En organisk chlorforbindelse, chlorcarbon eller chloreret carbonhydrid, er et organisk stof, der indeholder mindst ét kovalent bundet kloratom, som påvirker molekylets kemiske adfærd. Klassen af chloralkaner (alkaner med et eller flere hydrogenatomer erstattet af chlor) giver generelle eksempler. Den brede strukturelle mangfoldighed og forskellige kemiske egenskaber af klororganiske stoffer fører til en bred vifte af navne og anvendelser. Organochlorider er meget nyttige stoffer i mange anvendelser, men nogle af dem udgør et alvorligt miljøproblem.
Indflydelse på ejendomme
Klorering ændrer kulbrinters fysiske egenskaber på flere måder. Forbindelser har en tendens til at være tættere end vand på grund af den højere atomvægt af klor sammenlignet med brint. Alifatiske organochlorider er alkyleringsmidler, fordi chloridet er den frasp altelige gruppe.
Bestemmelse af organiske chlorforbindelser
Mange sådanne forbindelser er blevet isoleret fra naturlige kilder, fra bakterier til mennesker. Klorerede organiske forbindelser findes i næsten alle klasse af biomolekyler, herunder alkaloider, terpener, aminosyrer, flavonoider, steroider og fedtsyrer. Organochlorider, herunder dioxiner, dannes i højtemperaturmiljøet ved naturbrande, og dioxiner er blevet fundet i den bevarede aske fra lynbrande, der var forud for syntetiske dioxiner.
Derudover er forskellige simple chlorerede carbonhydrider, inklusive dichlormethan, chloroform og carbontetrachlorid, blevet isoleret fra tang. Det meste af klormethanen i miljøet dannes naturligt gennem biologisk nedbrydning, skovbrande og vulkaner. Organiske chlorforbindelser i olie er også almindeligt kendte (ifølge GOST - R 52247-2004).
Epibatidin
Naturlig klororganisk epibatidin, et alkaloid isoleret fra løvfrøer, har en stærk smertestillende effekt og stimulerer forskning i nye smertestillende medicin. Frøer får epibatidin gennem deres mad og isolerer det derefter på deres hud. Sandsynlige fødekilder er biller, myrer, mider og fluer.
Alkaner
Alkaner og arylalkaner kan kloreres under frie radikaler med ultraviolet stråling. Kloreringsgraden er dog svær at kontrollere. Arylchlorider kan fremstilles ved Friedel-Crafts-halogenering under anvendelse af chlor og en Lewis-syrekatalysator. Metoder til bestemmelse af klororganiskforbindelser indbefatter anvendelsen af denne katalysator. Andre metoder er også nævnt i artiklen.
Haloformreaktionen ved hjælp af chlor og natriumhydroxid er også i stand til at generere alkylhalogenider fra methylketoner og relaterede forbindelser. Chloroform blev tidligere fremstillet på denne måde.
Klor tilføjer alkener og alkyner til flere bindinger, hvilket giver di- eller tetrachlorforbindelser.
Alkylchlorider
Alkylchlorider er alsidige byggesten i organisk kemi. Selvom alkylbromider og iodider er mere reaktive, er alkylchlorider billigere og lettere tilgængelige. Alkylchlorider angribes let af nukleofiler.
Opvarmning af alkylhalogenider med natriumhydroxid eller vand giver alkoholer. Reaktion med alkoxider eller aroxider giver estere i Williamson-ethersyntesen; reaktioner med thioler giver thioethere. Alkylchlorider reagerer let med aminer til dannelse af substituerede aminer. Alkylchlorider erstattes af blødere halogenider såsom iodid i Finkelstein-reaktionen.
Reaktion med andre pseudohalogenider såsom azid, cyanid og thiocyanat er også mulig. I nærvær af en stærk base undergår alkylchlorider dehydrohalogenering for at danne alkener eller alkyner.
Alkylchlorider reagerer med magnesium for at danne Grignard-reagenser og omdanner en elektrofil forbindelse til en nukleofil. Wurtz-reaktionen kombinerer to alkylhalogenider med natrium på en reducerende måde.
Application
Den største applikationorganisk chlorkemi er fremstilling af vinylchlorid. Den årlige produktion i 1985 var omkring 13 milliarder kilogram, hvoraf næsten alt blev omdannet til polyvinylchlorid (PVC). Bestemmelse af organiske chlorforbindelser (ifølge GOST) er en proces, der ikke kan udføres uden specielt standardiseret udstyr.
De fleste chlorerede kulbrinter med lav molekylvægt, såsom chloroform, dichlormethan, dichlorethan og trichlorethan, er nyttige opløsningsmidler. Disse opløsningsmidler har tendens til at være relativt upolære; derfor er de ublandbare med vand og er effektive til rengøring såsom affedtning og kemisk rensning. Denne rensning gælder også for metoder til bestemmelse af organiske chlorforbindelser (olie og andre stoffer er meget rige på disse forbindelser).
Det vigtigste er dichlormethan, som hovedsageligt bruges som opløsningsmiddel. Chlormethan er en forløber for chlorsilaner og silikoner. Historisk signifikant, men mindre, er chloroform, hovedsageligt en forløber for chlordifluormethan (CHClF2) og tetrafluorethen, som bruges til fremstilling af teflon.
De to hovedgrupper af organochlorinsekticider er stoffer som DDT og klorerede alicykliske opløsninger. Deres virkningsmekanisme er lidt anderledes end klororganiske forbindelser i olie.
DDT-lignende forbindelser
DDT-lignende stoffer virker på det perifere nervesystem. I axonens natriumkanal forhindrer de portlukning efter aktivering og depolarisering.membraner. Natriumioner siver gennem nervemembranen og skaber et destabiliserende negativt "postpotentiale" med øget nerveexcitabilitet. Denne lækage forårsager gentagne udladninger i neuronen, enten spontant eller efter en enkelt stimulus.
Chlorerede cyclodiener omfatter aldrin, dieldrin, endrin, heptachlor, chlordan og endosulfan. Varighed af eksponering fra 2 til 8 timer fører til et fald i aktiviteten af centralnervesystemet (CNS), efterfulgt af irritabilitet, rysten og derefter anfald. Virkningsmekanismen er at binde insekticider på GABA-stedet i gamma-aminobutyric acid (GABA) chlorid ionophorkomplekset, som forhindrer chlorid i at trænge ind i nerven.
Andre eksempler omfatter dicofol, mirex, kepon og pentachlorphenol. De kan være enten hydrofile eller hydrofobe, afhængigt af deres molekylære struktur.
Biphenyls
Polychlorerede biphenyler (PCB'er) var engang meget udbredte elektriske isolatorer og varmeoverførselsvæsker. Deres brug er generelt blevet afbrudt på grund af helbredsproblemer. PCB'er er blevet erstattet af polybromerede diphenylethere (PBDE'er), som forårsager lignende toksicitets- og bioakkumulationsproblemer.
Nogle typer af klororganiske forbindelser er meget giftige for planter eller dyr, inklusive mennesker. Dioxiner, der produceres ved afbrænding af organisk materiale i nærvær af klor, er persistente organiske forurenende stoffer, der udgør en fare, når de frigives til miljøet, ligesom nogle insekticider (f.eks.som DDT).
DDT, som blev meget brugt til insektbekæmpelse i midten af det 20. århundrede, akkumuleres også i fødekæder, ligesom dets metabolitter DDE og DDD, og forårsager problemer med reproduktionssystemet (f.eks. æggeskaller) hos nogle fuglearter. Nogle forbindelser af denne type, såsom svovlsennep, nitrogensennep og lewisit, bruges endda som kemiske våben på grund af deres toksicitet.
Forgiftning med organiske chlorforbindelser
Men tilstedeværelsen af klor i en organisk forbindelse giver ikke toksicitet. Nogle organochlorider anses for at være sikre nok til mad- og medicinbrug. For eksempel indeholder ærter og bønner det naturlige klorerede plantehormon 4-chlorindol-3-eddikesyre, og sødemidlet sucralose (Splenda) er meget udbredt i diætprodukter.
Fra 2004 blev mindst 165 organochlorider godkendt på verdensplan til brug som lægemidler, herunder det naturlige antibiotikum vancomycin, antihistamin loratadin (Claritin), antidepressivum sertralin (Zoloft), anti-epileptisk lamotrigin (Lamictal), og inhalationsmedicin. bedøvelsesmiddel isofluran. Det er nødvendigt at kende disse forbindelser for at bestemme organiske chlorforbindelser i olie (ifølge GOST).
Forskernes resultater
Rachel Carson bragte DDTs pesticidtoksicitet til offentligheden i sin bog Silent Spring fra 1962. Selvom mange lande er stoppetbrugen af visse typer organiske chlorforbindelser, såsom det amerikanske DDT-forbud, persistente DDT, PCB'er og andre organiske chlorrester, findes stadig i mennesker og pattedyr rundt om på planeten, mange år efter produktion og brug blev begrænset.
I de arktiske områder findes særligt høje niveauer i havpattedyr. Disse kemikalier er koncentreret i pattedyr og findes endda i human modermælk. Hos nogle havpattedyrarter, især dem, der producerer mælk med højt fedtindhold, har hanner en tendens til at have meget højere niveauer, da hunnerne reducerer koncentrationerne ved at sende stoffer videre til afkommet gennem amning. Disse stoffer kan også findes i olie, hvilket er vigtigt at overveje, når man bestemmer organiske chlorforbindelser i olie (ifølge GOST). Det refererer norm alt til pesticider, selvom det også kan henvise til enhver forbindelse af denne type.
Organochlorpesticider kan klassificeres efter deres molekylære strukturer. Cyclopentadien-pesticider er alifatiske ringstrukturer afledt af Pentachlorocyclopentadien Diels-Alder-reaktioner og inkluderer chlordan, nonachlor, heptachlor, heptachlorepoxid, dieldrin, aldrin, endrin, mirex og kepon. Andre underklasser af organiske chlorpesticider er DDT-familien og hexachlorcyclohexanisomerer. Alle disse pesticider har lav opløselighed og flygtighed og er modstandsdygtige over for nedbrydningsprocesser i miljøet. Deres toksicitet og persistens i miljøet har ført til deresbegrænsning eller suspension for de fleste anvendelser i USA.
Pesticider
Organoklorpesticider er meget effektive til at dræbe skadedyr, især insekter. Men mange af disse kemiske produkter opfattes negativt af miljøaktivister og forbrugere på grund af et velkendt og nu forbudt organochlorpesticid: dichlordiphenyltrichoethane, bedre kendt som DDT.
Organoklorpesticider er kemikalier med kulstof, klor og brint. Som US Fish and Wildlife Service forklarede, er klor-carbon-bindinger særligt stærke, hvilket forhindrer disse kemikalier i hurtigt at nedbrydes eller opløses i vand. Kemikaliet tiltrækker også fedt og akkumuleres i fedtvævet hos dyr, der spiser det.
Klororganiske pesticiders kemiske levetid er en af grundene til, at det er lige så effektivt som et insekticid og potentielt skadeligt - det kan beskytte afgrøder i lang tid, men kan også forblive i kroppen på et dyr.
Sammen med DDT har US EPA forbudt brugen af andre organochlorpesticider såsom aldrin, dieldrin, heptachlor, mirex, chlordecone og chlordane. Europa har på samme måde forbudt mange organiske chlorpesticider, men i begge disse regioner er organiske chlorkemikalier stadig aktive ingredienser i en række produkter til bekæmpelse af skadedyr i hjemmet, haven og miljøet.miljø ifølge EPA. Organiske chlorpesticider er også ekstremt populære i udviklingslande rundt om i verden til landbrugsbrug.
Uanset om du undersøger landbrugsjord for at sikre, at den stadig er fyldt med sommerorganiske chlorpesticider, eller tjekker vand for organiske chlorforbindelser, er test den bedste måde at finde ud af, om disse kemikalier er i nærheden af dig. EPA-metoderne 8250A og 8270B kan bruges til at teste disse kemikalier. 8250A kan teste affald, jord og vand, mens 8270B bruger gaskromatografi/massespektrometri (GC/MS).
Selvom organiske klorpesticider er bedst kendte for at skade nogle fugles evne til at lægge sunde æg, er disse kemikalier kendt for at have en negativ indvirkning på mennesker, der indtager eller inhalerer pesticider. Utilsigtet indånding eller indtagelse af forurenet fisk eller dyrevæv er den mest sandsynlige vej til indtagelse af klororganiske pesticider. For at bekræfte, at nogen har tegn på organisk klorforgiftning, sendes blod eller urin norm alt til et universitet eller en offentlig myndighed, der bruger GC/MS til at teste for kemiske forbindelser.
Tegn på forgiftning
Advarselstegn på organiske pesticidtoksicitet omfatter kramper, hallucinationer, hoste, hududslæt, opkastning, mavesmerter, hovedpine, forvirring og muligvis luftvejeinsufficiens ifølge Matthew Wong, PhD, PhD og Beth Israel Deaconess Medical Center, Medscape. Selvom der er forbud mod mange af disse pesticider i USA og Europa, skaber deres anvendelse i andre dele af verden og opbevaring i dele af USA og Europa situationer, hvor organochlorforgiftning stadig er mulig.
Organoklorpesticider omfatter et stort antal persistente kemikalier, der både er effektive og indebærer en betydelig risiko på verdensplan.
Selvom halogenerede organiske forbindelser er relativt sjældne i naturen sammenlignet med ikke-halogenerede, er mange sådanne forbindelser blevet isoleret fra naturlige kilder, fra bakterier til mennesker. Der er eksempler på naturlige klorforbindelser, der findes i næsten alle klasse biomolekyler, inklusive alkaloider, terpener, aminosyrer, flavonoider, steroider og fedtsyrer.
Organochlorider, herunder dioxiner, dannes i højtemperaturmiljøet ved skovbrande, og dioxiner er blevet fundet i den bevarede aske fra lynbrande, der gik forud for syntetiske dioxiner. Derudover er forskellige simple chlorerede carbonhydrider, herunder dichlormethan, chloroform og carbontetrachlorid, blevet isoleret fra tang.
Det meste af klormethanen i miljøet produceres naturligt af biologisk nedbrydning, skovbrande og vulkaner. Naturlig klororganisk epibatidin, et alkaloid isoleret fra løvfrøer, har en stærk smertestillende effekt ogstimulerer forskning i ny smertestillende medicin.
Dioxiner
Nogle typer af klororganiske forbindelser er meget giftige for planter eller dyr, inklusive mennesker. Dioxiner, der dannes, når organisk materiale forbrændes i nærvær af klor, og nogle insekticider, såsom DDT, er persistente organiske forurenende stoffer, der udgør miljøfarer. For eksempel førte overforbruget af DDT i midten af det tyvende århundrede, som akkumuleredes i dyr, til et alvorligt fald i bestanden af nogle fugle. Klorerede opløsningsmidler skaber, hvis de håndteres forkert og bortskaffes, problemer med grundvandsforurening.
Nogle organochlorider, såsom fosgen, er endda blevet brugt som kemiske midler til krigsførelse. Nogle af de kunstigt skabte og giftige organochlorider, såsom DDT, vil opbygges i kroppen ved hver eksponering, hvilket i sidste ende fører til dødelige mængder, fordi kroppen ikke kan nedbryde dem eller slippe af med dem. Tilstedeværelsen af klor i en organisk forbindelse sikrer dog på ingen måde toksicitet. Mange organiske chlorforbindelser er sikre nok til mad- og medicinbrug.
For eksempel indeholder ærter og bønner det naturlige klorerede plantehormon 4-chlorindol-3-eddikesyre (4-Cl-IAA) og sødemidlet sucralose (Splenda) er meget brugt i diætprodukter. Fra 2004, mindst 165klororganiske forbindelser til brug som lægemidler, inklusive antihistamin loratadin (Claritin), antidepressivum sertralin (Zoloft), antiepileptisk lamotrigin (lamiktal) og inhalationsbedøvelse isofluran.
Åbning af Rachel Carson
Med Silent Spring (1962) henledte Rachel Carson offentlighedens opmærksomhed på problemet med organoklortoksicitet. Mens mange lande har udfaset brugen af nogle typer af disse forbindelser (såsom det amerikanske forbud mod DDT som følge af Carsons arbejde), bliver persistente organochlorider fortsat observeret i mennesker og pattedyr rundt om på planeten på potentielt skadelige niveauer mange år efter. produktion. Deres brug har været begrænset.
Organoklorforbindelser (ifølge GOST) er inkluderet på listen over stoffer, der er farlige for mennesker.
