氯代苯化合物的安全性研究

氯代苯化合物的安全性研究

氯代苯是指氯原子取代多个氢原子之后的有机化合物。它广泛分布于空气、土壤、地下水、地表水和海洋。氯代苯及其衍生物是化工、医药、制革、电子等行业广泛应用的化工原料、有机合成中间体和有机溶剂,氯代苯因其重要的商业价值而被大量生产使用,大多数在环境中高度持留,随着大量氯代苯通过各种途径进入到环境中,人们逐渐认识到这类化合物对生态环境和人体健康的危害。氯代苯类化合物具有强烈的致癌、致畸、致突变作用,以高毒性、持久性和生物蓄积性成为人们关注的焦点。2001年5月23日包括中国在内的92个国家的环境部长或高级官员在斯德哥尔摩代表各自政府签署了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》,其中提到首先消除的12种对人类健康和自然环境特别有害的持久性有机污染物中就包括氯代苯类化合物——六氯代苯。1氯代苯的性质氯代苯是苯分子中的氢原子被氯原子取代后生成的化合物,其通式为C6HnCl6-n(n=0～5),共有12种不同取代方式的化合物。它们的熔点、沸点随分子中氯原子数目的增加而升高,水中溶解度很小,但能溶于很多有机溶剂,有些可以直接作为溶剂使用。氯代苯大都具有一种特殊气味,一般都难燃或不燃。氯代苯刺激性强、易被皮肤吸收,具有强烈的致癌、致畸、致突变作用,以高毒性、持久性和生物蓄积性引起了人们高度重视。氯代苯类化合物还具有一定的麻醉性(当邻二氯苯平均体积分数高于10-3时,可能会致命),能刺激呼吸器官、损害中枢神经系统,引起神经障碍,在体内积累会逐渐损坏肝、肾等器官,在潮湿环境中还有一定的腐蚀作用。2氯代苯基巴比妥的毒性2.1化合物结构的影响由于氯原子具有很强的电负性,其可以与碳原子形成很强的键,因此很多情况下用氯原子取代与碳成键的氢原子可以增加分子的惰性,因此增加了分子在环境中的持久性;另外,有机化合物中的氯原子与水等氢原子供体形成氢键的能力很弱,当氯原子与芳香体系中的碳原子成键时尤为明显,这使氯代苯化合物疏水性更强,更容易到生物等有机相中,这也是很多农药为什么含有一个或多个卤原子的原因之一。下面通过引入正辛醇-水分配系数来研究氯代苯化合物的结构与毒性的关系。2.1.1计算模型及结果在毒理学研究中,正辛醇-水分配系数是最普通的理化参数,随着正辛醇-水分配系数的增大,毒性也将增大,而正辛醇-水分配系数与分子结构有着直接的关系。下面根据Meylan和Hawarg(1995)建立的原子/碎片贡献法(AFT法)估算氯代苯类化合物在25℃的lgKiow值,该估算方法只须根据如下方程将所有碎片常数fk和校正因子Cj简单加和即可lgKiow=∑knk⋅fk+∑jnj⋅cj+0.23lgΚiow=∑knk⋅fk+∑jnj⋅cj+0.23式中:nk,nj——k,j种碎片的个数fk——碎片常数cj——校正因子根据以上模型,对氯代苯的计算结果见表1。由表1对氯代苯类化合物的正辛醇-水分配系数计算值和实验值对比可知,该模型可以较好地用来估算氯代苯化合物的正辛醇-水分配系数。结果显示,随着分子中取代氯原子的增加,所估算的正辛醇-水分配系数成增大的趋势,所以氯代苯类化合物对微生物的毒性也随之增加。以下列出了氯代苯类化合物对酵母菌、发光菌、呆头鱼、大鼠的毒性,该实验数据也说明了随着氯原子数目的增加毒性随之增大(见表2)。由上述氯代苯类化合物对四种生物的毒性可知,化合物中取代基的多少对生物的毒性有重要影响,随着取代基个数的增加,化合物毒性增强,如1,2,4-三氯苯>邻二氯苯>氯苯。此外,取代基的相对位置对化合物的毒性也有一定影响。2.1.2电取代反应时间苯是一种具有特殊构造的不饱和环状六碳烃,由6个sp2杂化的碳原子组成,形成由环状大π键组成的共轭体系。亲电取代反应时间可在邻位、间位和对位上进行。以二氯代苯为例,可生成3种异构体。见表3列出了3种二氯代苯对冬小麦、油菜的致死浓度和半致死浓度,从中可见邻位致死浓度最低,它的毒性明显地大于其它两种分子量相同的氯代苯。可见相同取代基个数的氯代苯其浓度相同时,毒性与氢原子被取代的位置有关,邻位最大,间位次之,对位最小。2.2氯代苯基巴比妥的毒性2.2.1苯对小鼠的毒性氯代苯类化合物进入水体后,通过食物链进入水生动物以及高等水生动物体内,鱼类及水中的无脊椎动物均可将氯代苯化合物蓄积于体内,从而产生很强的生物毒性。研究表明,氯代苯能显著影响性激素的合成与释放及其正常生理功能,并对高等水生动物胚胎发育有明显的抑制作用,造成胚胎发育畸形甚至死亡。由Carlson研究的1,2,4-三氯苯对小鱼的毒性表明,1,2,4-三氯苯浓度为920μg/L时接近致死阈值,小鱼的半数致死浓度(LC50)为2760μg/L(1,2,4-三氯苯为96-h);当1,2,4-三氯苯(96-h)为4340μg/L时,20条小鱼中有19条死亡,当1,2,4-三氯苯(96-h)为1670μg/L或以下时,全部实验小鱼均存活。2.2.2大白鼠肝、肾、脏器健康危险因素殷昌硕等用TCB(1,2,4-TCB占74%,1,2,3-TCB占25.8%,1,3,5-TCB<0.1%)作小白鼠、大白鼠的经口急性毒性,结果小白鼠LD50为721.5mg/kg,大白鼠LD50为955.5mg/kg。实验动物短期接触1,2,4-TCB可引起肝、肾、甲状腺的毒性。大鼠接触1,2,4-TCB3天后,可引起体重增长缓慢或降低,肝脏、肾脏重量增加,大鼠在给药后72小时即可引起肝脏重量的增加,9天后仍可显示肝脏脏器系数的增加。据Rimington报导,以1,2,4-TCB对雄性Albino大鼠经口染毒15d可见肝肿大,肝卟啉症,高剂量组(730mg/kg)还出现严重的肝坏死及肝内脂肪变性。在氯苯的同系物中,1,2,4-三氯苯对肝脏的毒性是最大的。2.2.3人体毒性2.2.3.氯代苯磺酸盐的分布氯代苯可以通过呼吸道、皮肤和消化道进入人体,其中皮肤是常见和最危险的进入途径。此类物质被吸收后,主要分布和蓄积于脂肪组织、神经组织及肝、肾等中性脂肪内。氯代苯在较短时间内急剧增加并超过一定浓度作用于人体时,可引起感官和生理机能的不良反应,导致人群急性中毒甚至死亡。急性中毒一般多在吸收毒性物质后半小时发病,轻者头疼、头晕、视力模糊、恶心、呕吐、流涎、腹痛、四肢无力;重者可见大汗淋漓、震颤、抽搐、昏迷等。2.2.3.慢性感染反应环境中的氯代苯通过胃肠道进入机体,经肠道吸收后,一部分可随粪便和乳汁等排出体外,但由于氯代苯具有高脂溶性的特点,对脂肪和类脂质有较大的结合力,所以不能排出的氯代苯就蓄积在体内组织中,所造成的损害也逐渐积累,此时表现为慢性中毒。氯代苯在体内的分布和蓄积常与器官组织中的脂肪含量成正比,当环境中的氯代苯浓度较低且长期反复作用于人体,可使机体抵抗力低下,人群中慢性疾病的发病率和死亡率将增加。慢性中毒症状的表现最常见的是神经衰弱综合征,如头疼、头晕、失眠、食欲减退、乏力、易激动、多汗、心悸等。岳葆芳和吴学霖对天津市某化工厂农药车间三氯苯作业的工人进行了健康检查,用气相色谱法对车间空气中三氯苯浓度进行了测定,结果:接触组(氯苯平均浓度为8.0mg/m3)大部分工人以神经衰弱症状为主,其中失眠人数占55.6%,记忆力减退人数占38.9%;其次表现为眼部刺激症状,流泪人数占38.9%,80%的接触组工人有角膜点状损伤,36名受检工人都有结膜炎及充血;体征主要为皮肤损害,多为黑头粉刺、皮肤粗糙、毛细血管扩张和色素沉着;口腔检查发现1/3的工人有齿龈炎。对照组人员上述各项检查均为正常。范来富等对沈阳市某接触氯苯生产车间的52名工人和未接触的52名对照组进行了临床体检和实验室检查,结果表明,长期接触的工人有神经衰弱症状,并有头晕、失眠、胸闷、气短、咳嗽、手足麻木、关节疼痛等;血细胞检验查明,接触组红细胞减少,平均体积和压积均下降;另外,接触组白细胞总数下降,而淋巴细胞数增多。2.2.3.干扰物质或环境激素氯代苯由于具有干扰人类及野生动物的内分泌系统的作用,亦被称为环境内分泌干扰化学物质或环境雌激素。近年来的隐睾症、尿道下裂、子宫内膜异位、两性人、发育不全等发病率的上升、女孩青春期的提前等,都被认为与环境内分泌干扰化学物质的环境污染