Een organochloorverbinding, chloorkoolwaterstof of gechloreerde koolwaterstof, is een organische stof die ten minste één covalent gebonden chlooratoom bevat die het chemische gedrag van het molecuul beïnvloedt. De klasse van chlooralkanen (alkanen met een of meer waterstofatomen vervangen door chloor) geeft algemene voorbeelden. De grote structurele diversiteit en verschillende chemische eigenschappen van organochloorverbindingen leiden tot een breed scala aan namen en toepassingen. Organochloriden zijn in veel toepassingen zeer nuttige stoffen, maar sommige vormen een ernstig milieuprobleem.
Invloed op eigenschappen
Chlorering verandert de fysische eigenschappen van koolwaterstoffen op verschillende manieren. Verbindingen hebben de neiging dichter te zijn dan water vanwege het hogere atoomgewicht van chloor in vergelijking met waterstof. Alifatische organochloriden zijn alkylerende middelen omdat het chloride de vertrekkende groep is.
Bepaling van organochloorverbindingen
Veel van dergelijke verbindingen zijn geïsoleerd uit natuurlijke bronnen, van bacteriën tot mensen. Gechloreerde organische verbindingen worden aangetroffen in bijna elke klasse van biomoleculen, waaronder alkaloïden, terpenen, aminozuren, flavonoïden, steroïden en vetzuren. Organochloriden, waaronder dioxines, vormen zich in de omgeving van hoge temperaturen van bosbranden, en dioxines zijn gevonden in de bewaarde as van bliksembranden die dateren van vóór synthetische dioxines.
Bovendien zijn er verschillende eenvoudige gechloreerde koolwaterstoffen, waaronder dichloormethaan, chloroform en tetrachloorkoolstof, geïsoleerd uit zeewier. Het grootste deel van het chloormethaan in het milieu wordt op natuurlijke wijze gevormd door biologische afbraak, bosbranden en vulkanen. Organische chloorverbindingen in olie zijn ook algemeen bekend (volgens GOST - R 52247-2004).
Epibatidine
Natuurlijke organochloorepibatidine, een alkaloïde geïsoleerd uit boomkikkers, heeft een sterk pijnstillend effect en stimuleert onderzoek naar nieuwe pijnstillers. Kikkers krijgen epibatidine via hun voedsel binnen en isoleren het vervolgens op hun huid. Waarschijnlijke voedselbronnen zijn kevers, mieren, mijten en vliegen.
Alkanen
Alkanen en arylalkanen kunnen onder vrije radicalen worden gechloreerd met ultraviolette straling. De mate van chlorering is echter moeilijk te controleren. Arylchloriden kunnen worden bereid door Friedel-Crafts-halogenering met chloor en een Lewis-zuurkatalysator. Methoden voor het bepalen van organochloorverbindingen omvatten het gebruik van deze katalysator. Andere methoden worden ook genoemd in het artikel.
De haloform-reactie met chloor en natriumhydroxide is ook in staat om alkylhalogeniden te genereren uit methylketonen en verwante verbindingen. Chloroform werd voorheen op deze manier geproduceerd.
Chloor voegt alkenen en alkynen toe aan meerdere bindingen, waardoor di- of tetrachloorverbindingen ontstaan.
Alkylchloriden
Alkylchloriden zijn veelzijdige bouwstenen in de organische chemie. Hoewel alkylbromiden en jodiden reactiever zijn, zijn alkylchloriden minder duur en gemakkelijker verkrijgbaar. Alkylchloriden worden gemakkelijk aangevallen door nucleofielen.
Verwarming van alkylhalogeniden met natriumhydroxide of water geeft alcoholen. Reactie met alkoxiden of aroxiden geeft esters in de Williamson-ethersynthese; reacties met thiolen geven thioethers. Alkylchloriden reageren gemakkelijk met aminen om gesubstitueerde aminen te vormen. Alkylchloriden worden vervangen door zachtere halogeniden zoals jodide in de Finkelstein-reactie.
Reactie met andere pseudohalogeniden zoals azide, cyanide en thiocyanaat is ook mogelijk. In aanwezigheid van een sterke base ondergaan alkylchloriden dehydrohalogenering om alkenen of alkynen te vormen.
Alkylchloriden reageren met magnesium om Grignard-reagentia te vormen, waarbij een elektrofiele verbinding wordt omgezet in een nucleofiele. De Wurtz-reactie combineert twee alkylhalogeniden op een reducerende manier met natrium.
Toepassing
De grootste applicatieorganochloorchemie is de productie van vinylchloride. De jaarproductie in 1985 was ongeveer 13 miljard kilogram, die bijna allemaal werd omgezet in polyvinylchloride (PVC). Bepaling van organochloorverbindingen (volgens GOST) is een proces dat niet kan worden uitgevoerd zonder speciale gestandaardiseerde apparatuur.
De meeste gechloreerde koolwaterstoffen met een laag molecuulgewicht, zoals chloroform, dichloormethaan, dichloorethaan en trichloorethaan, zijn bruikbare oplosmiddelen. Deze oplosmiddelen hebben de neiging relatief niet-polair te zijn; daarom zijn ze niet mengbaar met water en zijn ze effectief bij het reinigen, zoals ontvetten en chemisch reinigen. Deze zuivering geldt ook voor methoden voor de bepaling van organochloorverbindingen (olie en andere stoffen zijn zeer rijk aan deze verbindingen).
De belangrijkste is dichloormethaan, dat voornamelijk als oplosmiddel wordt gebruikt. Chloormethaan is een voorloper van chloorsilanen en siliconen. Historisch significant maar kleiner is chloroform, voornamelijk een voorloper van chloordifluormethaan (CHClF2) en tetrafluoretheen, dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van teflon.
De twee hoofdgroepen van organochloorinsecticiden zijn stoffen zoals DDT en gechloreerde alicyclische oplossingen. Hun werkingsmechanisme verschilt enigszins van de organochloorverbindingen in olie.
DDT-achtige verbindingen
DDT-achtige stoffen werken in op het perifere zenuwstelsel. In het natriumkanaal van het axon voorkomen ze poortsluiting na activering en depolarisatie.membranen. Natriumionen sijpelen door het zenuwmembraan en creëren een destabiliserend negatief "postpotentieel" met verhoogde zenuwprikkelbaarheid. Deze lekkage veroorzaakt herhaalde ontladingen in het neuron, hetzij spontaan, hetzij na een enkele stimulus.
Gechloreerde cyclodiënen omvatten aldrin, dieldrin, endrin, heptachloor, chloordaan en endosulfan. Blootstellingsduur van 2 tot 8 uur leidt tot een afname van de activiteit van het centrale zenuwstelsel (CZS), gevolgd door prikkelbaarheid, tremoren en vervolgens toevallen. Het werkingsmechanisme is om insecticiden te binden op de GABA-plaats in het gamma-aminoboterzuur (GABA) chloride-ionofoorcomplex, dat voorkomt dat chloride de zenuw binnendringt.
Andere voorbeelden zijn dicofol, mirex, kepon en pentachloorfenol. Ze kunnen hydrofiel of hydrofoob zijn, afhankelijk van hun moleculaire structuur.
Bifenylen
Polychloorbifenylen (PCB's) waren ooit veelgebruikte elektrische isolatoren en warmteoverdrachtsvloeistoffen. Het gebruik ervan is over het algemeen stopgezet vanwege gezondheidsproblemen. PCB's zijn vervangen door polybroomdifenylethers (PBDE's), die vergelijkbare toxiciteits- en bioaccumulatieproblemen veroorzaken.
Sommige soorten organochloorverbindingen zijn zeer giftig voor planten of dieren, inclusief mensen. Dioxines, geproduceerd door verbranding van organisch materiaal in aanwezigheid van chloor, zijn persistente organische verontreinigende stoffen die een gevaar vormen wanneer ze in het milieu terechtkomen, evenals sommige insecticiden (zoalszoals DDT).
DDT, dat halverwege de 20e eeuw op grote schaal werd gebruikt voor insectenbestrijding, hoopt zich bijvoorbeeld ook op in voedselketens, zoals de metabolieten DDE en DDD, en veroorzaakt problemen met het voortplantingssysteem (bijvoorbeeld dunner worden van eierschalen) bij sommige vogelsoorten. Sommige verbindingen van dit type, zoals zwavelmosterd, stikstofmosterd en lewisiet, worden vanwege hun toxiciteit zelfs als chemische wapens gebruikt.
Intoxicatie met organochloorverbindingen
De aanwezigheid van chloor in een organische verbinding levert echter geen toxiciteit op. Sommige organochloriden worden als veilig genoeg beschouwd voor voedsel- en drugsgebruik. Erwten en bonen bevatten bijvoorbeeld het natuurlijke gechloreerde plantenhormoon 4-chloorindol-3-azijnzuur en de zoetstof sucralose (Splenda) wordt veel gebruikt in voedingsproducten.
Vanaf 2004 zijn wereldwijd ten minste 165 organochloriden goedgekeurd voor gebruik als geneesmiddel, waaronder het natuurlijke antibioticum vancomycine, het antihistaminicum loratadine (Claritin), het antidepressivum sertraline (Zoloft), het anti-epilepticum lamotrigine (Lamictal), en inhalatiemedicijnen. verdoving isofluraan. Het is noodzakelijk om deze verbindingen te kennen om organochloorverbindingen in olie te bepalen (volgens GOST).
Bevindingen van wetenschappers
Rachel Carson bracht de pesticidetoxiciteit van DDT naar het publiek in haar boek Silent Spring uit 1962. Hoewel veel landen zijn gestopthet gebruik van bepaalde soorten organochloorverbindingen, zoals het Amerikaanse DDT-verbod, persistente DDT, PCB's en andere organochloorresiduen, worden nog steeds aangetroffen bij mensen en zoogdieren over de hele planeet, vele jaren nadat productie en gebruik werden beperkt.
In de Arctische gebieden worden bijzonder hoge concentraties aangetroffen bij zeezoogdieren. Deze chemicaliën zijn geconcentreerd in zoogdieren en worden zelfs aangetroffen in moedermelk. Bij sommige zeezoogdiersoorten, vooral die welke vetrijke melk produceren, hebben mannetjes de neiging om veel hogere niveaus te hebben, omdat vrouwtjes de concentraties verlagen door stoffen door te geven aan nakomelingen via lactatie. Ook zijn deze stoffen te vinden in olie, wat belangrijk is om te overwegen bij het bepalen van organochloorverbindingen in olie (volgens GOST). Het verwijst meestal naar pesticiden, hoewel het ook kan verwijzen naar elke verbinding van dit type.
Organochloorpesticiden kunnen worden ingedeeld op basis van hun moleculaire structuur. Cyclopentadieenpesticiden zijn alifatische ringstructuren afgeleid van Pentachloorcyclopentadieen Diels-Alder-reacties en omvatten chloordaan, nonachloor, heptachloor, heptachloorepoxide, dieldrin, aldrin, endrin, mirex en kepon. Andere subklassen van organochloorpesticiden zijn de DDT-familie en hexachloorcyclohexaanisomeren. Al deze bestrijdingsmiddelen hebben een lage oplosbaarheid en vluchtigheid en zijn bestand tegen afbraakprocessen in het milieu. Hun toxiciteit en persistentie in het milieu hebben geleid tot hunbeperking of opschorting voor het meeste gebruik in de Verenigde Staten.
Bestrijdingsmiddelen
Organochloorpesticiden zijn zeer effectief in het doden van plagen, vooral insecten. Maar veel van deze chemische producten worden door milieuactivisten en consumenten als negatief ervaren vanwege één bekend en nu verboden organochloorbestrijdingsmiddel: dichloordifenyltrichoethaan, beter bekend als DDT.
Organochloorpesticiden zijn chemicaliën met koolstof, chloor en waterstof. Zoals de Amerikaanse Fish and Wildlife Service uitlegde, zijn chloor-koolstofbindingen bijzonder sterk, wat voorkomt dat deze chemicaliën snel afbreken of oplossen in water. De chemische stof trekt ook vet aan en hoopt zich op in het vetweefsel van dieren die het consumeren.
De chemische levensduur van organochloorpesticiden is een van de redenen waarom het even effectief is als een insecticide en mogelijk schadelijk is - het kan gewassen voor een lange tijd beschermen, maar kan ook in het lichaam van een dier blijven.
Samen met DDT heeft de Amerikaanse EPA het gebruik van andere organochloorpesticiden zoals aldrin, dieldrin, heptachloor, mirex, chloordecon en chloordaan verboden. Europa heeft op dezelfde manier veel organochloorpesticiden verboden, maar in beide regio's zijn organochloorchemicaliën nog steeds actieve ingrediënten in een aantal huis-, tuin- en omgevingsproducten voor ongediertebestrijding.milieu, volgens de EPA. Organochloorpesticiden zijn ook extreem populair in ontwikkelingslanden over de hele wereld voor gebruik in de landbouw.
Of u nu landbouwgrond inspecteert om er zeker van te zijn dat deze nog steeds gevuld is met organische chloorbestrijdingsmiddelen in de zomer, of water controleert op organische chloorverbindingen, testen is de beste manier om erachter te komen of deze chemicaliën bij u in de buurt zijn. EPA-methoden 8250A en 8270B kunnen worden gebruikt om deze chemicaliën te testen. De 8250A kan afval, bodem en water testen, terwijl de 8270B gaschromatografie/massaspectrometrie (GC/MS) gebruikt.
Hoewel organochloorpesticiden het best bekend staan omdat ze het vermogen van sommige vogels om gezonde eieren te leggen schade toebrengen, is bekend dat deze chemicaliën een negatief effect hebben op mensen die pesticiden consumeren of inademen. Accidentele inademing of consumptie van besmette vis of dierlijk weefsel is de meest waarschijnlijke manier om organochloorbestrijdingsmiddelen in te nemen. Om te bevestigen dat iemand tekenen van organochloorvergiftiging heeft, wordt bloed of urine meestal naar een universiteit of overheidsinstantie gestuurd die GC/MS gebruikt om te testen op chemische verbindingen.
Tekenen van vergiftiging
Waarschuwingssignalen van toxiciteit van organochloorbestrijdingsmiddelen zijn toevallen, hallucinaties, hoesten, huiduitslag, braken, buikpijn, hoofdpijn, verwardheid en mogelijk ademhalingsproblemeninsufficiëntie volgens Matthew Wong, PhD, PhD, en Beth Israel Deaconess Medical Center, Medscape. Hoewel er een verbod is op veel van deze pesticiden in de VS en Europa, creëren hun gebruik in andere delen van de wereld en opslag in delen van de VS en Europa situaties waarin organochloorvergiftiging nog steeds mogelijk is.
Organochloorpesticiden bevatten een groot aantal persistente chemicaliën die zowel effectief zijn als wereldwijd een aanzienlijk risico met zich meebrengen.
Hoewel gehalogeneerde organische verbindingen relatief zeldzaam zijn in vergelijking met niet-gehalogeneerde verbindingen, zijn veel van dergelijke verbindingen geïsoleerd uit natuurlijke bronnen, van bacteriën tot mensen. Er zijn voorbeelden van natuurlijke chloorverbindingen die in bijna elke klasse van biomoleculen worden aangetroffen, waaronder alkaloïden, terpenen, aminozuren, flavonoïden, steroïden en vetzuren.
Organochloriden, waaronder dioxines, worden gevormd in de omgeving met hoge temperaturen van bosbranden, en dioxines zijn gevonden in de bewaarde as van bliksembranden die voorafgingen aan synthetische dioxinen. Daarnaast zijn er verschillende eenvoudige gechloreerde koolwaterstoffen, waaronder dichloormethaan, chloroform en tetrachloorkoolstof, geïsoleerd uit zeewier.
Het grootste deel van het chloormethaan in het milieu wordt op natuurlijke wijze geproduceerd door biologische afbraak, bosbranden en vulkanen. Natuurlijke organochloorepibatidine, een alkaloïde geïsoleerd uit boomkikkers, heeft een sterk analgetisch effect enstimuleert onderzoek naar nieuwe pijnstillers.
Dioxines
Sommige soorten organochloorverbindingen zijn zeer giftig voor planten of dieren, inclusief mensen. Dioxines, gevormd wanneer organisch materiaal wordt verbrand in aanwezigheid van chloor, en sommige insecticiden, zoals DDT, zijn persistente organische verontreinigende stoffen die een gevaar voor het milieu vormen. Het overmatige gebruik van DDT in het midden van de twintigste eeuw, dat zich ophoopte bij dieren, leidde bijvoorbeeld tot een ernstige achteruitgang van de populaties van sommige vogels. Gechloreerde oplosmiddelen, indien verkeerd behandeld en weggegooid, veroorzaken grondwaterverontreinigingsproblemen.
Sommige organochloriden, zoals fosgeen, zijn zelfs gebruikt als middelen voor chemische oorlogsvoering. Sommige van de kunstmatig gecreëerde en giftige organochloriden, zoals DDT, zullen zich bij elke blootstelling in het lichaam ophopen, wat uiteindelijk leidt tot dodelijke hoeveelheden omdat het lichaam ze niet kan afbreken of kwijtraken. De aanwezigheid van chloor in een organische verbinding zorgt echter op geen enkele manier voor toxiciteit. Veel organochloorverbindingen zijn veilig genoeg voor voedsel- en drugsgebruik.
Erwten en bonen bevatten bijvoorbeeld het natuurlijke gechloreerde plantenhormoon 4-chloorindol-3-azijnzuur (4-Cl-IAA) en de zoetstof sucralose (Splenda) wordt veel gebruikt in voedingsproducten. Vanaf 2004 minimaal 165organochloorverbindingen voor gebruik als farmaceutisch middel, waaronder het antihistaminicum loratadine (Claritin), het antidepressivum sertraline (Zoloft), het anti-epilepticum lamotrigine (lamiktal) en het inhalatie-anesthesiemiddel isofluraan.
Rachel Carson openen
Met Silent Spring (1962) vestigde Rachel Carson de publieke aandacht op het probleem van organochloortoxiciteit. Hoewel veel landen het gebruik van sommige soorten van deze verbindingen hebben uitgefaseerd (zoals het Amerikaanse verbod op DDT als gevolg van het werk van Carson), worden nog steeds vele jaren na productie. Het gebruik ervan is beperkt.
Organochloorverbindingen (volgens GOST) zijn opgenomen in de lijst met stoffen die gevaarlijk zijn voor de mens.
