Foxp3 +: мышиная модель пассивного респираторного воздействия». Научные отчеты . 7 : 45067. Бибкод : 2017NatSR...745067R. дои : 10.1038/srep45067. ПМК 5362909 . ПМИД  28332605. 
  16. ↑ Тара Тиагараджан (15 марта 2019 г.). «В реке Ким Ким Пасира Гуданга было обнаружено 8 химических веществ, вот что они собой представляют». Мир шума .
  17. ^ Фэн, З; Ху В; Ху Ю; Тан М. (октябрь 2006 г.). «Акролеин является основным агентом рака легких, связанным с сигаретами: преимущественное связывание с горячими точками мутации p53 и ингибирование восстановления ДНК». Труды Национальной академии наук . 103 (42): 15404–15409. Бибкод : 2006PNAS..10315404F. дои : 10.1073/pnas.0607031103 . ПМЦ 1592536 . ПМИД  17030796. 
  18. ^ Каннингем Ф.Х., Фибелкорн С., Джонсон М., Мередит К. Новое применение подхода предела воздействия: сегрегация токсикантов табачного дыма. Пищевой химический токсикол. Ноябрь 2011 г.;49(11):2921-33. doi: 10.1016/j.fct.2011.07.019. Epub, 2011, 23 июля. PMID  21802474.
  19. ^ Ли Л., Цзян Л., Гэн С., Цао Дж., Чжун Л. Роль окислительного стресса в повреждении ДНК, вызванном акролеином, в клетках HepG2. Свободный радикал Рез. Апрель 2008 г.;42(4):354-61. doi: 10.1080/10715760802008114 PMID  18404534
  20. ^ Османн, Ханс-Юрген (2012). «Использование индексов опасности для теоретической оценки состава сигаретного дыма». хим. Рез. Токсикол . 25 (4): 794–810. дои : 10.1021/tx200536w. ПМИД  22352345.
  21. ^ Дахер, Н; Салех, Р; Джаруди, Э; Шехейтли, Х; Бадр, Т; Сепетджян, Э; Аль Рашиди, М; Салиба, Н; Шихаде, А. (январь 2010 г.). «Сравнение выбросов канцерогена, угарного газа и ультрамелкодисперсных частиц при курении кальяна и сигарет: измерения побочного дыма и оценка коэффициентов выбросов вторичного дыма». Атмос Энвайрон . 44 (1): 8–14. Бибкод : 2010AtmEn..44....8D. doi :10.1016/j.atmosenv.2009.10.004. ПМК 2801144 . ПМИД  20161525. 
  22. ^ Херрингтон, Дж. С.; Майерс, К. (2015). «Растворы для электронных сигарет и полученные профили аэрозолей». Дж Хроматогр А. 1418 : 192–9. дои : 10.1016/j.chroma.2015.09.034 . ПМИД  26422308.
  23. ^ Блэр, СЛ; Эпштейн, SA; Низкородов С.А.; Стаймер, Н. (2015). «Исследование выбросов летучих органических соединений и твердых частиц с помощью трубки с быстрым потоком в реальном времени из электронных, обычных и эталонных сигарет с потенциально сниженным вредом». Аэрозольная научная технология . 49 (9): 816–827. Бибкод : 2015AerST..49..816B. дои : 10.1080/02786826.2015.1076156. ПМК 4696598 . ПМИД  26726281. 
  24. ^ Сопори, М. (май 2002 г.). «Влияние сигаретного дыма на иммунную систему». Нат. Преподобный Иммунол . 2 (5): 372–7. дои : 10.1038/nri803. PMID  12033743. S2CID  26116099.
  25. ^ Макнил, А., Южная Каролина (2015). «Электронные сигареты: обновленные данные. Отчет, подготовленный по заказу Министерства здравоохранения Англии» (PDF) . www.gov.uk. ​Великобритания: Общественное здравоохранение Англии. стр. 76–78 . Проверено 20 августа 2015 г.{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  26. ^ Сулейман, М (2016). «Выбросы электронных сигарет: основные параметры, влияющие на выброс вредных химических веществ». Экологические науки и технологии . 50 (17): 9644–9651. Бибкод : 2016EnST...50.9644S. doi : 10.1021/acs.est.6b01741. PMID  27461870. S2CID  31872198.
  27. ^ Пачи, А; Риторд, А; Гийом, Д; и другие. (март 2000 г.). «Количественное высокоэффективное жидкостное хроматографическое определение акролеина в плазме после дериватизации люминарином 3». Журнал хроматографии Б. 739 (2): 239–246. дои : 10.1016/S0378-4347(99)00485-5. ПМИД  10755368.
  28. ^ Энгельс, Кристина; Шваб, Кларисса; Чжан, Цзяньбо; Стивенс, Марк Дж.А.; Бьери, Коринн; Эберт, Марк-Оливье; Макнил, Кристофер; Стурла, Шана Дж.; Лакруа, Кристоф (07 ноября 2016 г.). «Акролеин вносит значительный вклад в антимикробную активность реутерина и трансформацию гетероциклических аминов». Научные отчеты . 6 (1): 36246. Бибкод : 2016NatSR...636246E. дои : 10.1038/srep36246. ISSN  2045-2322. ПМК 5098142 . ПМИД  27819285. 
  29. ^ Чжан, Цзяньбо; Стурла, Шана; Лакруа, Кристоф; Шваб, Кларисса (07 марта 2018 г.). Джонсон, Эрик А. (ред.). «Кишечный микробный метаболизм глицерина как эндогенный источник акролеина». мБио . 9 (1): e01947–17. doi : 10.1128/mBio.01947-17. ISSN  2161-2129. ПМК 5770549 . ПМИД  29339426. 
  30. ^ Приложение A к части 136. Методы органо-химического анализа городских и промышленных сточных вод, метод 603 - акролеин и акрилонитрил>
  31. ^ Метод 624.1 — Очистка с помощью ГХ-МС>