Влияние различных атомов и групп атомов на токсичность вещества
Введение в молекулу углеводорода атома кислорода усиливает наркотическое действие вещества: пропан (С3Н8) и даже пентан (С5Н12) – более слабые наркотики, чем ацетон (СН3СОСН3).
Резко меняется действие вещества при введении галогенов в молекулу углеводорода, в частности атома хлора. Известно, что с увеличением числа атомов хлора в гомологическом ряду возрастает наркотическое действие, например от метана (СН4) к хлороформу (СНСl3). Исключение составляет четыреххлористый углерод (ССl4), который обладает меньшим наркотическим действием, чем хлороформ.
Среди физиологически активных веществ видное место занимает группа соединений, содержащих в своем составе трихлорметильный фрагмент
Как, правило, это вещества с высокой физиологической активностью разного спектра действия. Достаточно назвать такие препараты, как ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан) – один из самых эффективных инсектицидов, хлоральгидрат, который обладает снотворным действием сам и входит в состав некоторых снотворных препаратов, хлороформ, употребляемый в медицине для общего наркоза и т.д.
Хлорзамещенные углеводороды жирного ряда очень токсичны, вызывают жировое перерождение паренхиматозных органов. Такого же рода токсичностью обладают хлорзамещенные спирты, хлорпроизводные бензола. Эти же соединения вызывают значительные поражения нервной системы и оказывают сильное раздражающее действие.
ДДТ - Дихлордифенилтрихлорэтан
Применяется под названием ДДТ как инсектицид для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, паразитами человека, комарами, мухами,
москитами и пр. Используется в виде дуста, в растворах (в керосине, веретенном масле, антраценовом масле и др.), в виде водных эмульсий или эмульсий с поверхностно-активными веществами, в виде аэрозолей в смеси с наполнителями. Технические названия применяемые препаратов: геразол, неоцид, ге-сарсол, гезонал, дуолит, хлорофенотан (последний препарат – смесь ДДТ с бензилбензоатом и этиламинобензоатом).
В промышленности ДДТ получается из этилового спирта, хлора и хлорбензола по схеме:
Физические свойства. В чистом виде – белые кристаллы. Т.пл. 108,5-109°С. Технический продукт плавится при 75-95°С. Практически не раств. в воде (раств. 0,2 части на миллион частей воды). Хорошо растворим в ацетоне, бензоле, эфире, диоксане, хлороформе, четыреххлористом углероде, пиридине.
Химические свойства. Термически устойчив. При действии едких щелочей отщепляет (в спиртовом растворе) НСl, образуя дихлордифенилди-хлорэтилен
При нагревании с водно - спиртовыми щелочами образуется n,nf-дихлордифенилуксусная кислота. Отщепление НС1 от ДДТ происходит также при действии органических оснований, например, никотина.
Токсикологическое значение ДДТ определяется в первую очередь широким применением его в качестве контактного инсектицида против разнообразных насекомых.
Введенный внутрь ДДТ, особенно в виде раствора в масле, ядовит для всех теплокровных животных и человека. Является ядом центральной нервной системы. Вызывает патологические изменения в печени и почках животных. Тяжелые поражения наблюдаются в легких и трахее при введении препарата через органы дыхания. Смертельная доза ДДТ для человека не установлена.
Препарат, введенный в организм в масляных растворах, быстро всасывается и адсорбируется всеми органами, особенно костным мозгом, почками, мышцей языка, прямой кишкой, жировой тканью. Обладает кумулятивным действием. Задерживается в органах до 20 дней.
Из организма животных выделяется медленно и в основном через желудочно-кишечный тракт, а также молочными железами и почками. Конечный продукт превращения ДДТ в организме – дихлордифенилуксусная кислота (ДДУ), нетоксична для животных.
При использовании дихлордифенилтрихлорметилметана – ДДТ возникла настоящая экологическая проблема. Это вещество впервые было синтезировано и предложено в качестве средства борьбы с вредителями сельского хозяйства в 1940г. швейцарским химиком Паулем Мюллером, удостоенным за эту работу Нобелевской премии. Казалось, что применение этого вещества позволит человечеству справиться со многими проблемами – благодаря применению ДДТ резко уменьшился ущерб, наносимый саранчой и другими насекомыми – вредителями, миллионы людей были спасены от малярии, разносимой комарами. Однако вскоре изумление перед мощью ДДТ изменило радужную окраску на трагическую. Оказалось, что ДДТ вредно действует на все организмы, включая водоросли. Уже при содержании его несколько частей на миллиард падает скорость фотосинтеза, процесса, который является основным поставщиком кислорода в атмосферу. Далее выяснилось, что ДДТ, как и многие другие пестициды, обладает кумулятивным эффектом, вызывает тяжелые последствия – от токсических до мутагенных. Благодаря устойчивости ДДТ, он накапливается и передаётся по пищевым целям – от растений к травоядным животным, от них к хищникам, при этом в каждом последующем звене пищевой цепи содержание ДДТ увеличивается в 10 раз. В результате накопления препарата его концентрация в организме, который никогда не соприкасался с ядом, может достигнуть смертельных доз. Когда в США обнаружили, что в молоке кормящих матерей концентрация ДДТ превышает в четыре раза предельно допустимую дозу, применение его было запрещено. В 1970 году применение ДДТ запретили и в СССР. Однако в результате прежнего неограниченного применения ДДТ сегодня на Земле в биологическом круговороте находится около миллиона тонн этого препарата в силу чрезвычайно малой скорости его разложения (10 лет). Кроме того, в природной среде ДДТ способен превращаться в ещё более опасное соединение ДДЭ, поскольку последнее вещество еще медленнее, чем ДДТ метаболизируется и разрушается.
При рассмотрении вопроса о влиянии азота на характер химического соединения необходимо иметь в виду группу, в составе которой азот входит в ту или иную молекулу. Само собой разумеется, что азот в составе нитро- или нитрозогруппы резко отличается от азота в составе аминогруппы или какой-нибудь другой. Здесь рассматриваются следующие группы:
Нитрогруппа – NО2
Оксимная группа = NOH
Аминогруппа – NH2 или -NR2
Циангруппа – CN
Влияние нитрогруппы в молекуле о-нитробензилхлорида становится совершенно ясным при сравнении этого соединения с хлористым бензилом. Раздражающее действие последнего значительно слабее, чем у нитропроизводного. При рассмотрении других нитросоединений, обладающих слезоточивым действием, можно установить, как общее правило, что введение одной или нескольких нитрогрупп в соответствующую молекулу (особенно если последняя уже содержит галоид) приводит к усилению раздражающих свойств.
Представляет интерес в отношении связи структуры химического вещества и его биологического действия большая группа нитро- и аминопроизводных бензола и его гомологов.
Введение в молекулу бензола или толуола нитро- или аминогрупп (–NO2 или –NH2) резко меняет характер действия указанных веществ. На первое место выдвигается не наркотическое, а специфическое действие на кровь (образование метгемоглобина), на ЦНС. Увеличение в молекуле числа групп –NO2 придает веществу большую токсичность: нарастает кумулятивный эффект, возникает угнетение тканевого дыхания. Введением в нитросоединения бензола атома хлора резко увеличивается токсичность.
Наличие карбоксила или ацетилирование уменьшают токсичность соединения.
Влияние атома серы, в противоположность элементарным галогенам, физиологически относительно безвредно. На токсичность вещества в значительной мере влияет степень окисления серы в соединении. Так, b,b-дихлорэтилсульфид (соединение I) обладает кожно-нарывным действием.
.
(I)
Если же окислить соединение до соответствующих сульфоксидов (соединение II) и сульфонов (соединение III), то токсичность этих соединений значительно снижается.
; .
(II) (III)
Этот факт можно объяснить и понижением растворимости этих веществ в липидах.
Прогнозирование токсического действия неорганических соединений на основании их структуры и свойств представляет огромный интерес. Делаются попытки рассчитать токсичность ионов на основании таких показателей, как потенциал, атомный радиус, растворимость и т.д., и исследовать взаимосвязь между токсичностью ионов и положением металлов в периодической системе Д.И. Менделеева, а также между токсичностью и валентностью. Пока общих правил для определения токсического действия неорганических соединений установить не удалось.
Определенное влияние на токсическое действие веществ оказывает степень их химической чистоты и содержание примесей. Кроме того, при длительном хранении токсичность многих препаратов изменяется.