Цель

Для проверки работы ферментов в биологических стиральных порошках.

Аппарат

• два яйца всмятку (яйца вкрутую содержат денатурированные белки, не оставляющие пятен)
• две мензурки
• биологический стиральный порошок (с ферментами)
• Небиологический стиральный порошок (старый тип стирального порошка)
• вода
• две мерные ложки

Метод

1. Пометьте 3 стакана «Био», «Небио» и «Контроль», которые будут содержать биологический стиральный порошок, небиологический стиральный порошок и воду (отрицательный контроль) соответственно.
2. В стакане с надписью «Био» растворите \ (\ text {5} \) \ (\ text {g} \) биологический стиральный порошок в \ (\ text {30} \) \ (\ text {ml} \) вода.
3. В стакане с надписью «Non-Bio» растворите \ (\ text {5} \) \ (\ text {g} \) небиологический стиральный порошок в \ (\ text {30} \) \ (\ text { мл} \) воды.
4. Налейте \ (\ text {30} \) \ (\ text {ml} \) водопроводной воды в контрольный стакан.
5. Выньте небольшое количество яичного желтка.
6. Поместите по чайной ложке с яичным желтком в каждый стакан.
7. Оставьте ложки в мензурках на 1-2 часа.
8. Наблюдайте за своими результатами.

Результаты

1. Запишите свои наблюдения.
2. Укажите причину ваших наблюдений.
3. Напишите заключение на расследование.

Результаты

Яичный желток в биологическом стиральном порошке медленно растворяется с ложки. Яичный желток в небиологическом стиральном порошке частично поднимается с ложки, но не распадается и не растворяется в воде.В контрольном стакане изменений нет — желток остается на ложке.

Причины наблюдений

Ферменты биологического стирального порошка разбивают яичный желток на более мелкие молекулы, которые отрываются от ложки и растворяются в воде. Этого не произошло ни с небиологическим порошком, ни с контролем.

Заключение

Биологические стиральные порошки лучше, чем небиологические стиральные порошки, удаляют органические пятна с одежды.

Ферменты в повседневной жизни

Свойства ферментов контролировать реакции широко используются в коммерческих целях. Примеры некоторых из этих применений перечислены ниже:

• Биологические стиральные порошки содержат ферменты, такие как липазы (расщепляет липиды) и протеазы (расщепляет белок), которые помогают разлагать пятна, вызванные продуктами питания, кровью, жиром или жиром. Эти биологические стиральные порошки экономят энергию, поскольку эффективны при низких температурах.
№
• Размягчители для мяса содержат ферменты, полученные из таких фруктов, как папайя или ананас. Когда эти ферменты используются в мясных смягчителях, они смягчают мясо.
• Молоко без лактозы производится в первую очередь для людей с непереносимостью лактозы. У людей с непереносимостью лактозы отсутствует фермент лактаза, который переваривает лактозу (молочный сахар). Лактоза предварительно переваривается путем добавления в молоко лактазы.

Факторы, влияющие на действие фермента

1.Температура

У человека ферменты лучше всего работают в \ (\ text {37} \) \ (\ text {° C} \) (рис. 1.20). Это оптимальная температура. При очень высоких температурах белки денатурируют ; это означает, что водородное, гидрофобное и электростатическое взаимодействия, которые приводят к трехмерной форме белка, разрушаются, превращая белок в его первичную структуру, длинную цепочку аминокислот. Когда белок денатурируется, изменяется форма его активного центра, а также остальная часть формы белка.Субстрат больше не может соответствовать активному центру фермента, и химические реакции не могут происходить. Низкие температуры могут замедлить или даже деактивировать ферменты, поскольку низкая температура означает меньшую доступную кинетическую энергию, так что даже более низкая энергия активации, которую допускает фермент, недоступна. Первый график показывает влияние температуры на активность фермента.

2. pH

Активность фермента чувствительна к pH. Ферменты имеют оптимальный pH, как показано на графике, но они могут эффективно функционировать в пределах диапазона pH.Эффективность фермента резко падает, когда pH выходит за пределы оптимального диапазона. Фермент может денатурироваться при воздействии pH, выходящего за пределы его диапазона pH, поскольку pH влияет на заряд некоторых аминокислот и, следовательно, влияет на электростатические взаимодействия, удерживающие вместе третичную структуру. Второй график показывает влияние pH на активность фермента.

Оптимальный pH и температура для фермента будут определяться видом живого существа, в котором он находится. Оптимальная температура ферментов в организме человека составляет 37 ° C.Бактерии, которые живут в компостных кучах, имеют ферменты с оптимальным диапазоном значений в 40, а бактерии, называемые гипертермофилами (любители очень высоких температур), которые живут в горячих источниках, имеют ферменты с оптимальными температурами выше 80 ° C.

Рис. 1.20: Графики, показывающие влияние температуры и pH на активность фермента соответственно.

В следующем исследовании будет изучено влияние температуры на активность фермента каталазы. Перекись водорода потенциально токсична, поэтому живые ткани содержат фермент каталаза, который расщепляет его на нетоксичные соединения, а именно воду и кислород.Вы изучите влияние фермента каталазы на расщепление перекиси водорода. Далее вы изучите влияние pH и температуры на активность ферментов.

Изучение влияния каталазы из куриной печени на перекись водорода

Цель

Для демонстрации действия каталазы на перекись водорода.

Аппарат

• Мерные цилиндры 10 мл
• пипетка
• \ (\ text {3} \% \) Раствор перекиси водорода
• скальпель
• щипцы
• баланс
• Куриная печень комнатной температуры
• Печень куриная отварная
• Замороженная куриная печень
• стержень для перемешивания

Метод

Следуйте инструкциям ниже:

• Отрежьте два квадратных куска весом 0. 1 г из свежей пробы печени и поместите каждый в отдельный мерный цилиндр на 10 мл.
• Используйте чистый мерный цилиндр для измерения 3 мл воды. Перелейте в один из цилиндров, содержащих свежую печень. Это ваш негативный контроль.
• Используйте чистый мерный цилиндр для измерения 3 мл перекиси водорода. Перелейте в оставшийся цилиндр, содержащий свежую печень. Это ваш положительный контроль.
• Подождите четыре минуты, а затем измерьте и запишите высоту образовавшихся пузырьков кислорода в каждом баллоне.

Вопросы

1. Назовите три переменных, которые должны оставаться стабильными на протяжении этих экспериментов, и объясните, почему они должны оставаться стабильными.
2. Какая реакция происходит?
3. Как бы вы могли сделать этот эксперимент более точным?
4. Какие еще факторы влияют на скорость реакции, кроме температуры?

Ответы

1. Факторы остались прежними: [любые три из следующих]
   • Используйте одинаковое количество куриной печени в каждом мерном цилиндре, чтобы контролировать количество присутствующего фермента.
   • Используйте 3 мл воды и 3 мл перекиси водорода в двух разных цилиндрах, чтобы количество жидкости оставалось постоянным.
   • Дайте двум цилиндрам одинаковое время для прохождения реакции, чтобы можно было надежно сравнить барботажные колонны.
   • Содержимое обоих мерных цилиндров должно иметь одинаковую температуру, чтобы температура не мешала исследуемой реакции.
2. Это катаболическая реакция / реакция разложения, поскольку перекись водорода распадается на кислород (пузырьки) и воду (оставшаяся жидкость).Реакция также является экзотермической, поскольку мерный цилиндр нагрелся — во время реакции выделялось тепло.
3. Повышение точности:
   • Залейте жидкость в оба цилиндра одновременно.
   • Точнее отмерьте количество куриной печени.
   • Должна быть возможность рассчитать объем кислорода, выделяемого при пропускании его через воду, и более точно рассчитать объем кислорода, используя принцип вытеснения. В существующем методе часть кислорода улетучивалась в воздух, когда пузырьки лопались, поэтому измерение высоты является приблизительным значением объема выделившегося кислорода.
4. Другие факторы, влияющие на скорость реакции:
   • Количество фермента в печени.
   • Количество доступного субстрата.
   • pH среды.
   • Состояние куриной печени — если она не свежая, некоторые ферменты могут быть неактивными.
   • Температура печени и жидкости.

Каковы лучшие условия для фермента каталазы? Что происходит, когда фермент или живая ткань помещается в перекись водорода? Узнайте в этом видео.

Видео: 2CMX

Исследование влияния каталазы из куриной печени на перекись водорода — ЧАСТЬ B

Цель

Для демонстрации влияния температуры на активность каталазы.

Метод

• Добавьте 3 мл перекиси водорода в три отдельных градуированных мерных цилиндра на 10 мл. Пометьте один цилиндр «печень куриная замороженная»; второй — «вареная куриная печень» и третий — «куриная печень комнатной температуры».
• Вырежьте по 0,1 г квадрата из замороженной и вареной куриной печени комнатной температуры. Положите кусочки печени в мерный цилиндр с соответствующей маркировкой с перекисью водорода.
• Оставьте кусочки печени на четыре минуты и измерьте высоту образовавшихся пузырьков.

Вопросы

1. Объясните причины различий, наблюдаемых для трех измерительных цилиндров.
2. Назовите зависимые и независимые переменные в этом эксперименте.
3. Как бы вы могли сделать этот эксперимент более точным?
4. Что бы вы сделали на основании своих наблюдений?

Ответы

1. Печень при комнатной температуре реагирует очень быстро и производит большое количество больших пенистых белых пузырьков, потому что ферменты очень активны — они близки к своей оптимальной температуре и легко расщепляют перекись водорода на воду и кислород.Замороженная печень сначала реагирует очень медленно и образует очень мало пузырьков, поскольку ферменты неактивны при таких низких температурах — им не хватает энергии активации. По мере того, как реакция выделяет тепло, фермент немного позже ускоряется и образует более крупные пузырьки с большей скоростью, но никогда не так быстро, как при комнатной температуре. Вареная печень не проявляет никакой реакции — пузырьки не образуются, так как ферменты денатурировались при кипячении. Их форма изменилась, и они вообще не могут катализировать реакцию.
2. • Зависимой переменной является скорость реакции, то есть количество образовавшегося кислорода, которое было измерено как высота барботажной колонны.
   • Независимая переменная — температура — печень была комнатной температуры или была замороженной или вареной.
3. • Более точно измерьте количество печени и объем перекиси водорода и держите их одинаковыми.
   • Убедитесь, что все 3 мерных цилиндра идентичны — одинаковой ширины.
   • Залейте перекись водорода в цилиндры одновременно.
   • Улавливайте количество выделившегося кислорода и используйте принцип вытеснения для более точного расчета объема газа.
4. Температура влияет на активность ферментов. Ферменты наиболее активны при температуре, близкой к их оптимальным температурам, но они денатурируют и не могут функционировать, если температура слишком высока. При очень низких температурах ферменты не могут эффективно функционировать из-за недостатка энергии активации — они работают очень медленно.

Нуклеиновые кислоты (ESG4G)

Нуклеиновые кислоты, такие как ДНК и РНК, представляют собой большие органические молекулы, которые являются ключевыми для всех живых организмов. Строительные блоки нуклеиновых кислот называются нуклеотидами . Каждый нуклеотид состоит из сахара, фосфата и азотистого основания. Нуклеотиды соединены фосфодиэфирными связями , которые соединяют фосфат одного нуклеотида с сахаром другого. Нити фосфат-сахар-фосфат-сахар образуют «основу», на которой выставлены азотсодержащие основания.Следовательно, нуклеиновые кислоты представляют собой полимера, состоящего из множества нуклеотидов. ДНК представляет собой двухцепочечный полимер из-за образования водородных связей между азотистыми основаниями двух комплементарных цепей. РНК — одноцепочечный полимер. Нуклеиновые кислоты не нужно получать с пищей, потому что они синтезируются с использованием промежуточных продуктов углеводного и аминокислотного обмена.

Нуклеиновые кислоты включают:

• Дезоксирибонуклеиновая кислота ( ДНК ): содержит «инструкции» по синтезу белков в форме генов.ДНК находится в ядре каждой клетки, а также в меньших количествах присутствует в митохондриях и хлоропластах.
• Рибонуклеиновая кислота ( РНК ): важна для передачи генетической информации от ДНК для образования белков. Он находится на рибосомах, в цитоплазме и ядре.

также можно найти внутри хлоропластов и митохондрий.

Рисунок 1.21: Схематическая диаграмма ДНК и РНК: ДНК двухцепочечная, а РНК одноцепочечная.

Структура и функция ядра будут подробно объяснены в следующей главе: Основные единицы жизни .

Классификация органических соединений — Видео и стенограмма урока

Органические молекулы: классификация

Органические молекулы можно классифицировать несколькими способами. Их можно разделить на категории в зависимости от того, как они связаны, или других присутствующих атомов, таких как кислород, азот, сера или галогены. В органической молекуле, ответственной за запах скунса, есть атом серы, а в этаноле в вашем вине есть атом кислорода.Давайте исследуем некоторые другие категории органических молекул.

Молекулы могут быть как с открытой, так и с закрытой цепью. Открытая цепь — это молекула, которая не образует кольцо и может быть либо молекулой с прямой, либо разветвленной цепью, что означает, что она идет в разных направлениях. Замкнутая цепь — это молекула, которая действительно образует кольцо. Это также известно как циклическое соединение. Газ в вашем автомобиле имеет молекулы как с разомкнутой, так и с замкнутой цепью.

Гомоциклический vs.

Циклические соединения очень важны, потому что они обладают некоторыми действительно уникальными свойствами. Краска вашей пурпурной рубашки — это циклическая молекула! Циклические соединения можно разделить на две категории:

1. Гомоциклические , которые состоят только из атомов углерода и водорода
2. Гетероциклический , содержащий атом или атомы, отличные от углерода и водорода

Ароматические и алициклические соединения

Гомоциклические и гетероциклические соединения также можно разделить на две другие категории: ароматические и алициклические.

Мовин, пурпурный краситель, представляет собой ароматическое соединение. Чаще всего ароматическая молекула представляет собой циклическое органическое соединение с нечетным числом двойных связей. Иногда это изображают в виде круга внутри молекулы. Бензол — наиболее распространенный пример ароматической молекулы. Бензол содержится в вашем бензине, а также в кевларе бронежилетов. Все другие неароматические циклические соединения называются алициклическими .

Гомологическая серия

Органические соединения также могут быть частью гомологической серии.Гомологическая серия представляет собой семейство органических соединений, которые имеют одинаковые функциональные группы, но разное количество углеродных групп. Думайте об этих молекулах как о братьях и сестрах одной семьи. Каждый из них немного отличается, но вы все равно можете сказать, что они связаны.

Краткое содержание урока

Органические соединения — это молекулы, состоящие в основном из атомов углерода и водорода. Молекула, содержащая только атомы углерода и водорода, называется углеводородом .Органические соединения классифицируются в зависимости от того, являются ли они циклическими или с прямой цепью. Они известны как с замкнутой цепью , циклической органической молекулой и с открытой цепью , которая представляет собой органическую молекулу с прямой или разветвленной цепью («разветвленная» означает движение в более чем одном направлении).

Циклические молекулы могут быть дополнительно классифицированы как гомоциклические , циклические молекулы, содержащие только атомы углерода и водород, и гетероциклические , циклические молекулы, которые содержат атом или атомы, отличные от углерода и водорода.Циклические молекулы можно разделить на две категории:

1. Ароматические — нечетное число чередующихся двойных связей, иногда обозначаемое кружком
2. Алициклические — все циклические органические соединения, не являющиеся ароматическими

Наконец, органические соединения могут быть организованы в гомологическую серию , которая представляет собой соединения с одной и той же функциональной группой и различным числом атомов углерода.

Глава 9 — Органические соединения кислорода — Химия

Фото: А. Савин

Вернуться к началу

В этой главе вы познакомитесь с основными органическими функциональными группами, содержащими кислород. Сюда входят спирты, фенолы, простые эфиры, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и сложные эфиры. На рисунке 9.1 представлены основные органические функциональные группы для этих соединений и суффикс ИЮПАК, который используется для обозначения этих соединений.Хотя вам не нужно официально называть полные структуры, вы должны иметь возможность идентифицировать функциональные группы, содержащиеся в соединениях, на основе их названий IUPAC. Например, спирт представляет собой органическое соединение с гидроксильной (-ОН) функциональной группой на алифатическом атоме углерода. Поскольку -ОН является функциональной группой всех спиртов, мы часто представляем спирты общей формулой ROH, где R представляет собой алкильную группу. В рекомендациях по номенклатуре ИЮПАК суффикс «-ол» используется для обозначения простых соединений, содержащих спирты.Примером является этанол (CH ₃ CH ₂ OH).

Рисунок 9.1 Общие органические функциональные группы, содержащие кислород. Суффиксы ИЮПАК, используемые для наименования простых органических молекул, отмечены в таблице

Вернуться к началу

Некоторые свойства и реакционная способность спиртов зависят от числа атомов углерода, присоединенных к конкретному атому углерода, который присоединен к группе -ОН.На этом основании спирты можно разделить на три класса.

• Первичный (1 °) спирт — это спирт, в котором атом углерода (красный) с группой ОН присоединен к одному другому атому углерода (синему). Его общая формула — RCH ₂ OH.

• Вторичный (2 °) спирт — это спирт, в котором атом углерода (красный) с группой ОН присоединен к двум другим атомам углерода (синим цветом). Его общая формула: R ₂ CHOH.

• Третичный (3 °) спирт — это спирт, в котором атом углерода (красный) с группой ОН присоединен к трем другим атомам углерода (синим цветом).Его общая формула — R ₃ COH.

Спирты можно рассматривать как производные воды (H ₂ O; также обозначается как HOH).

Как и связь H – O – H в воде, связь R – O – H изогнута, а часть -OH в молекулах спирта полярна. Эта взаимосвязь особенно очевидна для небольших молекул и отражается в физических и химических свойствах спиртов с низкой молярной массой. Замена атома водорода алкана на группу ОН позволяет молекулам связываться посредством водородных связей (Рисунок 9.2).

Рисунок 9.2 Межмолекулярная водородная связь в метаноле. Группы ОН в молекулах спирта делают возможным образование водородных связей.

Напомним, что физические свойства в значительной степени определяются типом межмолекулярных сил. В таблице 9.1 перечислены молярные массы и точки кипения некоторых распространенных соединений. Из таблицы видно, что вещества с одинаковой молярной массой могут иметь совершенно разные точки кипения.

Алканы неполярны и поэтому связаны только через относительно слабые лондонские дисперсионные силы (LDF). Температуры кипения алканов с одним-четырьмя атомами углерода настолько низки, что все эти молекулы являются газами при комнатной температуре. Напротив, если мы проанализируем соединения, содержащие функциональную группу спирта, даже метанол (только с одним атомом углерода) будет жидкостью при комнатной температуре. Поскольку спирты обладают способностью образовывать водородные связи, их точки кипения значительно выше по сравнению с углеводородами сопоставимой молярной массы.Температура кипения — это грубая мера количества энергии, необходимой для отделения молекулы жидкости от ближайших соседей. Если молекулы взаимодействуют посредством водородных связей, для разрушения этого межмолекулярного притяжения необходимо подавать относительно большое количество энергии. Только тогда молекула может перейти из жидкости в газообразное состояние.

Другая интересная тенденция очевидна в таблице 9.1: поскольку молекулы спирта содержат больше атомов углерода, они также имеют более высокие температуры кипения.Это связано с тем, что молекулы могут иметь более одного типа межмолекулярных взаимодействий. Помимо водородных связей, молекулы спирта также имеют LDF, которые возникают между неполярными частями молекул. Как мы видели с алканами, чем больше углеродная цепь, тем больше LDF присутствует в молекуле. Как и в случае с алканами, повышенное количество ЛДФ в спиртосодержащих молекулах также вызывает повышение температуры кипения.

Помимо образования водородных связей между собой, спирты также могут вступать в водородные связи с молекулами воды (Рисунок 9.3). Таким образом, в то время как углеводороды нерастворимы в воде, небольшие спирты с одним-тремя атомами углерода полностью растворимы. Однако с увеличением длины цепи растворимость спиртов в воде снижается; молекулы становятся больше похожими на углеводороды и менее на воду. Спирт 1-деканол (CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ OH), содержащий 10 атомов углерода практически не растворяется в воде.Мы часто обнаруживаем, что граница растворимости в семействе органических соединений находится на четырех или пяти атомах углерода.

Рисунок 9.3 Водородная связь между молекулами метанола и молекулами воды. Водородная связь между ОН метанола и молекулами воды определяет растворимость метанола в воде.

Вернуться к началу

Молекулы, содержащие две функциональные группы спирта, часто называют гликолями .Этиленгликоль, один из простейших гликолей, имеет два основных коммерческих применения. Он используется в качестве сырья при производстве полиэфирных волокон и составов антифризов. Добавление двух или более групп -ОН к углеводороду существенно увеличивает температуру кипения и растворимость спирта. Например, для этиленгликоля точка кипения составляет 197,3 ^o ° C, по сравнению с этанолом, который имеет точку кипения 78 ^o ° C. Таким образом, этиленгликоль является полезным охлаждающим веществом для автомобильных двигателей.

Рисунок 9.4 Свойства этиленгликоля. Этиленгликоль часто используется в качестве охлаждающего агента в смесях антифризов из-за его низкой температуры замерзания и высокой температуры кипения.

Этиленгликоль ядовит для людей и других животных, с ним следует обращаться осторожно и утилизировать надлежащим образом. Как прозрачная жидкость со сладким вкусом, она может привести к случайному проглатыванию, особенно домашними животными, или может быть преднамеренно использована в качестве орудия убийства. Этиленгликоль трудно обнаружить в организме, и он вызывает симптомы, в том числе интоксикацию, тяжелую диарею и рвоту, которые можно спутать с другими болезнями или заболеваниями.Его метаболизм производит оксалат кальция, который кристаллизуется в головном мозге, сердце, легких и почках, повреждая их; в зависимости от уровня воздействия, накопление яда в организме может длиться недели или месяцы, прежде чем вызвать смерть, но смерть от острой почечной недостаточности может наступить в течение 72 часов, если человек не получит надлежащего лечения от отравления. Некоторые смеси антифризов на основе этиленгликоля содержат горький агент, такой как денатоний, для предотвращения случайного или преднамеренного употребления.Типичные смеси антифризов также содержат флуоресцентный зеленый краситель, который упрощает обнаружение и удаление пролитого антифриза.

Соединения, в которых группа -ОН присоединена непосредственно к ароматическому кольцу, называются фенолами и в химических уравнениях могут обозначаться как АРОН. Фенолы отличаются от спиртов тем, что в воде они обладают слабой кислотностью. Подобно реакциям кислотно-щелочной нейтрализации двойного вытеснения, они реагируют с водным гидроксидом натрия (NaOH) с образованием соли и воды.

ArOH (водн.) + NaOH (водн.) → ArONa (водн.) + H ₂ O

Простейшее фенолсодержащее соединение, C ₆ H ₅ OH, само называется фенолом. (Более старое название, подчеркивающее его легкую кислотность, было карболовой кислоты ). Фенол — белое кристаллическое соединение, имеющее характерный («больничный запах») запах.

Фенолы широко используются как антисептики (вещества, убивающие микроорганизмы на живых тканях) и как дезинфицирующие средства (вещества, предназначенные для уничтожения микроорганизмов на неодушевленных предметах, таких как мебель или полы). Первым широко применяемым антисептиком был фенол. Джозеф Листер использовал его для антисептической хирургии в 1867 году. Однако фенол токсичен для человека и может вызвать серьезные ожоги при нанесении на кожу.В кровотоке это системный яд , что означает, что он проникает во все части тела и поражает их. Его серьезные побочные эффекты привели к поискам более безопасных антисептиков, ряд из которых был найден.

Рисунок 9.6 Операция в 1753 году операции до применения антисептиков. Картина написана Гаспаре Траверси.

В настоящее время фенол используется только в очень малых концентрациях в некоторых безрецептурных медицинских продуктах, таких как хлорасептик для горла.

Рис. 9.7 Фенол все еще используется в низких концентрациях в некоторых медицинских препаратах, таких как хлорасептик.

Более сложные соединения, содержащие фенольные функциональные группы, обычно встречаются в природе, особенно в виде растительных натуральных продуктов. Например, одними из основных метаболитов, обнаруженных в зеленом чае, являются полифенольные катехиновые соединения, представленные на рисунке 9.8А эпигаллокатехингаллатом (ЭКГК) и эпикатехином. Было доказано, что употребление зеленого чая обладает химиопрофилактическими свойствами на лабораторных животных.Считается, что биологическая активность катехинов как антиоксидантных агентов способствует этой активности и другим преимуществам для здоровья, связанным с потреблением чая. Некоторые из биологически активных компонентов марихуаны, такие как тетрагидроканнабинол (THC) и каннабидиол (CBD), также являются фенольными соединениями (рис. 9B).

Рис. 9.8 Натуральные продукты растительного происхождения, содержащие фенольные функциональные группы. (A) Зеленый чай содержит соединения катехина, такие как галлат эпигаллокатехина (ECGC), и эпикатехины, которые, как считается, обладают некоторыми противораковыми преимуществами для здоровья, присущими зеленому чаю.(B) Марихуана содержит множество биологически активных фенольных соединений, включая галлюциногенный компонент марихуаны, тетрагидроканнабинол (THC) и метаболит каннабидиол (CBD). Каннабидиол не обладает психоактивными свойствами и в настоящее время изучается в качестве потенциального средства лечения синдромов рефракционной эпилепсии.

1. Почему этанол (CH ₃ CH ₂ OH) более растворим в воде, чем 1-гексанол (CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ OH) ?

2. Почему 1-бутанол (CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ OH) имеет более низкую точку кипения, чем 1-гексанол (CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ СН ₂ СН ₂ ОН)?

1. Этанол имеет группу -ОН и только 2 атома углерода; 1-гексанол имеет одну группу -ОН для 6 атомов углерода и, таким образом, больше похож на (неполярный) углеводород, чем на этанол.

2. 1-гексанол имеет более длинную углеродную цепь, чем у 1-бутанола, и, следовательно, больше LDF, которые способствуют более высокой температуре кипения.

Ответьте на следующие упражнения, не обращаясь к таблицам в тексте.

1. Расположите эти спирты в порядке увеличения температуры кипения: 1-бутанол (CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ OH), 1-гептанол (CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ OH) и 1-пропанол (CH ₃ CH ₂ CH ₂ OH).

2. Что имеет более высокую точку кипения — бутан (CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₃ ) или пропанол-1 (CH ₃ CH ₂ CH ₂ OH)?

3. Расположите эти спирты в порядке увеличения растворимости в воде: 1-бутанол (CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ OH), метанол (CH ₃ OH) и 1-октанол (CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ OH).

4. Расположите эти соединения в порядке увеличения растворимости в воде: 1-бутанол (CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ OH), этанол (CH ₃ CH ₂ OH) и пентан. (CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ ).

1. 1-пропанол <1-бутанол <1-гептанол

3. 1-октанол <1-бутанол <метанол

Вернуться к началу

Эфиры — это класс органических соединений, которые содержат кислород между двумя алкильными группами. Они имеют формулу R-O-R ’, где R’s представляют собой алкильные группы. эти соединения используются в красителях, парфюмерии, маслах, восках и в промышленности.

Связи C — O в простых эфирах полярны, и, следовательно, эфиры обладают суммарным дипольным моментом. Слабая полярность эфиров не оказывает заметного влияния на их точки кипения, сравнимые с таковыми у алкенов сопоставимой молекулярной массы.Эфиры имеют гораздо более низкие температуры кипения по сравнению с изомерными спиртами. Это связано с тем, что молекулы спиртов связаны водородными связями, в то время как молекулы эфира не могут образовывать водородные связи с другими молекулами эфира. Например, диэтиловый эфир (CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ ) имеет точку кипения 34,6 ^o ° C, тогда как н-бутанол (CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ OH), четырехуглеродный спирт, имеет пионт кипения 117.7 ^o C.

Эфиры могут образовывать водородные связи с водой, однако, поскольку вода содержит частично положительные атомы водорода, необходимые для образования водородных связей. Таким образом, простые эфиры, содержащие до 3 атомов углерода, растворимы в воде из-за образования Н-связей с молекулами воды.

Растворимость простых эфиров уменьшается с увеличением числа атомов углерода. Относительное увеличение углеводородной части молекулы снижает тенденцию образования водородной связи с водой.Простые эфиры в значительной степени растворимы в более неполярных органических растворителях и фактически могут использоваться в качестве растворителя для растворения неполярных и умеренно полярных молекул. Кроме того, простые эфиры очень неактивны. Фактически, за исключением алканов, циклоалканов и фторуглеродов, простые эфиры, вероятно, являются наименее реакционноспособным обычным классом органических соединений. Таким образом, простые эфиры меньшего размера, такие как диэтиловый эфир (CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ ), широко используются химиками-органиками в качестве растворителей для различных органических реакций.Инертность эфиров по отношению к спиртам, несомненно, связана с отсутствием реакционной связи О – Н.

В середине 1800-х — начале 1900-х годов диэтиловый эфир использовался в качестве анестетика во время хирургических операций, в значительной степени заменяя хлороформ из-за пониженной токсичности. Общий анестетик действует на мозг, вызывая бессознательное состояние и общую нечувствительность к ощущениям или боли.Диэтиловый эфир (CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ ) был первым широко используемым общим анестетиком.

Рис. 9.9 Уильям Мортон, стоматолог из Бостона, ввел диэтиловый эфир в хирургическую практику в 1846 году. На этой картине изображена операция в Бостоне в 1846 году, в которой диэтиловый эфир использовался в качестве анестетика. Вдыхание паров эфира вызывает потерю сознания, подавляя активность центральной нервной системы. Источник: Картина Уильяма Мортона Эрнеста Борта.

Диэтиловый эфир относительно безопасен, поскольку существует довольно большой разрыв между дозой, обеспечивающей эффективный уровень анестезии, и смертельной дозой. Однако, поскольку он легко воспламеняется и имеет дополнительный недостаток, вызывающий тошноту, его заменили более новыми анестетиками для ингаляции, включая фторсодержащие соединения галотан и галогенированные эфиры, десфлуран, изофлуран и севофлуран. Галогенированные простые эфиры, изофлуран, десфлуран и севофлуран демонстрируют меньшие побочные эффекты по сравнению с диэтиловым эфиром.К сожалению, безопасность этих соединений для персонала операционной была поставлена ​​под сомнение. Например, женщины, работающие в операционной, подвергшиеся воздействию галотана, чаще страдают выкидышами, чем женщины в общей популяции.

Простые эфиры также являются общими функциональными группами, обнаруженными в натуральных продуктах, и могут обладать уникальной биологической активностью. Фактически, было обнаружено, что некоторые очень большие соединения, содержащие несколько простых эфиров, называемые полиэфирами , вызывают нейротоксическое отравление моллюсками.В этом примере динофлаггелат, Karina brevis , который является возбудителем цветения водорослей красного прилива, производит класс высокотоксичных полиэфиров, называемых бреватоксинами. Бреватоксин А изображен на рисунке 9.10. Симптомы этого отравления включают рвоту и тошноту, а также различные неврологические симптомы, такие как невнятная речь.

Рисунок 9.10 Нейротоксическое отравление моллюсками. Динофлаггелат, Karina brevis , показанный в верхнем левом углу, является возбудителем вредоносного цветения водорослей красного прилива.Цветение морских водорослей может быть довольно обширным, как показано на фотографии красного прилива (вверху справа), происходящего недалеко от Сан-Диего, Калифорния. K. brevis производит класс полиэфиров, называемых бреватоксинами. Бреватоксин А показан в качестве примера. Моллюски и мышцы, питающиеся фильтром, загрязняются динофлаггелатом и могут вызвать нейротоксическое отравление моллюсками при употреблении в пищу. Красные приливы могут иметь серьезные экономические издержки, поскольку промыслы и промысел моллюсков должны быть закрыты до тех пор, пока уровни токсинов в коммерческих продуктах не вернутся к приемлемым уровням.

Вернуться к началу

Альдегиды и кетоны характеризуются наличием карбонильной группы (C = O), и их реакционную способность обычно можно понять, признав, что карбонильный углерод содержит частичный положительный заряд (δ +), а карбонильный кислород содержит частичный отрицательный заряд. (δ−). Альдегиды обычно более реакционноспособны, чем кетоны.

A карбонильная группа представляет собой химически органическую функциональную группу, состоящую из атома углерода, связанного двойной связью с атомом кислорода -> [ C = O ] Простейшими карбонильными группами являются альдегиды и кетоны, обычно присоединенные к другому углеродному соединению.Эти структуры можно найти во многих ароматических соединениях, влияющих на запах и вкус.

Прежде чем углубляться в подробности, обязательно поймите, что сама сущность C = O известна как « c арбонильная группа », в то время как члены этой группы называются « карбонильные соединения ». «.

Как обсуждалось ранее, мы понимаем, что у кислорода есть две неподеленные пары электронов. Эти электроны делают кислород более электроотрицательным, чем углерод.Тогда углерод будет частично положительным (или электрофильным, = «любящим электроны»), а кислород частично отрицательным ( нуклеофильным = «любящим ядро ​​или протон»). Поляризуемость обозначается дельтой в нижнем регистре и положительным или отрицательным верхним индексом в зависимости от атома. Например, углерод будет иметь δ ⁺ , а кислород δ ^—.

В альдегидах к карбонильной группе присоединен атом водорода вместе с

• второй атом водорода
• или, чаще, углеводородная группа, которая может быть алкильной группой или группой, содержащей бензольное кольцо.

В этом разделе мы игнорируем те, которые содержат бензольные кольца. Ниже приведены некоторые примеры альдегидов

Обратите внимание, что все они имеют один и тот же конец молекулы. Отличается только сложность другой присоединенной углеродной группы. Когда вы пишете формулы для них, альдегидная группа (карбонильная группа с присоединенным атомом водорода) всегда записывается как -CHO — никогда как COH. Его легко спутать с алкоголем.Например, этанал записывается как CH ₃ CHO; метанал как HCHO.

В кетонах к карбонильной группе присоединены две углеродные группы. Опять же, это могут быть либо алкильные группы, либо группы, содержащие бензольные кольца. Обратите внимание, что к карбонильной группе кетонов никогда не присоединен атом водорода.

Пропанон обычно обозначается как CH ₃ COCH ₃ .

Метаналь, также известный как формальдегид (HCHO), представляет собой газ при комнатной температуре (точка кипения -21 ° C), а этаналь, также известный как ацетальдегид, имеет температуру кипения + 21 ° C. Это означает, что этаналь кипит при температуре, близкой к комнатной. Более крупные альдегиды и кетоны являются жидкостями, температура кипения которых повышается по мере увеличения размера молекул. Величина точки кипения определяется силой межмолекулярных сил.В этих молекулах присутствуют две основные межмолекулярные силы:

• Лондонские силы дисперсии : Эти притяжения тем сильнее, чем больше длина молекул и больше электронов. Это увеличивает размеры устанавливаемых временных диполей. Вот почему температуры кипения увеличиваются с увеличением числа атомов углерода в цепях — независимо от того, говорите ли вы об альдегидах или кетонах.
• Диполь-дипольные притяжения : И альдегиды, и кетоны являются полярными молекулами из-за наличия двойной связи углерод-кислород.Помимо дисперсионных сил, между постоянными диполями на соседних молекулах также будет существовать притяжение. Это означает, что точки кипения будут выше, чем у углеводородов аналогичного размера, которые обладают только дисперсионными силами. Интересно сравнить три молекулы одинакового размера. Они имеют одинаковую длину и одинаковое (хотя и не одинаковое) количество электронов.

Поляризация карбонильных групп также влияет на температуру кипения альдегидов и кетонов, которая выше, чем у углеводородов аналогичного размера.Однако, поскольку они не могут образовывать водородные связи, их температуры кипения обычно ниже, чем у спиртов аналогичного размера. В таблице 9.2 приведены некоторые примеры соединений одинаковой массы, но содержащих разные типы функциональных групп. Обратите внимание, что соединения, которые имеют более сильные межмолекулярные силы, имеют более высокие температуры кипения.

Алканы <Альдегиды <Кетоны <Спирты

Таблица 9.2 Сравнение точек кипения и межмолекулярных сил

Из-за полярности карбонильной группы атом кислорода альдегида или кетона вступает в водородную связь с молекулой воды.

Таким образом, растворимость альдегидов и кетонов примерно такая же, как у спиртов и простых эфиров. Формальдегид (HCHO), ацетальдегид (CH ₃ CHO) и ацетон ((CH ₃ ) ₂ CO) растворимы в воде. По мере увеличения длины углеродной цепи растворимость в воде уменьшается. Граница растворимости находится примерно при четырех атомах углерода на атом кислорода. Все альдегиды и кетоны растворимы в органических растворителях и, как правило, менее плотны, чем вода.

Вернуться к началу

Подобно другим кислородсодержащим функциональным группам, обсуждавшимся до сих пор, альдегиды и кетоны также широко распространены в природе и часто сочетаются с другими функциональными группами. Примеры встречающихся в природе молекул, которые содержат функциональную группу альдегида или кетона, показаны на следующих двух рисунках. Соединения на рисунке 9.11 обнаруживаются в основном в растениях или микроорганизмах, а также в соединениях на рисунке 9.12 имеют животное происхождение. Многие из этих молекулярных структур хиральны и имеют отчетливую стереохимию.

Когда хиральные соединения встречаются в природе, они обычно энантиомерно чисты, хотя разные источники могут давать разные энантиомеры. Например, карвон обнаружен как его левовращающий (R) -энантиомер в масле мяты курчавой, тогда как семена тмина содержат правовращающий (S) -энантиомер. В этом случае изменение стереохимии вызывает резкое изменение воспринимаемого запаха.Альдегиды и кетоны известны своим сладким, а иногда и резким запахом. Запах ванильного экстракта исходит от молекулы ванилина. Точно так же бензальдегид придает сильный запах миндаля. Благодаря приятным ароматам молекулы, содержащие альдегиды и кетоны, часто встречаются в парфюмерии. Однако не все ароматы приятны. В частности, 2-гептанон обеспечивает часть резкого запаха голубого сыра, а (R) -Muscone является частью мускусного запаха гималайской кабарги.Наконец, кетоны присутствуют во многих важных гормонах, таких как прогестерон (женский половой гормон) и тестостерон (мужской половой гормон). Обратите внимание, как тонкие различия в структуре могут вызвать резкие изменения в биологической активности. Функциональность кетонов также проявляется в противовоспалительном стероиде кортизоне.

Рис. 9.11 Примеры молекул, содержащих альдегид и кетон, выделенных из растительных источников.

Рисунок 9.12 Примеры молекул, содержащих альдегид и кетон, выделенных из животных источников.

Кетоны образуются в организме человека как побочный продукт липидного обмена. Два общих метаболита, продуцируемых в организме человека, — это кетонсодержащая ацетоуксусная кислота и метаболит спирта, β-гидроксибутират. Ацетон также производится как продукт распада ацетоуксусной кислоты. Затем ацетон может выводиться из организма с мочой или в виде летучего продукта через легкие.

Обычно кетоны не попадают в кровоток в заметных количествах. Например, нормальная концентрация ацетона в организме человека составляет менее 1 мг / 100 мл крови. Вместо этого кетоны, которые вырабатываются во время метаболизма липидов внутри клеток, обычно полностью окисляются и расщепляются на углекислый газ и воду. Это потому, что глюкоза является основным источником энергии для тела, особенно для мозга. Глюкоза в контролируемых количествах попадает в кровоток печенью, где она перемещается по всему телу, обеспечивая энергию.Для мозга это основной источник энергии, поскольку гематоэнцефалический барьер блокирует транспорт больших липидных молекул. Однако во время голодания, когда глюкоза недоступна, или при определенных болезненных состояниях, когда метаболизм глюкозы нарушен, например, при неконтролируемом сахарном диабете, концентрации кетонов в крови повышаются до более высоких уровней, чтобы обеспечить мозг альтернативным источником энергии. Однако, поскольку ацетоуксусная кислота и β-гидроксибутират содержат функциональные группы карбоновых кислот, добавление этих молекул в кровь вызывает закисление, которое, если его не контролировать, может вызвать опасное состояние, называемое кетоацидозом.Кетоацидоз может быть опасным для жизни событием. Кетоны легко обнаружить, так как ацетон выводится с мочой. В тяжелых случаях запах ацетона также может ощущаться в дыхании.

Вернуться к началу

Карбоновые кислоты можно легко распознать, поскольку они имеют карбонильный углерод, который также непосредственно связан с функциональной группой спирта. Таким образом, карбонильный углерод также присоединен непосредственно к спирту.В функциональной группе сложного эфира карбонильный углерод также непосредственно присоединен как часть функциональной группы простого эфира.

Карбоновые кислоты — это органические соединения, которые включают карбоксильную функциональную группу, CO ₂ H. Название карбоксил происходит от того факта, что карбонильная и гидроксильная группы присоединены к одному и тому же атому углерода.

Карбоновые кислоты названы так потому, что они могут отдавать водород для образования карбоксилатного иона.Факторы, влияющие на кислотность карбоновых кислот, будут обсуждены позже.

Сложный эфир представляет собой органическое соединение, которое является производным карбоновой кислоты, в которой атом водорода гидроксильной группы заменен на алкильную группу. Структура является продуктом карбоновой кислоты (R-часть) и спирта (R’-часть). Общая формула сложного эфира показана ниже.

Группа R может быть водородной или углеродной цепью.Группа R ‘должна быть углеродной цепью, поскольку атом водорода сделает молекулу карбоновой кислотой. Шаги по названию сложных эфиров вместе с двумя примерами показаны ниже.

Карбоновые кислоты могут образовывать димеры с водородными связями, температура кипения которых выше, чем у спиртов аналогичного размера (таблица 9.3).

Таблица 9.3 Сравнение температур кипения соединений аналогичного размера

Мелкие сложные эфиры имеют температуры кипения ниже, чем у альдегидов и кетонов с аналогичной массой (Таблица 9.3). Сложные эфиры, как и альдегиды и кетоны, являются полярными молекулами. однако их диполь-дипольные взаимодействия слабее, чем у альдегидов и кетонов, и они не могут образовывать водородные связи. Таким образом, их температуры кипения выше, чем у простых эфиров, и ниже, чем у альдегидов и кетонов аналогичного размера.

Карбоновые кислоты с низким молекулярным весом обычно жидкие при комнатной температуре, тогда как более крупные молекулы образуют воскообразные твердые вещества. Карбоновые кислоты с длиной углеродной цепи от 12 до 20 атомов углерода обычно называют жирными кислотами, поскольку они обычно содержатся в жирах и маслах.По сравнению с другими кислородсодержащими молекулами, карбоновые кислоты с короткой цепью обычно растворимы в воде из-за их способности образовывать водородные связи. По мере увеличения длины углеродной цепи растворимость карбоновой кислоты в воде снижается. Сложные эфиры также могут связываться водородом с водой, хотя и не так эффективно, как карбоновые кислоты, и поэтому они немного менее растворимы в воде, чем карбоновые кислоты аналогичного размера.

Карбоновые кислоты обычно имеют неприятный, резкий и даже прогорклый запах.Например, запах уксуса возникает из-за этановой кислоты (также известной как уксусная кислота). Запах тренажерных залов и немытых носков в значительной степени вызван бутановой кислотой, а гексановая кислота ответственна за сильный запах лимбургского сыра. Из-за своей кислой природы карбоновые кислоты также имеют кислый вкус, как это отмечается для уксуса и лимонной кислоты, содержащихся во многих фруктах. С другой стороны, сложные эфиры обладают приятным ароматом и ответственны за аромат многих фруктов и цветов. Сложные эфиры также могут иметь фруктовый привкус.

1. Какое соединение имеет более высокую точку кипения — CH ₃ CH ₂ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ или CH ₃ CH ₂ CH ₂ COOH? Объяснять.

2. Какое соединение имеет более высокую точку кипения — CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ OH или CH ₃ CH ₂ CH ₂ COOH? Объяснять.

3. Какое соединение более растворимо в воде — CH ₃ COOH или CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₃ ? Объяснять.

4. Какое соединение более растворимо в воде — CH ₃ CH ₂ COOH или CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ COOH? Объяснять.

1. CH ₃ CH ₂ CH ₂ COOH из-за водородной связи (Нет межмолекулярной водородной связи с CH ₃ CH ₂ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ .)

3. CH ₃ COOH, потому что он участвует в водородной связи с водой (Нет межмолекулярной водородной связи с CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₃ .)

Карбоновые кислоты и сложные эфиры широко распространены в природе и используются для множества целей. Например, муравьи из семейства Formicidae используют простейшую карбоновую кислоту, муравьиную кислоту, как в качестве химической защиты, так и в качестве атаки для подавления добычи (рис.9.13А). Разбавленный раствор уксусной кислоты (5%) содержится в уксусе и отвечает за кислый и острый вкус. Уксусная кислота также придает хлебу на закваске острый вкус и отвечает за кислый привкус вина. Лимонная кислота содержится во многих фруктах и ​​является причиной их кислого вкуса. Другие карбоновые кислоты, такие как ПАБК и гликолевая кислота, используются в косметической промышленности. ПАБК, вырабатываемая растениями, грибами и бактериями, является обычным компонентом пищи и по структуре связана с витамином фолиевой кислоты.В 1943 году ПАБК был запатентован как одно из первых соединений, используемых при производстве солнцезащитного крема. Однако с середины 1980-х его использование перестало быть популярным из-за опасений, что он может увеличить клеточное УФ-повреждение, а также способствовать развитию аллергии. Гликолевая кислота является наименьшей из кислот класса α-гидроксикислот, и она нашла применение как в пищевой, так и в косметической промышленности. В пищевой промышленности он используется в качестве консерванта, а в индустрии ухода за кожей он чаще всего используется в качестве химического пилинга для уменьшения рубцов на лице от прыщей.

Рис. 9.13 Источники и использование обычных карбоновых кислот. (A) Муравьиная кислота — это защитный токсин, используемый муравьями семейства Formicidae. Фото Мухаммада Махди Карима (B) Уксус — это 5% раствор уксусной кислоты. На фотографии слева показаны различные сорта уксуса на рынке во Франции. Фото Жоржа Сегена (C) Лимонная кислота — обычный компонент фруктов, придающий им кислый вкус. Фотография лимонов, сделанная Андре Карватом (D). Пара-аминобензойная кислота (ПАБК) — карбоновая кислота, обычно встречающаяся в растениях и пищевых культурах, включая цельное зерно.Он был запатентован в 1943 году для использования в солнцезащитных продуктах. Однако из соображений безопасности и аллергической реакции использование ПАБК для этой цели было прекращено. Фотография солнцезащитного крема предоставлена ​​HYanWong (E) Гликолевая кислота обычно используется в косметике в качестве химического пилинга, используемого для уменьшения рубцов от прыщей. На фото слева — до лечения, а справа — после нескольких процедур с гликолевой кислотой. Исследование гликолей предоставлено Джайшри Шарад.

Сложные эфиры легко синтезируются и в большом количестве естественным образом способствуют возникновению вкусов и ароматов многих фруктов и цветов.Например, сложный эфир метилсалицилата также известен как масло грушанки (рис. 9.14). Фруктовый аромат ананасов, груш и клубники обусловлен сложными эфирами, а также сладким ароматом рома.

Рис. 9.14. Фруктовые и приятные ароматы сложных эфиров можно найти в (A) масле грушанки, (B) аромате ананасов и (C) сладости рома. Фотография (A) Gaultheria procumbens , производителя масла грушанки предоставлена: LGPL (B) фото ананаса предоставлено: David Monniaux, и (C) Фотография рома предоставлена: Summerbl4ck

Сложные эфиры также составляют основную часть животных жиров и растительных масел в виде триглицеридов.Образование липидов и жиров будет более подробно описано в главе 11.

Вернуться к началу

Функциональные группы спирта могут участвовать в нескольких различных типах реакций. В этом разделе мы обсудим два основных типа реакций. Первые — это реакции дегидратации, а вторые — реакции окисления.Спирты также могут участвовать в реакциях присоединения и замещения с другими функциональными группами, такими как альдегиды, кетоны и карбоновые кислоты. Эти типы реакций будут обсуждаться более подробно в разделах, посвященных альдегидам, кетонам и карбоновым кислотам.

В главе 8 мы узнали, что спирты могут образовываться в результате гидратации алкенов во время реакций присоединения. Мы также узнали, что может иметь место и обратная реакция.Спирты могут быть удалены или удалены из молекул посредством процесса дегидратации (или удаления воды). Результатом реакции элиминирования является образование алкена и молекулы воды.

Реакции элиминирования, которые происходят с более сложными молекулами, могут привести к более чем одному возможному продукту. В этих случаях алкен образуется в более замещенном положении (у углерода, который имеет больше атомов углерода и меньше атомов водорода).Например, в реакции ниже спирт не является симметричным. Таким образом, существует два возможных продукта реакции элиминирования, вариант 1 и вариант 2. В варианте 1 алкен образуется с углеродом, который имеет наименьшее количество присоединенных атомов водорода, тогда как в варианте 2 алкен образуется с углеродом, имеющим большинство атомов водорода присоединены. Таким образом, вариант 1 будет основным продуктом реакции, а вариант 2 — второстепенным.

Реакции отщепления спирта с использованием небольших 1 ^o спиртов также могут быть использованы для получения простых эфиров.Для получения простого эфира, а не алкена, температура реакции должна быть снижена и реакция должна проводиться с избытком спирта в реакционной смеси. Например:

В этой реакции необходимо использовать избыток спирта и поддерживать температуру около 413 К.Если спирт не используется в избытке или температура выше, спирт предпочтительно подвергнется дегидратации с образованием алкена. Дегидратация вторичных и третичных спиртов для получения соответствующих простых эфиров неэффективна, поскольку в этих реакциях слишком легко образуются алкены.

Некоторые спирты также могут подвергаться реакциям окисления. Помните, что в окислительно-восстановительных реакциях окисляемый компонент реакции теряет электроны (LEO), в то время как молекула, получающая электроны, восстанавливается (GER).В органических реакциях поток электронов обычно следует за потоком атомов водорода. Таким образом, молекула, теряющая водород, обычно также теряет электроны и является окисленным компонентом. Молекула, набирающая электроны, восстанавливается. Для спиртов могут быть окислены как первичные, так и вторичные спирты. С другой стороны, третичные спирты не окисляются. Во многих реакциях окисления окислитель показан над стрелкой реакции как [O]. Окислитель может быть металлом или другой органической молекулой.В реакции окислителем является молекула, которая восстанавливается или принимает электроны.

В реакциях окисления спирта водород из спирта и водород, связанный с углеродом, к которому присоединен спирт, вместе со своими электронами удаляются из молекулы окислителем. Удаление атомов водорода и их электронов приводит к образованию карбонильной функциональной группы. В случае первичного спирта результатом является образование альдегида.В случае вторичного спирта результатом является образование кетона. Обратите внимание, что для третичного спирта углерод, присоединенный к спиртовой функциональной группе, не имеет присоединенного к нему атома водорода. Таким образом, он не может подвергаться окислению. Когда третичный спирт подвергается действию окислителя, реакции не происходит.

Обратите внимание, что для первичного спирта, который подвергается окислению, он все еще сохраняет атом водорода, который присоединен к карбонильному углероду во вновь образованном альдегиде.Эта молекула может подвергаться вторичной реакции окисления с окислителем и водой, чтобы добавить еще один атом кислорода и удалить карбонильный атом водорода. Это приводит к образованию карбоновой кислоты.

Метанол довольно ядовит для человека. Проглатывание всего 15 мл метанола может вызвать слепоту, а 30 мл (1 унцию) — смерть. Однако обычная смертельная доза составляет от 100 до 150 мл.Основная причина токсичности метанола заключается в том, что у нас есть ферменты печени, которые катализируют его окисление до формальдегида, простейшего члена семейства альдегидов:

Формальдегид быстро вступает в реакцию с компонентами клеток, коагулируя белки так же, как при варке яйца. Это свойство формальдегида объясняет большую часть токсичности метанола.

Органические и биохимические уравнения часто записываются, показывая только органические реагенты и продукты.Таким образом, мы концентрируем внимание на органическом исходном материале и продукте, а не на балансировании сложных уравнений.

Этанол окисляется в печени до ацетальдегида:

Ацетальдегид, в свою очередь, окисляется до уксусной кислоты (HC ₂ H ₃ O ₂ ), нормального компонента клеток, которая затем окисляется до диоксида углерода и воды. Даже в этом случае этанол потенциально токсичен для человека. Быстрое употребление 1 pt (около 500 мл) чистого этанола убило бы большинство людей, а от острого отравления этанолом ежегодно умирает несколько сотен человек — часто тех, кто участвует в каком-то соревновании по выпивке.Этанол свободно проникает в мозг, где он угнетает центр контроля дыхания, что приводит к отказу дыхательных мышц в легких и, как следствие, к удушью. Считается, что этанол действует на мембраны нервных клеток, вызывая ухудшение речи, мышления, познания и суждения.

Медицинский спирт обычно представляет собой 70% -ный водный раствор изопропилового спирта. Он имеет высокое давление пара, а его быстрое испарение с кожи дает охлаждающий эффект. При проглатывании он токсичен, но, по сравнению с метанолом, хуже всасывается через кожу.

Напишите уравнение окисления каждого спирта. Используйте [O] над стрелкой, чтобы указать окислитель. Если реакции не происходит, напишите «нет реакции» после стрелки.

1. CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ OH

Первый шаг — определить класс каждого алкоголя как первичный, вторичный или третичный.

1. Этот спирт имеет группу ОН на атоме углерода, которая связана только с одним другим атомом углерода, так что это первичный спирт. При окислении сначала образуется альдегид, а при дальнейшем окислении образуется карбоновая кислота.

2. Этот спирт имеет группу ОН на атоме углерода, который присоединен к трем другим атомам углерода, поэтому это третичный спирт. Никакой реакции не происходит.

3. Этот спирт имеет группу ОН на атоме углерода, который присоединен к двум другим атомам углерода, так что это вторичный спирт; окисление дает кетон.

Напишите уравнение окисления каждого спирта. Используйте [O] над стрелкой, чтобы указать окислитель. Если реакции не происходит, напишите «нет реакции» после стрелки.

Вернуться к началу

В этом разделе мы обсудим первичные реакции альдегидов и кетонов. К ним относятся реакции окисления и восстановления, а также реакции сочетания со спиртами.

Как показано выше в разделе, посвященном спиртам, альдегиды могут подвергаться окислению с образованием коарбоновой кислоты. Это связано с тем, что карбонильный атом углерода все еще сохраняет атом водорода, который можно удалить и заменить атомом кислорода. Кетоны, с другой стороны, не содержат атом водорода, связанный с карбонильным атомом углерода. Таким образом, они не могут подвергаться дальнейшему окислению. Как отмечалось выше, кетоны, которые подвергаются действию окислителя, не вступают в реакцию.

Реакции восстановления с альдегидами и кетонами превращают эти соединения в первичные спирты в случае альдегидов и вторичные спирты в случае кетонов. По сути, это реакции, обратные реакциям окисления спирта.

Например, с альдегидом этанал получается первичный спирт, этанол:

Обратите внимание, что это упрощенное уравнение, где [H] означает «водород из восстановителя».В общем, восстановление альдегида приводит к первичному спирту.

Восстановление кетона, такого как пропанон, даст вам вторичный спирт, такой как 2-пропанол:

Восстановление кетона приводит к вторичному спирту.

Альдегиды и кетоны могут реагировать со спиртовыми функциональными группами в реакциях присоединения (комбинации).Эти типы реакций обычны по своей природе и очень важны в процессе циклизации молекул сахара. Мы вернемся к этому вопросу в главе 11 во введении к основным макромолекулам тела.

Когда спирт добавляется к альдегиду, результат называется полуацеталем ; когда к кетону добавляют спирт, получается полукетал .

В приведенной выше реакции B: относится к основанию, которое присутствует в растворе и может действовать как акцептор протонов.В этой реакции обычное основание активирует спирт в реакции (кислород спирта показан красным). Кислород спирта тогда заряжается отрицательно, потому что он переносит лишний электрон от водорода. Теперь он может действовать как нуклеофил и атаковать карбонильный углерод альдегида или кетона. Когда кислород спирта образует связь с карбонильным углеродом альдегида или кетона, это замещает одну из двойных связей карбонильной группы. Оксиен из карбонила затем вытягивает водород из обычной кислоты, присутствующей в растворе.На этой диаграмме обычная кислота обозначена как H-A. При этом образуется спирт на месте карбонильной группы альдегида или кетона. Исходная спиртовая группа теперь выглядит как эфирная функциональная группа. Таким образом, вы можете распознать полуацетали и гемикетали в натуральных продуктах как атом углерода, который одновременно связан как со спиртовой, так и с простой эфирной функциональной группой. Если этот углерод также имеет водородную связь с ним, он происходит из альдегида и называется полуацеталем .Если центральный углерод связан с двумя другими атомами углерода (обозначенными выше R ₁ и R ₃ ) в дополнение к атомам кислорода, молекула произошла от кетона и называется полукеталем .

Приставка « hemi» (половина) используется в каждом термине, потому что, как мы вскоре увидим, может произойти второе добавление нуклеофила спирта, что приведет к образованию видов, называемых ацеталей и кеталей .

Образование полуацеталей и гемикеталей в биологических системах является обычным явлением и часто происходит спонтанно (без присутствия катализатора или фермента), особенно в случае простых молекул сахара.Из-за спонтанности реакций они также очень обратимы: полуацетали и гемикетали легко превращаются обратно в альдегиды и кетоны плюс спирт. Механизм обратного превращения полуацеталя в альдегид показан ниже:

Когда полуацеталь (или гемикеталь) подвергается нуклеофильной атаке со стороны второй молекулы спирта, результат называется ацеталь (или кеталь ).

В то время как образование полуацеталя из альдегида и спирта (этап 1 выше) является нуклеофильным присоединением, образование ацеталя из полуацеталя (этап 2 выше) представляет собой реакцию нуклеофильного замещения с исходным карбонилом кислород (показан синим) выходит в виде молекулы воды. Поскольку вода покидает молекулу во второй реакции (стадия 2), эта реакция также известна как реакция дегидратации . Реакция замещения, происходящая на второй стадии, не происходит спонтанно и не является легко обратимой.Внутри биологических систем для образования ацеталя или кеталя потребуется фермент. Обратите внимание, что и ацеталь, и кеталь выглядят как центральный углерод, связанный с двумя функциональными группами простого эфира. Если этот центральный углерод также связан с водородом, то это ацталь, а если он связан с двумя атомами углерода, это кеталь. Обратная реакция будет включать разложение ацеталя или кеталя с использованием гидролиза или проникновения воды в молекулу.

Вернуться к началу

Согласно определению кислоты как «вещества, которое отдает протоны (ионы водорода) другим вещам», карбоновые кислоты являются кислыми, потому что водород в группе -COOH может быть передан другим молекулам.В растворе в воде ион водорода передается от группы -COOH к молекуле воды. Например, с этановой кислотой (как показано ниже) вы получаете этаноат-ион, образованный вместе с ионом гидроксония, H ₃ O ⁺ .

CH ₃ COOH + H ₂ O ⇌ CH ₃ COO ^— + H ₃ O ⁺

Эта реакция обратима, и в случае этановой кислоты (уксусной кислоты) не более 1% кислоты прореагировало с образованием ионов за один раз.

Таким образом, карбоновые кислоты являются слабыми кислотами.

Из-за своей кислой природы карбоновые кислоты могут реагировать с более химически активными металлами с образованием ионных связей и образования солей. Реакции такие же, как и с кислотами, такими как соляная кислота, за исключением того, что они, как правило, более медленные.

2CH ₃ COOH (водн.) + Mg (s) → (CH ₃ COO) ₂ Mg + H ₂

В указанной выше реакции разбавленная этановая кислота реагирует с магнием.Магний реагирует с образованием бесцветного раствора этаноата магния и выделяется газообразный водород. Если вы используете магниевую ленту, реакция будет менее интенсивной, чем такая же реакция с соляной кислотой, но с порошком магния обе протекают так быстро, что вы, вероятно, не заметите большой разницы.

Напишите уравнение для каждой реакции.

1. ионизация пропионовой кислоты (CH ₂ CH ₂ COOH) в воде (H ₂ O)
2. Нейтрализация пропионовой кислоты водным гидроксидом натрия (NaOH)

1. Пропионовая кислота ионизируется в воде с образованием пропионат-иона и иона гидроксония (H ₃ O ⁺ ).

   CH ₃ CH ₂ COOH (водн.) + H ₂ O (ℓ) → CH ₃ CH ₂ COO ^— (водн.) + H ₃ O ⁺ (водн.)

2. Пропионовая кислота реагирует с NaOH (водн.) С образованием пропионата натрия и воды.

   CH ₃ CH ₂ COOH (водн.) + NaOH (вод.) → CH ₃ CH ₂ COO ^— Na ⁺ (водн.) + H ₂ O ()

Сложный эфир может быть образован путем объединения карбоновой кислоты со спиртом в присутствии сильной кислоты или в присутствии фермента в биологических системах.В реакции этерификации гидроксильная группа карбоновой кислоты действует как уходящая группа и образует молекулу воды в конечном продукте. Он заменен группой -OR из спирта.

Реакция обратимая. В качестве конкретного примера реакции этерификации бутилацетат может быть получен из уксусной кислоты и 1-бутанола.

Коммерчески важной реакцией этерификации является конденсационная полимеризация, при которой происходит реакция между дикарбоновой кислотой и двухатомным спиртом (диолом) с удалением воды.Такая реакция дает сложный эфир, который содержит свободную (непрореагировавшую) карбоксильную группу на одном конце и свободную спиртовую группу на другом конце. Затем происходят дальнейшие реакции конденсации с образованием полиэфирных полимеров.

Самый важный полиэфир, полиэтилентерефталат (ПЭТ), производится из мономеров терефталевой кислоты и этиленгликоля:

Из молекул полиэстера получаются отличные волокна, которые используются во многих тканях. Вязаная полиэфирная трубка, которая является биологически инертной, может использоваться в хирургии для восстановления или замены пораженных участков кровеносных сосудов.Из ПЭТ делают бутылки для газировки и других напитков. Из него также образуются пленки, называемые майларом. Лента Mylar с магнитным покрытием используется в аудио- и видеокассетах. Синтетические артерии могут быть изготовлены из ПЭТ, политетрафторэтилена и других полимеров.

Завершите следующие реакции:

Обратную реакцию образования сложного эфира можно использовать для разложения сложных эфиров на карбоновую кислоту и спирт.Эта реакция требует включения воды в сложноэфирную связь, и поэтому называется реакцией гидролиза .

Сложный эфир нагревают с большим избытком воды, содержащей сильнокислый катализатор. Как и при этерификации, реакция обратима и не доходит до завершения.

В качестве конкретного примера бутилацетат и вода реагируют с образованием уксусной кислоты и 1-бутанола. Реакция обратима и не доходит до завершения.

Вернуться к началу

Гидроксильная группа (ОН) является функциональной группой из спиртов . Спирты представлены общей формулой ROH. Спирты получают из алканов заменой одного или нескольких атомов водорода на группу ОН. Первичный (1 °) спирт (RCH ₂ OH) имеет группу ОН на атоме углерода, присоединенную к еще одному атому углерода; вторичный (2 °) спирт (R ₂ CHOH) имеет группу ОН на атоме углерода, присоединенную к двум другим атомам углерода; и третичный (3 °) спирт (R ₃ COH) имеет группу ОН на атоме углерода, присоединенном к трем другим атомам углерода.

Способность участвовать в водородных связях значительно увеличивает точки кипения спиртов по сравнению с углеводородами сопоставимой молярной массы. Спирты также могут вступать в водородную связь с молекулами воды, а спирты, содержащие до четырех атомов углерода, растворимы в воде.

Многие спирты можно синтезировать путем гидратации алкенов. Обычные спирты включают метанол, этанол и изопропиловый спирт. Метанол довольно ядовит. Это может вызвать слепоту или даже смерть. Этанол можно получить из этилена или получить путем ферментации.Это «алкоголь» в алкогольных напитках. Иногда люди по ошибке пьют метанол, думая, что это алкогольный напиток. Иногда недобросовестные бутлегеры продают метанол ничего не подозревающим покупателям. В любом случае результаты зачастую трагичны.

Когда вода удаляется из спирта на стадии дегидратации, результатом является либо алкен, либо простой эфир, в зависимости от условий реакции. Первичные спирты окисляются до альдегидов или карбоновых кислот, а вторичные спирты окисляются до кетонов.Третичные спирты не окисляются легко.

Спирты, содержащие две группы ОН на соседних атомах углерода, называются гликолями .

Фенолы (ArOH) представляют собой соединения, имеющие группу ОН, присоединенную к ароматическому кольцу.

Простые эфиры (ROR ′, ROAr, ArOAr) представляют собой соединения, в которых атом кислорода присоединен к двум органическим группам. Молекулы эфира не имеют группы ОН и, следовательно, межмолекулярной водородной связи. Следовательно, простые эфиры имеют довольно низкие температуры кипения для данной молярной массы.Молекулы эфира имеют атом кислорода и могут вступать в водородную связь с молекулами воды. Молекула эфира имеет примерно такую ​​же растворимость в воде, как и спирт, изомерный с ней.

Карбонильная группа , двойная связь углерод-кислород, встречается повсеместно в биологических соединениях. Он содержится в углеводах, жирах, белках, нуклеиновых кислотах, гормонах и витаминах — органических соединениях, важных для живых систем.

Карбонильная группа является определяющей особенностью альдегидов и кетонов .В альдегидах по крайней мере одна связь в карбонильной группе представляет собой связь углерод-водород; в кетонах обе доступные связи у карбонильного атома углерода являются связями углерод-углерод. Альдегиды синтезируются окислением первичных спиртов. Альдегид можно дополнительно окислить до карбоновой кислоты. Кетоны получают окислением вторичных спиртов. Мягкие окислители окисляют альдегиды до карбоновых кислот. Кетоны этими реагентами не окисляются.

Альдегиды и кетоны могут реагировать со спиртами с образованием полуацеталей и гемикеталей соответственно.Эти реакции происходят без добавления катализатора и могут двигаться как в прямом, так и в обратном направлении. Гемиацетали и гемикетали могут вступать в реакцию с дополнительной молекулой спирта с образованием ацеталей и кеталей. Образование ацеталя или кеталя требует удаления воды и называется реакцией дегидратации. Эти реакции требуют катализатора или фермента, чтобы они происходили. Обратная реакция, которая расщепляет ацеталь с образованием полуацеталя и спирта, требует добавления молекулы воды и называется гидролизом.

Карбоновая кислота (RCOOH) содержит функциональную группу COOH, называемую карбоксильной группой , которая имеет группу ОН, присоединенную к карбонильному атому углерода. Сложный эфир (RCOOR ‘) имеет группу OR’, присоединенную к карбонильному атому углерода.

Карбоновая кислота образуется при окислении альдегида с тем же числом атомов углерода. Поскольку альдегиды образуются из первичных спиртов, эти спирты также являются исходным материалом для карбоновых кислот.

Карбоновые кислоты имеют сильный, часто неприятный запах. Это высокополярные молекулы, которые легко образуют водородные связи, поэтому имеют относительно высокие температуры кипения.

Карбоновые кислоты — слабые кислоты. Они реагируют с основаниями с образованием солей и с карбонатами и бикарбонатами с образованием газообразного диоксида углерода и соли кислоты.

Сложные эфиры — это соединения с приятным запахом, отвечающие за аромат цветов и фруктов. У них более низкие температуры кипения, чем у сопоставимых карбоновых кислот, потому что, хотя молекулы сложного эфира в некоторой степени полярны, они не могут участвовать в водородных связях.Однако с водой сложные эфиры могут образовывать водородные связи; следовательно, сложные эфиры с низкой молярной массой растворимы в воде. Сложные эфиры могут быть синтезированы путем этерификации , в которой карбоновая кислота и спирт объединяются в кислых условиях. Сложные эфиры представляют собой нейтральные соединения, которые подвергаются гидролизу , реакции с водой. В кислых условиях гидролиз по существу является обратным этерификации.

Рисунок 9.15 Сводка важных реакций с кислородом.

Фармер С., Ройш В., Александер Э. и Рахим А. (2016) Органическая химия. Либретексты. Доступно по адресу: https://chem.libretexts.org/Core/Organic_Chemistry

Ball, et al. (2016) MAP: Основы химии GOB. Либретексты. Доступно по адресу: https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Introductory_Chemistry_Textbook_Maps/Map%3A_The_Basics_of_GOB_Chemistry_(Ball_et_al.)/14%3A_Organic_Compounds_of_Oxygen/14.10%3A_Compounds_of_Oxygen/14.10%3A_Android

McMurray (2017) MAP: Органическая химия.Либретексты. Доступно по адресу: https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Organic_Chemistry_Textbook_Maps/Map%3A_Organic_Chemistry_(McMurry)

Содербург (2015) Карта: органическая химия с биологическим акцентом. Либретексты. Доступно по адресу: https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Organic_Chemistry_Textbook_Maps/Map%3A_Organic_Chemistry_With_a_Biological_Emphasis_(Soderberg)

Антифриз. (2017, 5 января). В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено 06:07, 21 апреля 2017 г., с https: // en.wikipedia.org/w/index.php?title=Antifreeze&oldid=758484047

Этиленгликоль. (2017, 4 апреля). В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено в 06:09, 21 апреля 2017 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ethylene_glycol&oldid=773769112

Инструменты оценки воздействия по классам химикатов — прочие органические вещества

Обзор

Органические соединения обычно определяются как вещества со структурой на основе углерода. Хотя некоторые вещества на основе углерода классифицируются как неорганические, все вещества, классифицируемые как органические, имеют углеродную основу.Органические соединения включают в себя очень вариабельную группу повсеместно распространенных веществ, которые используются в различных областях, от потребительских товаров (например, ингредиенты в продуктах личной гигиены, строительных материалов, упаковки пищевых продуктов, одежды, мебели) и лекарств (например, ибупрофен) до компонентов топлива (например, углеводородов). и взрывчатые вещества (например, тротил). Многие пестициды также классифицируются как органические — они более подробно рассматриваются в модуле «Пестициды» в наборе инструментов «Классы химических веществ» EPA ExpoBox.

Органические соединения могут быть натуральными, синтетическими или полусинтетическими.Источник и метод производства органических соединений могут влиять на их свойства и ожидаемые сценарии воздействия. Например, многие природные органические соединения, такие как липиды, белки и углеводы, имеют растительную основу и обладают лечебными или питательными свойствами, которые используются при прямом воздействии этих соединений.

С другой стороны, некоторые синтетические органические соединения образуются непреднамеренно, например, побочные продукты сгорания, такие как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и диоксин, выделяемые в результате промышленных процессов хлорирования, и воздействие этих соединений может быть в значительной степени косвенным.

Органические соединения часто группируются по структурному сходству. Различные «классы» органических соединений относятся к группам, основанным на определенных структурных характеристиках, включая химические связи и функциональные группы. Сходства в химической структуре влияют на свойства органических соединений и, следовательно, на их использование и воздействие на человека.

Экологическая судьба, перенос и воздействие органических соединений можно оценить на основе моделей, которые учитывают определенные физико-химические свойства, которые могут помочь предсказать поведение разделения в окружающей среде.Некоторые физико-химические свойства также важно учитывать при разработке соответствующих аналитических методов для классов органических соединений.

Поведение органических соединений сильно различается; однако можно сделать некоторые общие выводы для подгрупп соединений. На поведение органических соединений в окружающей среде влияют физико-химические свойства соединения, включая молекулярную массу и присутствие определенных функциональных групп, таких как спирты, амины, карбоновые кислоты и кетоны.

Эти свойства и характеристики часто влияют на растворимость, поведение разделения и реакционную способность соединения относительно предсказуемым образом, что позволяет специалистам по оценке воздействия легко проводить скрининговые оценки, чтобы определить, какие органические соединения могут вызывать наибольшее беспокойство.

Данный набор инструментов не предназначен для предоставления информации, относящейся ко всем органическим соединениям. Как упоминалось выше, органические вещества представляют собой очень изменчивую группу веществ с широким спектром использования.Вместо этого в этом наборе инструментов рассматриваются инструменты для оценки воздействия пяти конкретных групп вызывающих озабоченность органических соединений, в том числе:

• Диоксины, фураны и ПХБ
• Огнезащитные составы
• Углеводороды
• Перфторированные соединения (ПФУ)
• Фталаты и бисфенол А (BPA)

Эти группы соединений, как известно, обладают свойствами, которые увеличивают потенциал воздействия на человека и окружающую среду, и рассматриваются специально в этом наборе инструментов из-за их важности для разработки политики и усилий по управлению рисками.

Многие указанные выше органические соединения попадают в категорию, известную как стойкие органические загрязнители стойкие органические загрязнители Стойкие органические загрязнители (СОЗ) — это химические вещества, которые сохраняются в окружающей среде, биоаккумулируются через пищевую сеть и создают риск неблагоприятных последствий для здоровья человека. здоровье человека и окружающая среда. Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде (https://www.chem.unep.ch/pops/) или СОЗ, включая ПХД, диоксины, фураны, бромированные антипирены и перфторированные соединения (ПФУ).Эти соединения имеют длительный период полураспада в окружающей среде и могут переноситься через окружающую среду на большие расстояния, а это означает, что воздействие может происходить спустя долгое время после выброса химического вещества и в местах, удаленных от первоначального источника загрязнения.

Многие стойкие органические соединения также имеют тенденцию накапливаться в биоте, а это означает, что значительное вторичное воздействие может происходить в результате употребления в пищу продуктов с более высоких уровней пищевой цепи, таких как рыба, мясо и молочные продукты.В этом наборе инструментов также представлена ​​информация, относящаяся к СОЗ.

Летучие органические соединения или ЛОС — это еще одна категория, которая частично совпадает с другими группами, описанными в этом наборе инструментов. Подобно СОЗ, ЛОС определяются физико-химическим свойством, которое определяет уникальную судьбу, условия переноса и воздействия — высокое давление пара при комнатной температуре. Из-за своей высокой летучести ЛОС являются обычными загрязнителями воздуха как на открытом воздухе, так и внутри помещений.

ЛОС можно далее классифицировать по температуре кипения как очень летучие органические соединения (ЛОС ЛОС Например, пропан и бутан.Температура кипения от <0 до 50–100 ° C. См. Ссылку: https://www.epa.gov/iaq/voc2.html#classifications) и полулетучие органические соединения (SVOC SVOC Например, ДДТ, фталаты и антипирены. Температура кипения от 240–260 до 380 –400 ° C. См. Ссылку: https://www.epa.gov/iaq/voc2.html#classifications). Некоторые вещества, включая ДДТ, хлордан и ПХД, классифицируются как как SVOC, так и как СОЗ. В этом модуле также представлена ​​информация, относящаяся к летучим органическим соединениям.

Диоксины, фураны и ПХБ

Полихлорированные дибензодиоксины (ПХДД) и фураны (ПХДФ) и полихлорированные бифенилы (ПХД) являются примерами стойких органических загрязнителей (СОЗ).

Диоксины, фураны и ПХБ имеют аналогичную основную структуру из двух 6-углеродных колец с различными заместителями хлора. Однако термин «диоксин» может быть несколько неоднозначным, поскольку этот термин используется для описания различных групп химических веществ, а также одного химического вещества, в частности. «Диоксины» обычно относятся к группе из семи ПХДД, десяти ПХДФ и двенадцати «диоксиноподобных» ПХБ, которые сгруппированы вместе на основе сходных структурных характеристик и механизмов действия. Конкретный конгенер ПХДД 2,3,7,8-ТХДД является наиболее изученным диоксином и поэтому часто упоминается просто как «диоксин».

ПХДД и ПХДФ не являются химическими веществами, производимыми или производимыми в коммерческих целях; скорее, они выбрасываются в окружающую среду как побочный продукт сгорания (горения) или других промышленных процессов. С другой стороны, печатные платы производились до 1979 года для использования во многих коммерческих и промышленных приложениях. Огнестойкие и изолирующие свойства этих соединений были использованы для использования в трансформаторах, конденсаторах, изоляции кабелей и другом электрическом оборудовании, гидравлических системах, пластмассах, красках и безуглеродной копировальной бумаге, среди прочего.До того, как они были запрещены, ПХД выбрасывались в окружающую среду во время производства и использования и по-прежнему выбрасываются в окружающую среду через плохо обслуживаемые свалки для опасных отходов или утечки из старого оборудования.

Физико-химические свойства

ПХДД, ПХДФ и ПХД — стойкие галогенированные ароматические углеводороды, основная структура которых состоит из двух соединенных хлорированных 6-углеродных колец. ПХБ имеют от 2 до 10 атомов хлора, связанных с общим количеством 12 атомов углерода, что дает 209 различных родственных соединений.ПХДД и ПХДФ отличаются от ПХД тем, что два углеродных кольца соединены вместе атомами кислорода, создавая трехкольцевую структуру. Атомы хлора связываются с оставшимися доступными атомами углерода с образованием 75 различных конгенеров ПХДД и 135 конгенеров ПХДФ. Из 75 ПХДД 7 из них (включая 2,3,7,8-ТХДД) особенно токсичны.

Десять из 135 конгенеров ПХДФ и 12 из 209 ПХД обладают «диоксиноподобными» свойствами. Количество и конфигурация соединений хлора играют большую роль в определении свойств каждого конгенера ПХДД, ПХДФ и ПХД.Например, температура плавления и липофильность повышаются с увеличением степени хлорирования, а давление пара и растворимость в воде снижаются.

В таблице ниже представлены основные физико-химические факторы, которые могут повлиять на разделение и судьбу диоксинов, фуранов и ПХД в окружающей среде.Для получения информации о конкретных химических значениях обратитесь к ресурсам, приведенным во введении к этому модулю.

Маршруты

Диоксины и ПХД повсеместно присутствуют в окружающей среде и легко распределяются в жировой ткани животных, что приводит к их накоплению в пищевой цепи.Люди в первую очередь подвергаются воздействию этих соединений при употреблении в пищу зараженных продуктов, таких как мясо, молочные продукты, рыба и моллюски. Внутриутробное воздействие и воздействие из-за проглатывания грудного молока также имеют место и являются путями воздействия, вызывающими озабоченность.

Для полулетучих ПХД также возможно ингаляционное воздействие. Однако относительно низкая летучесть диоксинов, фуранов и некоторых ПХД в типичных условиях окружающей среды предполагает, что прямое вдыхание может быть менее значительным путем воздействия.

Примечание. Набор инструментов Routes в EPA ExpoBox предоставляет дополнительную информацию и ресурсы, организованные по маршрутам.

СМИ

Диоксины, фураны и ПХБ часто обнаруживаются в отложениях и почвах. Они медленно разлагаются и имеют тенденцию накапливаться в живых организмах, поэтому их можно найти в биоте и продуктах питания, особенно в молочных, мясных и рыбных продуктах.

Примечание. Набор средств массовой информации EPA ExpoBox предоставляет дополнительную информацию и ресурсы, организованные средствами массовой информации.

Открытые группы

Фоновое воздействие повсеместных смесей диоксинов и ПХБ приводит к отягощению этих соединений в организме всех людей. Население в целом подвергается дальнейшему воздействию диоксинов и ПХД в результате приема зараженной пищи. Определенные группы населения могут подвергаться повышенному воздействию соединений из-за возраста, географического положения или поведения.

Эти группы населения включают развивающиеся зародыши, грудных младенцев, детей, человеческое и экологическое население, проживающее в определенных регионах, и некоторых профессиональных рабочих.

• Перенос в атмосфере на большие расстояния может привести к более высокому уровню загрязнения окружающей среды в некоторых регионах земного шара; люди, живущие в этих регионах, могут иметь более высокий уровень воздействия.
  
• Липофильная природа диоксинов и ПХБ способствует накоплению этих химических веществ в грудном молоке.Младенцы, находящиеся на грудном вскармливании, могут подвергаться воздействию химикатов через рот.
  
• Лица, потребляющие большое количество рыбы или водных млекопитающих (например, тюленей, китов), могут подвергаться воздействию диоксинов и ПХБ, особенно если рыба получена из загрязненных вод. Жирные куски говядины или другого мяса также могут содержать измеряемое загрязнение диоксином или ПХБ.
  
• Некоторые профессии могут привести к более высокому уровню воздействия на рабочих.
  
• Отходы ПХД часто маркируются как промышленные отходы и рассматриваются как опасные материалы.Люди, которые живут рядом или работают на свалках опасных отходов или на объектах сжигания опасных отходов с ПХД, могут подвергаться повышенному риску воздействия, особенно при отсутствии надлежащих мер контроля (ATSDR, 2000).

Примечание. В наборе инструментов EPA ExpoBox «Возрасты и популяции» есть дополнительная информация о конкретных группах населения и стадиях жизни.

Инструменты

Огнезащитные составы

Антипирены — это химические вещества или другие промышленные материалы, которые придают свойства, препятствующие распространению огня.Хотя некоторые огнестойкие органические соединения запрещены или добровольно прекращены производителями из-за проблем со здоровьем (например, многие полибромированные дифениловые эфиры [ПБДЭ] и полихлорированные бифенилы [ПХД]), эти соединения могут сохраняться в окружающей среде.

В огнестойких продуктах используется широкий спектр органических химикатов, но большинство из них можно классифицировать как галогенированные (т.е. функционализированные бромом или хлором), на основе фосфора, азота или как комбинации вышеупомянутых компонентов.Для включения огнестойких материалов в продукты используются два основных процесса: реактивный и аддитивный.

В то время как реактивные процессы образуют ковалентные связи между антипиреном и полимерной матрицей, которые эффективно блокируют большую часть огнестойкого химического вещества в продукте, аддитивные процессы не образуют таких связей и, следовательно, увеличивают возможность образования огнезащитного химического вещества. выщелачивать из продукта, на который он наносится.

Одним из основных механизмов, с помощью которого огнестойкие химические вещества (особенно галогенированные) придают огнестойкость, является гашение радикалов в газовой фазе, при котором огнестойкий материал термически разлагается и высвобождает химические радикалы, которые обладают высокой реакционной способностью с кислородом, тем самым уменьшает количество свободного кислорода, необходимого для процесса сгорания.

Результатом этого процесса является высвобождение некоторых атомов галогена из огнестойкого химического вещества и преобразование химического вещества из высокогалогенированных веществ в более низко-галогенированные родственные соединения.

Примеры структур, выбранных из ряда традиционных и новых огнестойких органических соединений, представлены ниже, чтобы продемонстрировать разнообразие соединений в этой группе.

Физико-химические свойства

В таблице ниже представлены основные физико-химические факторы, которые могут повлиять на разделение и судьбу некоторых антипиренов в окружающей среде.Для получения информации о конкретных химических значениях обратитесь к ресурсам, приведенным в Обзоре классов химикатов.

Маршруты

Воздействие антипиренов происходит в основном при вдыхании или проглатывании пыли. Еще одним источником воздействия являются продукты питания и вода, загрязненные антипиренами. Также может происходить контакт с загрязненной почвой и пылью в результате контакта с кожей.

Примечание. Набор инструментов маршрутов EPA ExpoBox предоставляет дополнительную информацию и ресурсы, организованные по маршрутам.

СМИ

ПБДЭ было измерено в воздухе помещений и на открытом воздухе, в воде и отложениях, а также в почве. Их также нашли в домашней пыли. Огнезащитные составы широко используются в потребительских товарах, что делает среду внутри помещений особенно важной для этой группы соединений.

Открытые группы

Антипирены являются повсеместными загрязнителями окружающей среды, что приводит к их потенциальному воздействию на население в целом. Определенные группы населения могут подвергаться риску повышенного воздействия, например:

• Дети могут подвергаться воздействию высоких уровней запыленности в домашних условиях из-за того, что они проводят много времени на полу, а также из-за более высокого уровня контакта рук и рта.Кроме того, многие потребительские товары, предназначенные для детей, намеренно обрабатываются антипиренами, включая пижамы, пеленальные подушки и автомобильные сиденья.
• Рабочие, занимающиеся производством продукции и процессами утилизации продукции (переработка, сжигание, захоронение), могут подвергаться воздействию огнезащитных химикатов, которые наносятся на многочисленные потребительские товары.
• Пожарные и другой аварийный персонал, который может реагировать на пожары дома, на работе или в транспортных средствах, могут подвергаться высокому риску воздействия, поскольку антипирены выделяются по мере того, как материалы поддаются возгоранию.

Примечание. Набор инструментов EPA ExpoBox «Возрасты и популяции» включает дополнительную информацию о конкретных группах населения и образах жизни.

Инструменты

Углеводороды

Углеводороды содержат только водород и атом углерода в различных конфигурациях, включая цепи, разветвленные цепи и кольца. Большинство углеводородов попадает в одну из пяти структурных категорий, описанных в таблице ниже.

Некоторые углеводороды получают из нефтяных дистиллятов; другие (e.г., сосновое масло и скипидар) получают из древесины. В качестве компонентов топлива используются многие углеводороды, включая метан, бензол, толуол, этилбензол и ксилолы. Одна конкретная группа углеводородов, представляющая в настоящее время интерес для специалистов по оценке воздействия, — это полициклические ароматические углеводороды полициклические ароматические углеводороды Группа органических химикатов. (Для получения дополнительной информации см. Профили токсичности https://www.epa.gov/region5superfund/ecology/html/toxprofiles.htm#pahs.) (ПАУ), которые содержат кольца атомов углерода с чередующимися одинарными и двойными связями между атомами углерода.

ПАУ содержатся в каменноугольной смоле и сырой нефти и иногда используются в лекарствах или при производстве красителей, пластмасс и пестицидов (ATSDR, 1990).

Коммерческое производство ПАУ минимально; большинство ПАУ, обнаруженных в окружающей среде, образуются в результате неполного сгорания ископаемого топлива или древесины. ПАУ могут образовываться в результате сжигания любого органического материала, включая курение сигарет и приготовление на гриле мяса, овощей или других продуктов.

Некоторые ПАУ возникают как побочные продукты таких промышленных процессов, как производство и переработка металлов.ПАУ также могут выделяться в результате естественных процессов, таких как извержения вулканов или лесные пожары. Поскольку ПАУ образуются и высвобождаются случайно, а не намеренно, они обычно встречаются в смесях (ATSDR, 1990).

Физико-химические свойства

В общем, углеводородные кольца без чередующихся одинарных и двойных связей и углеводородных цепей называются алициклическими или алифатическими углеводородами соответственно, а углеводородные кольца с чередующимися одинарными и двойными связями называются ароматическими углеводородами.Количество двойных или одинарных связей определяет, являются ли алифатические углеводороды «насыщенными» по отношению к водороду или «ненасыщенными» из-за наличия двойных связей.

Насыщенные углеводороды более активны, чем ненасыщенные углеводороды, и их легче расщеплять. С другой стороны, структура связей в кольцевой структуре ПАУ приводит к химическому свойству, называемому ароматичностью, которое придает стабильность этим соединениям.

В таблице ниже представлены основные физико-химические факторы, которые могут повлиять на распределение и судьбу отдельных алифатических и ароматических углеводородов в окружающей среде.Для получения информации о конкретных химических значениях обратитесь к ресурсам, приведенным во введении к этому модулю.

Маршруты

Воздействие углеводородов чаще всего происходит в результате непреднамеренного проглатывания или вдыхания. Также может произойти воздействие от кожного контакта.

Примечание. Набор инструментов маршрутов EPA ExpoBox предоставляет дополнительную информацию и ресурсы, организованные по маршрутам.

СМИ

Углеводороды являются обычными загрязнителями во многих средах окружающей среды, включая воздух, воду и почву.

Примечание. Набор средств массовой информации EPA ExpoBox предоставляет дополнительную информацию и ресурсы, организованные средствами массовой информации.

Открытые группы

Углеводороды, особенно ПАУ, повсеместно присутствуют в окружающей среде, и население в целом может подвергаться воздействию как в помещениях, так и вне помещений. Определенные группы населения подвержены более высокому риску воздействия, чем население в целом:

• Курильщики сигарет или люди, которые живут или работают в непосредственной близости от курильщиков, могут подвергаться воздействию ПАУ через вдыхание дыма.
  
• Поскольку ПАУ являются обычным загрязнителем выхлопных газов транспортных средств, городское население может подвергаться большему воздействию, чем сельское население; однако сельское население может подвергаться высокому воздействию дизельного топлива, используемого в сельскохозяйственном оборудовании или грузовиках, которое может быть менее эффективным при сжигании из-за более старшего возраста, чем некоторые транспортные средства в городских районах.
  
• Определенные профессии могут привести к высокому воздействию ПАУ, в том числе, помимо прочего: механики, строители, работающие с тротуарами, дорогами или крышами, рабочие коммунальных служб, подвергающиеся воздействию креозота, шахтеры или работники нефтеперерабатывающего завода, сталелитейное производство и алюминий. рабочие.

Примечание. В наборе инструментов EPA ExpoBox «Возрасты и популяции» есть дополнительная информация о конкретных группах населения и стадиях жизни.

Инструменты

Перфторированные соединения (ПФУ)

Перфторированные соединения (ПФС) содержат углеродную цепь с атомами фтора, присоединенными вместо атомов водорода, и одним или несколькими атомами или функциональными группами, присоединенными к концу. Эти соединения являются синтетическими и используются во множестве производственных и промышленных применений, включая огнестойкость и антипригарные поверхности.Широкий спектр потребительских товаров содержит различные уровни ПФУ.

Эти химические вещества использовались в течение многих десятилетий в продуктах, которые устойчивы к маслам, жирам и жидкостям на водной основе или отталкивают их. Сюда входят продукты, рекламируемые как устойчивые к пятнам или антипригарные, такие как посуда, ковры, мягкая мебель или другие ткани, а также не рекламируемые продукты, обладающие репеллентными свойствами, такие как пакеты для попкорна для микроволновой печи и упаковка для пищевых продуктов.

Физико-химические свойства

ПФУ обычно устойчивы к дальнейшей деградации в окружающей среде или в биоте (Olsen et al., 2007; Харада и др., 2004). Связи углерод-фтор, характерные для ПФУ, очень прочные и стабильные на воздухе при высоких температурах; плохо разлагаются сильными кислотами, щелочами или окислителями; и обычно не подвергаются фотолизу (Lau et al., 2007).

В целом, продолжительность жизни длинноцепочечных ПФУ (ДЦПФУ) (т. Е. 8 или более атомов углерода) в атмосфере составляет от нескольких дней до недель в большинстве атмосферных условий (Lau et al., 2007). Соединения имеют тенденцию разделяться с другими средами окружающей среды.Период полураспада в почве алкилатов от C6 до C11 составляет от 1 до 3 лет и увеличивается с увеличением длины цепи (Washington et al., 2010). Основываясь на физико-химических характеристиках этих соединений, ожидается, что период полураспада LCPFCs и прекурсоров в воде будет очень большим.

В таблице ниже приводится сводка основных физико-химических факторов, которые могут повлиять на разделение и судьбу отдельных ПФУ в окружающей среде. Для получения информации о конкретных химических значениях обратитесь к ресурсам, приведенным в Обзоре химического класса.

Маршруты

Проглатывание — это первичный путь воздействия ПФУ на человека, но также могут иметь место воздействия от вдыхания и контакта с кожей.

Примечание. Набор инструментов маршрутов EPA ExpoBox предоставляет дополнительную информацию и ресурсы, организованные по маршрутам.

СМИ

LCPFC и их предшественники могут быть выпущены в различные среды среды с помощью множества сценариев. ПФУ могут выделяться на производственных площадках или в результате использования потребительских или промышленных товаров, а вторичные выбросы возможны на таких объектах, как очистные сооружения сточных вод (КОС) и свалки. Эти выбросы обычно приводят к прямому попаданию ПФУ в воду или воздух, однако также возможен выброс в почвы и отложения, особенно в сценариях вторичных выбросов, таких как внесение твердых биологических веществ на сельскохозяйственные поля.

Примечание. Набор средств массовой информации EPA ExpoBox предоставляет дополнительную информацию и ресурсы, организованные средствами массовой информации.

Открытые группы

ПФУ могут быть обнаружены в потребительских товарах, товарах для дома и упаковке пищевых продуктов, что приводит к их контакту с населением в целом. Однако некоторые группы населения могут подвергаться риску более высоких уровней воздействия:

• ПФУ стойкие в окружающей среде и могут подвергаться атмосферному переносу на большие расстояния, что приводит к более высоким уровням загрязнения окружающей среды в определенных регионах.Следовательно, люди, живущие в определенных регионах, могут подвергаться более высокому риску заражения.
  
• Липофильная природа ПФУ может способствовать накоплению этих химических веществ в грудном молоке. Младенцы, находящиеся на грудном вскармливании, могут подвергаться воздействию химикатов через рот. Кроме того, внутриутробное воздействие может происходить из-за передачи через пуповинную кровь. Также было показано, что детское питание и смеси содержат ПФУ, вероятно, из-за миграции из упаковки пищевых продуктов.
  
• Поскольку ПФУ биоаккумулируются, люди, потребляющие большое количество рыбы или водных млекопитающих (т.например, тюлень, кит), могут подвергаться воздействию высоких уровней ПФУ, особенно если рыба поступает из загрязненных вод. Жирные куски говядины или другого мяса также могут содержать измеряемое загрязнение ПФУ.
  
• Жители, проживающие вблизи определенных промышленных объектов, могут подвергаться риску заражения через загрязненную питьевую воду, почву или воздух.

Примечание. В наборе инструментов EPA ExpoBox «Возрасты и популяции» есть дополнительная информация о конкретных группах населения и стадиях жизни.

Инструменты

Фталаты и бисфенол А (BPA)

Фталаты содержат фенильное кольцо с двумя присоединенными и удлиненными ацетатными группами. Многие из этих составов представляют собой жидкости, которые используются для придания пластмасс большей гибкости и упругости, и называются пластификаторами. Фталаты с низким молекулярным весом (например, DMP, DEP, DBP, DIPB) можно найти в некоторых средствах личной гигиены и косметических продуктах (NRC, 2008). Высокомолекулярные фталаты (например, DEHP, DOP и DINP) используются в пластиковых трубках, материалах для упаковки и обработки пищевых продуктов, контейнерах, виниловых игрушках, виниловых напольных покрытиях и строительных изделиях.Ди (2-этилгексил) фталат (ДЭГФ) — наиболее широко используемый фталат.

Бисфенол А (BPA), хотя и не является фталатом, похож на фталаты в том, что он в основном используется для изготовления поликарбонатного пластика и эпоксидных смол, а также для упаковки пищевых продуктов и напитков. BPA также используется в термопечати, например в кассовых чеках, в качестве проявителя химического красителя. Хотя основным применением этого химического вещества, производимого в больших объемах, является поликарбонатный пластик и эпоксидные смолы, его использование в упаковке пищевых продуктов и квитанциях представляет собой значительные пути воздействия на человека (U.С. EPA, 2012).

Физико-химические свойства

В таблице ниже представлены основные физико-химические факторы, которые могут повлиять на разделение и судьбу отдельных фталатов в окружающей среде.Для получения информации о конкретных химических значениях обратитесь к ресурсам, приведенным в Обзоре химического класса.

Маршруты

Люди могут подвергаться воздействию фталатов при приеме внутрь, вдыхании и контакте с кожей на протяжении всей своей жизни, в том числе внутриутробно. (Latini, 2005).

BPA может происходить при прямом контакте с продуктами, в которых используется BPA, такими как пластмассы, квитанции или другие термобумаги. Остаточный BPA может быть обнаружен в продуктах из переработанной бумаги из-за переработки термобумаги. БФА также можно найти в продуктах питания. Консервы могут быть загрязнены бисфенолом А, потому что он используется для покрытия банок.BPA также может выщелачиваться из пластиковых контейнеров в еду или питье, особенно если его нагреть в микроволновой печи или если пластик разрушился под воздействием высокой температуры.

Примечание. Набор инструментов Routes в EPA ExpoBox предоставляет дополнительную информацию и ресурсы, организованные по маршрутам.

СМИ

Фталаты и бисфенол А могут присутствовать в качестве загрязнителей в большинстве сред окружающей среды.

Примечание. Набор средств массовой информации EPA ExpoBox предоставляет дополнительную информацию и ресурсы, организованные средствами массовой информации.

Открытые группы

Фталаты и BPA повсеместно используются в потребительских и бытовых товарах, поскольку они используются в продуктах личной гигиены и во многих типах пластмасс. Таким образом, население в целом может подвергаться воздействию фталатов и бисфенола А по ряду различных сценариев:

• Воздействие фталатов может происходить при использовании некоторых лекарств или медицинских устройств (Wittassek et al., 2011). Эта подвергшаяся воздействию группа населения может вызывать особую озабоченность в зависимости от медицинских условий, при которых они используют фталатсодержащие устройства или принимают фталатсодержащие лекарства.
  
• Кроме того, некоторые исследования показали, что женщины подвержены более высокому воздействию фталатов, чем мужчины, из-за большого количества средств личной гигиены (мыла, шампуни, лосьоны, косметика), содержащих фталаты, и преобладания на рынке женщин (James-Todd et al., 2012).
  
• Дети также могут подвергаться более высокому воздействию, чем взрослые, из-за наличия фталатов в пластиковых детских игрушках и бутылках, а также из-за того, что дети чаще кладут предметы в рот, чем взрослые.Фактически, многие продукты, специально предназначенные для детей, которые кладут в рот (например, игрушки для прорезывания зубов, пустышки), сделаны из мягкого пластика, содержащего фталаты.
  
• Рабочие, работающие с квитанциями, например кассиры и официанты в ресторанах, могут подвергаться более высокому воздействию BPA, чем население в целом.

Примечание. Набор инструментов «Образ жизни и население» EPA ExpoBox содержит дополнительную информацию о конкретных группах населения и этапах жизни, включая рабочих, детей и женщин детородного возраста.

Инструменты

Летучие органические соединения (ЛОС)

Летучие органические соединения (ЛОС) — это подкатегория органических соединений с высоким давлением пара при комнатной температуре. Поскольку ЛОС — это категория, основанная на физико-химических свойствах, отдельные ЛОС также классифицируются как углеводороды, пестициды или другие органические соединения.

Многие из соединений, рассматриваемых в других частях этого модуля и модуля по пестицидам, являются ЛОС, включая ДДТ, хлордан, фталаты, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), полихлорированные бифенилы (ПХД) и некоторые другие.ЛОС можно разделить по степени летучести на три подгруппы:

1. Очень летучие органические соединения (ЛОС ЛОС Например, пропан и бутан. Температура кипения от <0 до 50–100 ° C. См. Ссылку: https://www.epa.gov/iaq/voc2.html#classifications ), такие как бутан и пропан;
   
2. Летучие органические соединения (ЛОС ЛОС Точка кипения от 50–100 до 240–260 ° C. См. Ссылку: https://www.epa.gov/iaq/voc2.html#classifications), такие как ацетон, толуол, бензол, тетрахлорэтилен [PCE], трихлорэтилен [TCE], винилхлорид и ксилол; и
   
3. Полулетучие органические соединения (SVOC SVOC Например, ДДТ, фталаты и антипирены.Температура кипения от 240–260 до 380–400 ° C. См. Ссылку: https://www.epa.gov/iaq/voc2.html#classifications), например пестициды (например, ДДТ, хлордан), фталаты, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и полихлорированные бифенилы (ПХД).

Высокая летучесть означает, что воздух является наиболее важной средой окружающей среды для этой группы соединений, и вдыхание, вероятно, будет вызывать опасения. Внутренние помещения представляют особый интерес, поскольку летучие органические соединения, как правило, выделяют газ из потребительских товаров, чистящих средств и строительных материалов, таких как краска для стен, обивка и пол.

Население в целом может подвергаться воздействию ЛОС через повседневные продукты и материалы. Определенные группы населения могут подвергаться повышенному риску воздействия из-за деятельности, которая приводит к более высоким выбросам ЛОС:

• Многие бытовые чистящие средства выделяют летучие органические соединения. Люди, занимающиеся уборкой (например, горничные, дворники) или члены домашнего хозяйства, отвечающие за уборку, могут подвергаться более высокому воздействию ЛОС.
  
• Краски, бензин и пестициды могут выделять ЛОС.Кроме того, многие новые строительные материалы, такие как ковры, коврики или новая мебель, могут выделять летучие органические соединения. Строители, маляры и ландшафтные дизайнеры могут подвергаться высокому профессиональному воздействию ЛОС.

Стойкие органические загрязнители (СОЗ)

Стойкие органические загрязнители (СОЗ), которые также называют стойкими, способными к биоаккумуляции и токсичными соединениями (СБТ, а иногда и просто химические вещества с СБ), представляют собой подкатегорию органических соединений, которые обладают высокой стойкостью благодаря своим физическим и химическим свойствам.

Стокгольмская конвенция о стойких органических загрязнителях (СОЗ) — это глобальный договор по ликвидации или сокращению выбросов СОЗ в окружающую среду. В Стокгольмской конвенции СОЗ определяются как органические соединения, которые широко распространяются в окружающей среде и остаются нетронутыми в течение длительных периодов времени, накапливаются в жировой ткани живых организмов и обнаруживаются в более высоких концентрациях на более высоких трофических уровнях и токсичны для люди и дикая природа. В настоящее время в Стокгольмской конвенции включены 22 СОЗ, включая те, которые были включены в первоначальную конвенцию в 2001 году, или новые, добавленные в ходе последующих встреч в 2009 и 2011 годах.

Источник: Стокгольмская конвенция

Как органические, так и неорганические соединения могут быть стойкими, способными к биоаккумуляции и токсичными (или любой их комбинацией).Агентство по охране окружающей среды США (1999) определяет эти термины следующим образом:

• Стойкие соединения имеют период полураспада> 2 месяцев
• Биоаккумуляционные соединения имеют коэффициент биоаккумуляции или коэффициент биоконцентрации рыб ≥ 1000
• Токсичные соединения идентифицированы с использованием принятых исследований токсичности

Устойчивость вещества представляет интерес при оценке подверженности:

• Некоторые стойкие соединения могут переноситься из источников на большие расстояния.Например, элементарная ртуть, выбрасываемая в атмосферу в виде пара, может оставаться в атмосфере более года. Этот период времени позволяет ртути переноситься на большие расстояния от места выбросов в зависимости от погодных условий, прежде чем она попадет в почву, озера или другие поверхности.
  
• Некоторые стойкие соединения также могут подвергаться воздействию через много лет после попадания в окружающую среду. Например, ПХБ очень медленно разлагаются в окружающей среде; в результате утечка ПХД (например, из электрического трансформатора) может привести к повышению уровня ПХБ в почве в этом месте на долгие годы (или даже десятилетия).

Способность вещества к биоаккумуляции также имеет значение для оценки воздействия, особенно в сочетании с более длительной стойкостью:

• Когда вещество, которое биоаккумулируется, также является стойким в организме (и, следовательно, не метаболизируется и не разлагается быстро), концентрации этого вещества могут со временем увеличиваться, что может привести к большему риску воздействия.
  
• Биоаккумулирующиеся вещества также могут вызывать воздействие через пищевую цепочку.Например, диоксины и метилртуть в водной экосистеме могут поглощаться водорослями, которые затем потребляются мелкой рыбой, которая впоследствии может потребляться более крупной рыбой.
  
• Если уровни стойкого и биоаккумулируемого вещества повышаются с последовательными уровнями пищевой цепи, этот процесс иногда называют биомагнификацией. В этом случае организмы, находящиеся на вершине пищевой цепи, будут подвергаться большему воздействию, чем если бы они подвергались только непосредственному воздействию химического вещества в окружающей среде.
  
• Стойкие и способные к биоаккумуляции вещества могут вызывать беспокойство у людей, если люди потребляют зараженные организмы, находящиеся на вершине пищевой цепи, например, крупную рыбоядную рыбу.

Список литературы

ATSDR (Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний). (1990). Токсикологический профиль полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Атланта, Джорджия: Министерство здравоохранения и социальных служб США, Служба общественного здравоохранения.

ATSDR (Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний).(2000). Токсикологический профиль полихлорированных дифенилов (ПХД). Атланта, Джорджия: Министерство здравоохранения и социальных служб США, Служба общественного здравоохранения.

Boulanger, B; Варго, Дж; Schnoor, JL; Hornbuckle, KC. (2004). Обнаружение перфтороктановых поверхностно-активных веществ в воде Великих озер. Environ Sci Technol 38: 4064-4070.

Davis, KL; Aucoin, MD; Ларсен, Б.С.; Кайзер, Массачусетс; Hartten, AS. (2007). Транспортировка перфтороктаноата аммония в окружающей среде вблизи завода по производству фторполимеров.Chemosphere 67: 2011-2019.

Egeghy, PP; Лорбер, М. (2011). Оценка воздействия перфтороктанового сульфоната на американцев: сравнение расчетного поступления со значениями, полученными на основе данных NHANES. Журнал J Expo Sci Environ Epidemiol 21: 150-168.

Харада, К; Сайто, N; Иноуэ, К; Ёсинага, Т; Ватанабэ, Т; Сасаки, S; Камияма, S; Коидзуми, А. (2004). Влияние времени, пола и географических факторов на уровни перфтороктанового сульфоната и перфтороктаноата в сыворотке крови человека за последние 25 лет.Журнал «Оккупирующее здоровье» 46: 141-147.

Джеймс-Тодд, Т; Stahlhut, R; Микер, JD; Пауэлл, SG; Hauser, R; Хуанг, Т; Рич-Эдвардс, Дж. (2012). Концентрация метаболитов фталата в моче и диабет среди женщин в Национальном обследовании здоровья и питания (NHANES) 2001–2008 гг. Environ Health Perspect 120: 1307-1313.

Латини, Г. (2005). Мониторинг воздействия фталатов на людей [Обзор]. Clin Chim Acta 361: 20-29.

Lau, C; Анитол, К; Ходс, С; Проложенный; Pfahles-Hutchens, A; Сид, Дж.(2007). Перфторалкиловые кислоты: обзор результатов мониторинга и токсикологических исследований [Обзор]. Toxicol Sci 99: 366-394.

Накаяма, Сан-Франциско; Стрынар, MJ; Райнер, JL; Делинский, А.Д .; Линдстрем, AB. (2010). Определение перфторированных соединений в верхнем бассейне реки Миссисипи. Environ Sci Technol 44: 4103-4109.

NRC (Национальный исследовательский совет). (2008). Фталаты и оценка совокупного риска: предстоящая задача. Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия прессы.

Olsen, GW; Беррис, JM; Эресман, диджей; Froehlich, JW; Seacat, AM; Бутенхофф, JL; Zobel, LR.(2007). Период полувыведения из сыворотки перфтороктансульфоната, перфторгексансульфоната и перфтороктаноата у бывших рабочих фторхимического производства. Перспектива здоровья окружающей среды 115: 1298-1305.

Saito, N; Харада, К; Иноуэ, К; Сасаки, К; Ёсинага, Т; Коидзуми, А. (2004). Концентрация перфтороктаноата и перфтороктанового сульфоната в поверхностных водах в Японии. J. Оккупация здоровья 46: 49-59.

Sinclair, E; Каннан, К. (2006). Массовая загрузка и судьба перфторалкильных ПАВ в очистных сооружениях.Environ Sci Technol 40: 1408-1414.

Trudel, D; Горовиц, L; Wormuth, M; Шерингер, М; Казинс, ИТ; Hungerbuhler, К. (2008). Оценка воздействия на потребителей ПФОС и ПФОК. Анализ рисков 28: 251-269.

U.S. EPA (Агентство по охране окружающей среды США). (2010). Оценка воздействия полибромированных дифениловых эфиров (ПБДЭ) (окончательная). (EPA / 600 / R-08 / 086F). Вашингтон.

U.S. EPA (Агентство по охране окружающей среды США). (2012). Партнерство по оценке альтернатив бисфенолу А в термобумаге.Вашингтон.

Ван дер Вин, I; де Бур, Дж. (2012). Фосфорные антипирены: свойства, производство, распространение в окружающей среде, токсичность и анализ [Обзор].