Введение

Химические соединения, содержащие углерод и по меньшей мере один атом галогена. Галоуглеродные соединения – это химические соединения, в которых один или несколько атомов углерода связаны ковалентными связями с одним или несколькими атомами галогена (фтор, хлор, бром или йод), что приводит к образованию фторорганических, хлорорганических, броморганических и иодорганических соединений. Хлорорганические галоуглероды являются наиболее распространенными и называются органохлоридами. Многие синтетические органические соединения, такие как пластиковые полимеры, и некоторые природные соединения содержат атомы галогена; они известны как галогенированные соединения или органогалогены. Органохлориды являются наиболее распространенными органогалогенидами, используемыми в промышленности, хотя другие органогалогениды обычно используются в органическом синтезе. За исключением крайне редких случаев, органогалогениды не образуются биологическим путем, но многие фармацевтические препараты являются органогалогенидами. В частности, многие фармацевтические препараты, такие как Прозак, содержат трифторметильные группы. Для получения информации о химии неорганических галогенидов обратитесь к статье "Галогениды".

История и контекст

Несколько галоуглеродов производятся микроорганизмами в огромных количествах. Например, ежегодно морские организмы, по оценкам, производят несколько миллионов тонн метилбромида. Большинство галоуглеродов, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни – растворители, лекарственные препараты, пластмассы – созданы человеком. Первый синтез галоуглеродов был осуществлен в начале 1800-х годов. Производство начало ускоряться после открытия их полезных свойств в качестве растворителей и анестетиков. Развитие производства пластмасс и синтетических эластомеров привело к значительному увеличению масштабов производства. Существенная часть лекарственных средств является галоуглеродами.

Природные галоуглеводы

Большое количество природных галоуглеродов, таких как диоксин, образуется при лесных пожарах и в результате вулканической активности. Третий основной источник – морские водоросли, которые производят несколько хлорированных соединений, содержащих метан и этан. Известно, что несколько тысяч сложных галоуглеродов производятся главным образом морскими организмами. Хотя соединения хлора составляют большинство обнаруженных соединений, в природе также встречаются бромиды, йодиды и фториды. Тирский пурпур – это бромид, который вырабатывают некоторые морские улитки. Тироксин секретируется щитовидной железой и является йодидом. Высокотоксичный фтороацетат – одно из редких природных органофторидных соединений, производимое некоторыми растениями.

Соединения органоиода, включая биологические производные

Органойодиновые соединения, называемые органическими йодидами, по структуре схожи с соединениями органохлора и органоброма, но связь C–I слабее. Известно множество органических йодидов, однако лишь немногие имеют существенное промышленное значение. Йодидные соединения в основном производятся как пищевые добавки. Гормоны тироксина необходимы для здоровья человека, что объясняет пользу йодированной соли. Шесть миллиграммов йодида в день можно использовать для лечения пациентов с гипертиреозом благодаря его способности ингибировать процесс органогенеза в синтезе гормонов щитовидной железы, так называемый эффект Вольффа — Чайкоффа. До 1940 года йодиды были основными антитиреоидными препаратами. В больших дозах йодиды ингибируют протеолиз тиреоглобулина, что позволяет синтезировать и накапливать ТГ в коллоиде, но препятствует его высвобождению в кровоток. Этот механизм известен как эффект Пламмера. В настоящее время это лечение редко применяется в качестве монотерапии, несмотря на быстрое улучшение состояния пациентов сразу после начала приема. Основной недостаток йодидной терапии заключается в накоплении избыточных запасов ТГ, что замедляет начало действия тиоамидов (блокаторов синтеза ТГ). Кроме того, эффективность йодидов снижается после первоначального периода лечения. Также существует риск "ускользнения от блока", поскольку избыточно накопленный ТГ может резко повыситься после прекращения лечения.

Применение

Первым коммерчески использованным галоуглеродом был тировый пурпур, природный органобромид морской улитки Murex brandaris. Галоуглероды обычно используются в качестве растворителей, пестицидов, хладагентов, огнестойких масел, компонентов эластомеров, клеев и герметиков, электроизоляционных покрытий, пластификаторов и пластмасс. Многие галоуглероды имеют специализированное применение в промышленности. Один галоуглерод, сукралоза, является подсластителем. До введения строгих правил, широкая публика часто сталкивалась с галоалканами как с растворителями для красок и очистки, такими как трихлорэтан (1,1,1-трихлорэтан) и тетрахлорметан (тетрахлорид углерода), пестицидами, такими как 1,2-дибромэтан (EDB, этилендибромид), и хладагентами, такими как Фреон-22 (торговая марка DuPont для хлордифторметана). Некоторые галоалканы до сих пор широко используются для промышленной очистки, например, дихлорметан (хлорид метилена), и в качестве хладагентов, таких как R-134a (1,1,1,2-тетрафторэтан). Галоалкены также использовались в качестве растворителей, включая тетрахлорэтилен (перхлорэтилен, Perc), широко применяемый в химчистке, и 1,1,2-трихлорэтилен (TCE). Другие галоалкены являлись строительными блоками для производства пластмасс, таких как поливинилхлорид (ПВХ, "винил", полимеризованный хлорэтен) и тефлон (торговая марка DuPont для полимеризованного тетрафторэтена, PTFE). Галоароматические соединения включают в себя бывшие Aroclors (торговая марка компании Monsanto для полихлорированных бифенилов, ПХБ), ранее широко использовавшиеся в силовых трансформаторах и конденсаторах, а также в строительных герметиках, бывшие Halowaxes (торговая марка Union Carbide для полихлорированных нафталинов, ПХН), ранее использовавшиеся для электрической изоляции, и хлорбензолы и их производные, применяемые в качестве дезинфицирующих средств, пестицидов, таких как ДДТ (1,1,1-трихлоро-2,2-бис(п-хлорфенил)этан), гербицидов, таких как 2,4-D (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота), аскарельных диэлектриков (смешанных с ПХБ, больше не используемых в большинстве стран) и химического сырья. Несколько галоуглеродов, включая галогенангидриды, такие как ацетилхлорид, обладают высокой реакционной способностью и редко встречаются за пределами химической промышленности. Широкое применение галоуглеродов часто обусловливалось тем, что большинство из них были более стабильными, чем другие вещества. Они могут быть менее подвержены воздействию кислот или щелочей, менее легко воспламеняться, быть устойчивыми к воздействию бактерий или плесени, или меньше подвергаться воздействию солнечного света.

Опасности

Стабильность галоуглеродов способствовала вере в их относительную безвредность, хотя уже в середине 1920-х годов врачи сообщали о случаях хлоракне у рабочих, занятых в производстве полихлорированного нафталина (ПХН), а к концу 1930-х годов стало известно, что работники, подвергавшиеся воздействию ПХН, могли умереть от заболеваний печени, и что ДДТ уничтожает комаров и других насекомых. К 1950-м годам появилось несколько отчетов и исследований, посвященных опасностям на рабочем месте. Например, в 1956 году, после тестирования гидравлических масел, содержащих полихлорированные бифенилы (ПХБ), ВМС США обнаружили, что контакт с кожей вызывает смертельные заболевания печени у животных, и отклонили их как "слишком токсичные для использования на подводных лодках". В 1962 году книга американского биолога Рэйчел Карсон вызвала волну обеспокоенности по поводу загрязнения окружающей среды, первоначально сосредоточенной на ДДТ и других пестицидах, некоторые из которых также были галоуглеродами. Эта обеспокоенность усилилась, когда в 1966 году датский химик Сорен Йенсен сообщил об обнаружении широкого распространения остатков ПХБ в арктических и субарктических рыбах и птицах. В 1974 году мексиканский химик Марио Молина и американский химик Шервуд Роуленд предсказали, что распространенные галоуглеродные хладагенты – хлорфторуглероды (ХФУ) – будут накапливаться в верхних слоях атмосферы и разрушать защитный озоновый слой. В течение нескольких лет после этого было зафиксировано истощение озонового слоя 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 галоуглероды являются прямой причиной глобального потепления. С 1970-х годов продолжаются давние и неразрешенные споры о потенциальном вреде для здоровья, связанном с трихлорэтиленом (ТХЭ) и другими галоуглеродными растворителями, которые широко использовались для промышленной очистки. В последнее время, начиная с 2006 года, перфтороктановая кислота (ПФОК), являющаяся предшественником в наиболее распространенном процессе производства тефлона и используемая также для создания покрытий для тканей и упаковки пищевых продуктов, стала вызывать опасения в отношении здоровья и окружающей среды, что позволяет предположить, что галоуглероды, несмотря на свою считавшуюся инертность, также могут представлять опасность. Галоуглероды, включая те, которые сами по себе могут быть безопасными, могут создавать проблемы при утилизации отходов. Поскольку они нелегко разлагаются в естественной среде, галоуглероды имеют тенденцию к накоплению. Сжигание и случайные пожары могут приводить к образованию коррозионных побочных продуктов, таких как соляная и плавиковая кислоты, а также ядов, таких как галогенированные диоксины и фураны. Виды бактерий Desulfitobacterium изучаются на предмет их потенциала в биоремедиации галогенсодержащих органических соединений.