Хемодинамика зага ђ ивача- предавање 6

1. Хемодинамика загађивача- предавање 612. ХЕМОДИНАМИКА ДИОКСИНА- полихлоровани дибензо[1,4]диоксини (PCDD) скраћено диоксини- употреба назива “диоксини” није једнозначна, може да збуни - важни загађивачи са дугом, често различитом предисторијом - скраћено име због тога што се могу посматрати као деривати [1,4]диоксина који је стабилизован са два бензенова прстена- формално, диоксини су полихлоровани ароматски диетри- сви PCDD сличне хемијске структуре, хемијских, биолошких и особина са становишта животне средине- први PCDD (полихлоровани дибензо[1,4]диоксин)је синтетисан у лабораторији 1872.- никада нису добијани намерно и немају употребну вредност

2. Хемодинамика загађивача- предавање 6- диоксини се, опште узевши, стварају као нежељени производи реакција у којима учествује хлор (производња 2,4-D и 2,4,5-Т) и сагоревања - диоксини почели да се проучавају због веома високе токсичности неких својих чланова - нпр. 2,3,7,8тетрахлородибензо[1,4]диоксин (2,3,7,8-TCDD или само TCDD) на неке лабораторијске животиње - као и PCB-јеви и диоксини се обично налазе у смеси- раширено присуство, обично у малим количинама- њима слични и разматрају се овде и полихлоровани дибензофурански (PCDF) деривати

3. Хемодинамика загађивача- предавање 6Номенклатура- диоксини су полихлоровани деривати дибензо[б,е][1,4] диоксинa- [1,4] диоксин- ознака за средњи прстен трицикличне структуре- [б,е] указује на стране диоксинског прстена на којима су фенилне групе- иако у имену 1,4 остаје, атоми О у прстену имају ознаке 5 и 10- 75 хлорисаних диоксанских деривата, од монохлорних изомера до октахлородибензо[1,4]диоксина - Cl на позицијама 1-4 и 6-9, бројеви се дају узлазним низом- слично обележавање и полихлорованих дибензофуранских (PCDF) деривата- обично су они присутни у мањим концентрацијама од PCDD

4. Хемодинамика загађивача- предавање 6Извори загађења животне средине- два суштинска извора диоксина- хемијски процеси који укључују хлор (1.) и процеси сагоревања (2.) - 1. стварање органохлорних производа, бељење пулпе у индустрији папира као и други индустријски процеси- производња неких органохлорних једињења може довести до стварања PCDD и PCDF као споредних производа- пример: синтеза 2,4,5-трихлорофеноксисирћетне киселине- два феноксидна молекула могу да створе 2,3,7,8-TCDD- што је виша температура, ствара се више диоксина- сличне феноксикисeлине попут MCPA (2-метил-4-хлорофеноксисирћетна киселина) и 2,4-D (2,4-дихлорофеноксисирћетна киселина) могу такође да садрже трагове диоксинских конгенера

5. Хемодинамика загађивача- предавање 6- неопходно током синтезе имати фенол или хлоровани фенол и базну средину, тј. феноксид- хлоровани феноли се користе као фунгициди, инхибитори буђи, антисептици, дезинфекциона средства и реактанти у индустрији коже

6. Хемодинамика загађивача- предавање 6- било да се добијају хлоровањем фенола или алкалном хидролизом хлорбензена, могу да садрже диоксине- о-халогеновани феноли, структуре које их садрже, или једињења која се добијају уз њихову помоћ, садрже најчешће диоксине- о-халогеновани феноли садрже више диоксина као примеса од п- и м-, поготово ако се реакција одвија при високим Т°, у алкалној средини или у присуству слободних халогена- РСВ често садрже PCDF-ове као примесе настале током производње- бељење пулпе хлором може да доведе до стварања диоксина који настају из фенолних стрктура лигнина- диоксини могу да се нађу у папиру, али и у отпадним водама из индустрије папира, карактеристични су за ову грану индустрије- обично доминирају 2,3,7,8-TCDD или TCDF

7. Хемодинамика загађивача- предавање 6

8. Хемодинамика загађивача- предавање 6- коришћење алтернативних средстава за бељење (ClO2, H2O2) може да битно смањи ниво диоксина- и други индустријски процеси могу да доведу до стварања диоксина (висока Т°, присуство, чак и случајно, хлорних једињења)- примери: топљење металних отпадака са примесама PVC-а, хлоралкални процес (добијање Cl уз коришћење графитне електроде)- 2. процеси сагоревања: добијају се различити конгенери, зависе од Т° и онога што сагорева и/или горива- ови процеси су извор око 80% укупних количина диоксина- контрола процеса сагоревања смањује њихов удео- добијају се при сагоревању отпада, у ТЕ, у пожарима у којима учествују органохлорна једињења (и РСВ), чак и када гори вегетација код које су коришћени хербициди који садрже феноксисирћетну киселину

9. Хемодинамика загађивача- предавање 6- такође и емисије из возила, поготово код оловних бензина који често садрже адитив 1,2-дихлоретан- присуство диоксина након сагоревања је могуће ако су били присутни у материјалу који сагорева и остали неизмењени, ако су настали из органохлорних прекурсора који су били у материјалу који сагорева….

10. Хемодинамика загађивача- предавање 6-….и ако су настали реакцијом нехлорних орг. молекула и хлоридних јона на високој Т° - последња ставка указује да су диоксини били и присутни и пре антропогених утицаја (шумски пожари и хлоридни јони)- анализа земљишта из 1840-тих, чилеанских мумија старих 2800 и ескимских старих 400 година то потврђују

11. Хемодинамика загађивача 6- код Ескима ррt хепта- и окта-хлорованих деривата- последица сагоревања дрвета или нафте- претпоставља се ипак да су највеће количине антропогеног порекла- први пут ненамерно добијени као нус производи 1848. у Немачкој, прва синтеза 1872. - до 1940. у Америци мало, после тога ↑ [диоксина] у седиментима- у Вијетнамском рату Американци користили тзв. “Agent Orange” - коришћен десет година, као дефолијант, у Вијетнаму, источном Лаосу и деловима Камбоџе- циљ био спречавање листања шума и опадање лишћа, како би герила изгубила могућност за скривање- други циљ била насилна урбанизација- сам хербицид био смеса 2,4,5-Т и 2,4-D- ТCDD настајао као споредни производ приликом синтезе 2,4,5-Т

12. Хемодинамика загађивача- предавање 6- произвођачи повишавали температуру при синтези како би убрзали производњу- повећање температуре доводило и до повећане синтезе ТCDD- током рата око 75.000.000 литара хербицида коришћено- око 12% територије Јужног Вијетнама било под ударом, концентрације TCDD биле неколико стотина х веће од дозвољених- око 20% укупних шума у Јужном Вијетнаму барем једном запрашено, запрашиване и пољопривредне површине- ≈ 42% искоришћених хербицида1965. било за пољопривредне п. - резултати: градско становништво порасло са 2,8 милиона (1965.) на 8 милиона (1971.), 4,8 милиона људи било изложено хербицидима, око 400.000 умрло или остало трајно оштећеног здравља500.000 деце рођено са дефектима

13. Хемодинамика загађивача- предавање 6- ово је била најпознатији, али не и једини случај штетног дејства диоксина - 1949., 240 људи у Монстантовој фабрици 2,4,5-Т у С.А.Д. било отровано - 1963., облак диоксина емитован у атмосферу након експлозије у фабрици близу Амстердама. Фарбика толико загађена да је расформирана, делови “запаковани” у бетон и бачени у океан- од 1965. до 1968. долазило до континуираног загађивања у околини фарбике 2,4,5-Т у Нератовицама (Чехословачка)- производња заустављена због здравствених проблема радника- 2002. велике количине диоксина које је у 70-тим годинама доспело у земљиште, из земљишта, током поплаве, спране у Елбу- исте године измерене [] диоксина 15х веће од ЕУ стандарда- 2004. [] диоксина у крви становништва 2х веће од контролне групе- процена да је ризик од канцерогених оболења и данас 100х већи

14. Хемодинамика загађивача- предавање 6- 1976. велике количине диоксина емитоване у индустријском инциденту у Севесу (Италија)- до 2001. највећа позната изложеност градског становништва - 11.9.2001., висока [] диоксина у прашини која је створена у терористичком нападу у Њујорку- U.S. E.P.A. окарактерисала као највећу познату концентрацију у животној средини- 2004. најпознатији појединачни случај, украјински политичар Виктор Јушченко изложен високој дози диоксина- у децембру 2008. [] нађене у ирској свињетини биле 80-200 хвеће од дозвољених- сви производи од свињског месапореклом из Ирске повучениу земљи и свету

15. Хемодинамика загађивача- предавање 6- у јануару 2011. око 4700 немачких фарми прекинуло испоруке - разлог: повећана [] диоксина у сточној и живинској храни и јајима- и у овом и у ирском случају, вероватно није дошло до загађења диоксинима, већ је приликом обраде и припреме животињске хране дошло до загађења РСВ-јевима који су се претворили у диоксине при повишеној температури- загађење хране могуће и на другачији, једноставнији начин

16. Хемодинамика загађивача- предавање 6Физичке и хемијске особине диоксина- особине диоксина сличне РСВ- безбојне чврсте супстанце са ↓ испарљивошћу и растворљивошћу у води са ↑ масе- КОW расте са растом масе (4,20-8,20)Неке физичке особине 2,3,7,8-тетрахлородибензо[1,4] диоксинамолекулска тежина 322log КOW6,80 (DDT)растворљивост у води (mol/m3) 6х10-8растворљивост у метанолу (mol/m3) 3х10-2растворљивост у бензену (mol/m3) 1,8напон паре на 25 °C (Pa) 2х10-7Хенријева константа (Paxm3/мol) 3,34тачка топљења (K) 578температура распадања (К) > 973

17. Хемодинамика загађивача- предавање 6Расподела у животној средини- диоксини су одвајкада присутни у траговима- данас чешће у индустријским зонама- асоцирани са честицама које се емитују при сагоревању могу опстати дуже време у атмосфери и то објашњава њихову распрострањеност- у поређењy са РСВ веће количине диоксина остају у тропосфери везане за честице- са порастом супституисаности расте и количина диоксина везана за честице- окта комплетно- за диоксине (и PCDF-ове) је фототрансформација је много важнија него за РСВ- диоксини апсорбују много више на вишим таласним дужинама од РСВ

18. Хемодинамика загађивача- предавање 6- са растом супституисаности расте и дужина и све се више преклапа са соларном емисијом што води и већој реактивности- за реакцију “правог” диоксина са OH*, процењено време живота је 7 сати, а за 2,3,7,8-TCDD око три дана (краће него за РСВ-јеве)- реакција OH* са молекулима попут диоксина је комплексна- први корак је обично адиција OH* на ароматски прстен - производи могу бити хидроксилни деривати - могуће и отварање прстенова- као и РСВ и диоксини постају мање растворни у води са растом броја Cl- са растом броја Cl расту и тачка топљења и кључања- у водама ова једињења испаравају или се сорбују за дно и суспендоване честице и подлежу фототрансформацији у горњим слојевима воденог тела у којима светлост продире

19. Хемодинамика загађивача- предавање 6- полуживот за фототрансформацију 2,3,7,8-TCDD у површинским водама лети на 40° N лети је око 6 дана- C-Cl веза код диоксина је отпорна на хидролизу- због слабе растворљивости и високе KOW вредности ова једињења су углавном налажена сорбована за дно у близини места испуштања, а октадериват је најчешћи конгенер- транспорт рекама диоксина је последица десорпције и сорпције низводно као и померања самог седимента- диоксини се апсорбују за органску фракцију земљишта- највећа сорпција великих, више хлорисаних конгенера - мобилност зависи од ρ и влажности земљишта, али и од хидрофобности конгенера- највећи најмање мобилни- унутар земљишта- микробиолошка трансформација

20. Хемодинамика загађивача- предавање 6- диоксигеназа- неопходни суседни нехлорисани атоми- више супституисани деривати отпорнији према мб деградацији- могу да се трансформишу под анаеробним условима- процес-редуктивна дехалогенација- замена Cl H из H2O- хекса-пента-тетра-….у анаеробним седиментима или приликом анаеробних процеса у канализационим муљевима

21. Хемодинамика загађивача- предавање 6- производи су мање хлорисани- лакше се аеробно мб трансформишу од оригинала- сисари користе MFO систем, који је у принципу монооксигеназни- формира се епоксидни прстен- несупституисани диоксини могу да прођу кроз слични процес, али 2,3,7,8-TCDD је релативно отпоран

22. Хемодинамика загађивача- предавање 6

23. Хемодинамика загађивача- предавање 6Токсичност- диоксини: као и РСВ и конгенери диоксина имају различиту токсичност, најотровнији 2,3,7,8-TCDD - међу фурановим дериватима 2,3,4,7,8-PCDF- 2,3,7,8-TCDD је мечу најтоксичнијим једињењима које је човек икада направио- токсини тетануса и ботулизма су токсичнији по критеријуму минималне леталне дозе- акутна токсичност 2,3,7,8-TCDD битно различита за различите организме- гвинејска прасад најосетљивија, ракови релативно отпорни, а мишеви, пацови и зецови између- људи мање осетљиви: ипак хемичари који су радили на првој објављеној синтези завршили у болници

24. Хемодинамика загађивача- предавање 6- 2,3,7,8-TCDD има одложено смртно дејство - након једнократне дозе прво се губи тежина, а тек након више дана или недеља долази до смрти- обично је јетра главни орган који је нападнут- 2,3,7,8-TCDD се веже за растворни интрацелуларни протеин који се не веже за мембрану- Ah рецептор- протеин који изазива да организам постане екстремно осетљив према присуству ароматичних угљоводоника- 2,3,7,8-TCDD оптимално одговара везујућем месту протеина, јако се веже, други PCDF и РСВ мање одговарају - мање се јако се вежу и мање су токсични- овај рецептор је нађен код сисара (укључујући човека) и неких риба

25. Хемодинамика загађивача- предавање 6- иако постоји мала структурна разлика протеина између различитих организама, она не објашњава различиту токсичност- након везивања долази до слабо објашњене промене структуре и комплекс се помера у једро ћелије и везује за ДНК, тј. место на ДНК са специфичним афинитетом- ова локација у ДНК је изнад гена који кодира цитохром П450- везивање индукује транскрипцију мРНК која управља синтезом цитохрома П450- цитохром П450 катализује биотрансформацију многих липофилних супстанци, укључујући хормоне, масне киселине, неке лекове и угљоводонике укључујући ПАУ- међутим интеракција цитохрома П450 и ПАУ може довести до стварања интермедијера који су реактивни или могу да исказују токсичност интерагујући са различитим молекулима у различитим органима

26. Хемодинамика загађивача- предавање 6- овај механизам објашњава закаснело дејство - иако 2,3,7,8-TCDD индукује биотрансформацију других једињења, сам је резистентан- најновији екперименти показују да везивање комплекса за ДНК нарушава структуру ДНК и чини је прихватљивијом за везивање других протеина који индукују стварање других ензима- зна се да 2,3,7,8-TCDD индукује стварање и других ензима, али стварање неких може а и да супресује- дебата да ли изложеност диоксинима попут 2,3,7,8-TCDD резултира раком или дефектима на нерођенима- иако постоје епидемиолошки налази, тешко је проценити да ли повећан број случајева потиче од диоксина или изложености другим хемикалијама

27. Хемодинамика загађивача- предавање 6- у сваком случају повећана изложеност доводи до оштећења јетре, нерава и хлоракни- како су диоксини липофилни, могу се гомилати у масном ткиву, салу, млеку дојиља….- октахлор дериват је обично најчешћи y млеку дојиља- око 90 % диоксинске изложености код људи потиче од хране- деца која су дојена често примају веће количине диоксина од оне за коју су одрасли људи толерантни (нормализовано на тежину)

28. Хемодинамика загађивача- предавање 6- тек са око 8-10 година се изједначава ниво [] диоксина код деце која се доје и оне која се не доје- диоксини присутни и у дуванском диму- један од разлога: коришћење пестицида који садрже хлор у производњи дувана, и процеси бељења цигарет папира- биоакумулација у масним ткивима, ТCDD има период полуживота од 8 година код човека- једна од последица изложености- више женске деце

29. Хемодинамика загађивача- предавање 6- диоксини у природи су обично смеса, па је тешко проценити штету, она зависи од састава - тешко је и поредити две различите смесе- I-TEF- International Toxic Equivalence Factor- токсична мера конгенера поређена са истом мером за 2,3,7,8-TCDDI-TEF= EC50 (2,3,7,8-TCDD) / EC50 (одређени конгенер)I-TEF вредност за 2,3,7,8-TCDD је једнака 1 - за остале мања- за смесе или утицај у организмy toxic equivalent (TEQ): TEQ= I-TEF x C- не треба заборавити да не мора код свих да буде исти механизам деловања - интерактивност не мора да буде и синергијска- дакле, ТЕQ крајње условна вредност

30. Хемодинамика загађивача- предавање 6- разликују се вредности за сисаре, птице и рибе- вредности за сисаре се користе и за човекаI-TEF вредности за неке диоксине, PCDF, РСВI-TEF I-TEF2,3,7,8 д.1 окта ф0,0012,3,4,7,8 д.0,5 3,3’,4,4’ 0,011,2,3,4,7,8 д. 0,12,3,3’,4,4’0,0011,2,3,4,6,7,8 д. 0,01 3,3’,4,4’,5 0,1окта д. 0,001 3,3’,4,4’,5,5’ 0,052,3,7,8 ф.0,1 2,3,3’,4,4’,5 0,0012,3,4,7,8 0,5

31. Хемодинамика загађивача- предавање 6