氯代苯化合物的安全性研究

氯代苯是指氯原子取代多個氫原子之后的有機化合物。它廣泛分布于空氣、土壤、地下水、地表水和海洋。氯代苯及其衍生物是化工、醫藥、制革、電子等行業廣泛應用的化工原料、有機合成中間體和有機溶劑,氯代苯因其重要的商業價值而被大量生產使用,大多數在環境中高度持留,隨著大量氯代苯通過各種途徑進入到環境中,人們逐漸認識到這類化合物對生態環境和人體健康的危害。氯代苯類化合物具有強烈的致癌、致畸、致突變作用,以高毒性、持久性和生物蓄積性成為人們關注的焦點。2001年5月23日包括中國在內的92個國家的環境部長或高級官員在斯德哥爾摩代表各自政府簽署了《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》,其中提到首先消除的12種對人類健康和自然環境特別有害的持久性有機污染物中就包括氯代苯類化合物——六氯代苯。1氯代苯的性質氯代苯是苯分子中的氫原子被氯原子取代后生成的化合物,其通式為C6HnCl6-n(n=0～5),共有12種不同取代方式的化合物。它們的熔點、沸點隨分子中氯原子數目的增加而升高,水中溶解度很小,但能溶于很多有機溶劑,有些可以直接作為溶劑使用。氯代苯大都具有一種特殊氣味,一般都難燃或不燃。氯代苯刺激性強、易被皮膚吸收,具有強烈的致癌、致畸、致突變作用,以高毒性、持久性和生物蓄積性引起了人們高度重視。氯代苯類化合物還具有一定的麻醉性(當鄰二氯苯平均體積分數高于10-3時,可能會致命),能刺激呼吸器官、損害中樞神經系統,引起神經障礙,在體內積累會逐漸損壞肝、腎等器官,在潮濕環境中還有一定的腐蝕作用。2氯代苯基巴比妥的毒性2.1化合物結構的影響由于氯原子具有很強的電負性,其可以與碳原子形成很強的鍵,因此很多情況下用氯原子取代與碳成鍵的氫原子可以增加分子的惰性,因此增加了分子在環境中的持久性;另外,有機化合物中的氯原子與水等氫原子供體形成氫鍵的能力很弱,當氯原子與芳香體系中的碳原子成鍵時尤為明顯,這使氯代苯化合物疏水性更強,更容易到生物等有機相中,這也是很多農藥為什么含有一個或多個鹵原子的原因之一。下面通過引入正辛醇-水分配系數來研究氯代苯化合物的結構與毒性的關系。2.1.1計算模型及結果在毒理學研究中,正辛醇-水分配系數是最普通的理化參數,隨著正辛醇-水分配系數的增大,毒性也將增大,而正辛醇-水分配系數與分子結構有著直接的關系。下面根據Meylan和Hawarg(1995)建立的原子/碎片貢獻法(AFT法)估算氯代苯類化合物在25℃的lgKiow值,該估算方法只須根據如下方程將所有碎片常數fk和校正因子Cj簡單加和即可lgKiow=∑knk?fk+∑jnj?cj+0.23lgΚiow=∑knk?fk+∑jnj?cj+0.23式中:nk,nj——k,j種碎片的個數fk——碎片常數cj——校正因子根據以上模型,對氯代苯的計算結果見表1。由表1對氯代苯類化合物的正辛醇-水分配系數計算值和實驗值對比可知,該模型可以較好地用來估算氯代苯化合物的正辛醇-水分配系數。結果顯示,隨著分子中取代氯原子的增加,所估算的正辛醇-水分配系數成增大的趨勢,所以氯代苯類化合物對微生物的毒性也隨之增加。以下列出了氯代苯類化合物對酵母菌、發光菌、呆頭魚、大鼠的毒性,該實驗數據也說明了隨著氯原子數目的增加毒性隨之增大(見表2)。由上述氯代苯類化合物對四種生物的毒性可知,化合物中取代基的多少對生物的毒性有重要影響,隨著取代基個數的增加,化合物毒性增強,如1,2,4-三氯苯>鄰二氯苯>氯苯。此外,取代基的相對位置對化合物的毒性也有一定影響。2.1.2電取代反應時間苯是一種具有特殊構造的不飽和環狀六碳烴,由6個sp2雜化的碳原子組成,形成由環狀大π鍵組成的共軛體系。親電取代反應時間可在鄰位、間位和對位上進行。以二氯代苯為例,可生成3種異構體。見表3列出了3種二氯代苯對冬小麥、油菜的致死濃度和半致死濃度,從中可見鄰位致死濃度最低,它的毒性明顯地大于其它兩種分子量相同的氯代苯。可見相同取代基個數的氯代苯其濃度相同時,毒性與氫原子被取代的位置有關,鄰位最大,間位次之,對位最小。2.2氯代苯基巴比妥的毒性2.2.1苯對小鼠的毒性氯代苯類化合物進入水體后,通過食物鏈進入水生動物以及高等水生動物體內,魚類及水中的無脊椎動物均可將氯代苯化合物蓄積于體內,從而產生很強的生物毒性。研究表明,氯代苯能顯著影響性激素的合成與釋放及其正常生理功能,并對高等水生動物胚胎發育有明顯的抑制作用,造成胚胎發育畸形甚至死亡。由Carlson研究的1,2,4-三氯苯對小魚的毒性表明,1,2,4-三氯苯濃度為920μg/L時接近致死閾值,小魚的半數致死濃度(LC50)為2760μg/L(1,2,4-三氯苯為96-h);當1,2,4-三氯苯(96-h)為4340μg/L時,20條小魚中有19條死亡,當1,2,4-三氯苯(96-h)為1670μg/L或以下時,全部實驗小魚均存活。2.2.2大白鼠肝、腎、臟器健康危險因素殷昌碩等用TCB(1,2,4-TCB占74%,1,2,3-TCB占25.8%,1,3,5-TCB<0.1%)作小白鼠、大白鼠的經口急性毒性,結果小白鼠LD50為721.5mg/kg,大白鼠LD50為955.5mg/kg。實驗動物短期接觸1,2,4-TCB可引起肝、腎、甲狀腺的毒性。大鼠接觸1,2,4-TCB3天后,可引起體重增長緩慢或降低,肝臟、腎臟重量增加,大鼠在給藥后72小時即可引起肝臟重量的增加,9天后仍可顯示肝臟臟器系數的增加。據Rimington報導,以1,2,4-TCB對雄性Albino大鼠經口染毒15d可見肝腫大,肝卟啉癥,高劑量組(730mg/kg)還出現嚴重的肝壞死及肝內脂肪變性。在氯苯的同系物中,1,2,4-三氯苯對肝臟的毒性是最大的。2.2.3人體毒性2.2.3.氯代苯磺酸鹽的分布氯代苯可以通過呼吸道、皮膚和消化道進入人體,其中皮膚是常見和最危險的進入途徑。此類物質被吸收后,主要分布和蓄積于脂肪組織、神經組織及肝、腎等中性脂肪內。氯代苯在較短時間內急劇增加并超過一定濃度作用于人體時,可引起感官和生理機能的不良反應,導致人群急性中毒甚至死亡。急性中毒一般多在吸收毒性物質后半小時發病,輕者頭疼、頭暈、視力模糊、惡心、嘔吐、流涎、腹痛、四肢無力;重者可見大汗淋漓、震顫、抽搐、昏迷等。2.2.3.慢性感染反應環境中的氯代苯通過胃腸道進入機體,經腸道吸收后,一部分可隨糞便和乳汁等排出體外,但由于氯代苯具有高脂溶性的特點,對脂肪和類脂質有較大的結合力,所以不能排出的氯代苯就蓄積在體內組織中,所造成的損害也逐漸積累,此時表現為慢性中毒。氯代苯在體內的分布和蓄積常與器官組織中的脂肪含量成正比,當環境中的氯代苯濃度較低且長期反復作用于人體,可使機體抵抗力低下,人群中慢性疾病的發病率和死亡率將增加。慢性中毒癥狀的表現最常見的是神經衰弱綜合征,如頭疼、頭暈、失眠、食欲減退、乏力、易激動、多汗、心悸等。岳葆芳和吳學霖對天津市某化工廠農藥車間三氯苯作業的工人進行了健康檢查,用氣相色譜法對車間空氣中三氯苯濃度進行了測定,結果:接觸組(氯苯平均濃度為8.0mg/m3)大部分工人以神經衰弱癥狀為主,其中失眠人數占55.6%,記憶力減退人數占38.9%;其次表現為眼部刺激癥狀,流淚人數占38.9%,80%的接觸組工人有角膜點狀損傷,36名受檢工人都有結膜炎及充血;體征主要為皮膚損害,多為黑頭粉刺、皮膚粗糙、毛細血管擴張和色素沉著;口腔檢查發現1/3的工人有齒齦炎。對照組人員上述各項檢查均為正常。范來富等對沈陽市某接觸氯苯生產車間的52名工人和未接觸的52名對照組進行了臨床體檢和實驗室檢查,結果表明,長期接觸的工人有神經衰弱癥狀,并有頭暈、失眠、胸悶、氣短、咳嗽、手足麻木、關節疼痛等;血細胞檢驗查明,接觸組紅細胞減少,平均體積和壓積均下降;另外,接觸組白細胞總數下降,而淋巴細胞數增多。2.2.3.干擾物質或環境激素氯代苯由于具有干擾人類及野生動物的內分泌系統的作用,亦被稱為環境內分泌干擾化學物質或環境雌激素。近年來的隱睪癥、尿道下裂、子宮內膜異位、兩性人、發育不全等發病率的上升、女孩青春期的提前等,都被認為與環境內分泌干擾化學物質的環境污染