Полициклические ароматические углеводороды в воде. Полициклические ароматические углеводороды: химическая структура, процессы образования и влияние на организм человека

Эти опасные соединения относятся к одним из наиболее важных приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха (воды и почвы). Они попадают в атмосферный воздух при различных процессах горения и с выхлопными газами автомобильного транспорта антрацен и бенз[а]пирен) содержались в более чем трех четвертях обследованных домов.

4. Опытность ПАУ для окружающей среды

На шкале опасности в отношении окружающей среды от 0 до 3, представленной выше на рисунке 3, полициклические ароматические углеводороды имеют отметку 1,5. Уровень 3 представляет очень высокую опасность для окружающей среды, а уровень 0 представляет незначительную опасность. Факторы, принимаемые в расчет, включают в себя оценку степени токсичности или нетоксичности вещества, измерение его способности сохранять активность в окружающей среде и способности аккумулироваться в живых организмах. Выделение вещества в расчет не принимается. Оно отражается в уровне НПИ для данного вещества. Одно из веществ, опасность которого для окружающей среды оценивается как высокая это оксид азота (3) и одно из веществ, опасность которого оценивается как низкая это оксид углерода (0,8).

5. Токсичность ПАУ для человека

Токсичность ПАУ очень зависит от структуры, даже изомеры могут быть как нетоксичными, так и исключительно токсичными. Таким образом, высоко канцерогенные ПАУ могут быть малыми (менее 3 колец) или большими (более 4 колец). Один ПАУ, бензо[а]пирен, является первым исследованным канцерогеном и является одним из многих канцерогенов, содержащихся в сигаретах. Семь ПАУ были классифицированы как вероятные человеческие канцерогены: бенз[а]антрацен, бензо[а]пирен, бензо[b]флюорантен, бензо[к]флюорантен, крисен, дибенз[а,h]антрацен и инденопирен.

ПАУ, известные своими канцерогенными, мутагенными и тератогенными свойствами: бенз[а]антрацен и крисен, бензо[b]флюорантен, бензо[j]флюорантен, бензо[к]флюорантен, бензо[а]пирен, бензопирилен, коронен, дибензантрацен, инденопирен и овален (Фетцер, Д. К.(2000), Лач, А (2005)).

В силу недостатка репрезентативных смесей ПАУ для целей исследования, воздействие биологических и небиологических модификаторов на токсичность ПАУ и метаболизм еще недостаточно понятен.

Были предложены следующие критерии безопасности общего содержания ПАУ, канцерогенных ПАУ и бензо(а)пирена для питьевой воды и воздуха и общего содержания ПАУ и бензо(а)пирена в пище: 0,01 до <0,2 мкг общих ПАУ/л, <0,002 мкг канцерогенных ПАУ/л и 0,0006 мкг бензо(а)пирена /л; воздух: < 0,01 мкг общих ПАУ/м 3 , <0,002 мкг канцерогенных ПАУ/м 3 и 0,0005 мкг бензо(а)пирена/м 3 ; пища: 1,6 до < 16,0 мкг общих ПАУ ежедневно и 0,16 до < 1,6 мкг бензо(а)пирена ежедневно.

6. Применение ПАУ

Многие ПАУ не используются в принципе. Но некоторые используются в медицине, для производства красок, пластиков и пестицидов. Нафталин, также известный как шарики от моли, используется при производстве красителей, взрывчатых веществ, пластиков, смазок и средств от моли. Антрацен используется в красках, инсектицидах и средствах для защитной обработки древесины.

Заключение

Из приведенного обзора очевидно, что, несмотря на некоторую полезность ПАУ, их экологическая и токсикологическая опасность является предметом острой озабоченности и концентрация их должна быть сильно снижена в окружающей среде, а в лучшем случае они должны быть из нее полностью ликвидированы.

Список использованных источников

1. https://ru.wikipedia.org

2. Едвардс Н.Т. 1983. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) в наземной окружающей среде - обзор. Журнал «Качество окружающей среды» 12.427-441.

3. Исман Г. А., Давани Б., и Додсон Д. А. 1984. Гидростатическое тестирование газовых трубопроводов как источник попадания ПАУ в водную среду. Международный журнал химического анализа окружающей среды. 19:27-39.

4. http://jurnal.org/articles/2009/ekol2.html

5. Ислер Р (1987) Влияние полициклических ароматических углеводородов на рыбу, живую среду и беспозвоночных: Синоптический обзор.

6. Служба рыбы и дикой природы США, Центр исследования живой природы Патуксент. Лаурель. ЕПА. 1980. Качество воды с точки зрения содержания полициклических ароматических углеводородов. Агентство по защите окружающей среды США. 440/5-80-069.193.

7.Фетцер Д. К. (2000) Химия и анализ тяжелых полициклических ароматических углеводородов. Нью-Йорк. Виллей.

8. Ли С. Д., Грант Л. 1981. Здоровье и экологическая оценка полициклических ароматических углеводородов. Издательство Патотекс. Парк Форест Соуз, Иллинойс. 364 с.

9. Лач А. (2005). Канцерогенный эффект полициклических ароматических углеводородов. Лондон: Империал Колледж Пресс, ISBN 1-86094-417-5.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Ароматические углеводороды: общая характеристика. Номенклатура и изомерия, физические и химические свойства ароматических углеводородов. Механизм реакций электрофильного и нуклеофильного замещения в ароматическом ряду. Применение аренов, их токсичность.

реферат , добавлен 11.12.2011


Закономерности влияния постоянного электрического поля на выход полициклических ароматических углеводородов, сажи, фуллеренов в бензол-кислородном пламени в зависимости от изменения межэлектродного расстояния, типа электродной системы, напряженности поля.

диссертация , добавлен 16.06.2013


Роль ароматических углеводородов и их производных. Сущность и механизм процесса деалкилирования толуола для получения бензола. Сырье и назначение. Конструктивное устройство и схема промышленной установки каталитического гидродеалкилирования толуола.

презентация , добавлен 10.12.2016


Общая характеристика ароматических углеводородов (аренов) как органических соединений карбоциклического ряда, молекулы которых содержат бензольное кольцо С6Н6. Процесс получения ароматических углеводородов и их свойства, склонность к реакциям замещения.

реферат , добавлен 06.12.2014


Классификация и номенклатура ароматических углеводородов. Бензол, нафталин, пиррол, пиридин. Реакции присоединения, окисление. Доноры электронов, дезактиваторы ароматического ядра. Реакции нуклеофильного замещения в галогенаренах и галогенбензилах.

курс лекций , добавлен 11.11.2013


Особенности строения предельных углеводородов. Номенклатура углеводородов ряда метана. Химические свойства предельных углеводородов, их применение. Структурные формулы циклопарафинов (циклоалканов), их изображение в виде правильных многоугольников.

контрольная работа , добавлен 24.09.2010


Понятие галогенпроизводных углеводородов, их изомерия и номенклатура, общая формула и метод составления названий. Методы получения галогенпроизводных углеводородов, их применение в промышленности. Характер действия хлора на углеродосодержащие вещества.

реферат , добавлен 21.02.2009


Химические свойства: реакции электрофильного замещения, присоединения, гидрирование и галогенирования. Алкилирование по Фриделю-Крафтсу. Правила ориентации в бензольном кольце. Влияние заместителей в ядре на и распределение изомеров при нитровании.

реферат , добавлен 21.02.2009


Реакции сульфирования алкилароматических углеводородов. Выбор сульфирующего агента и способы устранения недостатка процесса. Тепловой эффект и кинетика процесса. Сульфирование парафинов, олефинов и ароматических углеводородов, технология процесса.

контрольная работа , добавлен 19.03.2012


Способы выделения, очистки и анализа органических веществ. Получение предельных, непредельных и ароматических углеводородов, спиртов, карбоновых кислот. Получение и разложение фенолята натрия. Методы выделения белков. Химические свойства жиров, ферментов.

В настоящее время полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) насчитывают более 200 представителей которые являются сильными канцерогенами и, включая их производные, относятся к самой большой группе известных канцерогенов, насчитывающей более 1 000 соединений.

К наиболее активным канцерогенам относят 3,4-бенз(а)пирен, который был идентифицирован в 1933 г. как канцерогенный компонент сажи и смолы, а также холантрен, перилен, дибенз(а)пирен и дибенз(а,п)антрацен. Ниже приведены структурные формулы наиболее канцерогенных ПАУ.

К умеренно активным канцерогенам относят бенз(п)флуорантен. Менее активные - бенз(е)пирен, бенз(а)антрацен, дибенз(а,с)антрацен, хризен, ин-дено(1,2,3-сс1)пирен и др. К малотоксичным ПАУ относят антрацен, фенан-трен, пирен, флуорантен, структурные формулы которых представлены ниже.

Некоторые из ПАУ обладают мутагенным действием, например, флуо­рантен, перилен.

Интересно, что все эти соединения имеют «углубление» в структуре мо­лекулы, так называемую «Bay» - область, характерную для многих канцеро­генных веществ.

Основным механизмом их канцерогенного действия является образова­ние соединений с молекулами ДНК. Существует представление о многоэтап­ное™ процесса канцерогенеза с участием полициклических ароматических углеводородов, в ходе которого сначала происходит инициализация процесса канцерогенеза, а затем инициализированные клетки превращаются в злока­чественные.

ПАУ широко распространены в окружающей среде. Канцерогенные ПАУ образуются в природе путем абиогенных процессов; ежегодно в био­сферу поступают тысячи тонн бенз(а)пирена природного происхождения. Еще больше - за счет техногенных источников. Образуются ПАУ в процессах сгорания нефтепродуктов, угля, дерева, мусора, пищи, табака, причем, чем ниже температура, тем больше образуется ПАУ. Представители этой группы соединений обнаружены в выхлопных газах двигателей, табачном и коптиль­ном дыме.

Канцерогенная активность реальных сочетаний полициклических арома­тических углеводородов на 70...80 % обусловлена бенз(а)пиреном. Поэтому по присутствию бенз(а)пирена в пищевых продуктах и других объектах мож­но судить об уровне их загрязнения ПАУ и степени онкогенной опасности для человека.

ПАУ чрезвычайно устойчивы в любой среде, и при систематическом их образовании существует опасность их накопления в природных объектах. Накапливаемый в почве бенз(а)пирен может переходить через корни в расте­ния, то есть растения загрязняются не только осаждающейся из воздуха пы­лью, но и через почву. Концентрация его в почве разных стран изменяется от 0,5 до 1 000 000 мкг/кг. Накопление ПАУ в почвах связано с процессами трансформации органических веществ и их переносом от техногенных ис­точников.

В воде в зависимости от загрязнения найдены различные концентрации бенз(а)пирена: в грунтовой - 1... 10 мкг/м3, в речной и озерной 10.. .25 мкг/м3, в поверхностной – 25... 100 мкг/м.

ПДК бенз(а)пирена в атмосферном воздухе - 0,1 мкг/100 м3, в воде водо­емов - 0,005 мг/л, в почве - 0,2 мг/кг.

Бенз(а)перен попадает в организм человека не только из внешней среды, но и с такими пищевыми продуктами, в которых существование канцероген­ных углеводородов не предполагалось. Он обнаружен в хлебе, овощах, фрук­тах, растительных маслах, а также обжаренном кофе, копченостях и мясных продуктах, поджаренных на древесном угле. Содержание его существенно зависит от способа технологической или кулинарной обработки сырья и про­дуктов питания и степени загрязнения окружающей среды.

В пищевом сырье, полученном из экологически чистых растений, кон­центрация бенз(а)пирена 0,03... 1,0 мкг/кг. Так, образцы зерна в областях, удаленных от промышленных предприятий, содержат в среднем 0,73 мкг/кг бенз(а)пирена, а образцы зерна в промышленных районах – 22,2 мкг/кг. Яб­локи из непромышленных районов содержат 0,2...0,5 мкг/кг бенз(а)пирена, вблизи дорог с интенсивным движением – до 10 мкг/кг.

Термическая обработка значительно увеличивает его содержание: до 50 мкг/кг и более. Полимерные упаковочные материалы могут играть немало­важную роль в загрязнении пищевых продуктов ПАУ. Так, жир молока экстрагирует до 95 % бенз(а)пирена из парафинобумажных пакетов или стаканчиков.

Таблица 3.16. Содержание бенз(а)пирена (в мкг/кг) в различных пищевых продуктах

Образование канцерогенных углеводородов можно снизить правильно проведенной термической обработкой. При правильном обжаривании кофе в зернах образуется 0,3- -0,5 мкг/кг бенз(а)пирена, а в суррогатах кофе -0,9... 1 мкг/кг наряду с другими полициклическими соединениями. В подго­ревшей корке хлеба содержание бенз(а)пирена повышается до 0,5 мкг/кг, а в подгоревшем бисквите - до 0,75 мкг/кг. При жарении мяса содержание бенз(а)пирена также повышается, но незначительно. Сильное загрязнение продуктов полициклическими ароматическими углеводородами наблюдается при обработке их дымом. В коптильном дыме идентифицировано около 30 различных представителей ПАУ.

В плодах и овощах бенз(а)пирена содержится в среднем 0,2... 150 мкг/кг сухого вещества. Мойка удаляет вместе с пылью до 20 % полициклических ароматических углеводородов. Незначительная часть углеводородов может быть обнаружена и внутри плодов.

С пищей взрослый человек получает 0,006 мг/год бенз(а)пирена. В ин­тенсивно загрязненных районах эта доза возрастает в 5 и более раз. Содержа­ние бенз(а)пирена (в мкг/кг) в различных пищевых продуктах представлено в табл. 3.16.

Для максимального снижения содержания канцерогенов в пище основ­ные усилия должны быть направлены на создание таких технологических приемов хранения и переработки пищевого сырья, которые бы предупрежда­ли образование канцерогенов в продуктах питания или исключали загрязне­ние ими.

ВВЕДЕНИЕ

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) отнсятся к группе стойких органических загрязнителей. Они обладают ярко выраженными канцерогенными свойствами. Одним из наиболее опасных представителей ПАУ является бенз(а)пирен (БП).

Бенз(а)пирен был открыт в 1933 году, позже, в 1935 году были проведены исследования подтверждающие его канцерогенность. На сегодняшний день бенз(а)пирен относят к канцерогенам 1-го класса опасности. Он обладает мутагенными свойствами. Даже небольшая концентрация БП негативно влияет на организм человека. Концентрация БП в воздухе превышающая предельно допустимую (ПДК) при длительном воздействии может вызвать рак легких. Поэтому остро стоит проблема его обнаружения и определения. Исходя из его физико-химических свойств был разработан ряд однотипных методик по его определению, отличающиеся только стадиями отбора и подготовки пробы. Целью моей работы было ознакомление со свойствами ПАУ и БП, изучение методов разделения ПАУ и методик определения БП.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)

Общие сведения

ПАУ - это высокомолекулярные органические соединения бензольного ряда, насчитывающий более 200 представителей. Они содержат от 2 до 7 бензольных колец. ПАУ широко распространены в природе и стабильны во времени. Они обладают канцерогенной и мутагенной актиностью. Из-за своей токсичности и канцерогенных свойств их относят к приоритетным загрязняющим веществам. Определение ПАУ используется при эколого-геохимических иследованиях. Наиболее токсичны из них 3, 4-бенз(а)пирен и 1, 12-бензперилен, особенно часто определяемые в объектах окружающей среды.

Этот класс органических соединений относится к числу наиболее активных канцерогенов табачного дыма. Полициклические ароматические углеводороды вызывают повреждение ДНК и нарушают ее структуру. Процессы репарации ДНК играют определяющую роль в поддержании генетического гомеостаза клеток, обусловливая их нормальный рост и размножение. Наследственно обусловленные различия в системах репарации ДНК могут определять различную индивидуальную чувствительность к канцерогенам табачного дыма, хотя у этого предположения пока отсутствует достаточная доказательная база. Однако установлено, что генетический полиморфизм ферментных систем, активирующих и детоксицирующих химические ингредиенты табачного дыма, определяет степень чувствительности организма к канцерогенным воздействиям.

Результатом индуцированных полициклическими ароматическими углеводородами повреждений ДНК являются мутации, ведущие к злокачественной трансформации клеток и развитию опухолей. В настоящее время аддукты ДНК с этими химическими соединениями обнаружены во многих соматических клетках организма человека, экспонированных к табачному дыму. На молекулярном уровне доказано, что полициклические ароматические углеводороды вызывают мутации в гене р53, которому принадлежит ключевая роль в табачном канцерогенезе в легких. Мутантный белок P53, в отличие от P53 «дикого» типа (wt P53), проявляет свойства продукта онкогена. Он не обладает способностью блокировать деление клетки с поврежденной ДНК в G 1 -фaзе клеточного цикла. В результате клетки начинают репликацию ДНК на поврежденной матрице, что приводит к нестабильности генома и повышает вероятность злокачественной трансформации.

Продолжительное курение стимулирует не только экспрессию мутантного P53, но и продукцию инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1), в частности, за счет усиленного гидролиза связывающих его белков. Известно, что активированные IGF рецепторы участвуют в трансдукции антиапоптического сигнала. Клетки, в которых отсутствует wt P53, резистентны к индукции апоптоза. Усиление сигнальной трансдукции запускает процесс злокачественной трансформации клеток, способствуя как инициации, так и промоции опухолевого роста.

Однако потенциально канцерогенные ингредиенты табачного дыма поражают не все население, а лишь ту его часть, которая предрасположена к мутациям . После гидроксилирования арилгидрокарбонгидроксилазой полициклические ароматические углеводороды табачного дыма образуют активные эпоксиды, являющиеся мощными мутагенами и канцерогенами. Их канцерогенность зависит, с одной стороны, от активности эпоксидобразующих ферментов (арилгидрокарбонгидроксилаза и др.), с другой - от активности ферментных систем, разлагающих эпоксиды. Для человека характерна широкая вариабельность индукции синтеза арилгидрокарбонгидроксилазы. По скорости гидроксилирования полициклических ароматических углеводородов в организме различают три фенотипа : гомозиготы с высоким уровнем фермента, гомозиготы с низким уровнем фермента и гетерозиготы (промежуточный тип) со средним уровнем фермента. Установлено, что до 30% больных раком легкого имеют высокий уровень арилгидрокарбонгидроксилазы , хотя в общей популяции данный признак встречается очень редко. Учитывая связь данного фенотипа с канцерогенезом в легких, курильщикам с высоким уровнем индукции синтеза арилгидрокарбонгидроксилазы рекомендуется немедленно прекратить курение. Они относятся к числу лиц, имеющих чрезвычайно высокий риск развития рака легкого на фоне табакокурения.

Курящие женщины более чувствительны к индукции повреждений ДНК, чем курящие мужчины. Так, риск развития рака легкого у курящих женщин, получавших эстрогензаместительную терапию в менопаузе, в 2-2,5 раза выше, чем у женщин аналогичного возраста, не принимавших половые гормоны. Предполагают, что генотоксический эффект комбинации эстрогенов и табачного дыма обусловливает и более высокую частоту встречаемости рака мочевого пузыря у курящих женщин по сравнению с курящими мужчинами при одинаковом количестве выкуриваемых сигарет.

Современные молекулярно-генетические методы позволили установить наличие генетической предрасположенности к раку мочевого пузыря . Она связана с мутациями в локусе N-ацетилтрансферазы печени. Под действием этого фермента чужеродные для организма химические соединения ацетилируются и выводятся из организма. По скорости ацетилирования различают также три фенотипа: быстрые (гомозиготы по нормальному аллелю), медленные (гомозиготы по мутантному аллелю) и промежуточные (гетерозиготы) ацетиляторы. Рак мочевого пузыря чаще развивается у медленных ацетиляторов. Но для проявления генной мутации обязательно участие внешнесредового фактора. Таким разрешающим фактором, обусловливающим реализацию генетической предрасположенности к раку мочевого пузыря, является табакокурение. Оно значительно повышает риск развития рака мочевого пузыря у курящих лиц обоего пола. Один из компонентов табачной смолы - 4-аминобифенил - признан органспецифичным канцерогеном для мочевого пузыря. Аддукты ДНК с этим химическим соединением обнаружены в клетках мочевого пузыря курящих.

Бензопирен и другие полициклические ароматические углеводороды (бензантрацен, бензфлуорентен, бензпирилен, бензфенантрен и др.) вызывают рак полости рта, верхних дыхательных путей, легких, органов мочеполовой системы. Метаболиты бензопирена и соответствующие аддукты ДНК выявлены в клетках слизистой оболочки шейки матки курящих женщин.

Реализации действия канцерогенов и развитию злокачественных опухолей также способствуют многие компоненты табачного дыма , обладающие коканцерогенной активностью. К ним относятся сероводород, сернистый газ, сероокись углерода, оксиды азота, формальдегид, циановодород, фуран, фенольная фракция твердой фазы табачного дыма, в первую очередь пирокатехины , а также пирен, фторантен и др. Некоторые фенолы (катехол, крезол, гваякол, гидрохинон, нафтол ) оказывают канцерогенное и коканцерогенное действие. В состав табачного дыма также входят канцероген человека винилхлорид и канцерогены животных гидразин, уретан, формальдегид .