47220

Методика восстановления динитроароматических соединений и токсикологическая оценка их производных

Дипломная

Химия и фармакология

В результате проведенного токсикологического эксперимента с использованием тест-объектов Ceriodaphnia affinis и на смешанной культуре водорослей (Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda), были установлены закономерности их токсичности от строения химического вещества.

Русский

2013-11-24

1.58 MB

5 чел.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова»

(ЯрГУ)

Кафедра органической и биологической химии

           «Допустить к защите»

                           Зав. кафедрой: д.х.н., проф.

    ___________________Орлов В.Ю.

   «_____»_________________2012 г.

Дипломная работа

«Методика восстановления динитроароматических соединений и токсикологическая оценка их производных»

                               Руководитель: к.х. н.,доц.

___________________Бегунов Р.С.

«_____»_________________2012 г.

Студент группы Б-51

__________________Лобанов Р.А.

«_____»_________________2012 г.

Ярославль 2012

Реферат

Объем 84 ст.,22 схемы,2 диаграммы, 12 таблиц, 5 рисунков, 86 источников

Ключевые слова: восстановление, селективность, аминоароматические соединения, ультразвук, сульфат железа (ІІ), 2,4-динитротолуол,2,4-динитрохлорбензол, биотестирование, Ceriodaphnia affinis, смешанная культура Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda.

Объект исследования: динитроароматические соединения; тест-объекты, используемые для биотестирования: Ceriodaphnia affinis, смешанная культура Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda.

Цель работы: создание эффективного, экологически безопасного и ресурсосберегающего метода селективного восстановления динитроароматических  соединений.

Задачи:

  1.  Выбор восстанавливающего агента;
  2.  Исследование селективности процесса восстановления;
  3.  Идентификация продуктов реакций;
  4.  Освоение методик проведения токсикологического теста на Ceriodaphnia affinis и на смешанной культуре водорослей (Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda) для оценки степени токсичности исследуемых соединений;
  5.  Определение летальной концентрации веществ, вызывающую гибель 50 % тест-организмов (LC50).

Краткая аннотация полученных результатов

В данной работе были исследованы закономерности селективного восстановления динитроаренов металлами переменной степени окисления в бинарной системе под действием ультразвука.

В качестве восстанавливающих агентов применялись хлорид олова (II), хлорид титана (III), сульфат железа (ІІ) в среде различных растворителей. При этом, при использовании сульфата железа (ІІ) наблюдается наиболее высокий выход продукта.

Установлено, что более реакционно-способной в реакции селективного восстановления динитроароматического соединения хлоридами и сульфатами металлов переменной степени окисления является орто-нитрогруппа.

Предложена методика селективного восстановления динитроаренов в бинарных системах под действием ультразвука.

На примере 2,4-динитрохлорбензола установлено, что при использовании в качестве восстановителя свежеприготовленного сульфата железа (ІІ),в качестве растворителя изо-бутилового спирта под действием ультразвука, выход орто-изомера составил 75,4% (по данным газожидкостной хроматографии).

В результате проведенного токсикологического эксперимента с использованием тест-объектов Ceriodaphnia affinis и на смешанной культуре водорослей (Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda), были установлены закономерности их токсичности от строения химического вещества.

Содержание.

Введение………………………………………………………………………..…………………..6

1. Литературный обзор…………………………………………………………..……………...…7

1.1. Существующие подходы к синтезу нитроанилинов…………….………………..7

1.2. Селективность процесса восстановления………………………….……………..16

1.3. критерии токсичности……………………………………………………..……....22

1.3.1. Понятие токсичности…………………………….………………………………22

1.3.2. Методы опредиления токсичности веществ……………………….…………..25

1.3.3. Биотестовый метод определения токсичности веществ…………………...….26

1.3.3.1. Тест-объекты, используемые для биотестирования………….………………29

1.3.4. Химическое строение и действие токсических веществ………………………31

1.3.5. Пути проникновения в организм………………………………………………...32

1.3.6.Токсичность некоторых нитро- и аминоароматических соединений………….33

2. Результаты и обсуждения………………………...…………………………………………….41

2.1. Акустическое воздействие на бинарную систему и селективное восстановление динитроарен……………………………………………………………………………...41

2.2.Токсикологический эксперимент…………………………………………………...49

2.2.1. Экспериментальные данные по биологической активности амино- и динитроарен……………………………..……………………………………………….51

2.2.1.1. Эксперимент на цериодафниях……………………………………...…………51

2.2.1.2. Эксперимент на водорослях……………………………………………………57

2.2.2. Значение липофильности для нитросоединений и анилинов…………………..63

3. Экспериментальная часть………………………………………………………………………64

3.1.Методика проведения селективного восстановления динитроароматических соединений под действием ультразвука………………………………………………..64

3.2. Эксперимент на Ceriodaphnia affinis

Цериодафнии как тест-объект для токсикологических исследований……………….67

3.2.1. Методика проведения острого опыта на Ceriodaphnia affinis……………...…..68

3.2.2. Обработка и оценка результатов эксперимента на Ceriodaphnia affinis……....70

3.3. Эксперимент на смешанной культуре Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda…………………………………………………………………………………………71

3.3.1. Методика проведения острого опыта на смешанной культуре Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda………………………………………………………………………71

3.3.2. Обработка и оценка результатов эксперимента на Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda……………………………………….………………………………..73

3.4. Статистическая обработка результатов……………………………………………74

Приложение………………………………………………………………...………………………76

Выводы………………………………………………………………………………..……………79

Литература……………………………………...…………………………………………………..80

Введение.

В настоящее время для интенсификации и повышения эффективности протекания химических реакций, приводящих к ценным органическим продуктам, используют различные подходы, включая гомо- и гетерогенный, межфазный, мицеллярный катализ, инициаторы, ультрафиолетовое излучение, высокое давление и многие другие физические воздействия.

Таким образом, наиболее актуальным является поиск новых способов осуществления химических превращений, обладающих рядом преимуществ, а именно: возможность проведения синтеза в более мягких условиях (низкая температура, без использования катализаторов и агрессивных сред), селективность процесса, облегчение выделения продуктов реакции, а так же снижение общего оперативного времени проведения реакций.

В последние годы достигнуты большие успехи в создании разных конструкций эффективных генераторов ультразвука, в связи с чем наблюдается повышенный интерес к использованию ультразвукового излучения для интенсификации различных химических реакций.

Поэтому, цель данной работы - создание эффективного, экологически безопасного и ресурсосберегающего метода селективного восстановления динитроароматических  соединений.

В связи с чем были поставлены следующие задачи:

1) Выбор восстанавливающего агента;

2) Исследование селективности процесса восстановления;

3) Идентификация продуктов реакций;

4) Освоение методик проведения токсикологического теста на Ceriodaphnia affinis и на смешанной культуре водорослей (Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda) для оценки степени токсичности исследуемых соединений;

5) Определение летальной концентрации веществ, вызывающую гибель 50 % тест-организмов (LC50).

Создание экологически безопасного, дешевого, а так же ресурсосберегающего способа проведения селективного восстановления металлами переменной степени окисления нитроароматических веществ является ведущей задачей современной  химической промышленности.

1.Литературный обзор

1.1 Существующие подходы к синтезу нитроанилинов.

Процессы получения ароматических соединений, содержащих одновременно нитро- и аминогруппы, в том числе нитроанилинов, представляют как теоретический, так и практический интерес.

(1)

Этот класс ароматических соединений включает в себя большой ряд практически ценных продуктов моногоцелевого назначения. Они используются при получении лекарств [70], красителей [71,72] и др.. Кроме того, отработка эффективных методологий синтеза соединений, содержащих подобные разнообразные функции (нитро-, аминогруппа, галогены и др.) является весьма актуальной для современного органического синтеза, поскольку служит базисом для инструментария при получении широких рядов заданных структур и их модификации.

На сегодняшний день для синтеза нитроанилинов используется целый набор методов.

Нитрогруппа отличается высокой стабильностью по отношению к электрофильным реагентам и разнообразным окислителям. Большинство нуклеофильных агентов за исключением литий- и магнийорганических соединений, а также литийалюминийгидрида не действуют на нитрогруппу. Нитрогруппа относится к числу превосходных нуклеофильных групп в процессах активированного ароматического нуклеофильного замещения (SNAr). Так, например, нитрогруппа в 1,2,4- тринитробензоле легко замещается под действием гидроксид-, алкоксид-ионов или аминов.

(2)

Наиболее важной реакцией ароматических нитросоединений является восстановление их до первичных аминов. Эта реакция была открыта в 1842 году Н.Н.Зининым, который впервые восстановил нитробензол до анилина действием сульфида аммония [1].

В настоящее время для восстановления нитрогруппы в аренах до аминогруппы в промышленных условиях применяется каталитическое гидрирование. В качестве катализатора используют медь на силикагеле в качестве носителя. Катализатор готовят нанесением карбоната меди из суспензии в растворе силиката натрия и последующим восстановлением водородом при нагревании. Выход анилина над этим катализатором составляет 98 %.

 

(3)

Иногда в промышленном гидрировании нитробензола до анилина в качестве катализатора используют никель в комбинации с оксидами ванадия и алюминия. Такой катализатор эффективен в интервале 250-300о и легко регенерируется при окислении воздухом. Выход анилина и других аминов составляет 97-98 %. Восстановление нитросоединений до аминов может сопровождаться гидрированием бензольного кольца. По этой причине для получения ароматических аминов избегают использовать в качестве катализаторов платину, палладий или никель Ренея.

Другим методом восстановления нитросоединений является восстановление металлом в кислой или щелочной среде. Восстановление нитрогруппы до аминогруппы происходит в несколько стадий, последовательность которых сильно различается в кислой и щелочной среде. Рассмотрим последовательно процессы, протекающие при восстановлении нитросоединений в кислой и щелочной среде.

В качестве восстановителя применяют железо, олово, цинк и соляную кислоту. Эффективным восстановителем нитрогруппы является хлорид олова (II) в соляной кислоте. Этот реагент особенно эффективен в тех случаях, когда в ароматическом нитросоединений есть другие функциональные группы: CHO, COR, COOR и др., чувствительные к действию других восстановителей.

Восстановление нитросоединений до первичных аминов в кислой среде происходит ступенчато и включает три стадии с переносом двух электронов на каждой стадии.

(4)

В кислой среде каждый из промежуточных продуктов быстро восстанавливается до конечного продукта анилина и их не удается выделить в индивидуальном виде. Однако, в апротонных растворителях в нейтральной среде можно зафиксировать промежуточные продукты восстановления.

При восстановлении нитробензола натрием или калием в ТГФ сначала образуется анион-радикал нитробензола за счет переноса одного электрона от щелочного металла.

(5)

Катион щелочного металла связан в контактную ионную пару с атомом кислорода нитрогруппы анион-радикала. При дальнейшем восстановлении анион-радикал превращается в дианион, который после протонирования дает нитрозобензол.

(6)

Дальнейшее восстановление нитрозосоединений до N-арилгидроксиламина включает две аналогичные стадии одноэлектронного восстановления до анион-радикала и далее до дианиона нитрозосоединения, который при протонировании превращается в N-арилгидроксиламин.

(7)

Последняя стадия восстановления арилгидроксиламина до первичного амина сопровождается гетеролитическим расщеплением связи азот-кислород после протонирования субстрата.

(8)

В нейтральном водном растворе можно получить фенилгидроксиламин в качестве продукта восстановления нитробензола. Фенилгидроксиламин получается при восстановлении нитробензола цинком в водном растворе хлорида аммония.

(9)

Арилгидроксиламины легко восстанавливаются в амины при обработке железом или цинком и соляной кислотой.

(10)

Поскольку фенилгидроксиламин является промежуточным продуктом восстановления, его можно не только восстановить до анилина, но и окислить до нитрозобензола.

(11)

Это, вероятно, один из лучших методов получения ароматических нитрозосоединений, которые не удается иным способом выделить в качестве промежуточного продукта восстановления нитросоединений.

Ароматические нитрозосоединения легко димеризуются в твердом состоянии, причем их димеры бесцветны. В жидком и газообразном состоянии они мономерны и окрашены в зеленый цвет.

(12)

В щелочной среде нитрозобензол быстро взаимодействует со вторым промежуточным продуктом восстановления фенилгидроксиламином с образованием азоксибензола. Эта реакция по существу подобна присоединению азотистых оснований к карбонильной группе альдегидов и кетонов.

(13)

В лабораторных условиях азоксибензол с хорошим выходом получается при восстановлении нитросоединений боргидридом натрия в ДМСО, метилатом натрия в метиловом спирте или старым способом при использовании в качестве восстановителя As2O3 или глюкозы.

(14)

Азоксибензол при действии цинка в спиртовом растворе щелочи восстанавливается сначала до азобензола, а при действии избытка цинка далее до гидразобензола.

(15)

В синтетической практике производные азоксибензола могут быть восстановлены до азобензола.Он проявляет свойства жирорастворимого красителя и может быть использован для окраски технических жидкостей. Если в молекулу азобензола ввести амино- или оксигруппы, то цвет таких азокрасителей изменится с оранжево – красного до красного, при введении гидроксигрупп, до красного, при введении аминогрупп до сине-фиолетового.

Азобензол восстанавливается до анилина через гидразобензол, как установлено Н.Н.Зининым в 1845. Замещенные азобензолы обычно получают реакцией азсочетания диазсоединений, полученных диазотированием ароматических аминов и фенолов или ароматических аминов[2], под действием триалкилфосфита в качестве восстановителя. С другой стороны, азобензол легко окисляется до азоксибензола перкислотами.

(16)

Азобензол существует в виде цис- и транс- изомеров. При восстановлении азоксибензола получается более стабильный транс-изомер, который при облучении УФ-светом превращается в цис-изомер.

(17)

Несимметричные производные азобензола получаются при конденсации нитрозосоединений и первичных ароматических аминов.

(18)

Восстановление нитрогруппы до аминогруппы сульфидом и гидросульфидом натрия в настоящее время имеет значение только для частичного восстановления одной из двух нитрогрупп, например, в м-динитробензоле или 2,4-динитроанилине.

(19)

Существует еще пару методов восстановление нитроарен до ароматических аминосоединений, которые в свою очередь применялись в моей работе.

Восстановление хлоридом олова (II) позволяет оказать более сильное и специфическое восстанавливающее действие и часто дает лучшие результаты, чем восстановление металлическим оловом.

Хлорид олова (II) восстанавливает нитро- и азосоединения до аминов, избирательно восстанавливает нитрогруппы в полинитро-, гетероциклических и галогеннитросоединениях[3]:

(20)

Наиболее отчетливо избирательность восстановления проявляется в трехзамещенных производных бензола с двумя нитрогруппами в положениях 2 и 4 относительно третьего заместителя. Так, в 2,4-динитротолуоле хлорид олова восстанавливает нитрогруппу в положении 2, практически не затрагивая нитрогруппу в положении 4.

(21)

Метод позволяет вести восстановление в гомогенной среде, т.к. хлорид олова растворяется в воде и в этиловом спирте. Благодаря этому восстановление идет быстро, с хорошими выходами и при низких температурах, хотя реакцию можно вести и при температуре кипения. Проведение восстановления хлоридом олова не вызывает особых затруднений и в основном не отличается от методики восстановления оловом. Порядок загрузки реагентов особой роли не играет. [4]

Регенерацию олова лучше всего осуществлять электрохимическим методом. Этот способ позволяет вернуть в цикл практически все олово. В лабораторной практике иногда пользуются осаждением олова в виде нерастворимого сульфида при пропускании сероводорода через реакционную массу.

(22)

В заключение отметим, что существуют методы прямого введения аминогруппы в ароматическое кольцо – реакции электрофильного аминирования, которые протекают при действии на полиалкилбензолы гидроксиламино-о-сульфокислоты, а также неорганических азидов в присутствии хлороводорода и кислот Льюиса[5]

1.2. Селективность процесса восстановления

Указанные методы не являются универсальными и могут применяться для ограниченных рядов структур. Кроме того, их широкому применению препятствует ряд таких недостатков, как применение высокотоксичных агентов, наличие больших количеств ядовитых стоков. Весьма перспективным и интересным с теоретической точки зрения по вопросам региоселективности является селективное восстановление одной из нитрогрупп в полинитросоединениях.

Наиболее распространенными до сих пор агентами при восстановлении одной нитрогруппы в динитросоединениях являются сульфиды, гидросульфиды и дисульфиды металлов [6-7].Они достаточно широко применяются в промышленности несмотря на целый ряд недостатков (большие объемы токсичных серосодержащих стоков при отсутствии эффективных методов их обезвреживания, некоторые ограничения по структурам восстанавливаемых динитросоединений). Существующие методики позволяют при использовании в качестве восстанавливающего агента сульфида натрия или аммония с достаточно высокими выходами получать нитроанилины различной структуры: м-нитроанилин - выход свыше 75 %, 2-амино-4-нитрофенол - 73 %, 2-амино-4-нитроанизол - до 80 %, пикраминовая кислота - 83 % [8].

Образуются преимущественно о-амины без примеси диаминов. Такая высокая селективность процесса обусловлена тем, что скорость восстановления первой нитрогруппы (в случае м-динитробензола) при использовании сульфидов и гидросульфидов натрия на три порядка выше скорости восстановления второй [9] ( r-константа реакции восстановления дисульфидом натрия высока и составляет 3,55).

Достаточно традиционным методом моновосстановления динитропродуктов является реакция с гидразином. В работе [10] при взаимодействии 2,4-динитротолуола с гидразин-гидратом в отсутствии катализатора автору удалось синтезировать 2-амино-4-нитротолуол.

Использование порошка меди в качестве катализатора позволило получить [11] м-нитроанилин с выходом 36,5 %, 2-амино-4-нитрофенол - 76,8 %, 2-амино-4-нитротолуол - 36,1 %, пикраминовую кислоту - 74,8 %. Использование в последнем случае железного катализатора повысило выход пикраминовой кислоты до 88,7 %. На никелевом катализаторе из 3,5-динитробензойной кислоты с выходом 71 % была получена 3-амино-5-нитробензойная кислота.

Применение авторами работы [12] в качестве катализатора восстановления динитроароматических соединений гидразин-гидратом хлорного железа адсорбированного на носителе, привело к образованию м-нитроанилина с выходом 97,4 %, 2-амино-4-нитроанизола - с выходом 66 %, 2-амино-4-нитрофенола - 89 %. Достаточно высокие выхода моновосстановленных продуктах получены и авторами работ [13,14] при использовании разнообразных катализаторов. В последней описано восстановление двух десятков динитроароматических соединений и получен выход м-нитроанилина более 90 %.

Ограничением применимости моновосстановления гидразин-гидратом, как и в случае сульфидов, является наличие галогена в бензойном ядре. В ряде случаев происходит замещение последнего на гидразогруппу. Подобные реагенты использованы автором работы [73] также для восстановления одной из двух нитрогрупп, находящихся в различных кольцах бифенила. Наиболее высокий выход - 79 % - был получен для гидросульфида натрия.

В справочнике [15] описаны методики разработанные химиками с 20-х годов до средины прошлого века. Тщательная дозировка водорода и применение палладия на угле и платиновой черни позволило авторам некоторых работ получить м-нитроанилин из м-динитробензола. При этом, моновосстановление 2,4-динитротолуола проходило менее гладко. Восстановление 2,4-динитрофенола на никеле позволило получить смесь 2-амино-4-нитрофенола и диаминофенола. Использование в качестве катализатора окиси платины дало образование в заметных количествах 2-амино-6-нитроанизола.

Гетерогенные катализаторы использовали также и для селективного гидрирования несимметричных ароматических динитросоединений, однако удовлетворительные результаты получены лишь в небольшом числе случаев. Так, медь Ренея использовали для восстановления 1-алкил-2,4-динитробензолов в 4-амино-2-нитроаналоги [74]. Авторы отмечали, что селективность возрастает с увеличением стерических затруднений в алкильном заместителе. В работе [75] при гидрировании 2,4-динитротолуола в присутствии палладиевого катализатора отмечется образование двух изомерных нитроанилинов, что свидетельствует об альтернативности процесса моновосстановления.

В патенте [16] описано восстановление о-динитробензола до соответствующего нитроанилина с выходом до 86%. В качестве катализаторов используются комплексные соединения кобальта. Особенностью подхода является дозированная подача водорода, что очевидно и обуславливает восстановление только одной группы. В работах [17-18] авторы исследуют восстановление м-динитробензола. При использовании различных катализаторов м-нитроанилин образуется с различными выходами: Se и Pd/C - 87%, платиновая чернь - 80%, палладиевая чернь - 75%, скелетный Ni - 60%.

Селективность восстановления авторы работ объясняют различной адсорбционной способностью м-динитробензола и м-нитроанилина.

Таким образом, хотя результаты по селективному восстановлению динитросоединений методом каталитического гидрирования весьма ограничены, разрозненны и относятся в основном к незамещенным динитробензолам, это направление развивается весьма активно, т.к. сулит высокую эффективность процессов получения целевых нитроанилинов и выход на их крупнотоннажное производство.

Используют при восстановлении одной из двух нитрогрупп в качестве восстанавливающих агентов металлы и соли переходных металлов. Так, авторы работ [19-21] применяют в реакции с динитроароматическими соединениями железо в кислой среде. В патенте [19] предложен способ моновосстановления динитробензолов железом в водном растворе сернистого газа. При этом удается получить м-нитроанилин с выходом 72,6 %, 2-амино-4-нитротолуол - 72,5 %, 2-амино-4-нитрофенол - 60 %, пикраминовую кислоту - почти 100 %.

Применение различных кислот и добавок солей (например, NaCl) позволяет довести выход м-нитроанилина до почти количественного [20-21]. Следует однако отметить, что моновосстановление с использованием железа связано с большим количеством отходов и поэтому малоэкономично.

Одним из старейших и традиционных методов моновосстановления динитропродуктов является использование в реакции хлорида олова (II). В работе 1887 года [24] авторам удалось при взаимодействии 2,4-динитрохлорбензола с SnCl2 получить 2-хлор-5-нитроанилин. Позднее [23], для моновосстановления 2,4-динитрофторбензола и 2,4-динитробромбензола отмечено образование двух изомерных нитроанилинов. Следует отметить, что справочник Houben-Weyl [22] представляет достаточно широкий набор методик восстановления динитроароматических продуктов хлоридом олова (II), разработанных для различных субстратов до 50-х годов нашего века. Для несимметричных структур наблюдается в основном восстановление о-нитрогруппы.

Используется хлорид олова (II) для восстановления одной нитрогруппы в несимметричных замещенных динитробензолах и современными исследователями.

Так, взаимодействие 2,4-динитрохлорбензола с двухлористым оловом позволяет получить 2-хлор-5-нитроанилин с выходом 60 % [25].

Другим мягким, пригодным для моновосстановления динитропродуктов восстанавливающим агентом является хлорид титана (III). Его применение для этой цели предложено и развито в совместных работах сотрудников ИОХ РАН и ЯрГУ [25-28]. Авторами отмечено образование двух изомерных нитроанилинов при моновосстановлении 1-замещенных-2,4-динитробензолов. Для 2,4-динитрохлорбензола отработана методика восстановления одной из двух нитрогрупп в водно-спиртовых средах с практически количественными выходами и разработан эффективный метод разделения образующихся изомеров. В работах [29,30] было показано, что восстановление солями титана (III) ароматических моно- и полинитросоединений, в том числе 2,4,6-тринитротолуола (ТНТ), ускоряется в присутствии ионов двухвалентного железа и двухвалентной меди, например, в присутствии FeSO4 в концентрации 0,01 и 0,3 моль/л в 2 и 8 раз соответственно. Концентрация солей титана (III) при этом составляла 1 моль/л. Введение в реакционную среду солей никеля, хрома, ванадия и щелочноземельных элементов не оказывает заметного влияния на скорость восстановления ТНТ ионами титана (III). Таким образом, влияние ионов железа (II) и меди (II) на данный процесс является специфическим.

Если исходить из допущения, что каталитический эффект ионов железа (II) и меди (II) на восстановление ПНС обусловлен образованием комплексов этих ионов с исходным соединением или его анион-радикалами (АР), генерируемыми после переноса электрона на субстрат, то можно ожидать и изменения региоселективности процесса в присутствии этих ионов.

Такое предположение основано на данных работ [31-33], в которых показано, что региоселективность восстановления ПНС обусловлена распределением заряда и спиновой плотности неспаренного электрона в АР. Это распределение определяет преимущественное направление протонирования и, как следствие, образование того или иного изомера при частичном восстановлении. Аналогичный подход использовался при исследовании региоселективности восстановления ароматических ПНС квантово-химическим методом [33]. Образование комплекса АР с ионами металлов может значительно изменить распределение электронной плотности и направление реакции протонирования АР. Для проверки такого предположения были проведены эксперименты по частичному восстановлению ТНТ ионами титана (III) в присутствии ионов железа (II) и меди (II) [34].

Полученные в данной работе результаты свидетельствуют о том, что небольшие добавки солей железа (II) или меди (II) изменяют региоселективность моновосстановления 2,4,6- тринитротолуола хлоридом титана (III) (в сторону преимущественного образования более труднодоступного 2-амино-4,6-динитротолуола по отношению к 4-амино-2,6-динитротолуолу от 25%, когда восстановление проводится в отсутствие солей железа и меди, до 70% в присутствии этих солей).

Рассмотрен возможный механизм процесса. Достаточно несложный метод регенерации восстанавливающего агента - электролиз (Ti4+ + e---> Ti3+) - позволил разработать малоотходный полупромышленный процесс получения нитроанилинов. Однако, препятствием для развития использования хлорида титана (III) для моновосстановления динитропродуктов стала недостаточная информация о закономерностях этого перспективного процесса.

Весьма распространенным методом моновосстановления динитропродуктов является электровосстановление, проводимое зачастую в присутствии солей переходных металлов. Следует отметить, что электрохимический способ восстановления конкурентоспособен (по сравнению с другими) при небольших объемах производства и весьма экологичен. Его применение для целей моновосстановления динитроароматических соединений известно с начала века. В монографии [34] имеются ссылки на работы 1905, 1907, 1908 г.г., в которых электровосстановлением в присутствии Cu2Cl2 и соединений ванадия получены м-нитроанилин, 2-амино-6-нитротолуол, 4-амино-2-нитроанизол. Авторы исследования [35] провели электровосстановление 2,4-динитрохлорбензола и 2,4-динитроанизола в кислой среде в присутствии CuCl2. Был получен 4-нитро-2-аминоанизол и смесь изомерных нитрохлоранилинов (соотношение 2-хлор-5-нитроанилин/3-нитро-4-хлоранилин = 4).

Современное состояние вопроса электрохимического восстановления динитропроизводных бензола подробно представлено в диссертационной работе [36] (литературный обзор) и, частично, [37] (катализаторы-переносчики в электровосстановлении нитроароматических соединений). Автор [36] подробно исследовал влияние различных факторов (материал электродов, плотности тока, степени конверсии, катализаторов-переносчиков, природы растворителя и др.) на моновосстановление м-динитробензола, 2,4-динитрофенола и 2,4-динитроанизола. Выходы мононитропродуктов составили: для м-динитробензола - до 50 %; 2,4-динитрофенола (2-амино-4-нитрофенол) - до 90 %; 2,4-динитроанизола (смесь изомерных нитроанилинов) - до 80 %, что является весьма высокими показателями. Однако, как отмечалось выше, электровосстановление в чистом виде рентабельно лишь для малотоннажных производств.

Особо следует отметить, как подход последнего времени, применение биохимического моновосстановления.

В работе [38] было рассмотрено восстановление замещенных динитроароматических соединений Х-1,3-(NO2)2C6H3 действием хлебопекарных дрожжей (вода, 32 ºС, 1 ч.; ДМСО или горячий спирт, 32 ºС). В результате получают, в некоторых случаях с высокой селективностью, 2-Х-5-NO2C6H3NH2, где Х=Ме, Еt, MeO, EtO, MeS, MeS(O) и 2-X-6-NH2C6H3NO2, соотношение от 1:1 до 5:1, выходы 7-30 и 6-27% соответственно. Было предположено, что стерический фактор влияет на предпочтительное восстановление п-NO2, электронный фактор (т.е. присутствие неподеленной пары электронов) - на восстановление о-NO2. Однако применение данного способа еще не нашло широкого применения и дальнейшее совершенствование метода возможно только на базе изучения закономерностей этого процесса, в том числе факторов, влияющих на его региоселективность.

Таким образом, на основании выше изложенного можно сделать вывод, что селективное восстановление одной из нескольких нитрогрупп в производных бензола является одним из наиболее эффективных методов получения нитроанилинов. Весьма перспективные результаты получены при использовании в качестве восстанавливающего агента хлорида титана (III) (высокие выхода продуктов, малоотходность, возможность регенерации восстанавливающего агента).

Препятствием для развития использования данного восстанавливающего агента при моновосстановления динитропродуктов стала недостаточная информация о закономерностях этого перспективного процесса. Поэтому необходимо дальнейшее изучение процесса восстановления одной из двух нитрогрупп в несимметричных динитробензолах и факторов, влияющих на его региоселективность.

1.3.Критерии токсичности.

В соответствии с п. III «Критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей  природной  среды»,  утверждённых приказом МПР России от 15.06.2001 № 511 «Об утверждении Критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» (не нуждается в государственной регистрации согласно заключению Минюста России от 24.07.2001 № 07/7483-ЮД),  отнесение опасных отходов к классу опасности для ОПС возможно экспериментальным методом. Экспериментальный метод основан на биотестировании водной вытяжки отходов.

Для определения класса опасности синтезированных азокрасителей методом биотестирования был проведен эксперимент по установлению острого токсического действия по описанной методике в п.. В качестве тест-объекта использовали вид Ceriodaphnia affinis (время экспозиции 48 часов).[52] 

В связи с быстрыми темпами развития химической промышленности – одной из ведущих отраслей индустрии – растет и уровень загрязнения водных источников органическими веществами. В состав органических отходов входят алифатические, нафтеновые и особенно ароматические углеводороды, оказывающее токсическое и в некоторой степени наркотическое воздействие на организм. Такие вещества изменяют санитарный режим водоемов, ухудшают органолептические свойства воды, снижают газообмен с атмосферой, вызывают заболевания и гибель гидробионтов. [39,40]

Исходя из выше сказанного, одной из главных задач токсикологических исследований является изучение воздействия химических веществ на организмы и экосистемы, а также изучение устойчивости и функционирования биосистем надорганизменного уровня в условиях их токсического загрязнения.[41]

Получение данных о зависимости доза – ответ для данного вещества поможет извлечь информацию о степени опасности вещества для человека и окружающей среды, связанной с его возможным воздействием при конкретном использовании. [42]

1.3.1. Понятие токсичности

Токсичность (от греч. toxikon - яд) – способность вещества вызывать нарушения физиологических функций организма, в результате чего возникают симптомы интоксикаций (заболевания), а при тяжелых поражениях - его гибель.

Токсичность химических веществ обусловлена взаимодействием организма, токсического вещества и окружающей внешней среды.

Токсичность ядовитых веществ зависит от таких факторов: дозы или концентрации, физических и химических свойств, путей и скорости проникновения ядов в организм, возраста и пола, индивидуальной предрасположенности к яду и т. д.

Степень токсичности вещества характеризуется величиной токсической дозы - количеством вещества (отнесенным, как правило, к единице массы животного или человека), вызывающим определенный токсический эффект. Чем меньше доза, тем выше токсичность.

Различают среднесмертельные дозы (ЛД50 или LD50), абсолютно смертельные (ЛД90-100,LD90-100), минимально смертельные (ЛД0-10, LD0-10), среднеэффективные (ED50) -вызывающие определенные токсич. эффекты, пороговые (ПД50, РD50) и др. (цифры в индексе- вероятность в % появления определенного токсич. эффекта-смерти, порогового действия и др.). [43]

В настоящее время в России для отходов в соответствии с приказом Министерства природных ресурсов РФ от 15.06.2001 года № 511 установлено 5 классов опасности.

Таблица 1.Классификация химических веществ по степени воздействия на человека

Показатель

Степень опасности вещества

I КЛАСС

Чрезвычайно опасные

II КЛАСС

Высоко- опасные

III КЛАСС

Умеренно опасные

IV КЛАСС

Мало-

опасные

V КЛАСС

Практич. не опасные

Критерии

отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды

Экологическая система необратимо нарушена. Период восстановления отсутствует

Экологическая система сильно нарушена. Период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия

Экологическая система нарушена. Период восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника

Экологическая система нарушена. Период самовосстановления не менее 3-х лет

Экологическая система практически не нарушена.

ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3

< 0,1

0,1—1,0

1,1—10,0

> 10,0

-

Средняя смертельная доза (LD50) при введении в желудок, мг/кг

< 15

15—150

151—5000

> 5000

-

Средняя смертельная доза при нанесении на кожу, мг/кг

< 100

100—500

501—2500

> 2500

-

Средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/м3

< 500

500—5000

5001—50000

> 50000

-

Зона острого действия

< 6,0

6,0—18,0

18,1—54,0

> 54,0

-

Зона хронического действия

> 10,0

10,0—5,0

4,9—2,5

< 2,5

-

Величина токсической дозы зависит от способа введения вещества или от путей его поступления в организм, от вида животного, возрастных, половых и индивидуальных различий, а так же от конкретных условий воздействия. При ее определении экспериментально исследуют зависимость «эффект – доза», которую затем анализируют с помощью статистических методов. [43]

1.3.2. Методы определения токсичности веществ.

Многообразные загрязняющие вещества (ЗВ), попадая в окружающую среду (ОС), могут претерпевать в ней различные изменения, усиливая при этом свое токсическое действие [44]. Это приводит к необходимости разработки комплексных, интегральных методов контроля качества ряда объектов окружающей природной среды (ОПС), в том числе воды, почвы и воздуха, позволяющих оценить их качество и возможную опасность различных источников загрязнения.  

Традиционная эколого-гигиеническая оценка химического загрязнения водных  объектов (поверхностных  и  подземных  водоисточников,  питьевой воды, сточных вод и др.), основанная на санитарно-химических анализах, нашедшая широкое применение в практике надзорных служб и при производственном контроле, полностью себя оправдывающая, тем не менее, не даёт полного представления о биологической опасности воды того или иного водного объекта [45]. Это связано с тем, что в силу технических и финансовых причин в воде контролируется и определяется только часть вероятных тех или иных загрязнителей. Многие химические вещества, присутствующие в водных объектах, особенно в местах размещения химических, металлургических, машиностроительных и др. предприятий, остаются не идентифицированными. В то же время поверхностные и подземные воды могут загрязняться вредными веществами вследствие миграции их из атмосферного воздуха, талых вод, почвы, производственных отходов, а также при сбросе сточных вод [46].

В связи с этим представляется необходимым иметь данные о возможном неблагоприятном токсическом действии как обнаруженных, так и неидентифицированных вредных веществ, присутствующих в водных объектах. С  этой  целью  распространяется  практика  биотестирования  воды  на  тест-объектах для характеристики и оценки её токсического эффекта [48]. Наиболее эффективными инструментами аналитического контроля при этом являются методы биотестирования и биоиндикации [47].

Биоиндикация  (bioindication)  —  обнаружение  и  определение  экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. Биологические индикаторы обладают признаками, свойственными системе или процессу, на основании которых производится качественная или количественная оценка тенденций изменений, определение или оценочная классификация состояния экологических систем, процессов и явлений.

В настоящее время можно считать общепринятым, что основным индикатором устойчивого развития в конечном итоге является качество среды обитания.

Биотестирование (bioassay) — процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Для оценки параметров среды используются стандартизованные реакции живых организмов (отдельных органов, тканей, клеток или молекул).

В  организме,  пребывающем  контрольное время в условиях загрязнения, происходят изменения физиологических, биохимических, генетических, морфологических или  иммунных систем. Объект извлекается из среды обитания, и в лабораторных условиях проводится  необходимый  анализ.

Живой организм может тестироваться также в специальных камерах или на стендах, где создаются условия изучаемого загрязнения (что очень важно для выявления реакций организма на то или иное доминирующее загрязнение или целый комплекс известных загрязняющих веществ на данной территории обитания).

1.3.3. Биотестовый метод определения токсичности веществ.

С помощью метода биотестирования определяют предельно допустимые концентрации (ПДК) новых химических соединений, проводят биохимический и генотоксический мониторинг водных экосистем. Известны способы определения микроколичеств фосфороорганических пестицидов в воде биотестированием относительно дафний. Биотестирование относительно рыб широко применяют для определения следовых и ультраследовых количеств пестицидов и их метаболитов в водных экосистемах.

Биотестирование является дополнительным экспериментальным приемом для проверки необходимости корректировки величин предельно допустимого сброса (ПДС) по показателю «токсичность  воды». Это позволяет учесть ряд существенных факторов: наличие в сточной воде токсических веществ, не учитываемых при установлении ПДС, вновь образовавшихся соединений – метаболитов, различные виды взаимодействий химических веществ – синергизм, антагонизм, аддитивность и т.д. Необходимость корректировки величин ПДС возникает в том случае, если при биотестировании воды из контрольного створа водного объекта установлено несоответствие её качества требуемому нормативу: вода в контрольном створе водного объекта не должна оказывать хронического токсического действия на тест-объекты [49].

Результаты биотестирования устанавливают интегральную токсичность, обусловленную совокупностью всех присутствующих в пробе опасных химических веществ и их метаболитов. Конечной целью  биотестов  является оценка безопасности или иных свойств исследуемого объекта на организмах-моделях и на основании полученных результатов прогнозирование реакции организма человека и/или животных.

Самым сложным при таком подходе к оценке безопасности является получение прогноза с достаточным уровнем достоверности, так как любые модели, в том числе и биологические, имеют разную степень приближения к организму, который моделируют. Часто о качестве биологической модели (насколько она близка к моделируемому организму) можно судить только после накопления большого количества результатов исследований и последующего статистического анализа.

В соответствии с п. III «Критериев отнесения опасных отходов  к  классу  опасности  для  окружающей  природной  среды»,  утверждённых приказом МПР России от 15.06.2001 № 511 «Об утверждении Критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» (не нуждается в государственной регистрации согласно заключению Минюста России от 24.07.2001 № 07/7483-ЮД) отнесение опасных отходов к классу опасности для ОПС возможно экспериментальным методом.

Экспериментальный метод основан на биотестировании водной вытяжки отходов. В случае присутствия в составе отхода органических или биогенных веществ, проводится тест на устойчивость к биодеградации  для решения вопроса о возможности  отнесения отхода к классу меньшей опасности. Устойчивостью отхода к биодеградации является способность отхода или отдельных его компонентов подвергаться разложению под воздействием микроорганизмов. При определении класса опасности отхода для ОПС с помощью метода биотестирования водной вытяжки применяется не менее двух тест-объектов  из разных систематических групп (дафнии и инфузории, цериодафнии и бактерии или водоросли и т.п.). Таким образом, для биотестирования отходов используются различные гидробионты – водоросли, микроорганизмы, беспозвоночные и рыбы. Наиболее популярные объекты – ювенальные формы (juvenile forms) планктонных ракообразных-фильтров Daphnia magna и Ceriodaphnia affinis. За окончательный результат принимается класс опасности, выявленный на тест-объекте, проявившем более высокую чувствительность к анализируемому отходу.

Для подтверждения отнесения отходов к V классу опасности для ОПС, установленного расчётным методом, определяется воздействие только одной вытяжки отхода без её разведения.

Класс опасности устанавливается по кратности разведения водной вытяжки, при которой не выявлено воздействие на гидробионтов в соответствии со следующими диапазонами кратности разведения, приведенными в табл. 2.

Таблица 2.Определение класса опасности.

Класс опасности

отхода

Кратность разведения водной вытяжки из опасного отхода, при которой вредное воздействие на гидробионтов

отсутствует

I

Более 10000

II

От 10000 до 1001

III

От 1000 до 101

IV

От 100 до 1

V

1 и менее

Экспериментальный метод используется в следующих случаях:

-  для подтверждения отнесения отходов к V классу опасности, установленного расчётным методом;

-  при отнесении к классу опасности отходов, у которых невозможно определить их качественный и количественный состав;

-  при уточнении по желанию и за счёт заинтересованной стороны класса опасности отходов, полученного в соответствии с расчётным методом.

В соответствии с требованиями нормативных документов МПР (поскольку в 2001 г. МПР России являлось специально уполномоченным органом в сфере экологически безопасного обращения с отходами) исследования качества природных сред должны проводиться на базе аттестованных лабораторий, обладающих необходимым набором поверенных приборов, реактивов и квалифицированным персоналом. Поэтому если класс опасности отходов установлен экспериментальным путём, то в состав материалов, обосновывающих отнесение отхода к классу опасности для окружающей среды (которые направляются в Управление по технологическому и экологическому надзору для рассмотрения и принятия решения о регистрации отхода в Федеральном классификационном каталоге отходов с соответствующим данному виду отходов кодом), должны входить протоколы биотестирования в лаборатории, аккредитованной на биотестирование водных вытяжек отходов, а также копия аттестата аккредитации такой лаборатории с приложением, в котором указана соответствующая область аккредитации. [50].

1.3.3.1. Тест-объекты, используемые для биотестирования.

Основная задача любого токсикологического опыта – определение максимальной недействующей (или безвредной, пороговой, неэффективной) концентрации веществ, при которой не обнаруживается изменений в организмах. При проведении опытов с различными тест-объектами (рыбами, беспозвоночными и т.д.) устанавливают безвредную концентрацию вещества для наиболее чувствительного организма, которая служит отправной точкой для определения допустимой концентрации этого вещества.

Тест-организмы – это высокочувствительные организмы, широко представленные в определенных географических зонах, доступные для сбора, удобные для содержания и культивирования в лаборатории и хорошо изученные.

Например, для биотестирования водных объектов используют различных гидробионтов – водорослей, микроорганизмов, беспозвоночных, рыб. Наиболее популярные объекты – ювенильные формы (juvenile forms) планктонных ракообразных-фильтраторов Daphnia magna, Ceriodaphnia affinis. Важное условие правильного проведения биотестирования – использование генетически однородных лабораторных культур, так как они проходят поверки чувствительности, содержатся в специальных, оговоренных стандартами лабораторных условиях, обеспечивающих необходимую сходимость и воспроизводимость результатов исследований, а также максимальную чувствительность к токсическим веществам.

В биотестировании для характеристики отклика тест-объекта на повреждающее действие среды используют критерий токсичности (toxicity criterion) – тест-функцию. Тест-фукнкции, используемые в качестве показателей биотестирования для различных объектов:

– для инфузорий, ракообразных, эмбриональных стадий моллюсков, рыб, насекомых – выживаемость (смертность) тест-организмов;

– для ракообразных, рыб, моллюсков – плодовитость, появление аномальных отклонений в раннем эмбриональном развитии организма, степень синхронности дробления яйцеклеток;

– для культур одноклеточных водорослей и инфузорий – гибель клеток, изменение (прирост или убыль) численности клеток в культуре, коэффициент деления клеток, средняя скорость роста, суточный прирост культуры;

– для растений – энергия прорастания семян, длина первичного корня и др.

Начальное, оценочное тестирование токсичности различных химикатов – это, как правило, острые опыты с высокими концентрациями добавок продолжительностью до 5 суток. Такие опыты необходимы, так как они демонстрируют возможную вредность меньших доз вещества при более длительном воздействии. Следовательно, при определении подпороговой концентрации вещества главное внимание в острых токсикологических опытах должно быть уделено поиску наиболее чувствительных организмов.

Основным методом оценки чувствительности тест-организмов к токсикантам является регистрация их смертности. Основная (классическая) продолжительность теста – 96 часов. Как отмечают А.Н. Тюрин и Н.К. Христофорова (Биология моря, 1995), причина «классической» длительности токсикологических тестов в 96 часов, скорее, социальная, чем фундаментальная, и имеет корни в исторически сложившейся продолжительности рабочей недели ученых разных стран – 5 суток.

В начале XX века основным методом оценки токсичности среды был метод определения выживания рыб – так называемый метод «рыбной пробы». Основоположники метода – российские ученые Гримм, Арнольд, Чермак, Долгов, Никитинский. Метод получил широкое распространение и за рубежом; благодаря простоте и удобству его применяют до сих пор. Недостаток метода заключается в необходимости длительного периода адаптации рыб к лабораторному содержанию (15–20 сут.), которое само по себе является стрессом. Дальнейшее развитие метод «рыбной пробы» получил в США после разработки систем для бесконтактной регистрации двигательной активности и некоторых поведенческих реакций рыб, по изменению которых определяли наличие токсикантов в среде[53].

По  чувствительности  и  степени  изученности  среди  тест-организмов, используемых   для  биотестирования  водных  объектов,  выделяют  дафний (Daphnia magna, Daphnia рulex), несколько видов микроскопических одноклеточных  зелёных  водорослей  из  класса  протококковых (сценедесмус Scenedesmus quadricauda, хлорелла Chlorella sp.) и пять-шесть видов рыб как аквариумных (гуппи, данио-рерио), так и мелких аборигенных (голец, гольян). Кроме того, для биотестового анализа можно использовать инфузорию туфельку – Paramecium caudatum. Каждый из этих объектов имеет свои преимущества и ограничения при использовании, и ни один из организмов не может служить универсальным "тестером", одинаково чувствительным ко всем ЗВ. Однако опыт токсикологического нормирования показывает, что при использовании этих видов методом биотестирования может быть охвачено более 80 % подлежащих контролю загрязняющих воду веществ [51].

1.3.4. Химическое строение и действие токсических веществ.

При оценке токсичности промышленных ядов особый интерес представляют сведения о характере биологического действия в связи с изменением химической структуры. Однако закономерности этой зависимости для ряда веществ еще не установлены. Показано, что токсичность химических веществ обусловлена наличием в их молекулах определенных функциональных групп или двойных связей.

Многие ненасыщенные соединения являются более токсичными, чем близкие к ним по составу насыщенны евещества. Так, аллиловый спирт (СН2=СН—СН2ОН), принадлежащий к ненасыщенным соединениям, более токсичен, чем близкий к нему по составу насыщенный пропиловый спирт (СН3—СН2—СН2ОН).

Токсичными являются вещества, в молекулах которых содержатся следующие группы атомов: =С=О, S= , =С=С, —N=C, —NO 2 и др.

Токсичность некоторых органических веществ обусловлена введением в их молекулы  атомов хлора, мышьяка, ртути др. Определенные группы атомов (—С=С—, —С 6 Н 5, —СН 2 —, —NH 2 и др.), содержащиеся в молекулах токсических веществ, усиливают их токсичность.

Токсичность химических соединений зависит от их положения в соответствующих гомологических рядах. С увеличением молекулярной массы токсичность гомологов возрастает. Например: пропионовая кислота более токсична, чем уксусная, а маслянная кислота более токсична, чем пропионовая.

Алифатические спирты имеют более выраженное токсическое действие, чем их изомеры с разветвленной цепью атомов. Подтверждением этому является более высокая токсичность пропи-лового и бутилового спиртов, чем их изомеров (изопропилового, изобутилового спиртов).

С увеличением количества атомов углерода в в молекулах спиртов их токсичность возрастает. Однако из этого правила имеются и некоторые исключения. Так, например, метиловый спирт (первый член гомологического ряда алифатических спиртов) является продуктом окисления метана. Однако он более токсичен, чем этиловый спирт. То же касается и токсичности формальдегида, получаемого из метилового спирта. Формальдегид более токсичен, чем ацетальдегид.[63]

1.3.5. Пути проникновения в организм 

Основной риск абсорбции приходится на контакт с кожей: почти все ароматические амины растворимы в липидах. Эта специфическая опасность тем более важна, что на производстве ее часто недооценивают. Помимо абсорбции через кожу существует риск попадания этих веществ в организм через дыхательные пути. Это может происходить при вдыхании паров - несмотря на то, что большинство ароматических аминов имеет низкую летучесть при комнатной температуре. Особенно опасны в этом отношении соли аминов, например сульфаты и хлоргидраты, которые имеют очень низкую летучесть и растворимость в липидах. С практической точки зрения при контакте с ними риск профессиональных заболеваний ниже, но, их общая токсичность такая же, как у соответствующих аминов, и поэтому вдыхание пыли этих солей и даже контакт с кожей должны считаться опасными.

Потенциальную опасность представляет проникновение через пищеварительный тракт, в случае невыполнения соответствующих санитарных норм, или несоблюдения персоналом правил личной гигиены. Примерами возможных способов попадания аминов в организм могут служить загрязнение пищи или курение с грязными руками[47].

Многие из ароматических аминов горючи и представляют пожарную опасность. Продукты их горения могут обладать высокой токсичностью. Основная опасность промышленного применения анилина состоит в легкости его всасывания, как через дыхательные пути, так и через кожу

Амины подвергаются процессу метаболизации в организме. Обычно активные химические соединения являются метаболитами; некоторые из них стимулируют развитие метгемоглобинемии, а другие являются канцерогенами.

Эти метаболиты, как правило, имеют форму гидроксиламинов (R-NHOH), преобразуясь в процессе детоксикации в аминофенолы (), выделение которых дает возможность оценки степени загрязнения, если уровень воздействия был достаточно сильным и обеспечивал возможность их обнаружения.[64.65]

Острое отравление обычно является результатом угнетения функции гемоглобина вследствие образования метгемоглобина; это ведет к состоянию, называющемуся метгемоглобинемией. Метгемоглобинемия чаще связывается с ароматическими аминами, в структуре которых содержится одно кольцо.

Потребление этилового спирта способствует и усугубляет острое отравление метгемоглобином. После тяжелого отравления может быть обнаружен гемолиз эритроцитов, который сопровождается процессом регенерации, о чем свидетельствует присутствие ретикулоцитов. 

1.3.6.Токсичность некоторых нитро- и аминоароматических соединений

Раковые образования были описаны как "рак красителей", но последующие исследования показали, что причины их возникновения кроются в сырье, причем главная из них - анилин. Тогда они получили название "анилинового рака". Позже, когда стали доступны более глубокие исследования, под подозрение попали также  и бензидин.

В некоторых случаях лабораторные исследования приводят к выявлению человеческих канцерогенов, как это случилось с 4-аминодифенилом. Сначала была доказана его канцерогенность для животных (рак печени), после чего прояснилась причина множества случаев возникновения рака мочевого пузыря у людей.

Из-за своего щелочной природы некоторые амины, особенно первичные, представляют прямой риск дерматита. Многие ароматические амины могут вызывать аллергический дерматит, типа "чувствительности к парааминам" (п-аминофенолу и особенно п-фенилендиамину). Возможна также комбинированная чувствительность.

Некоторые диамины, например, толуэндиамин и диаминодифенилметан, в опытах на животных обнаружили сильные гепатотоксические свойства, однако данные о серьезных поражениях печени в результате инцидентов на производстве отсутствуют. Тем не менее, в 1966 году сообщалось о 84 случаях токсической желтухи, причиной которой был хлеб, выпеченный из загрязненной 4,4 '-диаминодифенилэтаном муки, а также о случаях токсического гепатита после отравления на производстве.[78]

Аминофенолы И о-,и п-изомеры аминофенола, которые представляют собой прозрачные твердые вещества с низкой летучестью, плохо абсорбируются через кожу, хотя и могут вызывать повышенную чувствительность кожи и дерматиты, которые, похоже, являются самой серьезной опасностью их промышленного применения.

Хотя оба изомера могут стать причиной тяжелой и даже опасной для жизни метгемоглобинемии, такое редко случается на производстве, поскольку физические свойства этих веществ таковы, что они плохо абсорбируются организмом.

П-аминофенол - главный метаболит этого анилина у человека; он выделяется с мочой в связанной форме. Кроме того, сообщалось о случаях бронхиальной астмы, вызванной орто- изомером[80].

П-хлороанилин является мощным формирователем метгемоглобина и раздражителем слизистой оболочки глаз. Опыты на животных не выявили его канцерогенности. 4,4'-метилен-бис (2-хлоранилин) или МбХА, может попадать в организм в результате контакта с пылью и вдыхания дыма; в промышленности же велика вероятность его абсорбции и через кожу. Лабораторные исследования показали, что МбХА или его метаболиты могут вызывать генетические нарушения у различных видов организмов. Кроме того, его длительное подкожное введение вызывало у крыс опухоли печени и легких. Поэтому МбХА считается канцерогеном для животных и возможным канцерогеном для человека.

Н, Н-диэтиланилин и Н, Н-диметиланилин легко абсорбируются через кожу, но отравление может также происходить путем вдыхания паров. Они действуют на организм человека примерно так же, как анилин.

Нитроанилины. Из трех мононитроанилинов, наибольшее значение имеет п-нитроанилин. Все они используются как промежуточные звенья в производстве красителей, хотя о-и м-изомеры в небольших количествах. П-нитроанилин легко впитывается через кожу, а также в результате вдыхания паров или пыли. Он вызывает интенсивное образование метгемоглобина и, предполагается, что в тяжелых случаях может стать причиной гемолиза и даже поражения печени. Сообщалось о случаях отравления и цианоза в результате уборки пролитой жидкости. Хлоронитроанилины также являются мощными формирователями метгемоглобина, вызывая гемолиз, и гепатотоксию. Они могут стать причиной дерматита и повышенной чувствительности.[64-65]

П-нитрозо-Н, Н-диметиланилин является первичным раздражителем кожи и вызывает развитие повышенной чувствительности, а также является распространенной причиной дерматита. Хотя иногда рабочие, у которых развился дерматит, могут впоследствии работать с этим соединением без всяких проблем, большинство при повторном соприкосновении получают тяжелые повреждения кожи, и поэтому разумно было бы переводить их на другую работу, чтобы избежать возможного контакта.

 5 -хлор-о-толуидин хорошо абсорбируется кожей или через дыхательные пути.

Хотя само это вещество (и некоторые из его изомеров) могут вызывать образование метгемоглобина, наиболее сильно проявляется его раздражающее действие на мочевыводящие пути, в результате чего развивается геморрагический цистит, характеризующийся болезненной гематурией и частым мочеиспусканием.

Появлению признаков цистита может предшествовать микроскопическая гематурия, но никакой канцерогенной опасности этого соединения для человека не обнаружено. Тем не менее, лабораторные исследования вызвали подозрения в онкогенности других изомеров для некоторых видов животных.

Доказано, что бензидин является канцерогеном, производство и промышленное применение которого привело к многочисленным случаям папилломы и карциномы мочевыводящих путей. На некоторых производствах заболели более 20% рабочих.

Недавние исследования показали, что бензидин может повышать вероятность образования и других форм раковых опухолей, но этот факт еще не является общепризнанным. Наиболее распространенный путь попадания бензидина в организм человека - абсорбция через кожу, однако нельзя исключать опасности вдыхания паров и мелких твердых частиц. Канцерогенное действие бензидина было установлено в результате анализа множества случаев опухоли мочевого пузыря у подвергнувшихся воздействию этого соединения рабочих, и в результате опытов на животных.[79]

3,3'-дихлорбензидин - вероятный канцероген для человека. Это заключение основано на статистически данных о значительном увеличении случаев развития опухолей у крыс, мышей и собак, а также на положительных данных относительно его вредного воздействия на ДНК. Структурное сходство с бензидином, известным сильным человеческим канцерогеном, который вызывает опухоли мочевого пузыря, повышает вероятность того, что и 3,3'-дихлоробензидин является канцерогеном для человека[79-81].

Диамино-4,40-диаминодифенилметан. Самым наглядным примером токсичности этого соединения может считаться случай, когда 84 человека получили токсический гепатит, съев хлеб, испеченный из загрязненной этим веществом муки. В других случаях гепатит развивался после абсорбции через кожу больших количеств этого соединения. Он может также вызывать аллергический дерматит. Эксперименты с животными показали, что его можно считать потенциальным канцерогеном, однако окончательные выводы еще не сделаны. Доказано, что производные диаминодифенилметана являются канцерогенами для лабораторных животных.

Диметиламиноазобензол. В результате активного исследования метаболизма ДАБ было установлено, что этот процесс включает в себя восстановление, разрыв связи с азогруппой, деметилирование, гидроксилирование кольца, Н-гидроксилирование, Н-ацетилирование, связывание протеина и кислот.

 

После активации ДАБ обнаруживал мутагенные свойства. Он оказывал канцерогенное действие на крыс и мышей (карцинома печени), а при попадании через пищеварительный тракт вызывал карциному мочевого пузыря у собак. Единственным зафиксированным проявлением его вредного воздействия на человека является дерматит у имевших с ним контакт рабочих. Дифениламин. Это вещество может вызывать легкое раздражение. Похоже, его промышленное использование не представляет опасности, однако в процессе его производства может образовываться в качестве примеси сильный канцероген 4-аминодифенил. Он может в значительных концентрациях присутствовать в дегте, получаемом путем дистилляции, и вызывать рак мочевого пузыря. Несмотря на то, что современные технологические процессы позволяют существенно снизить количество примесей в конечном продукте, необходимо принимать соответствующие меры для предотвращения возможного контакта с ним. .[82]

Нафтиламины существуют в двух изомерных формах,иабсорбируется через кожу и органы дыхания. Попадание на кожу или в глаза может привести к ожогам. Промышленное применение не вызывает острого отравления, но длительное воздействие присутствующего на рабочем месте этого вещества явилось причиной множества случаев папилломы и карциномы мочевого пузыря. Возможно, эти опухоли явились результатом значительной примеси. Теперь это представляет чисто академический интерес, поскольку в настоящее время доступенсо значительно сниженной примесью.

- известный человеческий канцероген, вызывающий рак мочевого пузыря. Острое отравление им приводит к метгемоглобинемии или острому геморрагическому циститу. Одно время это соединение широко применялось как промежуточное звено при производстве красителей и антиоксидантов, но в настоящее время его производство и применение запрещено почти во всем мире, и оно считается слишком опасным, чтобы при обращении с ним пренебрегать мерами защиты. Оно легко абсорбируется через кожу и дыхательные пути. Из-за высокой канцерогенности  вопрос об острых отравлениях им не возникает.

Фенилендиамины. Существуют различные изомерные формы фенилендиаминов, но только м- и п-изомеры имеют промышленное значение. Хотя п-фенилендиамин может вызывать образование метгемоглобина, неизвестны случаи метгемоглобинемии в результате отравления на производстве. п-фенилендиамин печально известен своей способностью сенсибилизации кожи и дыхательных путей.

Регулярный контакт с кожей может привести к дерматиту. Также сообщалось о случаях появления прыщей и лейкодермы. Существовавшая раньше проблема "мехового дерматита" теперь отошла на второй план вследствие усовершенствования процесса окраски меха, при котором были удалены все следы п-фенилендиамина.

Точно так же астма, раньше весьма распространенная среди рабочих, занятых на окраске меха, теперь - после усовершенствования контроля над загрязняющей воздух пылью встречается относительно редко. Экспериментальные исследования показали, что канцерогенное действие фенилендиаминов и их производных (например, Н-фенил или 4- или 2-нитрофенил) в настоящее время либо слабо выражено, либо не доказано, либо отсутствует вовсе. Проверенные производные, в состав которых входил хлор, были признаны потенциально канцерогенными для животных.[79-81]

В прошлом большое беспокойство вызывали канцерогенные свойства промышленных смесей из-за присутствия в них , примесь которого была обнаружена в больших количествах (от десятков до сотен ) в некоторых использовавшихся ранее составах, а также из-за открытия, что , хотя и в бесконечно малых количествах, является продуктом метаболизма Н-фенил-2-нафтиламина.

Экспериментальные исследования указывают на его потенциальную канцерогенность для животных, но окончательные выводы еще не сделаны, и степень значимости результатов метаболизма еще не известна. Эпидемиологические исследования большого количества людей работающих в разных условиях, не выявили существенного увеличения заболеваемости раком у рабочих, подверженных действию этих соединений.

В настоящее время содержание  в конечных продуктах очень низко - менее , а нередко и . Сейчас не представляется возможным сделать какие-либо заключения относительно истинной опасности возникновения раковых заболеваний, и по этой причине следует принимать все возможные меры безопасности, включая устранение подозрительных примесей и технические меры защиты при производстве и использовании этих соединений.[82-83]

Толуидин существует в трех изомерных формах, но только о- и п- изомеры имеют промышленное значение. о-толуидин и п-толуидин легко абсорбируются через кожу, а также при вдыхании паров и пыли. Они являются мощными формирователями метгемоголобина, и острое отравление ими может сопровождаться микро- или макроскопической гематурией, но они гораздо меньше раздражают мочевой пузырь, чем 5 -хлор-о-толуидин.

Существуют веские доказательства их канцерогенности для животных, и поэтому о-толуидин и п-толуидин относятся группе возможных человеческих канцерогенов.

Толуолдиамины. Среди шести изомеров толуолдиамина наиболее часто встречается 2,4-толуолдиамин, который составляет 80 % промежуточного продукта в производстве диизоцианата толуола; остальные 20 % приходятся на 2,6- изомер, который является одним из основных материалов для получения полиуретанов. На это соединение обратили внимание после обнаружения его канцерогенного действия на лабораторных животных. Данные о его влиянии на людей отсутствуют.

Ксилидины. Результаты экспериментов на животных указывают, что они, прежде всего, действуют на печень, а затем на кровь.

Азокрасители. В целом группа азокрасителей обладает относительно низкой общей токсичностью. Многие из их имеют оральный  (смертельная доза) более 1 г/кг для крыс и мышей, а грызуны в лабораторных условиях получали в течение всей жизни более 1г испытуемого соединения на 1 кг пищи. Некоторые из азокрасителей могут вызывать дерматиты, но, как правило, средней тяжести; на практике очень сложно определить, вызвано ли кожное заболевание самим красителем, или сопутствующими материалами. Все возрастающее внимание уделяется канцерогенным свойствам азокрасителей. Хотя эпидемиологические исследования пока еще редки, уже накопились данные от долговременных наблюдений, подтверждающие, что некоторые азокрасители являются канцерогенами для лабораторных животных. Главным объектом таких исследований является печень; за ней следует мочевой пузырь. В некоторых случаях исследуется и кишечник. Тем не менее, достаточно проблематично экстраполировать эти результаты на людей.

Большинство канцерогенных азокрасителей являются не прямыми канцерогенами, а пред-канцерогенными веществами. То есть для того, чтобы стать настоящими канцерогенами, они должны в результате естественной метаболической активации превратиться в ближайшие канцерогенные вещества. Например, метиламиноазобензол сначала подвергается Н-гидроксилированию и Н-деметилированию в аминогруппе, а затем происходит сернокислое соединение с производной Н-гидроксида, в результате чего образуется настоящий канцероген, вступающий в реакцию с нуклеиновой кислотой.

Следует отметить, что бензидин-производные диазокрасителей могут в результате обычных обменных процессов в организме человека преобразовываться в высоко канцерогенный бензидин. В теле человека в естественных условиях или в результате действия кишечных бактерий восстанавливаются две азогруппы, в результате чего образуется бензидин. Поэтому азокрасители требуют осторожного обращения.

Таблица 3. Токсичность некоторых нитро- и аминоароматических соединений

Ароматические амины

ArNR1R2, R1, R2 = H, алкил, арил

(бесцветные высококипящие жидкости или твердые

вещества со специфическими запахами)

Токсическое действие. Наиболее характерным проявлением токсического действия ароматических аминов является избирательное поражение красной крови. Ключевым механизмом этого процесса является окисление гемоглобина (Hb) с переходом железа в трехвалентное состояние и образованием метгемоглобина (MtHb), в результате чего уменьшается способность гемоглобина переносить кислород к тканям и органам организма, развивается гипоксия. При содержании MtHb в крови на уровне 50 % и выше возникает реальная угроза жизни. Наряду с MtHb при интоксикации ароматическими аминами в крови появляется сульфгемоглобин (SfHb), который, в отличие от MtHb, легко восстанавливающегося в организме за счет редуктазных ферментных систем в гемоглобине, представляет собой необратимое производное Hb. Наличие в крови SfHb резко усиливает цианоз, поскольку он в 3 раза темнее, чем MtHb. При отравлении также происходит разрушение эритроцитов, следствием чего является развитие гемолитической анемии.

Наряду с избирательным поражением красной крови соединения данной группы вызывают расстройства ЦНС, которые в условиях острого отравления реализуются по типу синдрома гипотонического возбуждения. Возможно также поражение печени, почек, хотя в общем избирательной гепато- и нефротоксичностью соединения не обладают, за исключением отдельных веществ, к которым относится 4-(ацетиламино)фенол (парацетамол), обладающий специфическим гепатотоскическим эффектом. Некоторые алкоксипроизводные, такие как анизидины, фенетидины, известны как почечные яды. Наиболее агрессивным по этому признаку является п-ацетилфенетидин (фенацетин), вызывающий фенацетиновый нефрит с возможным исходом в сморщенную почку. Отдельные производные проявляют канцерогенную активность. Они вызывают новообразования со специфической для ароматических аминов локализацией, а именно — опухоли мочевого пузыря. К бластомогенам такой природы относится бензидин и его производные, а также о-толуидин.

Анилин

Фениламин, аминобензол

C6H5NH2

(бесцветная жидкость с характерным запахом, темнеющая на свету и на воздухе)

Токсическое действие. Является метгемоглобинообразователем. Повреждает красную кровь, приводит к гемолитической анемии регенераторного типа со снижением кислородной емкости крови и развитию гемической гипоксии. Оказывает влияние на ЦНС.

Острое отравление. Острое отравление развивается при поступлении вещества с вдыхаемым воздухом, через кожу и внутрь. Смертельные дозы при приеме внутрь варьируют от 1 до 30 г. Характерными признаками острого отравления являются цианоз, бурый цвет крови, выраженность которых пропорциональна тяжести отравления. Цианоз особенно резко проявляется на деснах, губах, ушах, кончике носа, несколько менее заметен на пальцах рук и ног. Цианоз проявляется при содержании MtHb в крови в концентрации 15 % и более. При уровне MtHb 20–30 % его исчезновение из крови происходит в течение 1–3 дней без врачебного вмешательства. Наличие в крови MtHb свыше 40 % грозит летальным исходом и требует активных лечебных мер. Острое отравление характеризуется изменениями центральной и вегетативной нервных систем, включающими головную боль, головокружение, иногда потерю сознания, одышку, тахикардию, падение артериального давления, эйфорию («анилиновое опьянение»), тошноту, рвоту. Описаны случаи острой сердечной недостаточности, а также коматозного состояния с нарушением ритма дыхания. Для тяжелых форм отравления характерны увеличение и болезненность печени, гемоглобинурия. Может развиваться почечно-печеночная недостаточность с явлениями олигурии, альбуминурии, азотемии.

Хроническое отравление. Наиболее характерными признаками служат изменение красной крови типа анемии. Признаки поражения аналогичны таковым при остром отравлении, но менее выражены.

2-Хлоранилин, о-Хлоранилин

(бесцветная жидкость, темнеющая на воздухе)

Токсическое действие. Вызывает образование метгемоглобина. В последующем развивается гемолитическая анемия регенераторного типа и гемическая гипоксия. Поражает ЦНС, печень, почки, селезенку и сердечно-сосудистую систему. Легко проникает через неповрежденную кожу. По степени токсичности вещество близко к анилину.

4-Хлоранилин, п-Хлоранилин,

(белое кристаллическое вещество)

Токсическое действие. Вызывает образование метгемоглобина. Поражает ЦНС, печень, почки, селезенку и сердечно-сосудистую систему. Легко проникает через неповрежденную кожу. По токсичности превосходит анилин.

Острое отравление. У рабочих, подвергающихся воздействию вещества, выявляется цианоз. Известны случаи тяжелого отравления вследствие всасывания через кожу рук. Симптомами отравления являются головная боль, головокружение, шум в ушах, загрудинные боли, цианоз губ и ногтей, одышка.

о-Нитроанилин

(желтое кристаллическое вещество)

Токсическое действие. Практически лишен гемотоксической активности. Оказывает повреждающее действие на печень. Не проникает через неповрежденную кожу.

Местное действие. Оказывает слабое раздражающее действие на кожу. Раздражает кожу век и слизистую глаз.

м, п- Нитроанилин

(желтое кристаллическое вещество)

Токсическое действие. Чрезвычайно активный метгемоглобинообразователь. Существует опасность отравления веществом при всасывании через кожу. [64,65]

2. Результаты и обсуждения

2.1. Акустическое воздействие на бинарную систему и селективное восстановление динитроарен.

В настоящее время для интенсификации и повышения эффективности протекания химических реакций, приводящих к ценным органическим продуктам, используют различные подходы, включая гомо- и гетерогенный, межфазный, мицеллярный катализ, инициаторы, ультрафиолетовое излучение, высокое давление и многие другие физические воздействия.

В последние годы достигнуты большие успехи в создании разных конструкций эффективных генераторов ультразвука, в связи с чем наблюдается повышенный интерес к использованию ультразвукового излучения для интенсификации различных химических реакций.

Целью данной работы является исследование влияния ультразвука на скорость и селективность протекания некоторых реакций, лежащих в основе синтеза практически ценных соединений, с целью их интенсификации и повышения эффективности.

Процессы получения ароматических соединений, содержащих одновременно нитро- и аминогруппы, в том числе нитроанилинов, представляют как теоретический, так и практический интерес.

Этот класс ароматических соединений включает в себя большой ряд практически ценных продуктов моногоцелевого назначения. Они используются при получении лекарств [70], красителей [71,72] и др.. Кроме того, отработка эффективных методов синтеза соединений, содержащих подобные разнообразные функции (нитро-, аминогруппа, галогены и др.) является весьма актуальной для современного органического синтеза, поскольку служит базисом для инструментария при получении широких рядов заданных структур и их модификации.

На сегодняшний день для синтеза нитроанилинов используется целый набор методов.

Разработка новых, доступных и перспективных методов синтеза органических соединений, является очень актуальной, и широко востребованной задачей.

В этой связи, перед химиками-синтетиками встает вопрос о минимизации операционного времени синтеза, повышении выхода целевых продуктов, снижения количества отходов, вследствие повторного использования агентов реакции, а значит ресурсосберегающего и экологически безопасного способа проведения синтеза, а также возможности целенаправленного управления химическим процессом.

Одним из вариантов, обеспечивающих развитие данного подхода, является восстановление нитроароматических соединений в бинарных системах под действием ультразвуковых волн.

Механизм протекания звукохимической реакции была рассмотрена в 1985.

В этой теории рассматривается двойной электрический слой на поверхности расщепляющегося кавитационного пузырька. Показано, что при его расщеплении образуется некомпенсированный электрический заряд Q, который зависит от радиуса шейки (г) образующегося пузырька, дзета-потенциал а, частоты и амплитуды акустических колебаний, электропроводности жидкости и т.д. При отрыве осколочного пузырька некомпенсируемый заряд локализуется на малой площадке радиуса r. Напряженность возникающего электрического поля Eн=Q/2πƐ0r20- диэлектрическая проницаемость газа), для обычных экспериментальных параметров Eн ≈108-1011В/м. T. к. критическая напряженность для электрического пробоя в сухом воздухе при атмосферном давлении Eкr = 3·106 В/м, а Екр пропорциональна давлению газа, электрический заряд в кавитационном пузырьке может образовываться с высокой вероятностью даже при давлениях, значительно превышающих атмосферное.

Хим. реакция, возникающая в жидкости под действием звукохимической реакции, подразделяется на окислительно-восстановительной реакции, протекающие в водных растворах между растворенными веществами и продуктами разложения молекул воды внутри кавитационного пузырька (H, ОН, H2, H2O2), напр.:Fe2++OH-=Fe+3+OH- [84].

Из ранее проведенных на кафедре органической и биологической химии ЯрГУ им. П.Г. Демидова работ, следует, что одним из перспективных восстанавливающих агентов являются соли металлов переменной степени окисления. Однако, также отмечались и недостатки этого метода: сложность выделения целевых продуктов реакции, а также в ряде случаев при восстановлении замещенных динитробензолов наблюдается низкая селективность процесса.

Поэтому, для устранения этих недостатков был предложен новый метод восстановления нитроаренов, заключающийся в проведении реакции в спиртах, не смешивающихся с водой под действием ультразвука.

В данной системе реакционная масса переходит из бинарного в гомофазное состояние, позволяя тем самым увеличить выход продукта (скорость реакции в гомогенной среде выше, чем в гетерогенной, т.к. увеличивается площадь взаимодействия агентов реакции), а при прекращении воздействия ультразвука вновь расслаивалась на две фракции, позволяя разделить компоненты реакции. Таким образом, достоинства данной методики заключается в уменьшении операционного времени процесса как за счет уменьшения времени самого процесса восстановления, так и упрощения выделения продуктов реакции.

Отсутствие экстракции – неотъемлемой стадии при восстановлении в обычных условиях без использования ультразвука позволит избежать проблем связанных с выделением продукта реакции из-за низкой растворимости его в хлороформе, а также позволяет экономить время и реактивы.

Возможность регенерации продуктов этой реакции (восстановление металла под действием электрического тока) уменьшает количество отходов, тем самым позволяет экономить ресурсы.

Важной особенностью этой системы – изобутиловый спирт, практически не растворим в воде(растворимость изобутанола по данным справочника составляет 9,5% при 18°C), важно было подобрать тот агент (металл), соль которого растворялась лишь только в водной фракции. Им оказался сульфат железа (II). 

Использование других восстанавливающих агентов, таких как хлорид титана(III), хлорид олова (II), растворимых как в воде, так и в спирте, оказалось невозможным, так как вызывает загрязнение продукта, из-за трудности его выделения из реакционной массы. Регенерацию железа лучше всего осуществлять электрохимическим методом. Этот способ позволяет вернуть в цикл практически все железо.

Данная методика позволяет восстанавливать одну две и несколько нитрогрупп в замещенных нитроаренах с высоким выходом – до 95% и отсутствием побочных продуктов.

Мы предлагаем использовать данный способ для селективного восстановления полинитроароматических соединений. Методика была отработана для 2,4-динихлорбензоле и, в дальнейшем, проведена на ряде веществ с использованием свежеприготовленного сульфата железа (II) и изобутилового спирта. Как известно, с увеличением длины углеводородного ряда спирта, селективность такого растворителя увеличивается.

Процесс селективного восстановления схематично представлен на рис1.

Рис.1.Схема проведения селективного восстановления динитроарена.

Полученные результаты мы сравнили с селективным восстановлением с помощью солей металлов переменной валентности без применения ультразвука. В приведенной ниже таблице приводятся данные селективного восстановления 2,4-динитрохлорбензола в метаноле по старой схеме, приведенной в приложении (схема №1), и по новой методике с использованием ультразвуковых волн и, применение в качестве растворителя, изобутилового спирта.

Таблица .4. Сравнение выхода продукта

Метанол

Выход +

исходный,%

Количество

исходного,%

Выход

орто-изомеров,%

Выход пара-изомеров,%

Пара/орто, мета-изомеры

(TiCl3)

91,8

54,17

18,89

21,01

0,9

(SnCl2)

97

57,4

8,5

34,1

0,25

Изобутанол + ультразвук

(FeSO4)

99,94

29,08

75,5

-

-

Как видно из приведенных данных в таблице, в реакциях с участием в качестве восстанавливающего агента хлорида титана(III) и хлорид олова(II) мы наблюдаем низкий выход как орто- так и пара- изомеров, а также высокое содержание исходного продукта. Все это свидетельствует о неприменимости данных металлов переменной валентности в системе селективного восстановление динитроаренов.

Синтез, протекающий в условии ультразвука, с использованием в качестве восстановителя сульфат железа(II), характеризуется высоким выходом орто-изомера, а также отсутствием других изомерных форм восстановления.

Восстановление одной нитрогруппы именно в орто- положении 2,4-динитрохлорбензола свидетельствует о узкой специфичности предложенных условий протекания  селективного восстановления нитроароматических соединений.

Для анализа полученных продуктов реакций восстановления мы использовали газожидкостную хроматографию. Этот метод позволяет анализировать состав смеси продуктов синтеза без их предварительного разделения.

1.Диаграмма. Газожидкостная хроматография 2,4-динитротолуола

Время, мин

Компонент

Высота,мв

Площадь, мв*мин

Высота,%

Площадь,%

Ширина,сек

1

9,93

0,198

0,0269

0,0323

0,0134

8,80

2

12,24

2,4-динитротолуол

199,303

58,5060

32,5818

29,0761

34,16

3

15,01

0,138

0,0239

0,0226

0,0119

11,52

4

15,62

2-амино-4-нитротолуол

411,805

142,5876

67,3215

70,8626

25,72

5

18,47

0,255

0,0724

0,0418

0,0360

11,96

611,699

201,2168

100,0000

100,0000

Из приведенной выше диаграммы видно, что пик орто-изомера выявлен на 15 минуте. Площадь под пиком равна 70,86 % -что соответствует процентному содержанию целевого продукта в реакционной массе. Пик исходного вещества выявлен на 12 минуте, площадь под пиком составила 29,08%- это процентное содержание исходного компонента.

Если сравнить полученные результаты, обнаруживается одно из достоинств данной методики – крайне малое содержание исходных продуктов реакции. Если при селективном восстановлении динитроарен в метаноле содержание субстрата реакции 54,17% при использовании в качестве восстановителя TiCl3 и 57,4% при использовании SnCl2. 

2.Диаграмма. Газожидкостная хроматография для 2,4-динитрохлорбензола.

Время, мин

Детектор

Компонент

Высота,мв

Площадь,мв*мин

Высота,%

Площадь,%

Ширина,сек

1

2,24

ПИД-2

2,4-динитрохлорбензол

366,597

12,1207

23,2610

24,5449

4,16

2

2,33

ПИД-2

2,4-диаминохлорбензол

343,245

11,4837

21,7793

75,4127

1,88

3

2,45

ПИД-2

4-хлор-3-нитроанилин

329,135

11,5531

20,8840

75,5360

2,60

Из приведенной выше диаграммы видно, что методика селективного восстановления полинитросоединений в бинарных системах под действием ультразвуковых волн, позволяет синтезировать продукты без отсутствия изомерных смесей продуктов, а так же обеспечивает высокий выход продуктов реакций. На 2,45 мин. детектор обнаружил продукт 4-хлор-3нитроанилин с выходом 75,5% .Процентное содержание субстрата реакций остается также на низком уровне: 23,54 % .

На диаграмме так же присутствует соединение полного восстановления динитросоединения до диамина с целью выявлении закономерностей изменения токсичности исходных субстратов и их продуктов.

Таблица 5. Таблица полученных результатов.

Вещество

Условия

Восстан.

агент

Выход

Исходный продукт,%

Орто-изомеры,%

Пара-изомеры,%

Орто/пара-изомеры,%

2,4-динитро-хлорбензол

Метанол

TiCl3

54,17

18,89

21,01

0,9

Метанол

SnCl2

57,4

8,5

34,1

0,25

Изобутанол+

ультразвук

FeSO4

24,5

75,4

-

-

2,4-динитро-толуол

Изобутанол+

ультразвук

FeSO4

29,08

70,86

-

-

Акустическое воздействие оказало значительное влияние на скорость и направление протекания реакций, снизило общее операционное время проведения синтеза, повысив выход целевого продукта. Многие реакции, осуществляемые с применением ультразвуковых волн, могут проходить при пониженных температурах. Ультразвук способен понижать энергию активации, тем самым являясь катализатором процесса, а, в отсутствие акустического воздействия, система не может быть использована в операционных целях.

В данной работе применение ультразвукового излучения позволило повысить селективность протекания химических процессов.

Исследования продолжились в токсикологическом опыте с использованием тест-объектов.

2.2.Токсикологический эксперимент.

Основная задача любого токсикологического опыта – определение максимальной недействующей (или безвредной, пороговой, неэффективной) концентрации веществ, при которой не обнаруживается изменений в организмах. При проведении опытов с различными тест-объектами (рыбами, беспозвоночными и т.д.) устанавливают безвредную концентрацию вещества для наиболее чувствительного организма, которая служит отправной точкой для определения допустимой концентрации этого вещества.

Тест-организмы – это высокочувствительные организмы, широко представленные в определенных географических зонах, доступные для сбора, удобные для содержания и культивирования в лаборатории и хорошо изученные.

В качестве объектов исследования для данной дипломной работы были выбраны соединения – нитроароматические соединения и их производные аминоароматические соединения, поскольку эти соединения находят очень широкое применение, однако их биологическое действие еще недостаточно изучено. Поэтому изучение токсичности данных соединений является актуальной задачей. Для оценки степени токсичности выбранных соединений и проведения токсикологического эксперимента нами были выбраны в качестве тест-объектов рачки Ceriodaphnia affinis и смешанная культура водорослей (Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda).

Таблица 6. Структурные формулы и названия исследуемых соединений.

№ п/п

Название соединения

Структурная формула

1

4-Хлорнитробензол

2

4-хлорнитроанилин

3

4-хлор-3-нитроанилин

4

2,4-динитрохлорбензол

5

2,4-диаминохлорбензол

6

2-хлор-4-нитроанилин

У всех веществ во втором и четвертом положении находятся функциональные группы – амино- и нитрогруппы . Данные функциональные группы обладает сильным электронстягивающим эффектом, что приводит к изменению электронной структуры и свойств (физических, химических и токсических) исследуемых соединений. Следовательно, при рассмотрении токсичности нитро и аминоароматических, нас в первую очередь будет интересовать вопрос о влиянии количества заместителей и их местоположения на токсические свойства исследуемых веществ.

 Для оценки степени токсичности и проведения токсикологического эксперимента нами были выбраны в качестве тест-объекта рачки Ceriodaphnia affinis.

2.2.1. Экспериментальные данные по биологической активности амино- и динитроарен.

2.2.1.1. Эксперимент на цериодафниях.

Для исследуемого ряда химических соединений проводили токсикологический эксперимент на Ceriodaphnia affinis. Острый опыт ставили из пяти концентраций, в течение 48 часов, в трех повторностях для каждой концентрации и в условиях, описанных в методике [54, 55, 57]. Для контроля использовали отстоянную воду с растворителем (ДHФА), коэффициент разбавления тот же, что и в опыте. Модельные (рабочие) растворы готовились на отстоянной - культивационной(биологинизированной) воде путем разбавления основного(маточного) раствора в 2nраз, где n=1(100; 50; 25; 12,5; 6,25; 3; 1,5).

Через двое суток проводили подсчет выживших особей в контрольном и опытных вариантах для каждой концентрации. Результаты опытов отражены в таблице 7:

Таблица 7. Результаты эксперимента на Ceriodaphnia affinis.

Соединение

Концентрация,

мг/л

Число выживших особей

L,%

LC50, мг/л

N1

N2

N3

1

100

0

1

0

0,33

94,5

25,87

50

2

3

2

2,33

61,17

25

4

3

3

3,33

44,5

12,5

5

6

5

5,33

11,73

6,25

6

6

5

5,67

5,5

Контроль

6

6

6

6

0,0

2

25

1

2

1

1,33

77,83

15,27

12,5

4

3

4

3,67

38,83

6,25

4

5

4

4,33

27,33

3

5

6

5

5,33

11,73

1,5

5

6

6

5,67

5,5

Контроль

6

6

6

6

0,0

3

25

2

2

2

2

66,67

11,95

12,5

2

3

3

2,67

55,5

6,25

3

4

4

3,67

38,83

3

4

4

4

4

33,33

1,5

5

5

4

4,67

22,17

Контроль

6

6

6

6

0,0

4

50

1

0

0

0,33

94,18

15,75

25

2

1

1

1,33

76,54

12,5

4

3

3

3,33

41,27

6,25

5

5

6

5,33

6

3

6

6

5

5,67

5,5

Контроль

6

6

6

6

6

5

50

1

0

1

0,67

88,83

20,5

25

2

3

2

2,33

61,17

12,5

4

5

4

4,33

27,83

6,25

6

6

5

5,67

5,5

3

6

6

5

5,67

5,5

Контроль

6

6

6

6

0,0

6

25

3

3

2

2,67

55,5

21,23

12,5

4

4

3

3,67

38,83

6,25

4

4

4

4

33,33

3

5

4

4

4,33

27,83

1,5

6

5

5

5,33

11,17

Контроль

6

6

6

6

0,0

На основании данных таблицы 7 с помощью программы Microsoft Excel строили график зависимости летальности (L, %) дафний от концентрации исследуемых соединений (мг/л).

Таблица 8. Графики зависимости летальности от концентрации исследуемых веществ.

№ п/п

Графики

LC50, мг/л

1

4-хлоранилин

25,87 мг/л

2

4-хлорнитробензол

15.27 мг/л

3

Вещество 2,4-динитрохлорбензол

11,95 мг/л

4

  

2хлор,5нитроанилин

15.75 мг/л

5

Вещество 2,4-диаминохлорбензол

20,5 мг/л

6

    

Вещество 4хлор,3нитроанилин

21,23 мг/л

На данных графиках показана зависимость токсичности от концентрации веществ в растворе, из которой видно, что с увеличением концентрации токсиканта увеличивается смертность особей. С помощью линии тренда подбирали функцию, описывающую эти зависимости для каждого вещества. Для всех зависимостей была подобрана полиномиальная функция второй степени, с помощью которой, приняв y за 50 и учитывая области известных значений х, решали соответствующие уравнения и получили LC50 за 48 часов в остром опыте для каждого исследуемого вещества. Значения LC50 за 48 часов в остром опыте с Ceriodaphnia affinis для всех производных 2,4-динитрохлорбензола приведены ниже:

  1.  вещество (1) – 25,87 мг\л
  2.  вещество (2) – 15.27 мг\л
  3.  вещество (3) – 11,95 мг\л
  4.  вещество (4) – 15.75 мг\л
  5.  вещество (5) – 20,5   мг\л

      6)    вещество (6) – 21,23 мг\л

Таким образом видно, что при  увеличении числа нитрогрупп токсичность вещества возрастает. Наиболее токсичным веществом представлен динитрохлорбензол – 11,95 мг/л, молекула которого содержит две нитрогруппы. С момента восстановления одной нитрогруппы, токсичность вещества падает. Наименьшую токсичность имеет вещество 4-хлораминобензол- 25,8 мг/л., молекула которого не содержит нитрогрупп.

Нитрогруппа, расположенная в п-положении обладает большей реакционной способностью, чем в м-положении. Этим можно объяснить, что у молекулы 2-хлор,5-нитроанилин токсичный эффект более ярко выражен, по сравнению с другими аминами.

Результаты биотестирования различных концентраций веществ показали, что выживаемость цериодафний увеличивается по мере разбавления растворов с токсикантами.

Для оценки токсичности воды использовали следующие критерии [85]:

  1.  гибель животных составляет более 50 % – вода является очень токсичной;
  2.  гибель животных составляет от 20 до 50 % – вода является токсичной;
  3.  гибель животных менее 20 % – тестируемая вода не является токсичной.

Согласно этой классификации, очень токсичной будет являться вода, которая содержит изучаемые вещества в концентрации выше LC50, т.е. более 25,87 мг/л для вещества (1), более 15,27 мг/л для вещества (2), более 11,95 мг/л для вещества (3), более 15.75 мг/л для вещества (4), более 20,5   мг/л для вещества (5), более 21,23 мг/л для вещества(6).

Затем проводили статистическую обработку полученных данных с помощью формул для малых выборок. Вычисляли среднее число выживших рачков для каждой концентрации (Xср), определяли отклонение каждого варианта от средней величины (XiXср), среднее квадратичное отклонение (s), ошибку среднего (m) и t-критерий Стьюдента (td).

Результаты статистической обработки полученных данных по соответствующим формулам представлены в таблице 9:

Таблица 9. Статистическая обработка результатов острого опыта на Ceriodaphnia affinis

Соединение

Концентрация,

мг/л

Xср

Σ(Xi – Xср)2

s

m

Td

1

100

0,33

0,593

±0,544

±0,385

±15,254

50

2,33

0,593

±0,544

±0,385

±13,254

25

3,33

0,593

±0,544

±0,385

±12,254

12,5

5,33

0,593

±0,544

±0,385

±10,254

6,25

5,67

0,667

±0,577

±0,333

±12,348

Контроль

6

0,000

±0,000

±0,000

±0,000

2

25

1,33

0,593

±0,544

±0,385

±9,699

12,5

3,67

0,667

±0,577

±0,333

±14,348

6,25

4,33

0,593

±0,544

±0,385

±11,254

3

5,33

0,593

±0,544

±0,385

±10,254

1,5

5,67

0,667

±0,577

±0,333

±12,348

Контроль

6

0,000

±0,000

±0,000

±0,000

3

25

2

0,000

±0,000

±0,000

±4

12,5

2,67

0,667

±0,577

±0,333

±15,348

6,25

3,67

0,667

±0,577

±0,333

±14,348

3

4

0,000

±0,000

±0,000

±2

1,5

4,67

0,667

±0,577

±0,333

±13,348

Контроль

6

0,000

±0,000

±0,000

±0,000

4

50

0,33

0,593

±0,544

±0,385

±15,254

25

1,33

0,593

±0,544

±0,385

±14,254

12,5

3,33

0,593

±0,544

±0,385

±12,254

6,25

5,33

0,593

±0,544

±0,385

±10,254

3

5,67

0,667

±0,577

±0,333

±12,348

контроль

6

0,000

±0,000

±0,000

±0,000

5

50

0,67

0,667

±0,577

±0,333

±17,348

25

2,33

0,593

±0,544

±0,385

±13,254

12,5

4,33

0,593

±0,544

±0,385

±11,254

6,25

5,67

0,667

±0,577

±0,333

±12,348

3

5,67

0,667

±0,577

±0,333

±12,348

контроль

6

0,000

±0,000

±0,000

±0,000

6

25

2,67

0,667

±0,577

±0,333

±15,348

12,5

3,67

0,667

±0,577

±0,333

±14,348

6,25

4

0,000

±0,000

±0,000

±2

3

4,33

0,593

±0,544

±0,385

±11,254

1,5

5,33

0,593

±0,544

±0,385

±10,254

контроль

6

0,000

±0,000

±0,000

±0,000

Для данного исследования достаточна вероятность 0,95, которая соответствует уровню значимости 0,05. Число степеней свободы равно четырем (nк + nо – 2), t-критерий Стьюдента, найденный по таблице в соответствии с этими величинами, равен 2,78 [86].

Изучаемая концентрация оказывает токсическое действие на культуру Ceriodaphnia affinis в случае, если рассчитанные коэффициенты Стьюдента для каждой концентрации больше или равны 2,78.

2.2.1.2. Эксперимент на водорослях

Для исследуемого ряда химических соединений проводили токсикологический эксперимент на смешанной культуре Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda. Острый опыт ставили с шестью концентрациями, в течение 96 часов, в трех повторностях для каждой концентрации и в условиях, описанных в методике [54, 55, 57]. Для контроля использовали отстоянную воду с растворителем (ДМФА), коэффициент разбавления тот же, что и в опыте. Для всех веществ брали ряд концентраций 0,001; 0,01; 0,1; 1; 10; 100 мг/л, полученных путем приготовления серии последовательных десятикратных разбавлений.

Через четверо суток проводили подсчет выживших особей в контрольном и опытных вариантах для каждой концентрации. Результаты опытов отражены в таблице 10:


Таблица 10. Результаты эксперимента на смешанной культуре Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda.

Соединение

Концентрация, мг/л

Число клеток водорослей (*104), мл-1

L,%

LC50, мг/л

N1

N2

N3

1

100

101

104

111

105,333

51,084

55,423

10

137

143

146

142,000

34,056

1

155

149

161

155,000

28,019

0,1

188

190

185

187,667

12,848

0,01

198

191

193

194,000

9,907

0,001

206

210

199

205,000

4,799

Контроль

215

220

211

215,333

0,000

2

100

68

59

56

61,000

62,346

25,251

10

102

99

90

97,000

40,123

1

115

121

109

115,000

29,012

0,1

127

119

125

123,667

23,663

0,01

130

139

135

134,667

16,872

0,001

147

141

157

148,333

8,436

Контроль

162

165

159

162,000

0,000

3

100

64

60

70

64,667

51,378

9,153

10

78

80

82

80,000

39,850

1

92

99

86

92,333

30,576

0,1

101

95

90

95,333

28,321

0,01

115

109

112

112,000

15,789

0,001

120

117

125

120,667

9,273

Контроль

134

128

137

133,000

0,000

4

100

76

68

62

68,667

71,429

19,948

10

121

132

117

123,333

48,682

1

156

168

161

161,667

32,732

0,1

178

185

182

181,667

24,411

0,01

198

206

189

197,667

17,753

0,001

222

231

214

222,333

7,490

Контроль

240

245

236

240,333

0,000

5

100

68

59

56

61,000

62,346

36,384

10

115

121

109

115,000

29,012

1

92

99

86

92,333

30,576

0,1

178

185

182

181,667

24,411

0,01

130

139

135

134,667

16,872

0,001

206

210

199

205,000

4,799

Контроль

162

165

159

162,000

0,000

6

100

101

104

111

105,333

51,084

41.674

10

102

99

90

97,000

40,123

1

156

168

161

161,667

32,732

0,1

188

190

185

187,667

12,848

0,01

198

191

193

194,000

9,907

0,001

147

141

157

148,333

8,436

Контроль

215

220

211

215,333

0,000

На основании данных таблицы 10 с помощью программы Microsoft Excel строили график, отражающий изменение численности клеток водорослей в зависимости от концентрации исследуемых соединений (мг/л). Графики отображены на рис. 2:

Рис.2. Летальность смешанной культуры Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda при действии различных концентраций производных динитроароматических соединений(1)4-хлоранилин; 2)4-хлорнитробензол;3)2,4-динитрохлорбензол,4) 2хлор,5нитроанилин)

Рис.3. Летальность смешанной культуры Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda при действии различных концентраций производных динитроароматических соединений.(1) 2,4-диаминохлорбензол, 2) 4,хлор3-нитроанилин)

На данных графиках показана зависимость токсичности от концентрации веществ в растворе, из которой видно, что с увеличением концентрации токсиканта уменьшается численность клеток водорослей.

С помощью линии тренда подбирали функцию, описывающую эти зависимости для каждого вещества. Для всех зависимостей была подобрана полиномиальная функция второй степени, с помощью которой, приняв y за 50 и учитывая области известных значений х, решали соответствующие уравнения и получили LC50 за 96 часов в остром опыте для каждого исследуемого вещества. Значения LC50 за 96 часов в остром опыте с культурой Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda для производных 2,4-динитрохлорбензола:

  1.  вещество (1) – 55,423 мг/л;
  2.  вещество (2) – 25,251 мг/л;
  3.  вещество (3) – 9,153 мг/л;
  4.  вещество (4) – 19,948 мг/л;
  5.  вещество (5) – 36,384 мг/л;
  6.  вещество (6) – 41.674 мг/л;

Таким образом видно, что при  увеличении числа нитрогрупп токсичность вещества возрастает. Наиболее токсичным веществом представлен динитрохлорбензол –9,153 мг/л, молекула которого содержит две нитрогруппы.

С момента восстановления одной нитрогруппы, токсичность вещества падает. Наименьшую токсичность имеет вещество 4-хлораминобензол 55,423 мг/л., молекула которого не содержит нитрогрупп.

Нитрогруппа, расположенная в п-положении обладает большей реакционной способностью, чем в м-положении. Этим можно объяснить, что у молекулы 2-хлор,5-нитроанилин токсичный эффект более ярко выражен, по сравнению с другими аминами.

Затем проводили статистическую обработку полученных данных с помощью формул для малых выборок. Вычисляли среднюю численность клеток водорослей для каждой концентрации (Xср), определяли отклонение каждого варианта от средней величины (XiXср), среднее квадратичное отклонение (s), ошибку среднего (m) и t-критерий Стьюдента (td). Результаты статистической обработки полученных данных по соответствующим формулам представлены в таблице 11:


Таблица 11. Статистическая обработка результатов острого опыта на смешанной культуре Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda

Соединение

Конц., мг/л

Xср (*104), мл-1

Σ(Xi – Xср)2

s

m

Td

1

100

105,333

52,667

±5,132

±2,963

±27,889

10

142,000

42,000

±4,583

±2,646

±19,756

1

155,000

72,000

±6,000

±3,464

±13,923

0,1

187,667

12,667

±2,517

±1,453

±9,279

0,01

194,000

26,000

±3,606

±2,082

±6,400

0,001

205,000

62,000

±5,568

±3,215

±2,498

Контроль

215,333

40,667

±4,509

±2,603

±0,000

2

100

61,000

78,000

±6,245

±3,606

±25,249

10

97,000

78,000

±6,245

±3,606

±16,250

1

115,000

72,000

±6,000

±3,464

±12,135

0,1

123,667

34,667

±4,163

±2,404

±12,938

0,01

134,667

40,667

±4,509

±2,603

±8,741

0,001

148,333

130,667

±8,083

±4,667

±2,745

Контроль

162,000

18,000

±3,000

±1,732

±0,000

3

100

67,667

50,667

±5,033

±2,906

±17,387

10

80,000

8,000

±2,000

±1,155

±18,359

1

92,333

84,667

±6,506

±3,757

±8,851

0,1

95,333

60,667

±5,508

±3,180

±9,106

0,01

112,000

18,000

±3,000

±1,732

±6,641

0,001

120,667

32,667

±4,041

±2,333

±3,496

Контроль

133,000

42,000

±4,583

±2,646

±0,000

4

100

68,667

98,667

±7,024

±4,055

±35,622

10

123,333

120,667

±7,767

±4,485

±26,089

1

161,667

72,667

±6,028

±3,480

±22,604

0,1

181,667

24,667

±3,512

±2,028

±28,933

0,01

197,667

144,667

±8,505

±4,910

±8,689

0,001

222,333

144,667

±8,505

±4,910

±3,666

Контроль

240,333

40,667

±4,509

±2,603

±0,000

5

100

61,000

78,000

±6,245

±3,606

±25,249

10

115,000

72,000

±6,000

±3,464

±12,135

1

92,333

84,667

±6,506

±3,757

±8,851

0,1

181,667

24,667

±3,512

±2,028

±28,933

0,01

134,667

40,667

±4,509

±2,603

±8,741

0,001

205,000

62,000

±5,568

±3,215

±2,498

Контроль

215,333

40,667

±4,509

±2,603

±0,000

6

100

105,333

52,667

±5,132

±2,963

±27,889

10

97,000

78,000

±6,245

±3,606

±16,250

1

161,667

72,667

±6,028

±3,480

±22,604

0,1

187,667

12,667

±2,517

±1,453

±9,279

0,01

194,000

26,000

±3,606

±2,082

±6,400

0,001

148,333

130,667

±8,083

±4,667

±2,745

Контроль

133,000

42,000

±4,583

±2,646

±0,000

Для данного исследования достаточна вероятность 0,95, которая соответствует уровню значимости 0,05. Число степеней свободы равно четырем (nк + nо – 2), t-критерий Стьюдента, найденный по таблице в соответствии с этими величинами, равен 2,78 [86]. Изучаемая концентрация оказывает токсическое действие на культуру водорослей в случае, если рассчитанные коэффициенты Стьюдента для каждой концентрации больше или равны 2,78.

2.2.2. Значение липофильности для нитросоединений и анилинов.

Липофильность относится к группе параметров межмолекулярных взаимодействий для анализа связи структура-активность. Эта величина характеризует транспортные свойства соединений в биологических объектах.

В таблице 12 представлены значения липофильности (logP) для производных 2,4-динитрохлорбензола, рассчитанные с помощью программы CS ChemDraw:

Таблица 12. Значения липофильности для производных 2,4-динитрохлорбензола.

Соединение

logP

Хлорнитробензол

2,44±0,48

4-хлорнитроанилин

1.67±0.15

4-хлор-3-нитроанилин

1.63±0.61

2,4-динитрохлорбензол

2.40±0.18

2,4-диаминохлорбензол

0.86±0.22

2-хлор-4-нитроанилин

1.63±0.61

Таким образом, из приведенных выше данных, указанных соединений, можно сделать вывод о том, что липофильность у нитроароматических соединений выше, по сравнению с нитроароматическими аминами. Липофильность падает с уменьшением количества нитрогрупп в бензоле, а следовательно, при замещении одной нитрогруппы на аминогруппу продукт становится менее токсичнее, чем субстрат реакции. Ряд изменения токсичности для производных 2,4-динитрохлорбензола совпадает для обоих тест-объектов.

3. Экспериментальная часть

3.1.Методика проведения селективного восстановления динитроароматических соединений под действием ультразвука.

Схема №1.Селективное восстановление динитросоединений, минуя стадию экстракции

В синтезе использовался восстанавливающий агент: свежеприготовленный раствор сульфат железа(2). Для того, что бы его приготовить, потребовалась  железная пыль, которая помещалась в 20% раствор серной кислоты до полного растворения.

Примеси отфильтровывались бумажным фильтром.

Рис.1. Процесс восстановление нитросоединений до аминоароматических продуктов

Теоретически, для того, что бы восстановить одну нитрогруппу в динитроароматическом соединении, по количеству ионов железа рассчитывалась необходимая масса навески динитротолуола и других полинитросоединений(известно, что на восстановление одной нитрогруппы требуется 6 моль ионов железа).

Рассчитанную навеску растворяли в изобутиловом спирте, слегка подогревая смесь над электроплиткой, и доводили до полного растворения ди- и полинитросоединения.

После того, полученный раствор сульфат железа(II), не дожидаясь его окисления на воздухе, что могло привести к потере восстановительных свойств этого агента, поместили в ультразвуковую мойку. Туда же прилили изобутиловый спирт, содержащий ароматическое соединение.

Из схемы №1 видно, что водный раствор и изобутиловый спирт не смешиваются, и образуется бинарная система.

Режим ультразвуковой мойки был установлен на продолжительность синтеза в течение 10 минут, температура процесса составляла 40оС.

В процессе воздействия ультразвуком, бинарная система перешла в гомофазную, что обеспечило наибольшее соприкосновение реагентов в искомых двух не смешивающихся растворов.

Рис.5.Реактор – после окончания реакции происходит расслоение на 2 фазы

После процедуры с ультразвуком, полученную смесь поместили в экстракционную колбу. В экстракционной колбе смесь разделилась на две фракции: водную, содержащую в себе  неорганическую часть, и органическую. В этой фракции, т.е. в изобутиловом спирте(плотность меньше 1  (0,8027 (20°C, г/см3)), следовательно вода внизу), содержался продукт реакции.

С целью выделения органических компонентов из полученную реакционную смесь

подщелачивали аммиаком до рН=6,5-7,5. Полученную массу экстрагировали хлороформом 5-8 раз (объём хлороформа равен объёму смеси). В дальнейшем хлороформ отгоняли под вакуумом досуха.

Смесь после сушки под вакуумом анализировали методами ГЖХ и ЯМР 1Н - спектроскопии. ИК - спектры записывали на приборе SPECORD М-80. Анализ веществ проводили в растворе СНCl3 при спектральной ширине щели прибора 1,5 см-1, времени интегрирования 5 с. Применялись кюветы толщиной 0,1 - 0,2 мм с окошками из NaCl.

ЯМР 1Н спектры записывали на спектрометре Bruker DRX (500.13 МГц) в ДМСО, с ТМС в качестве внутреннего стандарта при комнатной температуре.

Элементный состав определяли на элементном анализаторе СHN-1.

3.2. Эксперимент на Ceriodaphnia affinis

Цериодафнии как тест-объект для токсикологических исследований.

Ветвистоусые рачки родов Daphnia и Ceriodaphnia широко распространены в водоемах, поэтому легко доступны для исследования. Они имеют небольшие размеры, не требовательны, высоко плодовиты и имеют короткий цикл развития. Тело их заключено в прозрачную камеру (карапакс), благодаря чему есть возможность на живых экземплярах наблюдать процесс созревания яиц в гонадах, прохождение пищи по пищеварительному тракту, дыхательные движения, ритм сердцебиения. Эти показатели являются весьма важными при постановке токсикологических опытов для оценки степени токсичности и механизма действия веществ [23]. Кроме того, их использование в качестве тест-организмов для биотестирования рекомендовано для государственного экологического контроля [20].

Рачки вида Ceriodaphnia affinis обитают в пресноводных водоемах Европы, Северной Америки, Азии, Северной Африки. Этот вид относится к олиго- и бетамезосапробам и населяет водоемы с замедленным течением (неглубокие озера, реки, водохранилища).

Цериодафнии имеют сравнительно мелкие размеры (половозрелые самки – 1,5 мм, самцы – 0,8 мм), что позволяет в опытах манипулировать с меньшими объемами воды и более компактными емкостями. Биологический цикл развития от рождения до половозрелости у цериодафний короток при оптимальных условиях развития. Так, при температуре 25oС созревание наступает на 2-3-и сутки от рождения, время первого помета – на 3-4-е сутки, а за срок 7-8 суток у рачков получают 3 помета.

При температуре 18oС сроки получения трех пометов у рачков могут растянуться до 28 суток. Численность молоди у рачков в первом помете невелика – по 2-6 особей, а начиная со второго помета – от 6 до 20 особей на самку. Этот вид цериодафний моно- или дицикличен. Максимум полового периода размножения приходится на август-сентябрь. В лабораторных условиях самцы появляются при недостаточном освещении, снижении температуры, концентрации растворенного кислорода, голодании.

По отношению к кислородному фактору цериодафния довольно чувствительна, ее нормальное развитие протекает при концентрации растворенного кислорода в воде не ниже 5 мг Ο2/л. Вследствие этого цериодафнии чувствительны к органическому загрязнению веществами, снижающими концентрацию растворенного кислорода в среде.

Исследуя биологическое действие химических соединений, токсикологи регистрируют изменение выживаемости и плодовитости (основные показатели), длину тела цериодафний, используют биохимические и биофизические показатели; иногда встречаются данные об изменении морфологических признаков.

3.2.1. Методика проведения острого опыта на Ceriodaphnia affinis

В помещении, где содержатся цериодафнии, недопустима обработка химическими веществами с целью уничтожения насекомых, грызунов и др.

Лабораторную культуру Ceriodaphnia affinis ведут на природной воде из водоема либо на водопроводной воде, отстоянной не менее семи суток и желательно дехлорированную путем аэрации. Вода должна удовлетворять следующим требованиям:

  1.  рН – 7,8-8,2;
  2.  общая жесткость – 1,3-2,0 мг-экв/л;
  3.  содержание растворенного кислорода – 5,0-7,0 мг О2/л.

Рачков лучше всего культивировать в стаканах емкостью 0,5-1 литр, с плотностью посадки не более одной особи на 20 мл объема. При этом удается более объективно оценивать качество культуры, ее пригодность для токсикологических исследований, а также дает возможность вести клональные культуры. С целью адаптации рачков к условиям лаборатории их помещают в смешанную воду: 1 часть среды, в которой рачки жили ранее, и 3 части лабораторной воды. Культуральная среда обновляется полностью один раз в неделю.

В качестве корма для цериодафний используют зеленые протококковые водоросли (Chlorella vulgaris) и пекарские дрожжи. Водоросли вносят в концентрации 250-500 тыс. кл/мл ежедневно (2 мл суспензии на 1 л воды). Дрожжи дают не чаще одного раза в неделю (1-2 мл 1%-ного раствора на 1 л), желательно перед сменой раствора.

Культуру цериодафний выращивают в климатостате, люминостате или бюксе при оптимальных условиях содержания: температуре (25±1)oС, освещенности 400-600 лк, продолжительности светового дня 10-12 ч.

При культивировании цериодафний удобно содержать рачков двух поколений – материнского (размножающиеся особи) и подрастающей молоди. Продолжительность использования маточных культур ограничивается 15-20 сутками. Отмечается каждое родившееся в лабораторных условиях поколение, и ставится дата рождения.

Для токсикологических исследований используют цериодафний, начиная с третьего поколения. Рачков в возрасте (4±2) ч исследуют на устойчивость к стандартному токсиканту – бихромату калия в остром опыте. Величина LC50 бихромата калия за 24 часа находится в интервале 1,0-2,2 мг/л.

В дальнейшем эксперименты с бихроматом калия ставят одновременно с постановкой основного острого опыта с каждым веществом [54, 55, 57].

Перед основными острыми опытами проводят предварительные опыты для установления диапазона концентраций исследуемых веществ, которые вызывают иммобилизацию или гибель рачков в интервале 10-90 %. В предварительном остром опыте обычно используют по 5 концентраций для каждого вещества, различающихся в 10 раз: 100; 10; 1; 0,1; 0,01 мг/л. Длительность опыта 24 или 48 часов. Из концентраций, используемых в предварительных опытах, отбрасывают концентрации, которые вызывают гибель 0 или 100 % рачков. Оставшийся диапазон концентраций (в котором находится искомая летальная концентрация, вызывающая гибель 50 % рачков) используется для основного острого опыта.

Продолжительность основного острого опыта для данного объекта исследования составляет 48 часов. Основным биологическим показателем служит выживаемость гидробионтов (процент гибели). Острый опыт проводится с набором из пяти концентраций исследуемого вещества, входящих в диапазон, установленный в предварительных испытаниях. Растворы веществ для опытов готовятся с учетом их растворимости.

Для опытов используют химические стаканы объемом 250 мл, куда наливают по 50 мл раствора токсиканта и вносят от 5 до 10 рачков Ceriodaphnia affinis в возрасте (6±2) ч. Для статистической достоверности используют не менее трех повторностей для каждой концентрации. Параллельно ставят контрольные опыты с отстоянной водой и водой с растворителем, использовавшимся для растворения исследуемых веществ в концентрациях, соответствующих разведениям в опытах. Повторность контролей соответствует повторности в опытах. Если в контроле наблюдается значительная гибель организмов, опыт бракуется и должен быть повторен.

Условия проведения опытов те же, что и при разведении культуры цериодафний, но в ходе острых опытов рачков не кормят, а смену раствора проводят ежедневно.

Наблюдения за выживаемостью проводят непрерывно в течение первого часа воздействия раствора, через каждые 15 минут в продолжение второго часа, затем ежечасно до конца первого дня наблюдений, на следующий день – 2-3 раза в сутки[54, 55].

3.2.2. Обработка и оценка результатов эксперимента на Ceriodaphnia affinis

Для определения наличия острого действия растворов исследуемых веществ на цериодафний рассчитывают летальность (L, %) рачков для каждой концентрации и находят медиальную летальную концентрацию.

Летальность (L, %) рассчитывается по формуле:

где XK – число выживших особей в контроле, шт.;

Xо – число выживших особей в тестируемой воде, шт.

В случае гибели дафний в контроле от 5 до 20 %, вносят поправку в результаты по формуле Аббота:

Результаты всех повторностей суммируются, и определяется средняя смертность организмов в данной концентрации токсиканта. По ней рассчитываются величины LC50 за 48 часов и определяются действующие концентрации веществ по наличию статистически достоверного снижения величины выживаемости цериодафний в опыте по сравнению с контролем.

Достоверность полученных результатов считается надежной, если удовлетворены следующие условия:

  1.  гибель контрольных цериодафний не превышает 10 %;
  2.  LC50 бихромата калия за 24 часа для цериодафний в возрасте (6±2) часов находится в интервале 1,0-2,2 мг/л;
  3.  содержание растворенного кислорода в исследуемых растворах, определенное в конце опыта, не ниже 5,0 мг О2/л [54, 55, 57].

Медиальная летальная концентрация (LC50) определяется с помощью графического метода. Он основан на определении LC50 по кривой летальности или характеристической кривой, отражающей распределение индивидуальной устойчивости животных к исследуемому токсическому агенту.

Характеристическая кривая строится путем нанесения концентраций или логарифмов концентраций по оси абсцисс, а процента летальности – по оси ординат. В полуграфическом виде эта зависимость близка к прямой. От точки на оси ординат, соответствующей 50 % смертности, проводится линия, параллельная оси абсцисс. Из точки пересечения этой линии с опытной прямой опускают перпендикуляр на ось абсцисс. Полученная концентрация разбавления Сх и будет соответствовать искомой величине LC50. Медиальную летальную концентрацию можно найти, решив уравнение, описывающее характеристическую кривую. Чем больше LC50, тем токсичнее тестируемое вещество.

Зависимость между концентрацией и эффектом (в данном случае процентом гибели животных) при графическом изображении должна иметь вид S-образной кривой. При логарифмировании концентраций кривые становятся более симметричными [56].

3.3. Эксперимент на смешанной культуре Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda

3.3.1. Методика проведения острого опыта на смешанной культуре Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda

Методика основана на регистрации снижения темпов роста (снижение численности) клеток водорослей Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda под воздействием токсических веществ, присутствующих в тестируемой воде (опыт), по сравнению с контрольной культурой в пробах, не содержащих токсических веществ (контроль).

Критерием острой токсичности является снижение численности клеток водорослей на 50 % и более, по сравнению с контролем в течение 96-часовой экспозиции.

В экспериментах по определению острой токсичности устанавливают:

  1.  ингибирующую концентрацию, вызывающую снижение численности клеток водорослей на 50 % и более, по сравнению с контролем за 96 часов экспозиции;
  2.  безвредную концентрацию, вызывающую снижение численности клеток водорослей не более чем на 20 %, по сравнению с контролем за 96 часов экспозиции.

Характеристики степени токсичности используемой воды приведены в таблице 13:

Таблица 13. Оценка токсичности воды.

Отклонение от контроля, %

Оценка

до 20

Нетоксичная

от 50 и более

Острая токсичность

Длительность эксперимента – 4 суток. Для эксперимента используются культуры, находящиеся в начальной фазе логарифмического роста (через 3-5 суток после перенесения в новую культуральную среду). Начальная плотность водорослей в контроле и опыте – в пределах 20-50 тыс. кл/мл.

Опыты ставятся в трех повторностях. Для учета возможного эффекта растворителя на водоросли ставится второй контроль, в который добавляются эквивалентные количества растворителя. Общий объем жидкости в колбах составляет 40 мл, из них 12 мл – питательная среда Успенского №1 (KNO3 – 0,025 г/л, MgSO4 – 0,025 г/л, Ca(NO3)2 – 0,1 г/л, KH2PO4 – 0,025 г/л, K2CO3 – 0,0345 г/л); 8 мл – суспензия водорослей. Обязательное условие для постановки опыта – добавление питательной среды из такого расчета, чтобы через 4-5 суток численность водорослей возросла, по крайней мере, в 2 раза.

Питательную среду стерилизуют в автоклаве (0,5 ч при 1 атм.) или сухим жаром (1 ч при 18oС), а при отсутствии автоклава – кипячением на медленном огне на водяной бане.

Водоросли выращивают в стерильных колбах емкостью 0,25-0,5 л, закрытых ватно-марлевыми пробками, которые сверху прикрываются колпачками из стерильной пергаментной бумаги или полиэтиленовой пробкой. Для предотвращения оседания клеток на дно и их прикрепления к стенкам, а также для лучшего растворения углекислого газа, содержимое колб не менее двух раз в сутки перемешивают, избегая намокания пробок.

Оптимальный режим предусматривает культивирование водорослей при температуре (20±2)oC в люминостате при естественном освещении и досвечивании в течение 12 часов в сутки лампами дневного света с общей освещенностью 3-5 тыс. лк. Повышение температуры до 25oС и выше усиливает действие токсиканта, поэтому культивировать водоросли и проводить опыты следует в термостатируемых установках. Колбы с водорослями размещают в люминостате так, чтобы освещение было равномерным снизу или сверху при удалении источника от колб на 30-40 см во избежание их перегрева.

При отсутствии термостатируемых условий опыты могут проводиться с размещением колб на окне при естественном освещении, но с защитой от прямых солнечных лучей.

Соответствующие наблюдения и анализы проводят ежедневно в течение четырех дней после постановки эксперимента. Оценивают число живых клеток в камере Горяева. При работе с ней просчитывают число клеток в 25 больших квадратах, а затем проводят пересчет на 1 см3 по формуле: х=m•104, где х – общее количество клеток в 1 см3; m – количество клеток в 25 больших квадратах. Для определения живых и мертвых клеток используют краситель – метиленовую синь и нейтральный красный. К 1 мл суспензии водорослей добавляют 1 мл метиленовой сини и нейтрального красного в разведении 1:5000. Растворы красителей и суспензии водорослей тщательно перемешивают и через 20 минут микроскопируют. При смешении двух красок мертвые клетки окрашиваются в фиолетовый цвет. Живые клетки имеют зеленую окраску.

3.3.2. Обработка и оценка результатов эксперимента на Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda

При определении острого токсического действия для каждой концентрации по результатам трех параллельных определений вычисляют среднее значение выживаемости по формуле:

где Х – среднее значение выживаемости,

Хi – значение выживаемости в i-том параллельном определении,

n – количество параллельных определений.

Рассчитывают относительное (в %) изменение уровня численности клеток водорослей для каждой концентрации по сравнению с контролем (L):

где ХK – среднее значение выживаемости в контроле,

Хo – среднее значение выживаемости в опыте.

Стимуляция (противоположная угнетению реакция тест-объектов на воздействие токсикантов) до уровня 30 %, по сравнению с контролем, считается как нетоксичное действие испытуемой воды на тест-объект. При стимуляции более 30 % вода признается токсичной, если в хроническом опыте на дафниях и цериодафниях выявляется увеличение плодовитости рачков более чем на 30 % в тестируемой воде, по сравнению с контролем [54].

3.4. Статистическая обработка результатов

Статистическую обработку результатов можно проводить с использованием различных критериев достоверности. Широко используется в практике t-критерий Стьюдента. Применение его возможно только в том случае, если при некоторых строго определенных условиях распределение величины известно, т.е. является нормальным. Для проверки гипотезы о нормальном распределении величины используют критерий Фишера, который и позволяет оценить равенство дисперсий. Если дисперсии равны, то распределение является нормальным и использование t-критерия Стьюдента возможно. В этом случае расчет производится по формулам для малых выборок [59-61].

Вычисляют среднее значение (Х) для каждой величины по формуле:

где Xi – значение каждой величины;

n – количество проанализированных вариантов.

Затем определяют отклонение каждого варианта от средней величины (D):

Среднее квадратичное отклонение (s) вычисляют по формуле:

где D – отклонение каждой величины от средней;

n – количество проанализированных вариантов.

Ошибку среднего (m) вычисляют по формуле:

где s – среднее квадратичное отклонение;

n – количество проанализированных вариантов.

Для выявления достоверности различий в показателях токсичности между опытным и контрольным вариантами рассчитывают t-критерий Стьюдента:

где mо – ошибка среднего в опытном варианте;

mK – ошибка среднего в контрольном варианте;

Хо – среднее значение опытного варианта;

XK – среднее значение контрольного варианта.

Его сравнивают с табличным td (соответствующим заданному уровню значимости и степени свободы). Если рассчитанная величина t-критерия Стьюдента больше или равна табличному значению критерия, то различия между величинами показателя в контрольной и тестируемой воде достоверны, и тестируемая вода оказывает острое токсическое действие на гидробионтов [58, 59, 62].

Приложение.

Схема №2.Восстановление нитросоединений.

Схема №1.Селективное восстановление динитросоединений, минуя стадию экстракции

Рис.1.Схема проведения селективного восстановления динитроарен.

 Рис.5.Реактор – после окончания реакции происходит расслоение на 2 фазы

Выводы:

В результате данной работы была предложена методика восстановления нитро- и динитроаренов солями металлов переменной степени окисления под действием ультразвука.

1) В качестве восстанавливающего агента был выбран сульфат железа (II)  не растворимый в органической фракции ( в изобутиловом спирте), а также обеспечивший наиболее высокий выход продуктов. По сравнению с другими металлами переменной степени окисления – хлоридом олова (II) и хлоридом титана (III), сульфат железа (II) обладает более выраженной региональной селективностью.

2) Установлено, что более реакционно-способной в реакции моновосстановления хлоридом железа(II) является орто-нитрогруппа.

3) Для анализа полученных продуктов реакций восстановления мы использовали газожидкостную хроматографию. Этот метод позволил проанализировать состав смеси продуктов синтеза без их предварительного разделения.

4) Проведено исследование токсичности производных динитрохлорбензола на двух тест-объектах Ceriodaphnia affinis и смешанной культуре Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda, рассчитаны LC50.

5) Установлено, что с увеличением количества нитрогрупп увеличивается токсичность веществ как для цериодафний, так и для смешанной культуры Chlorella vulgaris и Scenedesmus quadricauda

6) Нитрогруппа, расположенная в п-положении обладает большей реакционной способностью, чем в м-положении. Этим можно объяснить, что у молекулы 2-хлор,5-нитроанилин токсичный эффект более ярко выражен, по сравнению с другими аминами.

7) Выявлено, что с увеличением коэффициента липофильности для производных 2,4-динитрохлорбензола, токсичность возрастает и совпадает с двумя тест объектами.

Литература

1. Н. Н. Ворожцов // Основы синтеза промежуточных продуктов и красителей, Госхимиздат, 1955.

2. Б. М. Богословский, Н. Г. Лаптев // Химия красителей. Изд. научи.-тех. лит. РСФСР, 1960.

3. Н. А. Преображенский, Э. И. Генкин // Химия органических лекарственных веществ, Госхимиздат, 1953.

4. Инф. бюлл. о зарубежн. хим. пром., НИИТЭхим, № 14, 5 (1962).

5. D. Вгaun, Kunststoffe, 50, 375 (1960).

6. Матвеев Л.Г. Улучшенный способ получения 2-амино-4-нитрофенола. // М.: Хим. промышленность.- 1984.- N3.- с.143-144.

7.  Пат. 2916815 ФРГ // 1980.

8. Фирц-Давид Г.Э., Бланже Л. Основные процессы синтеза красителей.- М.:

ИЛ.- 1957.- 382 с.

9. M.Hoyo, V.Takagi, Y.Ogata // J.Am.Chem.Soc.- 1960.- v.82, № 10.- p.2459-

2462.

10. Hurashima Tsucnaki, Manabe Osamu. // Chem.Zelt.-1975.- v.3.- p.259-260.

11. Terpko M.O., Heck R.F. // J.Org.Chem.- 1980.- v.45, № 24.- p.4992-4993.

12. Пат. 215912 ГДР // 1981.

13. J.L. Miesel, G.O.P. O’Doherty, and J.M.Owen. Catalysis in Organic Synthesis.- Academic Press, New York, 1976.

14. Molga E.J., Westerterp K.R. // Chem.End.Sci.- 1992.- v.47, № 7.- p.1733-1749.

15. Davey C.L., Powell L.W., Turner N.Y., Wells A. // Tetrahedron Lett.-1994.- 35. № 42.- С. 7867

16. Пат. 215912 ГДР // 1981.

17. А.с. 578303 СССР // 1978.

18. Chemikal Analit.- 1964.- vol.46, № 12, р. 601-606.

19. Пат.289454 Германия // 1912.

20. Robert E. // Ber.- 1927.- Bd.66.- s.173.

21. Vojiz W. // Chem. prium.- 1981.- vol.31,N 2.- s.74-75.

22. Houben-Weyl. Methoden der organischen Chemie. Stuttgart: G. Thieme Verlag.- 1957 - Bd.11/1.- p.474-490

23. Blanksma J.J., Broek W.S., Halgen D. // Rec.trav. Chim.Bas.- 65, 1946.- p.329.

24. Claus A., Stiebel B. // Ber.- 1887.- Bd.20.- s.1379-1382.

25. Копейкин В.В., Копейкин В.А., Миронов Г.С. и др.// Основной

органический синтез и нефтехимия: Межвуз. сб. научн. тр.-Ярославль,

ЯПИ, 1983.-в.19.-С. 65-68

26. Копейкин В.А. Селективное электрохимическое восстановление

ароматических нитронитрилов.- Дис. ... канд. хим. наук.- Москва, 1985.-

158 с.

27. Бегунов Р.С., Орлов В.Ю., Копейкин В.В. и др. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. –1998.- т. 41, в. 5.- С. 9-11.

28. Орлов В.Ю., Бегунов Р.С., Орлова Т.Н., Копейкин В.В. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. –1998.- т. 41, в. 6.- С. 79-83.

А.с. 1558892 СССР. //Б.И.- 1990.- № 15.

29. Leibzon V.N., Michalchenko L.V., Leonova M.Yu., and Gultyai V.P., Absrs

Electrochemical Society 197th Meeting (Toronto, May 14-18, 2000), Toronto,

2000, 1, Abstract No. 1069.

30. Leibzon V.N., Michalchenko L.V., Leonova M.Yu., and Gultyai V.P., in New

Directions in Organic Electrochemistry, Y. Matsumura, The Electrochemical

Society, Inc., Pennington, USA, 2000, 15, 60.

31. Билькис И.И., Гойдин В.В., Усков С.И., Штейнгардц В.Д., Журн. орган.

химии, 1991, 27, 24.

32. Билькис И.И., Усков С.И., Штейнгарц В.Д., Изв. Сиб. Отд. АН СССР, 1987, 3, 111.

33. S.E. Barrows, C.J. Cramer, D.G. Truhlar, M.S Elovit, and E.J. Weber, Envirion. Sci. Technol., 1996, 30, 3028.

34. В.Н Лейбзон, Л.В Михальченко, М.Ю. Леонова, В.П Гультяй Изменение

региоселективности моновосстановления 2,4,6 – тринитротолуола ионами

титана (111) и ванадия (11) в присутствии солей железа(11) и меди (11). /

Изв. Академии наук. Сер. Хим. 2005, № 5, с. 1172-1176

35. Brand K., Eisenmenger T. // J. Pract. Chemie.- 1913.- 87.- s.487-507.

36. Иванов В.И. Электрохимическое восстановление динитропроизводных

бензола.- Дис. ... канд. хим. наук.- Москва, 1988.

37. Лисицин Ю.А. Электросинтез ароматических аминов.- Дис. ... канд. хим.

наук.- Казань, 1991.- 167 с.

38. Davey C.L., Powell L.W., Turner N.Y., Wells A. // Tetrahedron Lett.-1994.- 35. № 42.- С. 7867.

39. Реакция гидробионтов на загрязнения / Под. ред. Строганова Н.С. – М.: Наука, 1983. – 177 с.

40. Основы промышленной токсикологии / Под. ред. Толоконцева Н.А. – С.-П.: Медицина, 1978.-303 с.

41. Биологические аспекты охраны и рационального использования окружающей среды: Сб. науч. Тр./ Днепропетровск, 1977.

42. Вопросы охраны природы и рационального использования природных ресурсов / Под. ред. Жекулина В.С.- С.-П., 1978.

43.Химическая энциклопедия. Научное издательство: «Большая Российская энциклопедия». 1995. Т. 4. с. 13.

44. Евгеньев М.И. Тест-методы и экология / М.И.Евгеньев // Соросовский образовательный журнал. – 1999. - №11. – С. 29 – 34.

45. Брагинский Л.П. Методологические аспекты токсикологического биотестирования на Daphnia magna и других ветвистоусых ракообразных / Л.П.Брагинский // Гидробиологический журнал. – 2000.- №5. – с.50 – 57.

46. Розанцев Э.Г. Биотестирование, или биологическая оценка безопасности / Э.Г. Розанцев, Е.Г.Черемных // Экология и промышленность России. – 2003. - № 10. – С.44-46.

47. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб.пособие для студ.высш.учеб. заведений / О.П.Мелеховой, Е.И.Егоровой, Т.И. Евстегнеева и др.; под ред. О.П.Мелеховой, Е.И.Егоровой. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 288 с.

48. Реакция гидробионтов на загрязненияю / Под. ред. Строганова Н.С. – М.: Наука, 1983. – 177 с

49. Моделирование и контроль качества вод: сб. науч.тр. – Харьков, 1988. – 167 с.

50. Филенко О.Ф., Соколова С.А. // Методические рекомендации по установлению эколого-рыбохозяйственных нормативов (ПДК и ОБУВ) загрязняющих веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. М.: ВНИРО, 1998. С. 33-69.

51. Муравьева С.И. Руководство по контролю вредных веществ в воздухе рабочей зоны: справ. Издание / С.И.Муравьева, М.И. Буковский, Е.К. Прохорова. – М.: Химия, 1991. – 368 С.

52. Филенко О.Ф., Соколова С.А. // Методические рекомендации по установлению эколого-рыбохозяйственных нормативов (ПДК и ОБУВ) загрязняющих веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. М.: ВНИРО, 1998. С. 33-69.

53. http://abc.vvsu.ru/Books/ecolog_tocsicolog/page0005.asp

54. Филенко, О. Ф. Методические рекомендации по установлению эколого-рыбохозяйственных нормативов (ПДК и ОБУВ) загрязняющих веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение / О. Ф. Филенко, С. А. Соколова. — М.: ВНИРО, 1998. — С. 33-69.

55. РД 118-02-90. Методическое руководство по биотестированию воды.—М.,1991.—64 с.

56. Строганов, Н. С. Методики биологических исследований по водной токсикологии. — М.: Наука, 1971. С. 187-19

57. Лебедев, Г. Д. Определение токсичности пресных вод в отношении некоторых гидробионтов // Вопросы водной токсикологии. — М.: Наука, 1970. — С. 90-250.

58. Гмурман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Высш. шк., 1998. — 479 с.

59. Копанев, В. А. Метод вероятностной оценки токсического эффекта / В. А. Копанев, Э. Х. Гинзбург, В. Н. Семенова. — Новосибирск: Наука, 1988. — 128 с.

60. Травень, В. Ф. Электронная структура и свойства органических молекул. — М.: Наука, 1989. — 389 с.

61. Сигал, Дж. Полуэмпирические методы расчета электронной структуры. —М.: Мир, 1980. — 328 с.

62. Гордон, А. Спутник химика / А. Гордон, Р. Форд. — М.: Мир, 1976. — 381 с.

63. Химическая энциклопедия. Научное издательство: «Большая Российская энциклопедия». 1995. Т. 4. с. 13.

64. Силаев А.А., Походзей Ю.И., Карамышева А.В. Токсичность ряда производных ароматических аминов // Мед. Труда и пром. Экол. 1996, №10, С. 36- 40

65. Зависимость структура – токсичность для некоторых производных анилина / Е.В.Браузе, А.С. Кабанкин, Т.С.Чувирова // тез.докл.междунар.конф. Пермь, 1993. С. 315-316.

66. Чекалин М. А., Пассет Б. В., Иоффе Б. А., Технология органических красителей и промежуточных продуктов, Л., 1972.

67. Пат. 2094429 Россия // РЖХ. – 1998. – 10 Н153П.

68. Заявка 4437551 ФРГ // РЖХ. – 1998. – 8 Н129П.

69. Kalkote U.R., Lugade A.J., Nikzad P.V. et al.// Bull.Chem.Soc.Jpn.- 1983.- v.56, № 10.- p.3159-3164.

70. Pitze D., Dozzezotti E. // Chemia.-1965.- v.19, № 18.- p.462.

71. Hurashima Tsucnaki, Manabe Osamu. // Chem.Zelt.-1975.- v.3.- p.259-260.

72. Ignacrak W., Kaminski W., Paryjczak T. // Przem.chem.- 1983.- 62.- № 4.- p.213-215.

73. Kalkote U.R., Lugade A.J., Nikzad P.V. et al.// Bull.Chem.Soc.Jpn.- 1983.- v.56, № 10.- p.3159-3164.

74. J.L. Miesel, G.O.P. O’Doherty, and J.M.Owen. Catalysis in Organic Synthesis.- Academic Press, New York, 1976

75. Molga E.J., Westerterp K.R. // Chem.End.Sci.- 1992.- v.47, № 7.- p.1733-1749.

76. Жукинский, В. Н. Критерии комплексной оценки качества поверхностных вод / В. Н. Жукинский, О. П. Оксилюк, Г. Н. Одейник, С. И. Кошелова. — М.: Наука, 1980. — С. 57-63

77. РД 118-02-90. Методическое руководство по биотестированию воды. — М., 1991. — 64 с.

78. Починок А.П. Энциклопедия по безопасности и гигиене труда Т4 – М.,: 2001  - 106-115 с.

79. http://chemanalytica.com

80. http://base.safework.ru/iloenc?print&nd=857300034

81. Нейланд О.Я. Органическая химия.  М.: Высшая школа, 1990 - 345 с

82. Государственная фармакопея СССР,.М.,: выпуск 2, 1976 -20 с.

83. Новый справочник «клиника и технология»// радиоктивные вещества, вредные вещества, гигиенические нормативы. — М.: Наука, 1985. — С. 11-16

84. Ultrasound. Its chemical, physical and biological effects, ed. by K. S. Suslik, N. Y., 1988; Mason T. Y., Lo rimer Ph. J., Sonochemistty: theory, application and uses of ultraso und in chemistry,N. Y., 1988;

85. Флеров, Б. А. Биотестирование: терминология, задачи, перспективы. // Теоретические вопросы биотестирования. — Волгоград, 1983. — С. 153-158.

86. Гмурман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Высш. шк., 1998. — 479 с.


Спирт
,HCl,

H2O,MeCln,

NO2-Ar-NH2

пирт,H2O,NH4Cl,

Men(OH)m,

NO2-Ar-NH2

               H2O,

              NH4Cl,

            Меn(OH)m

           CHCl3

  NO2-Ar-NH2

 

NO2-Ar-NH2

NH4OH

CHCl3

экстракция

Спирт,HCl,H2O,MeCln,

Ar-(NO2)2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54670. Опис власної системи роботи вчителя початкових класів 1.09 MB
  Проводити урокителепередачі вже стало традицією. Крім уроків –телепередач практикую уроки-подорожі уроки-ігри уроки-змагання інтегровані уроки.
54671. АКТУАЛЬНІСТЬ ДОСВІДУ 394.5 KB
  Глибінні засади освітніх реформ в Україні пов’язані із зміною освітньої парадигми з принципово новим цілепокладанням у педагогічному процесі із визнанням результатом навчання не ЗУНів а компетентності учнів і це суттєво впливає на цілі та зміст навчання організаційні форми методи та засоби. Зміст та методика викладання будьякого навчального предмету мають певні специфічні риси стосовно формування компетентностей учнів. додаток 4 Основні ідеї педагогічного досвіду полягають в наступному: підготувати учнів з...
54672. КАК ПОМОЧЬ СЛАБОУСПЕВАЮЩЕМУ УЧЕНИКУ 173 KB
  Задание 1. Посмотри вокруг операция абстрагирования Ученику предлагается посмотреть вокруг себя и увидеть как можно больше предметов одной и той же формы одного цвета из одного материала; предметов названия которых начинаются из одной и той же буквы Задание 2. Задание 1. Задание 1.
54673. Как помочь учиться учащимся 107.5 KB
  Для сильных учащихся подбираю задания требующие самостоятельности творческого поиска высокого уровня обобщения и систематизации изучаемого. Для слабых – задания повышающие активность в процессе восприятия осмысления нового материала задания оказывающие школьникам оперативную помощь в процессе первичного закрепления материала обучающие приемам рациональной умственной деятельности. Я объясняю новый материал второй раз и самостоятельные задания получают учащиеся средней группы. В конце урока я проверяю задания которые выполняли учащиеся...
54674. Опора і рух 149 KB
  Тіло згниває а кістки не стлівають. Під час розкопок при добуванні будівельних матеріалів піску вапняку мармуру люди знаходили кістки за ними визначали геологічний вік людини і починали їх вивчати. Історія вивчення скелета Повідомлення учня Давньогрецький вчений – філософ Демокріт сам збирав кістки на цвинтарі щоб вивчати скелет. А відомий римський лікар Клавдій Гален примушував своїх учнів приносити кістки мерців.
54675. Порушення функцій скелета та їхня профілактика 48.5 KB
  Мета уроку: розглянути вікові особливості опорнорухової системи показати причини що негативно й позитивно впливають на опорнорухову систему ознайомити учнів з наслідками порушень гігієни опорнорухової системи навчити дотримуватись правильної постави як запоруки здоров’я та довголіття закріпити знання про опорнорухову систему виховувати естетичну насолоду від споглядання правильної постави як складової зовнішньої краси Обладнання та...
54676. Година спілкування 42 KB
  Виховувати почуття патріотизму поваги до ветеранів;поважне ставлення до історичної пам’яті свого народу своїх рідних;моральну культуру учнів розвивати здатність відчувати співпереживати вміння слухати оточуючих. Обладнання: фотографії дідусів учасників Великої Вітчизняної війнифотографії пам’ятників нашого міста малюнки дітей. Не щезне в пам’ятілюдській як в ті страшні 19411945 роки воїни захищали рідну землю. Це свято не затьмариться в віках В цей день нестимуть люди квіти Ну обміліє пам’ятіріка В серцях нащадків буде жити.
54677. Органи чуття людини. Узагальнення 13.22 MB
  Мета: Узагальнити знання учнів про будову та функції сенсорних систем. Встановити особливості будови та функцій органів чуття людини, та їх пристосовування для дії в певних умовах. Сформувати усвідомлення цілісності організму людини. Навчити дітей самостійно обирати інформацію, коментувати її, створюючи презентації у програмі M.P.P.
54678. Предмет органической химии. Особенности органических соединений. Источники органических веществ. Значение органических веществ 309.5 KB
  Именно этому акту органическая химия обязана своим названием Органические соединения органические вещества класс химических соединений в состав которых входит углерод за исключением карбидов угольной кислоты карбонатов оксидов углерода и цианидов Соединения углерода выделенные из живых организмов назвали органическими веществами....