Введение
Органическое соединение, содержащее по крайней мере один атом хлора, связанный ковалентной связью. Два изображения хлороформа. Органохлориная химия изучает свойства органохлориных соединений, или органохлоридов – органических соединений, содержащих по крайней мере один атом хлора, связанный ковалентной связью. К классу хлороалканов (алканы, в которых один или несколько атомов водорода замещены хлором) относятся распространенные примеры. Широкое структурное разнообразие и различные химические свойства органохлоридов обуславливают широкий спектр их названий, применений и характеристик. Органохлориные соединения широко используются в различных областях, однако некоторые из них вызывают серьезную обеспокоенность в отношении состояния окружающей среды, при этом TCDD является одним из наиболее известных примеров. Хлорированные органические соединения встречаются практически во всех классах биомолекул и природных продуктов, включая алкалоиды, терпеноиды, аминокислоты, флавоноиды, стероиды и жирные кислоты. Диоксины, представляющие особую опасность для здоровья человека и окружающей среды, образуются в условиях высоких температур при лесных пожарах и были обнаружены в сохранившейся золе от пожаров, вызванных молниями, которые произошли до появления синтетических диоксинов. Кроме того, из морских водорослей были выделены различные простые хлорированные углеводороды, такие как дихлорметан, хлороформ и тетрахлорметан. Большая часть хлорометана в окружающей среде образуется естественным путем в результате биологического разложения, лесных пожаров и вулканической активности. Природный органохлорид эпибатидин, алкалоид, выделенный из древесных лягушек, обладает мощным обезболивающим эффектом и стимулировал исследования в области разработки новых анальгетиков. Однако из-за неприемлемого терапевтического индекса он больше не рассматривается в качестве объекта исследований для потенциального терапевтического применения. Лягушки получают эпибатидин с пищей, который затем накапливается в их коже. Вероятными источниками пищи являются жуки, муравьи, клещи и мухи.
Two representations of chloroform. Organochlorine chemistry is concerned with the properties of organochlorine compounds, or organochlorides, organic compounds containing at least one covalently bonded atom of chlorine. The chloroalkane class (alkanes with one or more hydrogens substituted by chlorine) includes common examples. The wide structural variety and divergent chemical properties of organochlorides lead to a broad range of names, applications, and properties. Organochlorine compounds have wide use in many applications, though some are of profound environmental concern, with TCDD being one of the most notorious. Chlorinated organic compounds are found in nearly every class of biomolecules and natural products including alkaloids, terpenes, amino acids, flavonoids, steroids, and fatty acids. Dioxins, which are of particular concern to human and environmental health, are produced in the high temperature environment of forest fires and have been found in the preserved ashes of lightning ignited fires that predate synthetic dioxins. In addition, a variety of simple chlorinated hydrocarbons including dichloromethane, chloroform, and carbon tetrachloride have been isolated from marine algae. A majority of the chloromethane in the environment is produced naturally by biological decomposition, forest fires, and volcanoes. The natural organochloride epibatidine, an alkaloid isolated from tree frogs, has potent analgesic effects and has stimulated research into new pain medication. However, because of its unacceptable therapeutic index, it is no longer a subject of research for potential therapeutic uses. The frogs obtain epibatidine through their diet which is then sequestered into their skin. Likely dietary sources are beetles, ants, mites, and flies.
Из хлора
Алканы и арилалканы могут хлорироваться в условиях свободнорадикального механизма под действием ультрафиолетового света. Однако контролировать степень хлорирования затруднительно. Арилхлориды можно получить с помощью галогенирования по Фриделю-Крафтсу, используя хлор и катализатор – кислоту Льюиса.
Пестициды
Две основные группы хлорорганических инсектицидов – это соединения типа ДДТ и хлорированные алициклические соединения. Их механизм действия несколько отличается. Соединения, подобные ДДТ, воздействуют на периферическую нервную систему. В натриевом канале аксона они препятствуют закрытию канала после активации и деполяризации мембраны. Ионы натрия просачиваются через нервную мембрану, создавая дестабилизирующий отрицательный "постпотенциал" и повышенную возбудимость нерва. Эта утечка вызывает повторные импульсы в нейроне либо спонтанно, либо в ответ на единичный стимул. Хлорированные циклодиены включают альдрин, диэльдрин, эндрин, гептахлор, хлордан и эндосульфан. Воздействие в течение 2–8 часов приводит к угнетению активности центральной нервной системы (ЦНС), за которым следуют гиперекситабельность, тремор и, в конечном итоге, судороги. Механизм действия заключается в связывании инсектицида с GABAA-рецептором в комплексе гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) с хлоридным ионофором, что ингибирует поступление хлоридов в нерв.
Изоляторы
Полихлорированные бифенилы (ПХБ) когда-то широко использовались в качестве электрических изоляторов и теплоносителей. Их применение в основном прекратили из-за опасений для здоровья. ПХБ были заменены полибромированными дифениловыми эфирами (ПБДЭ), которые вызывают сходные опасения в отношении токсичности и биоаккумуляции.
Токсичность
Некоторые типы органохлоридов обладают значительной токсичностью для растений или животных, включая человека. Диоксины, образующиеся при сжигании органического вещества в присутствии хлора, являются стойкими органическими загрязнителями, представляющими опасность при попадании в окружающую среду, как и некоторые инсектициды (например, ДДТ). Например, ДДТ, широко использовавшийся для борьбы с насекомыми в середине XX века, также накапливается в пищевых цепях, как и его метаболиты ДДЭ и ДДД, вызывая проблемы с размножением (например, истончение яичной скорлупы) у некоторых видов птиц. ДДТ также создавал дополнительные экологические проблемы, поскольку он чрезвычайно подвижен, и его следы обнаруживаются даже в Антарктиде, несмотря на то, что там он никогда не применялся. Некоторые органохлоридные соединения, такие как серная горчица, азотная горчица и левизит, даже используются в качестве химического оружия из-за своей токсичности. Однако наличие хлора в органическом соединении не гарантирует токсичности. Некоторые органохлориды считаются достаточно безопасными для употребления в пищу и лекарствах. Например, горох и бобы содержат природный хлорированный растительный гормон 4-хлориндол-3-уксусную кислоту (4 Cl IAA), а подсластитель сукралоза (Splenda) широко используется в диетических продуктах. По состоянию на 2004 год, по меньшей мере 165 органохлоридов были одобрены во всем мире для использования в качестве фармацевтических препаратов, включая природный антибиотик ванкомицин, антигистамин лоратадин (Кларитин), антидепрессант сертралин (Золофт), противоэпилептический препарат ламотриджин (Ламиктал) и ингаляционный анестетик изофлуран. Рейчел Карсон привлекла внимание общественности к токсичности пестицида ДДТ в своей книге "Безмолвная весна", опубликованной в 1962 году. Хотя многие страны постепенно отказались от использования некоторых видов органохлоридов, например, США запретили ДДТ, стойкие остатки ДДТ, полихлорированных бифенилов (ПХБ) и других органохлоридов продолжают обнаруживаться у людей и млекопитающих по всему миру спустя много лет после ограничения их производства и использования. Особенно высокие уровни обнаруживаются в арктических регионах у морских млекопитающих. Эти химические вещества концентрируются в тканях млекопитающих и даже обнаруживаются в грудном молоке человека. У некоторых видов морских млекопитающих, особенно тех, которые производят молоко с высоким содержанием жира, концентрация у самцов обычно значительно выше, поскольку самки снижают ее, передавая потомству с молоком.