Hợp chất clo hữu cơ, clorocarbon hoặc hydrocacbon clo, là một chất hữu cơ có chứa ít nhất một nguyên tử clo liên kết cộng hóa trị có ảnh hưởng đến hành vi hóa học của phân tử. Lớp cloroalkanes (ankan có một hoặc nhiều nguyên tử hydro được thay thế bằng clo) cung cấp các ví dụ chung. Sự đa dạng về cấu trúc và các tính chất hóa học khác nhau của organochlorines dẫn đến một loạt các tên gọi và ứng dụng. Organochloride là những chất rất hữu ích trong nhiều ứng dụng, nhưng một số trong số chúng gây ra vấn đề môi trường nghiêm trọng.
Ảnh hưởng đến tính chất
Clo hóa làm thay đổi tính chất vật lý của hydrocacbon theo một số cách. Các hợp chất có xu hướng đặc hơn nước do trọng lượng nguyên tử của clo cao hơn so với hydro. Aliphatic organochloride là chất alkyl hóa vì clorua là nhóm rời.
Xác định các hợp chất clo hữu cơ
Nhiều hợp chất như vậy đã được phân lập từ các nguồn tự nhiên, từ vi khuẩn sang con người. Các hợp chất hữu cơ clo được tìm thấy trong hầu hết các loại phân tử sinh học, bao gồm ancaloit, tecpen, axit amin, flavonoit, steroid và axit béo. Các chất clo hữu cơ, bao gồm điôxin, hình thành trong môi trường nhiệt độ cao của cháy rừng và điôxin đã được tìm thấy trong tro được bảo quản từ các đám cháy sét có trước điôxin tổng hợp.
Ngoài ra, nhiều hydrocacbon clo đơn giản khác nhau, bao gồm dichloromethane, chloroform và carbon tetrachloride, đã được phân lập từ rong biển. Hầu hết chloromethane trong môi trường được hình thành tự nhiên thông qua quá trình phân hủy sinh học, cháy rừng và núi lửa. Các hợp chất clo hữu cơ trong dầu cũng được biết đến rộng rãi (theo GOST - R 52247-2004).
Epibatidine
epibatidine organochlorine tự nhiên, một alkaloid được phân lập từ ếch cây, có tác dụng giảm đau mạnh và kích thích nghiên cứu các loại thuốc giảm đau mới. Ếch nhận được epibatidine qua thức ăn của chúng và sau đó cô lập nó trên da của chúng. Nguồn thức ăn có thể là bọ cánh cứng, kiến, ve và ruồi.
ankan
Alkanes và arylalkanes có thể được khử trùng bằng clo trong điều kiện gốc tự do với bức xạ cực tím. Tuy nhiên, mức độ clo hóa rất khó kiểm soát. Aryl clorua có thể được điều chế bằng cách halogen hóa Friedel-Crafts sử dụng clo và chất xúc tác axit Lewis. Phương pháp xác định clo hữu cơhợp chất bao gồm cả việc sử dụng chất xúc tác này. Các phương pháp khác cũng được đề cập trong bài viết.
Phản ứng haloform sử dụng clo và natri hydroxit cũng có khả năng tạo ra ankyl halogenua từ metyl xeton và các hợp chất liên quan. Chloroform trước đây đã được sản xuất theo cách này.
Clo thêm anken và anken thành nhiều liên kết, tạo ra hợp chất di- hoặc tetracloro.
Alkyl clorua
Alkyl clorua là các khối xây dựng linh hoạt trong hóa học hữu cơ. Mặc dù alkyl bromua và iodua dễ phản ứng hơn, nhưng alkyl clorua ít tốn kém hơn và sẵn có hơn. Các alkyl clorua dễ bị tấn công bởi các nucleophile.
Đun nóng alkyl halogenua với natri hydroxit hoặc nước sẽ tạo ra rượu. Phản ứng với alkoxit hoặc aroxit tạo ra các este trong quá trình tổng hợp ete Williamson; phản ứng với thiol tạo ra thioether. Các alkyl clorua dễ dàng phản ứng với các amin để tạo thành các amin thay thế. Các alkyl clorua được thay thế bằng các halogenua mềm hơn như iodua trong phản ứng Finkelstein.
Phản ứng với các chất diệt khuẩn giả khác như azide, xyanua và thiocyanate cũng có thể xảy ra. Khi có một bazơ mạnh, alkyl clorua trải qua quá trình dehydro hóa để tạo thành anken hoặc anken.
Alkyl clorua phản ứng với magiê để tạo thành thuốc thử Grignard, chuyển hợp chất electrophin thành hợp chất nucleophin. Phản ứng Wurtz kết hợp hai ankyl halogenua với natri theo cách khử.
Đơn
Ứng dụng lớn nhấthóa học clo hữu cơ là sản xuất vinyl clorua. Sản lượng hàng năm vào năm 1985 là khoảng 13 tỷ kg, gần như tất cả đều được chuyển thành polyvinyl clorua (PVC). Xác định các hợp chất clo hữu cơ (theo GOST) là một quá trình không thể thực hiện được nếu không có thiết bị tiêu chuẩn hóa đặc biệt.
Hầu hết các hydrocacbon clo có trọng lượng phân tử thấp như cloroform, dichloromethane, dichloroethane và trichloroethane là những dung môi hữu ích. Những dung môi này có xu hướng tương đối không phân cực; do đó chúng không hòa trộn với nước và có hiệu quả trong việc làm sạch như tẩy dầu mỡ và giặt khô. Sự tinh chế này cũng áp dụng cho các phương pháp xác định các hợp chất clo hữu cơ (dầu và các chất khác rất giàu các hợp chất này).
Quan trọng nhất là dichloromethane, được sử dụng chủ yếu làm dung môi. Chloromethane là tiền thân của chlorosilanes và silicon. Có ý nghĩa lịch sử nhưng nhỏ hơn là chloroform, chủ yếu là tiền thân của chlorodifluoromethane (CHClF2) và tetrafluoroethene, được sử dụng trong sản xuất Teflon.
Hai nhóm chính của thuốc diệt côn trùng clo hữu cơ là các chất như DDT và các dung dịch alicyclic được khử trùng bằng clo. Cơ chế hoạt động của chúng hơi khác so với các hợp chất clo hữu cơ trong dầu.
Hợp chất giống DDT
Các chất giốngDDT tác động lên hệ thần kinh ngoại vi. Trong kênh natri của sợi trục, chúng ngăn chặn sự đóng cổng sau khi kích hoạt và khử cực.màng. Các ion natri thấm qua màng dây thần kinh và tạo ra một "điện thế sau" âm gây mất ổn định làm tăng khả năng hưng phấn thần kinh. Sự rò rỉ này gây ra phóng điện lặp đi lặp lại trong tế bào thần kinh, tự phát hoặc sau một lần kích thích.
Các cyclodienes được clo hóa bao gồm aldrin, dieldrin, endrin, heptachlor, chlordane và Internalulfan. Thời gian tiếp xúc từ 2 đến 8 giờ dẫn đến giảm hoạt động của hệ thần kinh trung ương (CNS), sau đó là cáu kỉnh, run và sau đó là co giật. Cơ chế hoạt động là liên kết thuốc diệt côn trùng tại vị trí GABA trong phức hợp ionophore gamma-aminobutyric acid (GABA) clorua, ngăn chặn clorua xâm nhập vào dây thần kinh.
Các ví dụ khác bao gồm dicofol, mirex, kepon và pentachlorophenol. Chúng có thể ưa nước hoặc kỵ nước, tùy thuộc vào cấu trúc phân tử của chúng.
Biphenyls
Polychlorinated biphenyls (PCB) đã từng là chất cách điện và chất lỏng truyền nhiệt được sử dụng rộng rãi. Việc sử dụng chúng nói chung đã bị ngừng do lo ngại về sức khỏe. PCB đã được thay thế bằng ete diphenyl polybromated (PBDE), gây ra các vấn đề về độc tính và tích lũy sinh học tương tự.
Một số loại hợp chất clo hữu cơ rất độc đối với thực vật hoặc động vật, kể cả con người. Dioxin, được tạo ra bằng cách đốt cháy chất hữu cơ với sự có mặt của clo, là chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy gây nguy hiểm khi thải ra môi trường, cũng như một số chất diệt côn trùng (chẳng hạn nhưnhư DDT).
Ví dụ: DDT, được sử dụng rộng rãi để kiểm soát côn trùng vào giữa thế kỷ 20, cũng tích tụ trong chuỗi thức ăn, như các chất chuyển hóa DDE và DDD của nó, và gây ra các vấn đề với hệ thống sinh sản (ví dụ: vỏ trứng) ở một số loài chim. Một số hợp chất thuộc loại này, chẳng hạn như mù tạt lưu huỳnh, mù tạt nitơ và lewisite, thậm chí còn được sử dụng làm vũ khí hóa học do độc tính của chúng.
Nhiễm độc với các hợp chất clo hữu cơ
Tuy nhiên, sự hiện diện của clo trong một hợp chất hữu cơ không gây độc. Một số organochloride được coi là đủ an toàn cho việc sử dụng thực phẩm và thuốc. Ví dụ, đậu Hà Lan và đậu có chứa hormone thực vật clo tự nhiên 4-chlorindole-3-acetic acid và chất tạo ngọt sucralose (Splenda) được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm ăn kiêng.
Tính đến năm 2004, ít nhất 165 organochloride đã được chấp thuận trên toàn thế giới để sử dụng làm dược phẩm, bao gồm thuốc kháng sinh tự nhiên vancomycin, loratadine kháng histamine (Claritin), sertraline chống trầm cảm (Zoloft), lamotrigine chống động kinh (Lamictal), và thuốc hít. thuốc mê isoflurane. Cần phải biết các hợp chất này để xác định các hợp chất clo hữu cơ trong dầu (theo GOST).
Phát hiện của các nhà khoa học
Rachel Carson đã đưa độc tính thuốc trừ sâu của DDT đến với công chúng trong cuốn sách Silent Spring năm 1962 của cô ấy. Mặc dù nhiều quốc gia đã ngừngviệc sử dụng một số loại hợp chất clo hữu cơ, chẳng hạn như lệnh cấm DDT của Hoa Kỳ, DDT khó phân hủy, PCB và dư lượng clo hữu cơ khác, vẫn được tìm thấy ở người và động vật có vú trên khắp hành tinh, nhiều năm sau khi việc sản xuất và sử dụng bị hạn chế.
Ở các vùng Bắc Cực, hàm lượng đặc biệt cao được tìm thấy ở các loài động vật có vú sống ở biển. Những hóa chất này tập trung ở động vật có vú và thậm chí còn được tìm thấy trong sữa mẹ. Ở một số loài động vật có vú biển, đặc biệt là những loài sản xuất sữa giàu chất béo, con đực có xu hướng có hàm lượng cao hơn nhiều khi con cái giảm nồng độ bằng cách truyền chất cho con cái thông qua quá trình tiết sữa. Ngoài ra, những chất này có thể được tìm thấy trong dầu, điều quan trọng cần xem xét khi xác định các hợp chất clo hữu cơ trong dầu (theo GOST). Nó thường đề cập đến thuốc trừ sâu, mặc dù nó cũng có thể đề cập đến bất kỳ hợp chất nào thuộc loại này.
Thuốc trừ sâu clo hữu cơ có thể được phân loại theo cấu trúc phân tử của chúng. Thuốc trừ sâu Cyclopentadiene là cấu trúc vòng béo có nguồn gốc từ phản ứng Pentachlorocyclopentadiene Diels-Alder và bao gồm chlordane, nonachlor, heptachlor, heptachlor epoxit, dieldrin, aldrin, endrin, mirex và kepon. Các phân lớp khác của thuốc trừ sâu clo hữu cơ là họ DDT và các đồng phân hexachlorocyclohexane. Tất cả các loại thuốc trừ sâu này có độ hòa tan và bay hơi thấp và có khả năng chống lại các quá trình phân hủy trong môi trường. Độc tính và sự tồn tại lâu dài của chúng trong môi trường đã dẫn đếnhạn chế hoặc đình chỉ đối với hầu hết các mục đích sử dụng ở Hoa Kỳ.
Thuốc trừ sâu
Thuốc trừ sâu clo hữu cơ rất hiệu quả trong việc tiêu diệt sâu bệnh, đặc biệt là côn trùng. Nhưng nhiều sản phẩm hóa chất này bị các nhà hoạt động môi trường và người tiêu dùng nhìn nhận tiêu cực vì một loại thuốc trừ sâu clo hữu cơ nổi tiếng và hiện đã bị cấm: dichlorodiphenyltrichoethane, hay còn gọi là DDT.
Thuốc trừ sâu clo hữu cơ là hóa chất có cacbon, clo và hydro. Như Cơ quan Cá và Động vật hoang dã Hoa Kỳ giải thích, liên kết clo-cacbon đặc biệt mạnh, điều này ngăn các hóa chất này nhanh chóng bị phá vỡ hoặc hòa tan trong nước. Hóa chất này cũng thu hút chất béo và tích tụ trong mô mỡ của động vật tiêu thụ nó.
Tuổi thọ hóa học của thuốc trừ sâu clo hữu cơ là một trong những lý do tại sao nó có hiệu quả như thuốc trừ sâu và có khả năng gây hại - nó có thể bảo vệ cây trồng trong thời gian dài, nhưng cũng có thể tồn tại trong cơ thể động vật.
Cùng với DDT, US EPA đã cấm sử dụng các loại thuốc trừ sâu clo hữu cơ khác như aldrin, dieldrin, heptachlor, mirex, chlordecone và chlordane. Tương tự châu Âu cũng đã cấm nhiều loại thuốc trừ sâu clo hữu cơ, nhưng ở cả hai khu vực này, hóa chất clo hữu cơ vẫn là thành phần hoạt động trong một số sản phẩm kiểm soát dịch hại gia đình, vườn và môi trường.môi trường, theo EPA. Thuốc trừ sâu clo hữu cơ cũng rất phổ biến ở các nước đang phát triển trên thế giới để sử dụng trong nông nghiệp.
Cho dù bạn đang khảo sát đất nông nghiệp để đảm bảo rằng nó vẫn chứa đầy thuốc trừ sâu clo hữu cơ vào mùa hè, hay kiểm tra nước để tìm các hợp chất clo hữu cơ, xét nghiệm là cách tốt nhất để tìm hiểu xem những hóa chất này có ở gần bạn hay không. Phương pháp EPA 8250A và 8270B có thể được sử dụng để kiểm tra các hóa chất này. 8250A có thể kiểm tra chất thải, đất và nước, trong khi 8270B sử dụng sắc ký khí / khối phổ (GC / MS).
Mặc dù thuốc trừ sâu clo hữu cơ được biết đến nhiều nhất vì làm hỏng khả năng đẻ trứng khỏe mạnh của một số loài chim, nhưng những hóa chất này được biết là có ảnh hưởng xấu đến con người tiêu thụ hoặc hít phải thuốc trừ sâu. Việc vô tình hít thở hoặc ăn phải cá hoặc mô động vật bị ô nhiễm là con đường có nhiều khả năng lây nhiễm thuốc trừ sâu clo hữu cơ nhất. Để xác nhận rằng ai đó có dấu hiệu ngộ độc clo hữu cơ, máu hoặc nước tiểu thường được gửi đến một trường đại học hoặc cơ quan chính phủ sử dụng GC / MS để kiểm tra các hợp chất hóa học.
Dấu hiệu nhiễm độc
Các dấu hiệu cảnh báo về độc tính của thuốc trừ sâu clo hữu cơ bao gồm co giật, ảo giác, ho, phát ban trên da, nôn mửa, đau bụng, nhức đầu, lú lẫn và có thể về đường hô hấptheo Matthew Wong, Tiến sĩ, Tiến sĩ và Trung tâm Y tế Hiệu trưởng Beth Israel, Medscape. Mặc dù có lệnh cấm đối với nhiều loại thuốc trừ sâu này ở Hoa Kỳ và Châu Âu, việc sử dụng chúng ở các nơi khác trên thế giới và lưu trữ ở các khu vực của Hoa Kỳ và Châu Âu tạo ra tình huống ngộ độc clo hữu cơ vẫn có thể xảy ra.
Thuốc trừ sâu clo hữu cơ bao gồm một số lượng lớn các chất hóa học khó phân hủy, vừa hiệu quả lại vừa mang lại nguy cơ đáng kể trên toàn thế giới.
Mặc dù các hợp chất hữu cơ halogen tương đối hiếm trong tự nhiên so với các hợp chất không halogen, nhiều hợp chất như vậy đã được phân lập từ các nguồn tự nhiên, từ vi khuẩn sang người. Có những ví dụ về các hợp chất clo tự nhiên được tìm thấy trong hầu hết mọi loại phân tử sinh học, bao gồm ancaloit, tecpen, axit amin, flavonoit, steroid và axit béo.
Organochloride, bao gồm cả dioxin, hình thành trong môi trường nhiệt độ cao của các đám cháy rừng, và dioxin đã được tìm thấy trong tro được bảo quản của các vụ cháy sét có trước dioxin tổng hợp. Ngoài ra, các hydrocacbon clo đơn giản khác nhau, bao gồm diclometan, cloroform và cacbon tetraclorua, đã được phân lập từ rong biển.
Hầu hết chloromethane trong môi trường được tạo ra tự nhiên do quá trình phân hủy sinh học, cháy rừng và núi lửa. Epibatidine organochlorine tự nhiên, một alkaloid được phân lập từ ếch cây, có tác dụng giảm đau mạnh vàkích thích nghiên cứu các loại thuốc giảm đau mới.
Dioxin
Một số loại hợp chất clo hữu cơ rất độc đối với thực vật hoặc động vật, kể cả con người. Dioxin, được hình thành khi chất hữu cơ bị đốt cháy với sự có mặt của clo, và một số chất diệt côn trùng, chẳng hạn như DDT, là những chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy gây nguy hiểm cho môi trường. Ví dụ, việc lạm dụng DDT vào giữa thế kỷ 20, tích tụ trong động vật, đã dẫn đến sự suy giảm nghiêm trọng trong quần thể của một số loài chim. Các dung môi clo hóa, nếu được xử lý và thải bỏ không đúng cách, sẽ tạo ra các vấn đề ô nhiễm nước ngầm.
Một số organochloride, chẳng hạn như phosgene, thậm chí còn được sử dụng làm tác nhân chiến tranh hóa học. Một số clo hữu cơ độc hại và được tạo ra nhân tạo, chẳng hạn như DDT, sẽ tích tụ trong cơ thể sau mỗi lần tiếp xúc, cuối cùng dẫn đến số lượng gây chết người vì cơ thể không thể phân hủy hoặc loại bỏ chúng. Tuy nhiên, sự hiện diện của clo trong một hợp chất hữu cơ không có cách nào đảm bảo độc tính. Nhiều hợp chất clo hữu cơ đủ an toàn cho việc sử dụng thực phẩm và thuốc.
Ví dụ, đậu Hà Lan và đậu có chứa hormone thực vật clo tự nhiên 4-chlorindole-3-acetic acid (4-Cl-IAA) và chất tạo ngọt sucralose (Splenda) được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm ăn kiêng. Tính đến năm 2004, ít nhất 165các hợp chất clo hữu cơ để sử dụng làm dược phẩm, bao gồm loratadine kháng histamine (Claritin), sertraline chống trầm cảm (Zoloft), lamotrigine chống động kinh (lamiktal) và isoflurane gây mê dạng hít.
Khai mạc Rachel Carson
Với Silent Spring (1962), Rachel Carson đã thu hút sự chú ý của công chúng đến vấn đề độc tính của clo hữu cơ. Trong khi nhiều quốc gia đã loại bỏ dần việc sử dụng một số loại hợp chất này (chẳng hạn như lệnh cấm của Hoa Kỳ đối với DDT do kết quả nghiên cứu của Carson), các organochloride khó phân hủy vẫn tiếp tục được quan sát thấy ở người và động vật có vú trên khắp hành tinh ở mức có thể gây hại nhiều năm sau đó sản lượng. Việc sử dụng chúng đã bị hạn chế.
Hợp chất clo hữu cơ (theo GOST) được đưa vào danh sách các chất độc hại cho con người.
