TOXICOLOGIE ORGANICĂ Sem. II 2014 – 2015 Curs 7. Chimia

  • Published on
    31-Jan-2017

  • View
    224

  • Download
    3

Embed Size (px)

Transcript

<ul><li><p>TOXICOLOGIE ORGANIC Sem. II 2014 2015 </p><p> Lector dr. Adriana Urd </p><p>Curs 7. Chimia toxicologic a principalelor clase de compui organici - </p><p>hidrocarburi </p><p>Aspecte generale </p><p>Muli dintre compuii organici toxici ntlnii n mediu intr n clasa solvenilor. </p><p>Termenul solvent se refer la o categorie de compui organici lichizi, cu diferite </p><p>solubiliti n lichide i diferite volatiliti. n general, solubilitatea n lipide a solvenilor </p><p>crete cu masa molar, n timp ce volatilitatea scade. Oamenii intr n contact cu solvenii din </p><p>mediul nconjurtor prin inhalare, ingestie sau contact cu pielea. </p><p>Solvenii sunt utilizai pentru dizolvarea, diluarea sau dispersarea substanelor care nu </p><p>sunt solubile n ap. Ca atare, sunt mult utilizai ca degresani i componeni ai vopselelor, </p><p>lacurilor, cernelurilor, produselor cu aerosoli de tip spray, adezivilor etc. Alte utilizri sunt ca </p><p>intermediari n sinteza chimic, combustibili i aditivi pentru combustibili. Cei mai muli </p><p>solveni sunt obinui prin rafinarea petrolului. Muli sunt amestecuri complexe, deseori </p><p>coninnd zeci sau chiar sute de compui. </p><p>Solvenii sunt clasificai n funcie de structura moleculei sau gruparea funcional </p><p>coninut. Clasele de solveni includ hidrocarburi alifatice, hidrocarburi aromatice, compui </p><p>halogenai, alcooli, eteri, esteri/acetai, amide/amine, aldehide, cetone i amestecuri complexe. </p><p>Factorii principali care determin toxicitatea inerent a unui solvent sunt: </p><p>- numrul de atomi de carbon </p><p>- dac este saturat sau are legturi duble sau triple </p><p>- conformaia (caten ramificat, neramificat sau ciclic) </p><p>- prezena grupelor funcionale. </p><p>Aproape oricine este expus solvenilor n timpul activitilor obinuite din fiecare zi. </p><p>De ex., degresarea prilor metalice (produce expunere la tricloroeten), consumul de alcool </p><p>(expunere la etanol), fumat (expunere la benzen i stiren), alimentarea rezervorului cu benzin </p><p>(expunere la benzen, toluen, 1,3-butadien), curarea chimic a hainelor (expunere la </p><p>tetracloroeten), utilizarea de adezivi (expunere la toluen). </p><p>Consumul de ap este, de asemenea, o surs de expunere la solveni, din cauza </p><p>deversrilor de solveni i a prezenei produilor secundari de la dezinfectarea apei, cum sunt </p><p>cloroformul (CHCl3), acizii tricloroacetic (CCl3COOH) i dicloroacetic (CHCl2COOH). </p><p>Expunerea ocupaional la solveni implic situaii care merg de la folosirea fluidului </p><p>corector pentru texte tiprite pn la alimentarea rezervoarelor vehiculelor cu combustibil. </p><p>Cea mai larg utilizare industrial a solvenilor este la degresarea suprafeelor metalice. </p><p>Mediul de lucru este, n mod obinuit, locul unde apare cea mai mare expunere la solveni, n </p><p>special prin inhalare i contact cu pielea. Multe dintre expunerile severe la solveni apar n </p><p>urma utilizrii lor n spaii nchise, fr ventilaie corespunztoare. </p><p>Multe cazuri de expunere la solveni implic un amestec de compui chimici, mai </p><p>degrab dect la un singur compus. Cunotinele despre toxicitatea amestecurilor de solveni </p><p>sunt mult mai puin precise dect cele despre toxicitatea solvenilor individuali. Dei deseori </p><p>se presupune c efectele toxice n cazul utilizrii mai multor solveni sunt aditive, solvenii </p><p>pot interaciona sinergic sau antagonic. Un exemplu de antagonism al solvenilor este </p><p>interaciunea dintre benzen i toluen. Co-expunerea la aceti compui conduce la scderea </p></li><li><p>metabolizrii benzenului i a toxicitii acestuia fa de expunerea doar la benzen. Nu exist </p><p>date suficiente privind toxicologia amestecurilor, ceea ce poate mpiedica stabilirea precis a </p><p>riscurilor. </p><p>Dei unii solveni sunt mai puin periculoi dect alii, toi solvenii pot produce efecte </p><p>toxice. Dac doza este suficient de mare, toi au potenialul de a produce o stare de narcoz, i </p><p>pot produce iritarea pielii i a mucoaselor. Mai muli solveni sunt cancerigeni pentru animale, </p><p>iar civa dintre ei sunt recunoscui drept cancerigeni pentru om. Aceasta este una dintre </p><p>problemele majore pentru toxicologie determinarea relevanei pentru om a tumorilor </p><p>observate n studiile pe animale de laborator. Ca i n cazul altor compui chimici, apariia </p><p>efectelor asupra sntii n urma expunerii la solveni depinde de mai muli factori: </p><p>- toxicitatea solventului </p><p>- calea de expunere </p><p>- doza sau viteza de expunere </p><p>- durata expunerii </p><p>- sensibilitatea individual </p><p>- interaciunea cu ali compui chimici. </p><p>Efectele nedorite asupra sntii pot s apar acut i s fie observate imediat, sau pot </p><p>fi efectul unei expuneri cronice, cu apariia trzie a simptomelor. Numeroase studii de </p><p>epidemiologie au fost produse pentru solveni, dar stabilirea riscului pentru om se bazeaz n </p><p>mare msur pe extrapolarea de la studiile pe animale de laborator. </p><p>Abuzul de solveni. Muli solveni sunt inhalai intenionat pentru intoxicare. Inhalarea </p><p>solvenilor poate produce rapid euforie, halucinaii i sedare. Abuzul de solveni este o situaie </p><p>unic de expunere, n care participanii se supun repetat la concentraii de vapori suficient de </p><p>ridicate pentru a produce efecte puternice, pn la pierderea cunotinei. Solvenii pot produce </p><p>dependen i sunt utilizai deseori mpreun cu alte droguri, pentru perioade lungi de timp. </p><p>Muli solveni sunt prezeni ntr-o varietate mare de produse casnice i comerciale, de ex. </p><p>lipici, diluani pentru vopsele, aerosoli, fluid corector pentru tiprituri, lichide pentru curat </p><p>haine, benzin. Aceste produse sunt relativ ieftine i uor disponibile pentru copii i </p><p>adolesceni. </p><p>Aproape toi solvenii produc depresia sistemului nervos central, dar daunele </p><p>reziduale depind de compusul chimic. Este important s facem deosebirea ntre depresia </p><p>reversibil a sistemului nervos central i neurotoxicitate. Aceasta din urm este considerat a </p><p>fi daun rezidual (adic o disfuncie dup eliminarea solventului). Exist posibilitatea ca </p><p>abuzul cronic de solveni s conduc la sechele neurologice i psihologice ndelungate. </p><p>Contaminarea mediului. Utilizarea pe scar larg a solvenilor a condus la dispersarea </p><p>lor n mediu. Aproape toi oamenii sunt expui zilnic la solveni, chiar dac doar n cantiti </p><p>mici. Deoarece solvenii sunt volatili, cea mai mare parte a solvenilor care ajung n mediu </p><p>ajung acolo prin evaporare. Majoritatea compuilor organici volatili (COV) se evapor atunci </p><p>cnd sunt utilizate produsele care i conin (de ex., aerosoli, diluani pentru vopsele, soluii </p><p>pentru curare etc.). Pierderi de solveni n atmosfer apar i n timpul producerii, stocrii sau </p><p>transportului, ceea ce conduce la concentraii ridicate n aer n apropierea surselor. Vntul </p><p>dilueaz i disperseaz vaporii de solveni. Concentraiile atmosferice ale celor mai muli </p><p>COV sunt extrem de mici (de la nedetectabile la ng sau g/mm3 de aer). Concentraii mai </p><p>ridicate din unii solveni (ex. benzen) au fost msurate n zonele urbane, n apropierea </p><p>instalaiilor petrochimice i n vecintatea imediat a zonelor de depozitare a deeurilor. </p><p>Contaminarea cu solveni a surselor de ap potabil a devenit o problem major. </p><p>Dei majoritatea solvenilor mprtiai pe sol se evapor, o parte poate intra n sol i poate </p><p>migra pn la stratul de ap freatic. n trecut, solvenii mai lipofili erau privii ca fiind </p><p>insolubili n ap. Se recunoate acum c toi solvenii sunt parial solubili n ap. Unii (de ex. </p><p>alcoolii, cetonele, glicolii) sunt foarte solubili. Solubilitile maxime ale unor solveni comuni </p></li><li><p>variaz de la 10 mg/L (ppm) pentru n-hexan la 24000 mg/L pentru bromoclorometan. </p><p>Concentraii ridicate de COV se gsesc uneori n efluenii din instalaii de producere a </p><p>cauciucului, companii chimice, petrochimice i de la fabricarea hrtiei. Concentraiile scad </p><p>rapid dup ce COV intr n ap, n primul rnd datorit dilurii i evaporrii. COV din apele </p><p>freatice tind s rmn captive pn cnd apa ajunge la suprafa. Concentraiile din izvoarele </p><p>de ap sunt rareori suficient de ridicate pentru a produce toxicitate acut sau subacut. </p><p>CHCl3 este COV cel mai frecvent ntlnit n apa potabil n SUA. Acesta i ali </p><p>trihalometani se formeaz prin reacia clorului introdus n ap pentru dezinfecie cu compuii </p><p>organici prezeni n ap. </p><p>Toxicocinetic. Volatilitatea i lipofilicitatea sunt dou dintre cele mai importante </p><p>proprieti ale solvenilor, care controleaz absorbia i dispoziia n corp. Cei mai muli </p><p>solveni sunt volatili n condiii normale de utilizare. Lipofilicitatea poate varia i ea </p><p>substanial, de la solubili n ap (de ex. glicolii i alcoolii) la solubili n lipide (de ex. </p><p>halocarbonii i hidrocarburile aromate). Muli dintre solveni sunt relativ solubili n lipide i </p><p>volatili, de unde denumirea de COV. Aceti compui au o mas molar relativ mic i nu au </p><p>sarcini (sunt neutri). Astfel, ei trec cu uurin prin membrane, prin difuzie pasiv de la zone </p><p>cu concentraie mare la zone cu concentraie sczut. </p><p>Absorbia. Majoritatea absorbiei sistemice a COV inhalai apare n alveolele </p><p>pulmonare. Gazele din alveole se crede c ajung la echilibru aproape instantaneu cu sngele </p><p>din capilarele pulmonare. Coeficienii de partiie snge:aer pentru COV sunt factori </p><p>importani pentru cantitatea care este absorbit. Coeficientul de partiie este raportul dintre </p><p>concentraia COV n snge fa de cea din aerul inhalat, la echilibru. Deoarece sngele este </p><p>mediu apos, cu ct solvenii sunt mai hidrofili, cu att au coeficieni de partiie mai mari, ceea </p><p>ce favorizeaz absorbia unor cantiti mari, dar timpul necesar pentru a ajunge la echilibru </p><p>este mai lung. </p><p>Cantitatea absorbit este iniial ridicat, dar apoi se absorb cantiti suplimentare din </p><p>ce n ce mai mici pe msur ce compusul se acumuleaz n esuturi, iar cantitatea care se </p><p>rentoarce cu sngele la plmni este din ce n ce mai mare (i va fi desorbit i expirat). </p><p>Apropierea de concentraia de echilibru se face asimptotic, iar cantiti suplimentare vor fi </p><p>absorbite doar dac are loc metabolizarea unei pri din compusul deja existent n esuturi. </p><p>Solvenii sunt bine absorbii din tractul GI, iar nivele mari n snge se observ ntr-un </p><p>interval de cteva minute de la ingerare, dei prezena hranei n tractul GI poate ntrzia </p><p>absorbia. Cei mai muli dintre solveni sunt absorbii n proporie de 100% din tractul GI. </p><p>Absorbia solvenilor prin piele poate conduce la efecte att sistemice, ct i locale. </p><p>Contactul pielii cu vapori sau soluii concentrate de solveni este comun la multe locuri de </p><p>munc, dar i n mediul casnic sau recreaional. Solvenii penetreaz stratul cornos prin </p><p>difuzie pasiv, iar factorii importani n absorbie sunt concentraia compusului chimic, aria </p><p>expus, durata expunerii, integritatea i grosimea stratului cornos, solubilitatea n lipide i </p><p>masa molar a solventului. </p><p>Transportul i distribuia. Solvenii sunt preluai/eliminai prin ficat i expiraie prin </p><p>plmni. Acei solveni care sunt bine metabolizai i relativ volatili sunt eliminai cu eficien </p><p>mai mare. Ficatul este capabil s ndeprteze practic ntreaga cantitate de COV, cu condiia ca </p><p>metabolismul s nu fie saturat de o concentraie prea mare de compus n snge. </p><p>Solvenii sunt transportai n snge la organe, unde se distribuie n funcie de cantitatea </p><p>de snge care intr n organul respectiv i de coeficienii de partiie ntre snge i esut. </p><p>Creierul este un exemplu de organ cu coninut mare de lipide, care este penetrat rapid. </p><p>Solvenii lipofili se acumuleaz rapid n creier dup expunere, producnd efecte asupra </p><p>sistemului nervos central care merg pn la anestezie chirurgical n 1-2 minute. </p><p>Redistribuirea poate apoi s conduc la acumularea de COV n alte esuturi, de ex. cel adipos. </p></li><li><p>Chimia toxicologic a hidrocarburilor </p><p>Hidrocarburile alifatice </p><p>Hidrocarburile care intr n snge prin plmni sau tractul GI (mai rar) devin toxice </p><p>pentru sistemul nervos central. Unul din mecanismele majore ale toxicitii este atacul asupra </p><p>componentei lipidice majoritare n esutul nervos. Deoarece hidrocarburile sunt solveni </p><p>pentru lipide, vor degrada structura esutului nervos. Cele mai comune simptome sunt durerile </p><p>de cap, vederea nceoat, ameeala, letargia, care se datoreaz expunerii acute la </p><p>hidrocarburi. Persoanele expuse cronic, de ex. prin expunere ocupaional, prezint simptome </p><p>mai serioase, care includ simptome neurocomportamentale i degradare intelectual. </p><p>Este posibil discutarea toxicitii n funcie de modul de expunere. Dac </p><p>hidrocarburile sunt ingerate, ele nu sunt, n mod obinuit, bine absorbite. Excepie sunt unele </p><p>hidrocarburi aromatice, care sunt absorbite din stomac. Dei hidrocarburile alifatice sunt slab </p><p>absorbite, ingestia unor cantiti mari conduce la absorbie sistemic, iar simptomele sunt </p><p>observate rapid, n prima zi. </p><p>Hidrocarburi aromatice </p><p>Benzenul. Benzenul produs comercial se obine din prelucrarea petrolului. El este </p><p>utilizat n special pentru sinteza altor compui chimici, dar i ca solvent, iar n benzin se </p><p>gsete n proporie de 1-2 % (vol.). </p><p>Principala cale de expunere n industrie sau n activitile zilnice este prin inhalare. </p><p>Fumul de igar este principala surs de benzen n locuine. Fumtorii au concentraii de </p><p>benzen n corp care ajung de 6-10 mai mari dect cele ale nefumtorilor. Pentru acetia din </p><p>urm, fumatul pasiv este o surs semnificativ de expunere. Emisiile de vapori de benzin i </p><p>de la automobile sunt alte surse importante pentru populaie. </p><p>Cel mai important efect toxic al benzenului este cel de toxic pentru sistemul </p><p>hematopoietic (care produce celulele sngelui). Expunerea cronic la benzen poate conduce la </p><p>efecte negative asupra mduvei osoase, care se manifest iniial ca anemie (scderea </p><p>numrului de hematii din snge) i leucopenie (scderea numrului de leucocite din snge), </p><p>apoi leucemie. Ca urmare, benzenul este considerat un compus cancerigen pentru om i </p><p>animale. </p><p>Etapa iniial n metabolizarea benzenului, oxidarea la un epoxid (oxid al benzenului) </p><p>este catalizat de citocromul P450 n ficat. </p><p> Epoxid </p><p> Conjugare cu glutation </p><p> Fenol </p><p>Dihidrodiol </p><p> Catechol </p><p> o-Benzochinon </p><p>Hidrochinon </p><p>P-Benzochinon </p><p>P450 </p></li><li><p> Muconaldehid </p><p>Oxidul benzenului este apoi metabolizat n continuare pe trei ci: </p><p>- conjugarea cu glutation GSH i excreia n urin; </p><p>- rearanjarea ne-enzimatic la fenol; </p><p>- hidratarea la benzendihidrodiol, care apoi poate fi oxidat la catechol. </p><p>Dac fenolul este hidroxilat n poziia orto, va fi format mai mult catechol, care poate </p><p>fi transformat la orto-hidrochinon. Dac benzenul este hidroxilat n poziia para, se formeaz </p><p>p-hidrochinon, care poate fi oxidat la p-benzochinon. O- i p-benzochinona sunt cei mai </p><p>toxici metabolii ai benzenului. Un alt metabolit toxic, muconaldehida, se poate forma prin </p><p>deschiderea inelului oxidului de benzen. </p><p>Toluenul. Toluenul este prezent n vopsele, lacuri, diluani, ageni de curare, adezivi </p><p>i multe alte produse. Benzina, care conine 5-7 % (mas) toluen, este cea mai mare surs de </p><p>emisii atmosferice i pentru expunerea populaiei. Inhalarea este principala cale de expunere, </p><p>dar i contactul cu pielea este frecvent. Toluenul este utilizat i pentru inhalarea intenionat </p><p>n cantiti mari ca drog recreaional. Toluenul se gsete frecvent ca poluant n ap, sol i aer. </p><p>Toluenul este bine absorbit din plmni i tractul GI. El se acumuleaz rapid n creier, </p><p>datorit cantitii mari de snge care ajunge aici i coninutului mare de lipide din acest organ. </p><p>Apoi este redistribuit i n alte organe, n funcie de coninutul de lipide din acestea, cantitile...</p></li></ul>