Rozpuszczalniki organiczne – pochodne alifatyczne (oprócz metanolu i glikolu etylowego)

Definicja



„

Rozpuszczalnik to ciecz zdolna do tworzenia roztworu po

zmieszaniu z ciałem stałym, gazem lub inną cieczą.”

- Wikipedia



Z punktu widzenia toksykologii rozpuszczalnikami

nazywamy substancje, które cechują się:

Płynnością w normalnych warunkach.

Lotnością.

Zdolnością do rozpuszczania substancji nierozpuszczalnych

w wodzie.

W wyniku swojego działania toksycznego wpływają

drażniąco na skórę, a w wyższych dawkach narkotycznie.



Do rozpuszczalników należą związki bardzo różnorodne pod

względem chemicznym. Są to między innymi: alifatyczne

węglowodory, ketony, alkohole, glikole, etery, estry,

węglowodory chlorowane oraz disiarczek węgla.



Drogi wnikania do rozpuszczalników organizmu:

Płuca (głównie).

Nieuszkodzona skóra.

Droga pokarmowa (samobójstwa).



Dzięki dużej lipofilności rozpuszczalniki mogą ulegać

kumulacji, a także ułatwiać wchłanianie wielu związków w

nich rozpuszczonych.

Alkohole



Alkohole alifatyczne – palne ciecze, niższe mieszają się z wodą

w każdym stosunku, a wyższe są w niej nierozpuszczalne.

Stosowane są jako rozpuszczalniki, a także służą do produkcji

eterów i estrów aromatycznych.



Toksyczność alkoholi pierwszorzędowych rośnie ze wzrostem

ich masy cząsteczkowej, a zaczynając od oktanolu maleje.

Wyjątek stanowi metanol.



Izomery alifatycznych alkoholi są mniej toksyczne niż one

same.

Alkohole propylowe



Należą tu alkohol n-propylowy (propan-1-ol) i jego izomer

alkohol izopropylowy ( propan-2-ol)

Bezbarwna, łatwo palna ciecz

Gęstość: 0,7996 g/cm3

Temperatura topnienia: 126°C

Temperatura wrzenia: 97°C

Masa molowa: 60,1g/mol

Miesza się z: wodą, etanolem,
chloroformem i eterem

Kwasowość (pKa): 16,1

Bezbarwna, łatwo palna
ciecz

Gęstość: 0,785 g/cm3

Temperatura topnienia:
89,5°C

Temperatura wrzenia: 82,4
°C

Masa molowa: 60,1g/mol

Miesza się z: wodą,
etanolem, chloroformem i
eterem

Kwasowość (pKa): 17,1



Zastosowanie:

W przemyśle tekstylnym jako rozpuszczalnik, dodatek do tuszu

drukarskiego (n-propanol).

Do produkcji acetonu i pochodnych, składnik płynów

niezamarzających, w wymiennikach ciepła (izopropanol).

Dodatki do leków w aerozolach, detergentów i płynów

odkażających.



Drogi narażenia:

Układ oddechowy



małe zagrożenie ze względu na niewielką

prężność par: 5,3kPa w temp. 23,80

Przewód pokarmowy



szybkie wchłanianie, główna droga zatrucia

Nieuszkodzona skóra



powolne wchłanianie izopropanolu.

Metabolizm



n-Propanol:

Metabolizowany w wątrobie do kwasu propionowego przez

dehydrogenazę alkoholową.

Zwalnia biotransformacje etanolu i izopropanolu – większe powinowactwo

do dehydrogenazy.

Wykazuje 3x większe powinowactwo do układu enzymatycznego

cytochromu P-450 niż etanol.



Izopropanol:

Przekształcany przez dehydrogenazę do acetonu utlenianego następnie

do C0

Może być też przekształcany do kwasu mrówkowego i octowego.

Ok. 80-90% związku wydychane jest z powietrzem w postaci

niezmienionej lub acetonu.

Niewielka część, 3-8%, wydalana jest z moczem, w postaci wyżej

wymienionych związków i glukoronidu.

Indukuje aktywność cytochromu P-450 – nasilenie hepatoksyczności:

tetrachlorku węgla, chloroformu, nitrozoamin.

Zatrucia



W zatruciach ostrych związki te wykazują mała toksyczność:

-LD

50propanol

: 1870-6800 mg/kg mc.

-LD

50izopropanol

: 4475-7980 mg/kg mc.



Oba alkohole drażnią błony śluzowe, ale nie skórę. Wpływają

depresyjnie na OUN. Izopropanol powoduje m. in. niezborność

ruchów, zmniejszenie aktywności motorycznej i narkozę.

Objawy te zbliżone do tych wywołanych zatruciem etanolem.



Za śmiertelną dla człowieka przyjmuje się dawkę 400cm

izopropanolu.



Dwuletnie narażenie na duże stężenia izopropanolu

spowodowało zaburzenie i uszkodzenie funkcji nerek i samców

szczura.



NDS dla n-propanolu wynosi 200mg/m

Alkohole butylowe



Butanol, C

OH, występuję w postaci czterech izomerów,

różniących się temperaturą wrzenia i krzepnięcia:

n-butanol

sec-butanol

izobutanol

tert-
butanol

Temperatura wrzenia: 82,5-118°C

Prężność pary w temperaturze 20

C: 0,57-5,6kPa

Masa molowa: 74,12g/mol

Słabo rozpuszczalne w wodzie, gorzej niż etanol i lepiej niż cięższe
alkohole



Zastosowanie/Występowanie:

Rozpuszczalniki, surowce w syntezach chemicznych.

Składnik płynu hamulcowego, w przemyśle tekstylnym i

produkcji tworzyw zastępujących szkło (n-butanol)

Dodatek do produktów spożywczych za względu na

charakterystyczny „słodki” zapach (butan-2-ol).

Izobutanol może stanowić zanieczyszczenia napoi

alkoholowych.



Drogi narażenia:

Układ oddechowy

Przewód pokarmowy

Metabolizm



Alkohole butylowe są utleniane przez dehydrogenazę

alkoholową:

n-Butanol



aldehyd masłowy



kwas masłowy

Izobutanol



aldehyd izomasłowy



kwas izomasłowy

(Włączany w cykl kwasu cytrynowego).



Ponad 80% n-butanolu jest wydalana jako CO

w ciągu 24h po

wchłonięciu, a ok. 4% w postaci glukoronidów i siarczanów z

moczem.



Tert-butanol ze względu na to, że niej substratem dla

dehydrogenazy wydalany jest w postaci niezmienionej lub jako

glukoronid. Niewielka część jest utleniana do acetonu.

Zatrucia



Największą toksyczność ostrą wykazuje n-butanol LD

50n-butanol

800-2000 mg/kg mc. Dla pozostałych izomerów w zależności od

drogi podania i gatunku zwierzęcia LD

: 2500-6500 mg/kg mc.



Butanole działają depresyjnie na OUN. Objawy przypominają

zatrucie etanolem z tym, że są silniejsze. (n-Butanol jest 6x

bardziej toksyczny niż etanol)



W przypadku narażenia na duże stężenia alkoholi butylowych

stwierdzono u ludzi: podrażnienie oczu, dróg oddechowych i

skóry, światłowstręt, zaburzenie rytmu serca, wymioty,

biegunkę, odrętwienie, niepokój, niezborność ruchową, śpiączkę.



Główne objawy w warunkach narażenia zawodowego to:

zapalenie spojówek, podrażnienie skóry i górnych dróg

oddechowych.



NDS wynosi 200mg/m

, toksyczne stężenie we krwi 50mg/dm

zaś doustna dawka wywołująca śmierć to 1,7g/kg m.c.

Alkohole amylowe



Alkohole amylowe (pentanole)

to alkohole zawierający 5

atomów węgla o wzorze

sumarycznym C

OH.



Wyróżnia się 8 izomerów

pentanolu.



Stan skupienia

: ciecz



Temperatura wrzenia:

102-

108



Prężność pary w temperaturze
20

C: 0,37-1,6kPa



Masa molowa: 88,15

Nazwa

systematyczna

Wzór

pentan-1-ol

3-metylobutan-1-ol

2-metylobutan-1-ol

2,2-dimetylopropan-

1-ol

pentan-3-ol

pentan-2-ol

3-metylobutan-2-ol

2-metylobutan-2-ol



Zastosowanie/Występowanie:

Główne składniki oleju fuzlowego (uboczne produkty przemysłu

spirytusowego).

Rozpuszczalniki lakierów, gum, żywic, nitrocelulozy, a także mas

plastycznych.

W produkcji octanu amylu, azotanu (III) amylu i kwasu

walerianowego.



Drogi narażenia:

Układ oddechowy (pary np. podczas lakierowania natryskowego).

Przewód pokarmowy (ciecz).

Skóra (ciecz).

Metabolizm



Około 50-60% alkoholu n-amylowego, oraz izomerów

drugorzędowych wydalane są przez płuca w postaci

niezmienionej. W niewielkiej ilości także z moczem.



Alkohol n-amylowy może zostać utleniony do kwasu:



Alkohole II-rzędowe są utleniane natomiast do ketonów i

usuwane poprzez nerki i płuca.



Czas zaniku alkoholu z krwi, po podaniu dootrzewnowym

szczurowi, zależy od izomeru. Najdłuższy jest on dla alkoholi

trzeciorzędowych i wynosi 50 godzin.

COOH

CHO

]

[

]

[



Zatrucia



Duże stężenie par powoduje: silne podrażnienie spojówek i

górnych dróg oddechowych, mdłości, nudności, wymioty i

kaszel. Może też wystąpić majaczenia, niewydolność krążenia

i oddychania, a także śpiączka, rzadko hipoglikemia.



Biegunki i krwawienia w przypadku płynnych alkoholi.



Długotrwałe narażenie, nawet w niewielkim stężeniu, do 0,5

mg/dm

, powoduje nieżyty dróg oddechowych, bóle i zawroty

głowy, bezsenność, zaniki pamięci i podrażnienie skóry.



NDS wynosi 100m/dm

(alkohol amylowy i izoamylowy)



Dawka śmiertelna: 30-35 cm

alkoholu amylowego

Glikol propylenowy



Propan-1,2-diol, CH

-CHOH-CH

-OH



Bezbarwna, bezwonna ciecz mieszająca się z wodą i etanolem



Temperatura wrzenia

: 182



Prężność pary w temperaturze 20

C: 10,7Pa



Masa molowa

: 76,09 g/mol



Zastosowanie

: rozpuszczalnik w przemyśle farmaceutycznym i

kosmetycznym, a w przemyśle spożywczym jako plastyfikator.



Drogi wchłaniania:

Układ oddechowy



brak zagrożenie ze względu na niewielką

prężność par w temperaturze pokojowej

Przewód pokarmowy



szybkie wchłanianie



Metabolizm:

Propano-1,2-diol ulega przemianie do związków endogennych jak

kwas mlekowy, a następnie do kw. pirogronowego. Są one włączane

w cykl kwasu cytrynowego.



Zatrucie:

Depresja OUN, kwasica (znaczne ilości kwasu mlekowego po dużej

dawce glikolu).

Bardzo duże dawki powodują zakłócenia hiperosmotyczne i

zaburzenia pracy serca.



Związek mało toksyczny: LD

(9-32 cm

/kg m.c.) 2x większa od

glikolu etylenowego, nie wykazuje też jego właściwości

teratogennych.



Dawka śmiertelna wynosi 20g/kg m.c.

Aceton



Dimetylokekton, keton dimetylowy, propanon



Łatwopalna ciecz, bezbarwna, o zapachu octowo-alkoholowym



Prężność par w temp. 20

: 23,7-24,7 kPa



Masa molowa

: 58,08g/mol



Zastosowanie/Występowanie

Rozpuszczalnik tłuszczów i celulozy, a także gum i żywic.

Składnik farb i lakierów.

Produkt wyjściowy do syntezy chloroformu i jodoformu.

Do skażenia alkoholu etylowego.



Największe narażenie występuje w przemyśle chemicznym

farb i lakierów, a także farmaceutycznym.



Drogi narażenia:

Układ oddechowy – wchłaniany przez płuca w dużych ilościach

ze względu na swoją lotność. (Retencja par wynosi ok.70%).

Skóra – wchłanianie tą drogą nie ma istotnego znaczenia.



Losy w organizmie:

Szybko i równomiernie rozmieszcza się w tkankach (dobra

rozpuszczalność w wodzie).

Wydalany z organizmu w ciągu 8h przez płuca (40-70%), z

moczem (15-30%) i skórę (ok. 10%).

Niewielkie ilości są metabolizowane przez zależną od NAD

dehydrogenazę alkoholową do propan-1,2-diolu (glikolu

propylenowego).



Toksyczność

Aceton należy do najmniej szkodliwych rozpuszczalników

organicznych, ale jego właściwości narkotyczne są silniejsze od

etanolu.

Induktor CYP 2E1, izoenzymu cytochromu P-450, odgrywającego

znaczną rolę w metabolizmie wielu leków i substancji

endogennych. Powoduje to zwiększenie lub zmniejszenie

toksyczności wielu trucizn.



Zatrucia

Przy stężeniu 100x większym niż NDS (200mg/m3) dochodzi do

depresji OUN: oszołomienie, niezborność ruchów, spadek ciśnienia,

znieczulenie ogólne, do zatrzymania oddechu i akcji serca.

Występuje też podrażnienie oczu i dróg oddechowych.

Duże dawki mogą spowodować uszkodzenie nerek i wątroby.

Długotrwałe narażenie jest przyczyną: przewlekłych stanów

zapalnych spojówek, gardła, oskrzeli i żołądka.

Ponadto obserwuje się zawroty głowy, osłabienie i brak

łaknienia.

Wielokrotny kontakt ze skórą powoduje jej odtłuszczenie i stan

zapalny.



NDS = 200mg/m3 na stanowisku pracy.



350

g/m3 w powietrzu atmosferycznym (godzinne), 30

g/m3

(roczne)



Śmiertelna dawka doustna wynosi ok. 5g/kg m.c.

Disiarczek węgla



Bezbarwna lub jasnożółta ciecz, łatwopalna, o przykrym zapachu

zgniłej kapusty.



Tworzy mieszaniny wybuchowe z powietrzem.



Prężność pary w temp. 25

: 48kPa.



Masa molowa

: 76,13g/mol.



Zastosowanie/ Występowanie:

W produkcji włókien wiskozowych i celofan.

W przemyśle gumowym, chemicznym i zapałczanym jako

rozpuszczalnik żywic, tłuszczów, siarki i fosforu.

W preparatach ochrony roślin do utrzymania świeżości owoców.

Produkcji półprzewodników.



Źródłem narażenia jest emisja disiarczku węgla przez zakłady

chemiczne i celulozowo-wiskozowe.



Drogi narażenia:

Układ oddechowy – główna droga wchłaniania, retencja wynosi około

40-50%.

Skóra – dobrze wchłania się disiarczek i jego roztwory wodne.



Losy w organizmie:

Około 90% wchłoniętego disiarczku ulega związaniu z hemoglobiną.

Wchodzi w reakcje z aminokwasami osocza i zredukowanym

glutationem tworząc ditiokarbaminiany i związki cykliczne typy

tiazolidonu.

Mikrosomalne monooksygenazy oksydacyjnie desulfurują do siarczku

karbonylu rozkładanego następnie do tiomocznika i siarki.

Disiarczek zmniejsza zawartość cytochromu P-450 i aktywność

mikrosomalnych monoooksygenaz.

70-90% związku ulega przemianie i jest wydalana z moczem, a

pozostałe 10-30% w postaci niezmienionej wydalana jest przez płuca.



Toksyczność

Ze względu na swoją lipofilność łatwo przenika do układu

nerwowego powodując silną depresję OUN, co ściśle związane

jest z jego biotransformacją.

(Ditiokarbaminiany i związki tiazololidynowe wiążą jony m.in. Cu

, co

powoduje zahamowanie aktywności enzymów jak zależną od jonów miedzi

hydroksylazę dopaminy. Efekty ustępują u zwierząt po podaniu jonów metali.)

Przyśpiesza procesy miażdżycowe.

(Tworzą się połączenia typu tiokarbaminianów z lipoproteinami o małej gęstości,

które po utlenieniu wykazują właściwości cytotoksyczne i miażdżycotwórcze.)

Powoduje nieodwracalną degenerację włókien nerwowych.

(Powstają izocyjaninowe pochodne białek wykazujące powinowactwo do

włókien.)

Hamuje enzymy zależne od cytochromu P-450.



Zatrucie

Ostre – przy stężeniu par 5000-10 000mg/dm3, objawiające się

szybką utratą przytomności, drgawkami, głęboką narkozą i

śmiercią w wyniku porażenia ośrodka naczynioruchowego i

oddechowego.

Mniejsze stężenia mogą spowodować zaburzenia pamięci, drgawki,

oraz zaburzenia żołądkowo-jelitowe.

Silnie drażni skórę, a dłuższy kontakt może być przyczyną oparzeń

II stopnia.

Długotrwałe narażenie cechuję się różnorodnością objawów w

zależności od czasu narażenia i stężenia związku: kilkumiesięczne

narażenie – zaburzenia psychiczne jak lęk, depresje; wieloletnie –

encefalopatia z zespołem organicznym.

Długotrwałe narażenie może prowadzić do polineuropatii

obwodowej, a także zmian sercowo-naczyniowych o podłożu

miażdżycowym.

Częste są zaburzenia żołądkowo-jelitowe takie jak nieżyt

żołądka i dysfunkcja dróg żółciowych.

Zmniejsza się też aktywność seksualna mężczyzn i liczba

plemników.



NDS w miejscu pracy – 18mg/m3



NDS w powietrzu atmosferycznym (godzinne) – 50

g/cm3



NDS w powietrzu atmosferycznym (roczne) – 10

g/cm3

Eter etylowy



Eter dietylowy,

Eter pro narcosi



Lotna, łatwopalna ciecz.



Tworzy mieszaniny wybuchowe z powietrzem



Temperatura wrzenia:

34,6



Prężność pary w temp. 20

= 58,7kPa.



Masa molowa

: 74,12 g/mol.



Zastosowanie/Występowanie

W przemyśle chemicznym, farmaceutycznym i kosmetycznym jako

rozpuszczalnik tłuszczów i nitrocelulozy.

W produkcji prochu bezdymnego, sztucznego jedwabiu i kolodium.

W analizach laboratoryjnych.

Niegdyś do znieczulenia ogólnego.



Drogi narażenia:

Układ oddechowy – najszybsze wchłanianie.

Przewód pokarmowy – wchłanianie może doprowadzić do znieczulenia ogólnego.

Skóra – niewielkie wchłanianie.



Losy w organizmie:

Rozmieszcza się w tkance proporcjonalnie do zawartości tłuszczu –

lipofilność.

Duże ilości w mózgu i tkance tłuszczowej.

Większość eteru wydalana jest w postaci niezmienionej. 90% z

wydychanym powietrzem, a niewielkie ilości z potem, moczem i mlekiem.

Małe ilości utleniane są do aldehydu octowego i CO

przez

monooksygenazy zależne od cytochromu P-450.



Toksyczność:

Silna depresja OUN. Znieczulenie ogólne przy stężeniu we krwi ponad

100mg/dm3.

Drażni drogi oddechowe i oczy.

W obecności promieniowania UV w reakcji z tlenem tworzą się reaktywne

nadtlenki zwiększające jego toksyczność.



Zatrucie

Ostre zdarza się rzadko, w warunkach narażenia zawodowego i

przypomina stan upojenia alkoholowego (zawroty głowy, pobudzenie,

depresja OUN, obniżenie temperatury ciała, zaburzenia rytmu serca,

kaszel, czy skurcz oskrzeli). Występuje jednak szybciej i trwa krócej.

W ciężkim przypadku dochodzi do utraty przytomności, oraz

zatrzymania krążenia i oddychania.

Przewlekle zatrucie może nastąpić w trakcie narażenia zawodowego

w przemyśle i na salach operacyjnych, a także w eteromanii.

Towarzyszą mu zawroty i bóle głowy, zmęczenie, stany pobudzenia,

zaparcia i zaburzenia psychiczne.

Ponadto długotrwale narażenie na eter przyczynia się do wystąpienia

przewlekłego zapalenia nerek.

Wielokrotny kontakt ze skórą powoduje jej wysychanie i pękanie.



NDS w środowisku pracy 300mg/m3



Dawka śmiertelna doustna to ok. 30 cm3

Metody oznaczania



Badania toksykologiczne materiału biologicznego w zatruciach

lotnymi związkami organicznymi można przeprowadzić na

podstawie identyfikacji ich niezmienionych form w wydychanym

powietrzu i we krwi. Można też zidentyfikować ich metabolity w

moczu.



Obecnie powszechnie stosowaną w tym celu metodą jest

chromatografia gazowa.



Stosując GC wykorzystuje się 3 podstawowe techniki

postępowania:

„

Head-space” – analiza fazy gazowej nad powierzchnią,

Ekstrakcja rozpuszczalnikami organicznymi,

Bezpośrednie nanoszenie badanego materiału na kolumnę

chromatografu.



Identyfikację związków obecnych w badanym materiale

prowadzi się na postawie parametrów retencyjnych jak

względny czas retencji lub wartość indeksów retencji Kovatśa.



Wykrywalność wynosi ok. 0,01 mg/l krwi dla węglowodorów

alifatycznych i aromatycznych, dla chlorowcopochodnych

węglowodorów alifatycznych ok. 0,02 – 0,2 mg/l , a dla

alkoholi, estrów i ketonów ok. 2 – 10 mg/l.



Alkohole propylowe:

Oznacza się stężenie w powietrzu na stanowisku pracy.

Propanol: system GA-RI 571; system GI-czas retencji 5,5 min.

Izopropanol: system GA-RI 530; system GI-czas retencji 4,0 min.



Alkohole butylowe i amylowe:

Oznacza się stężenie w powietrzu na stanowisku pracy.



Aceton:

Oznacza się stężenie par w powietrzu, oraz w moczu – monitoring biologiczny.

System GA—RI 469; system

GI-czas retencji

2.5 min

Kolumna: Trifluoropropylmethylpolysiloxane Crossbond Rtx-200 (3

mikrometrowej grubości folia, 30 m × 0,53 mm).

Temperatura kolumny: 40 ° dla 1 min zwiększenie do 260 ° w temperaturze

70 ° / min.

Wtryskiwacz i temperatura detektora: 250°C.

Gaz nośny: hel, 80,1 ml / min natężenia. Wzorzec wewnętrzny n-propanol.

Wykrywanie: FID. Czas retencji IS: aceton, 1.8 min; JEST, 1,5 min



Eter etylowy:

System GA—RI 515; system GI-czas retencji 5.9 min



Disiarczek węgla:

Oznacza się stężenie disiarczku w powietrzu

Wykonuje się test jodkowo-azydkowy w moczu. O zatruciu

świadczy pojawienie się kwasu 2-tiazolidyno-4-

karboksylowego.

Literatura



„

Toksykologia kliniczna.” pod redakcją prof. dra hab. Tadeusz

Bogdanika. Warszawa 1988 PZWL



„

Toksykologia. Wybrane zagadnienia.” pod redakcją Jerzego

Brandysa. Wydawnictwo Uniwersytetu Jagielońskiego.



„

Toksykologia współczesna” pod redakcją Witolda Seńczuka.

PZWL

Document Outline