Галогенуглерод

Галогенуглеродные соединения — химические соединения , в которых один или несколько углерода атомов связаны ковалентными связями с одним или несколькими галогена атомами ( фтора , хлора , брома или йода — группа 17 ), что приводит к образованию фторорганических соединений , хлорорганических соединений , броморганических соединений и йодорганические соединения . Галогенуглероды хлора являются наиболее распространенными и называются хлорорганическими соединениями .

Многие синтетические органические соединения, такие как пластмассовые полимеры , и некоторые природные соединения содержат атомы галогена; они известны как галогенированные соединения или галогенорганические соединения . Хлорорганические соединения являются наиболее распространенными в промышленности галогенидами, хотя другие галогениды обычно используются в органическом синтезе. За исключением крайне редких случаев, галогенорганические соединения не производятся биологическим путем, однако многие фармацевтические препараты являются галогенидами. Примечательно, что многие фармацевтические препараты, такие как Прозак, содержат трифторметильные группы.

Информацию о химии неорганических галогенидов см. в разделе «Галогениды» .

Химические семейства

Примеры галогенорганических соединений-хлоридов

Галогенуглероды обычно классифицируются так же, как и аналогичной структуры органические соединения , в которых водорода атомы занимают молекулярные позиции галогенов атомов в галогенуглеродах. К химическим семействам относятся:

• галоалканы — соединения, углерода атомы которых связаны одинарными связями.
• галогеналкены — соединения с одной или несколькими двойными связями между углерода. атомами
• галоароматические соединения — соединения, атомы углерода которых связаны в одно или несколько ароматических колец с делокализованным пи-облаком в форме пончика.

Атомы галогена » галоидуглерода в молекулах часто называют « заместителями , как если бы эти атомы были заменены атомами водорода . не предполагающими прямого замещения галогенами водородов Однако галогенуглероды получают многими способами , .

История и контекст

Некоторые галоидоуглероды производятся в огромных количествах микроорганизмами. Например, несколько миллионов тонн бромистого метила по оценкам, морские организмы ежегодно производят . Большинство галогенуглеродов, встречающихся в повседневной жизни – растворители, лекарства, пластмассы – созданы человеком. Первый синтез галогенуглеродов был осуществлен в начале 1800-х годов. Производство начало ускоряться, когда были открыты их полезные свойства в качестве растворителей и анестетиков. Развитие пластмасс и синтетических эластомеров привело к значительному расширению масштабов производства. Значительный процент лекарств представляют собой галогенуглероды.

Природные галогенуглероды

Большое количество встречающихся в природе галоидоуглеродов, таких как диоксин , образуется в результате лесных пожаров и вулканической активности . Третьим основным источником являются морские водоросли, которые производят несколько соединений, содержащих хлорированный метан и этан . Известно, что несколько тысяч сложных галогенуглеродов производятся в основном морскими видами. Хотя соединения хлора составляют большинство обнаруженных соединений, в природе также обнаружены бромиды, йодиды и фториды. Тирианский пурпур представляет собой бромид, вырабатываемый некоторыми морскими улитками. Тироксин секретируется щитовидной железой и представляет собой йодид. Высокотоксичный фторацетат является одним из редких природных фторорганических соединений и вырабатывается некоторыми растениями.

Йодорганические соединения, включая биологические производные

Основная статья: Йодорганическое соединение

Иодорганические соединения, называемые органическими йодидами , по строению аналогичны хлорорганическим и броморганическим соединениям, но связь CI слабее. Известно множество органических йодидов, но немногие из них имеют важное промышленное значение. Йодистые соединения в основном производятся в качестве пищевых добавок.

Гормоны тироксина необходимы для здоровья человека, отсюда и полезность йодированной соли .

Шесть мг йодида в день можно использовать для лечения пациентов с гипертиреозом благодаря его способности ингибировать процесс органификации синтеза гормонов щитовидной железы, так называемый эффект Вольфа-Чайкова . До 1940 года йодиды были преобладающими антитиреоидными средствами. В больших дозах йодиды ингибируют протеолиз тиреоглобулина , что позволяет ТГ синтезироваться и храниться в коллоиде , но не выбрасываться в кровоток. Этот механизм называется эффектом Пламмера .

Сегодня это лечение редко используется в качестве самостоятельной терапии, несмотря на быстрое улучшение состояния пациентов сразу после его применения. Основной недостаток лечения йодидом заключается в том, что накапливаются чрезмерные запасы ТГ, замедляющие начало действия тиоамидов (блокаторов синтеза ТГ). Кроме того, функциональность йодидов ослабевает после начального периода лечения. «Выход из блокады» также вызывает беспокойство, поскольку избыток накопленного ТГ может резко возрасти после прекращения лечения.

Использование

Первым галоидоуглеродом, коммерчески использованным, был тирийский пурпур , природный бромид морской улитки Murex Brandaris .

Галогенуглероды обычно используются в качестве растворителей , пестицидов , хладагентов , огнестойких масел, ингредиентов эластомеров , клеев и герметиков, электроизоляционных покрытий, пластификаторов и пластмасс . Многие галогенуглероды находят специализированное применение в промышленности. Один галогенуглерод, сукралоза , является подсластителем.

До того, как они стали строго регулироваться, широкая общественность часто сталкивалась с галоалканами в качестве растворителей для красок и чистящих средств, таких как трихлорэтан (1,1,1-трихлорэтан) и четыреххлористый углерод (тетрахлорметан), пестициды, такие как 1,2-дибромэтан (EDB, дибромид этилена), и хладагенты , такие как фреон -22 ( DuPont торговая марка хлордифторметана ). Некоторые галогеналканы до сих пор широко используются для промышленной очистки, например метиленхлорид (дихлорметан), и в качестве хладагентов, например R-134a ( 1,1,1,2-тетрафторэтан ).

также использовались галогеналкены В качестве растворителей , в том числе перхлорэтилен (Perc, тетрахлорэтен), широко распространенный в химической чистке, и трихлорэтилен (ТХЭ, 1,1,2-трихлорэтен). Другие галогеналкены были химическими строительными блоками пластмасс, таких как поливинилхлорид («винил» или ПВХ, полимеризованный хлорэтен) и тефлон ( торговая марка DuPont для полимеризованного тетрафторэтена, ПТФЭ ).

Галоароматические соединения включают бывшие Aroclors ( торговая марка компании Monsanto для полихлорированных дифенилов , PCB), когда-то широко использовавшиеся в силовых трансформаторах и конденсаторах, а также в строительных герметиках, бывшие Halowaxes ( торговая марка Union Carbide для полихлорированных нафталинов , PCN), когда-то использовавшиеся для электроизоляции, и хлорбензолы . и их производные, используемые в качестве дезинфицирующих средств , пестициды, такие как дихлордифенилтрихлорэтан ( ДДТ , 1,1,1-трихлор-2,2-бис(п-хлорфенил)этан), гербициды, такие как 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота), аскареловые диэлектрики (смешанные с ПХД, больше не используемые в большинстве стран) и химическое сырье.

Некоторые галогенуглероды, включая галогенангидриды, такие как ацетилхлорид , обладают высокой реакционной способностью ; их редко можно найти за пределами химической обработки. Широкое использование галогенуглеродов часто было обусловлено наблюдениями о том, что большинство из них более стабильны, чем другие вещества. На них меньше влияют кислоты и щелочи; они могут не так легко гореть; они не могут быть атакованы бактериями или плесенью ; или на них может не так сильно влиять воздействие солнца.

Опасности

Стабильность галогенуглеродов, как правило, способствовала убеждению, что они по большей части безвредны, хотя в середине 1920-х годов врачи сообщали, что рабочие на производстве полихлорнафталина (ПХН) страдают хлоракне ( Teleky 1927 ), а к концу 1930-х годов стало известно, что рабочие, подвергавшиеся воздействию ПХН могут погибнуть от болезней печени ( Flinn & Jarvik 1936 ), а ДДТ убивает комаров и других насекомых ( Müller 1948 ). К 1950-м годам было опубликовано несколько отчетов и исследований опасностей на рабочем месте. Например, в 1956 году после испытаний гидравлических масел, содержащих полихлорированные бифенилы (ПХБ) , ВМС США обнаружили, что контакт с кожей вызывает смертельное заболевание печени у животных, и отвергли их как «слишком токсичные для использования на подводной лодке » ( Оуэнс против Монсанто, 2001 г.). ).

Концентрация нескольких галогенуглеродов в атмосфере, 1978–2015 гг.

В 1962 году книга американского биолога Рэйчел Карсон ( Carson 1962 ) вызвала бурю беспокойства по поводу загрязнения окружающей среды , в первую очередь сосредоточившись на ДДТ и других пестицидах , некоторые из которых также являются галоидоуглеродами. Эти опасения усилились, когда в 1966 году датский химик Сорен Йенсен сообщил о широко распространённых остатках ПХД среди арктических и субарктических рыб и птиц ( Йенсен 1966 ). В 1974 году мексиканский химик Марио Молина и американский химик Шервуд Роуленд предсказали, что обычные галогенуглеродные хладагенты , хлорфторуглероды (ХФУ), будут накапливаться в верхних слоях атмосферы и разрушать защитный озон ( Molina & Rowland 1974 ). В течение нескольких лет озонового слоя наблюдалось разрушение над Антарктидой , что привело к запрету на производство и использование хлорфторуглеродов во многих странах. В 2007 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) заявила, что галогенуглероды являются прямой причиной глобального потепления .

С 1970-х годов существуют давние, неразрешенные споры по поводу потенциальной опасности для здоровья трихлорэтилена (ТХЭ) и других галогенуглеродных растворителей , которые широко использовались для промышленной очистки ( Андерсон против Грейс, 1986 г. ) ( Скотт и Коглиано, 2000 г. ) ( Национальные академии наук США ). 2004 ) ( США, 2004 ). Совсем недавно перфтороктановая кислота (ПФОК), прекурсор в наиболее распространенном процессе производства тефлона, а также используемый для изготовления покрытий для тканей и упаковки пищевых продуктов , стала проблемой для здоровья и окружающей среды, начиная с 2006 года ( США, 2010 ), что позволяет предположить, что галогенуглероды, хотя которые считаются одними из самых инертных, также могут представлять опасность.

Галогенуглероды, в том числе те, которые сами по себе не представляют опасности, могут представлять проблемы с утилизацией отходов . Поскольку галогенуглероды не разлагаются в естественной среде, они имеют тенденцию накапливаться. Сжигание и случайные пожары могут привести к образованию агрессивных побочных продуктов, таких как соляная и плавиковая кислоты , а также ядов , таких как галогенированные диоксины и фураны . Виды Desulfitobacterium исследуются на предмет их потенциала в биоремедиации галогенных органических соединений.

См. также

• ион галогена
• Связь углерод-фтор
• Фторированные газы
• Список хладагентов

Ссылки

• Андерсон против Грейс (1986), 628 F. Supp. 1219 , Массачусетс, США {{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link), settled between the parties, reviewed in Харр, Дж., Ред.; Ашер, М., Эд. (1996), Гражданский иск , Миннеаполис, Миннесота, США: Образовательные ресурсы Полыни {{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
• Карсон, Р. (1962), Тихая весна , Бостон, Массачусетс, США: Houghton Mifflin
• Флинн, ФБ; Ярвик, Н. Э. (1936), «Действие некоторых хлорированных нафталинов на печень», Труды Общества экспериментальной биологии и медицины , 35 : 118–120, doi : 10.3181/00379727-35-8879p , S2CID   87157158
• Дженсен, С. (1966), «Отчет о новой химической опасности», New Scientist , 32 : 612.
• Молина, MJ; Роуленд, Ф.С. (1974), «Стратосферный поглотитель хлорфторметанов: разрушение озона, катализируемое атомами хлора», Nature , 249 (5460): 810–812, Bibcode : 1974Natur.249..810M , doi : 10.1038/249810a0 , S2CID   32914300
• Мюллер, PH (1948), «Дихлор-дифенил-трихлорэтан и новые инсектициды» (PDF) , Нобелевская лекция
• Оуэнс против Монсанто (2001), 96-CV-440, Приложение 3A03F (PDF) , Алабама, США, заархивировано из оригинала (PDF) 28 сентября 2006 г. , получено 26 января 2006 г. {{citation}}: CS1 maint: местоположение отсутствует, издатель ( ссылка ) , цитируется в Архивах химической промышленности, Дело Аннистона. Архивировано 18 июля 2005 г. в Wayback Machine , Рабочей группой по окружающей среде, Вашингтон, округ Колумбия, 2002 г.
• Скотт, К.С., Ред.; Коглиано, виджей, ред. (2000), «Риски для здоровья трихлорэтилена – состояние науки» , «Перспективы гигиены окружающей среды » , 108 (S2): 159–60, doi : 10.1289/ehp.00108s2159 , PMC   1637768 , PMID   10928830 , заархивировано из оригинала в 2006 г. 02-19 {{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
• Телеки, Л. (1927), « Болезнь Перны », Klinische Wochenschrift , том 6, Берлин: Springer: 845, doi : 10.1007/BF01728520 , S2CID   30035538
• Национальные академии наук США, Система текущих проектов (2004 г.), Оценка рисков для здоровья человека, связанных с трихлорэтиленом.
• США, Агентство по охране окружающей среды (2004 г.), Интегрированная система информации о рисках, трихлорэтилен (CASRN 79-01-6).
• США, Агентство по охране окружающей среды (2010 г.), Программа управления PFOA (начата в 2006 г.)

Внешние ссылки

• СМИ, связанные с галогенорганическими соединениями, на Викискладе?