Органические соединения

Органические соединения. Органические соединения отличает огромное многообразие. Так, к 2013 г. в мире насчитывалось более 66 млн индивидуальных химических соединений с устойчивой динамикой роста

(около 15 000/день) и временем удвоения (около 10 лет) Кроме, того для органических соединений имеется возможность образования многочисленных изомеров и производных с широким диапазоном изменения физико-химических и токсикологических свойств.

Большинство из органических соединений имеет техногенное происхождение, естественно они являются ксенобиотиками и не имеют в биоте механизмов детоксикации и обезвреживания. Обычно, благодаря липо- фильности, они биодоступны, прочно удерживаются в биомассе и быстро распространяются по трофическим цепям. Возможность определения следа органического вещества исключается или сильно осложняется процессами метаболизма и биодеструкции органики в биоте, причем продукты трансформации исходного вещества могут обладать совершенно другими, зачастую более жесткими, токсикологическими параметрами. Именно по этим причинам в среднем токсичность органических соединений в 10—100 раз выше, чем неорганических.

Органические ТА воздействуют на биоту путем взаимодействия с различными молекулами БАВ с изменением их активных центров и функциональных свойств. Для органических веществ характерна так называемая селективная токсичность, когда ТА атакует определенные активные группы БАВ, органелл и органов от ферментов до передающих генную информацию молекул ДНК.

Активация органических молекул. Для ряда органических соединений характерно окисление кислородом или биокаталитическое ферментативное окисление с образованием более токсичных продуктов. Высокая реакционная способность большинства органических соединений создает возможность легкой активируемости молекул БАВ и склонность к химическим или метаболическим превращениям в биоте. В первую очередь объектами атаки являются сульфгидрильные и дисульфидные связи в различных ферментах, так сульфгидрильные связи (—SH) переходят в неактивные дисульфидные мостики —S—S—. Примером этого является метаболический ряд углеводородов (углеводород—спирт—альдегид—кислота):

Наибольшей реакционной способностью в этом метаболическом ряду, а следовательно, и большей токсичностью, отличаются альдегиды. Исключение в ряду токсичности алифатических альдегидов и их кислот составляет муравьиная кислота, более токсичная, чем ее альдегид. Альдегиды способны к реакциям алкилирования различных групп биологически активных молекул (—NH, —С—ОН, —СООН, —Р—ОН, —SH), при этом изменяется как химическое строение реакционного центра атакуемого БАВ, так и его функциональные свойства (активность фермента, активатора или ингибитора). В ряде случаев может иметь место так называемый летальный синтез, когда при метаболизации или окислении исходного вещества образуется его более токсичное производное, например, из метанола образуется более токсичный формальдегид или муравьиная кислота.

Метаболизм и интенсивность биодетоксикации в значительной степени определяют токсичность ароматических соединений. Например, при введении метильного заместителя в бензольное ядро способность к окислению до менее токсичных продуктов (детоксикации) значительно возрастает. Причем если продуктами метаболизма алкилбензолов являются малотоксичные бензойная и фталевые кислоты, то высокая токсичность бензола обусловливается особенностями его метаболизма и превращением в высокотоксичный фенол (ПДКрз = 0,3 мг/м3). В результате токсичность толуола и ксилола значительно ниже по сравнению с бензолом.

Хпоралифатические соединения сами по себе весьма активны в реакциях алкилирования различных связей. Токсичность хлорметанов падает в указанном ряду, обусловленном не только токсичностью, но и летучестью (КВИО).

В то же время величины ПДКрз для возможных продуктов метаболизма хлорметанов обычно более жестки: метанол (5 мг/м3), муравьиная кислота (1 мг/м3) и формальдегид (0,5 мг/м3). Например, при окислении и гидролизе хлорпроизводных метана возможно образование формальдегида, фосгена, муравьиной кислоты и активного хлора. Так, метилхлорид дает формальдегид в качестве основного метаболита:

Хлороформ на свету окисляется с образованием высокотоксичного фосгена и несколько менее токсичного активного хлора:

а под действием воды, температуры или ферментативного гидролиза дает муравьиную кислоту и оксид углерода.

Большую токсичность в ряду галоидалкилов показывает дихлорэтан. Симметричный дихлорэтан — высокотоксичное вещество, поражающее печень с некрозом клеток и резким падением ее детоксикационной функции, а также острая сердечно-сосудистая недостаточность с нарушением дыхательной и сердечной активности. Величины LD50 для белых крыс = = 670 мг/кг дихлорэтана, который в организме метаболизируется до хлорэ- танола (87+11 мг/кг) и далее до хлоруксусной кислоты (280± 10 мг/кг). Это пример «летального синтеза», когда продукты метаболизма более токсичны по сравнению с исходным дихлорэтаном.

Большой алкилирующей активностью отличаются ряд химических соединений, например галоидалкилы (—СН2С1), соединения с двойной, тройной связью, метилольными (—СН2ОН), или эпоксидными группами. В первую очередь при алкилировании меняется структура аминогрупп в ряду (первичные, вторичные, третичные, кватернизованные) и вероятность перехода защитных барьеров организма.

Изменяться может и четвертичная (пространственная) структура белка.

Соединения с подвижным хлором, такие как бензилхлорид С6Н5СН2С1, хлордиметиловые эфиры (СН3ОСН2С1 и 0(СН2С1)2), обладают раздражающим лакриматорным действием на кожу и поражают слизистые. Следует отметить, что бифункциональные соединения с двумя активными группами отличаются большей токсичностью. Например, дихлордиметиловый эфир 0(СН2С1)2 с двумя атомами хлора обладает установленным канцерогенным действием, также как и широко распространенный мономер винилхлорид, имеющий винильную связь и активный хлор. Канцерогенность примесей монохлордиметилового эфира явилась причиной отказа от крупнотоннажной технологии синтеза анионитов аминированием предварительно хлорметилированных сополимеров стирола.

При введении различных активных групп меняется весь комплекс свойств БАВ: величины ММ, липофильность, размер молекулы в физиологических жидкостях, возможности комплексообразования и преодоления защитных барьеров организма. Таким образом, при подобных изменениях кроме способностей к транспорту и диффузии меняется физиологическая активность и агрессивность.

Одним из самых опасных мономеров, относящихся к хлорорганиче- ским соединениям, является винилхлорид. Он обладает канцерогенным действием, кроме того, ввиду выделения хлористого водорода крайне отрицательно действует на зубную эмаль, разрушая зубы у работающих на производстве, связанном с термической переработкой поливинилхлорида. Широко известна распространенность этого полимера в качестве материала различных бытовых изделий, хотя при его сгорании выделяются весьма токсичные продукты, в том числе и канцерогены.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >