Курсовая работа: Тесты как инструмент измерения уровня знаний по теме: "Кислородсодержащие органические соединения с элементами экологии"

Получение

Сложные эфиры главным образом получают при взаимодействии карбоновых и минеральных кислот со спиртами:

Химические свойства

Характерное свойство сложных эфиров – способность подвергаться гидролизу [3,4]:

ГЛАВА 3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ: «КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ»

Фенолы являются одними из наиболее распространенных загрязняющих веществ, поступающих в водную среду со сточными водами нефтеперерабатывающих, лесохимических, коксохимических, анилинокрасочных и других предприятий.

Фенолы представляют собой оксизамещенные ароматических углеводородов (бензола, его гомологов, нафталина и др.). Обычно их принято разделять на летучие с водяным паром (фенол, креозолы, ксиленолы и др.) и нелетучие фенолы (ди- и триоксисоединения). По числу гидроксильных групп различают одноатомные, двухатомные и многоатомные фенолы. Фенолы в естественных речных условиях образуются при процессах метаболизма водных организмов, при биохимическом окислении и трансформации органических веществ.

Фенолы используются для дезинфекции, изготовления клеев и фенолформальдегидных пластмасс. Они входят в состав выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей, присутствуют в больших количествах в сточных водах нефтеперерабатывающих, лесохимических, анилинокрасочных и ряда других предприятий. Высокими концентрациями этих соединений отличаются сточные воды коксохимических производств, в которых уровни содержания летучих фенолов достигают 250-350 мг/л, многоатомных фенолов — 100-140 мг/л.

В природных водах фенолы обычно находятся в растворенном состоянии в виде фенолятов, фенолятных ионов и свободных фенолов. Они могут вступать в реакции конденсации и полимеризации, образуя сложные гумусоподобные и другие довольно устойчивые соединения. В природных условиях сорбция фенолов взвесью и донными отложениями обычно несущественна. В зонах техногенного загрязнения этот процесс более значим. Типичные содержания фенолов в незагрязненных и слабозагрязненных водах не превышают 20 мкг/л. В загрязненных водах их содержания достигают десятков и сотен микрограммов в 1 л.

Хорошая растворимость фенолов и наличие соответствующих источников обусловливают высокую интенсивность загрязнения ими речных вод в условиях городских агломераций, где их содержания достигают десятков и даже сотен микрограмм в 1 л воды. Например, в водах рек Рейн и Майн в начале 1980-х гг. стабильно наблюдались повышенные концентрации многих представителей фенолов, поступающих со сточными водами. Надежным показателем степени загрязнения воды фонолами является численность фенолразрушающих бактерий. Сапрофитные анаэробы обычно присутствуют в местах интенсивного разрушения фенола, причем в условиях загрязнения количество собственно фенола (карболовой кислоты, оксибензола) и сапрофитных бактерий в донном иле и в придонном слое воды намного больше, чем в толще воды. Фенолы относительно интенсивно подвергаются биохимическому и химическому окислению, зависящему от температуры воды, величины рН, содержания кислорода и ряда других факторов. В речном потоке наблюдается тесная обратная зависимость между температурой воды и переносом фенолов, которая объясняется микробным окислением этих соединений.

Фенолы обладают токсическим действием и ухудшают органолептические показатели воды. Токсическое воздействие фенолов на рыб заметно возрастает с увеличением температуры воды. Известно, что фенолы играют важную роль в процессах аккумуляции тяжелых металлов высшими водными растениями, изменяют режим биогенных элементов и растворенных в речной воде газов. В процессе биохимической деструкции фенола происходит изменение всех элементов гидрохимического режима: снижение концентраций кислорода, увеличение цветности, окисляемости, БПК, щелочности и агрессивности (по отношению, например, к бетону) воды. Образующиеся в процессах деструкции и трансформации фенола продукты по своим свойствам могут быть более токсичными (например, пирокатехин, который, к тому же, способен образовывать со многими металлами хелаты).

Одноатомные фенолы — сильные нервные яды, вызывающие общее отравление организма также и через кожу, на которую действуют прижигающе. Отравление человека фенолом происходит При вдыхании его паров и аэрозоля, образующегося при конденсации паров, попадании вещества в желудочно-кишечный тракт и при всасывании через кожу.

Острые отравления человека наблюдали в основном при попадании фенола на кожу. Действие фенола на кожу зависит в меньшей степени от концентрации раствора и в большей от длительности воздействия.

Гигиеническое регламентирование фенола: — в воздухе рабочей зоны ПДК 0,3 мг/м3, пары, II класс опасности, вещество опасно при поступлении через неповрежденную кожу; — в атмосферном воздухе ПДК максимально разовая 0,01 мг/м3, среднесуточная 0,01 мг/м3, II класс опасности; в почве ПДК не установлена.

Химическое загрязнение окружающей среды является наиболее ощутимым и заметным. В воздухе жилых помещений присутствуют оксиды азота, серы, углерода, летучие органические соединения, взвешенные вещества, микроорганизмы.

Существует несколько типов источников загрязнения атмосферы помещения: источники высокой температуры, строительные материалы и продукты жизнедеятельности человека и живых организмов. Продукты жизнедеятельности человека представлены главным образом оксидом углерода, углеводородами, аммиаком, альдегидами, кетонами, спиртами, фенолами. В малых количествах в результате жизнедеятельности человека выделяются ацетон, ацетальдегид, изопрен, этанол, этилмеркаптан, сероводород, сероуглерод, а также нитротолуол, кумарин, нафталин. Пыль также является источником загрязнения воздуха помещений как механическая взвешенная примесь (до 250 тыс. пылинок в литре воздуха) и как место жительства пылевых клещей, число которых в грамме пыли может достигать 2-3 тысяч. Продуктами жизнедеятельности клещей является ряд химических веществ, отрицательно сказывающихся на дыхательной системе человека и способных вызывать аллергические реакции.

Полимеры, лаки, краски

Значительная часть загрязняющих веществ в воздухе помещений вызвана применением полимерных и лакокрасочных материалов. При повышении температуры в помещении, отделанном с применением полимерных материалов, появляется специфический запах пластмасс, возникающий вследствие выделения изопрена, стирола, бензола и других веществ.

Полистирольные пластики являются источником выделения формальдегида, стирола, этилбензола, изопентана, бутанола. При 20 градусах по Цельсию в продуктах, выделяющихся из суспензионного полистирола, были обнаружены стирол в количестве 26,2 мкг/кг, этилбензол – 12,3 мкг/кг, бутанол – 21,5 мкг/кг. Вспененный полистирол является источником выделения изопентана – 10,7 мг/кг, этилбензола – 0,5 мг/кг, бутена, фенола и др. веществ. При исследовании состава продуктов, выделяющихся из поливинилхлорида при 20 градусах, методом газовой хроматографии в следовых количествах были идентифицированы бензол и этилен. Пластифицированный поливинилхлорид является источником выделения пластификаторов группы фталатов.

Шведские учёные оценили количество фталатов, поступающих в водоёмы Швеции только в результате мойки полов, покрытых линолеумом, в 60 тонн в год. Ковровые покрытия, гардины, мебель, изготовленные с применением синтетических волокон являются источником выделения ацетонитрила, аммиака, хлористого и цианистого водорода. Лакокрасочные материалы загрязняют воздух веществами, содержащимися в растворителях: бензолом, толуолом, уайт-спиритом, ксилолом и др. Древесно-стружечные плиты и некоторые части мебельной фурнитуры могут являться источником выделения в окружающую среду фенола, формальдегида. Большинство альдегидов и кеталей способны вызывать первичное раздражение кожи, глаз и дыхания. Это свойство в большей степени проявляется у низших членов ряда, у тех, которые являются ненасыщенными в алифатической цепи, и у галогензамещенных членов. Альдегиды могут оказывать обезболивающий эффект, но их раздражающее действие может заставить персонал ограничить воздействие еще до его появления. Раздражение слизистых оболочек может быть связано с цилиостатическим эффектом, когда повреждаются похожие на волосы реснички, которые выстилают дыхательные пути и обеспечивают очистку воздуха. Степень токсичности в семействе альдегидов изменяется в широких пределах. Некоторые из ароматических и алифатических альдегидов быстро расщепляются в процессе обмена веществ и не оказывают вредного воздействия; они считаются безопасными для использования в пищевых продуктах в качестве ароматизаторов. Тем не менее, другие члены семейства известны (или подозреваются) как канцерогенные вещества, и при возможном контакте с ними должны соблюдаться соответствующие меры предосторожности. Некоторые альдегиды являются химическими мутагенами, а некоторые - аллергенами. Еще одно токсическое воздействие альдегидов связано с их снотворным действием. Более подробная информация относительно некоторых членов семейства альдегидов приведена ниже, а также содержится в прилагаемых таблицах. Уксусный альдегид является раздражителем слизистой оболочки, а также оказывает общее наркотическое действие на центральную нервную систему. Низкие концентрации вызывают раздражение слизистой оболочки глаз, носа и верхних дыхательных путей, а также катар бронхов. Обширный контакт может привести к повреждению роговидного эпителия. Высокие концентрации вызывают головную боль, ступор, бронхит и отек легких. Глотание вызывает тошноту, рвоту, диарею, наркотическое состояние и остановку дыхания; смерть может наступить из-за повреждения почек, жировой дегенерации печени и сердечной мышцы. Уксусный альдегид поступает в кровь как метаболит этилового спирта, и вызовет покраснение лица, дрожание рук и другие неприятные симптомы. Этот эффект усиливается лекарственным средством тетурам (антабус), а также воздействием промышленных химикалий, таких как цианамид и диметилформамид.

В дополнение к его непосредственному воздействию уксусный альдегид относится к группе 2B канцерогенных веществ, то есть по классификации Международного агентства по исследованию рака (IARC) считается возможно канцерогенным для людей и канцерогенным для животных. В различных экспериментах уксусный альдегид стимулировал аберрацию хромосом. Повторяющееся воздействие паров уксусного альдегида вызывает дерматит и конъюнктивит. При хронической интоксикации симптомы похожи на симптомы хронического алкоголизма: потеря веса, анемия, бред, зрительные и слуховые галлюцинации, ослабление интеллекта и нарушения психики. Акролеин является распространенным загрязнителем атмосферы и содержится в отработанных газах двигателей внутреннего сгорания, в состав которых входит большое количество различных альдегидов. Концентрация акролеина увеличивается при использовании дизельного топлива или мазута. Кроме того, акролеин в больших количествах обнаружен в табачном дыме не только в виде макрочастиц но и - преимущественно - в газообразной форме. В сочетании с другими альдегидами (уксусный альдегид, пропиональдегид, формальдегид, и т.д.) его концентрация достигает , что, по всей видимости, делает его одним из наиболее опасных альдегидов в табачном дыме. Таким образом, акролеин представляет собой возможную опасность для производственных помещений и окружающей среды. Акролеин токсичен и обладает сильным раздражающим действием, а высокое давление его насыщенного пара может привести к быстрому образованию опасных концентраций в атмосфере. Пары акролеина могут вызывать поражения дыхательных путей, а для глаз опасны как пары, так и сама жидкость. Контакт с кожей может привести к серьезным ожогам. Акролеин очень легко обнаруживается, поскольку сильное раздражение имеет место при концентрациях значительно ниже опасного для здоровья порога (его мощный слезоточивый эффект при очень низком содержании в атмосфере () заставляет людей убегать с загрязненного места в поисках защитных средств). Следовательно, воздействие акролеина, по большей части, является результатом утечки из трубопроводов или емкостей. Нельзя полностью исключить и серьезных хронических последствий, например, рака. Наибольшую опасность представляет собой вдыхание паров акролеина. Результатом может быть раздражение носоглотки, ощущение стеснения в груди, одышка, тошнота и рвота. Бронхолегочные последствия поражения акролеином весьма серьезны; даже после выздоровления остаются неисчезающие радиологические и функциональные нарушения. Эксперименты на животных показали, что акролеин представляет собой отравляющее вещество нарывного действия; он повреждает слизистую оболочку дыхательных путей до такой степени, что дыхательная функция за время от 2 до 8 дней полностью блокируется. Неоднократное попадание на кожу может привести к дерматиту и аллергическим реакциям. Не так давно были открыты его мутагенные свойства. На примере дрозофилы Rapaport показал это еще 1948. Цель исследования заключалась в том, чтобы выяснить, не вызывается ли рак легкого, связь которого со злоупотреблением табаком неоспорима, присутствующим в дыме акролеином, а также не является ли содержащийся в горелом масле акролеин причиной некоторых форм рака пищеварительного тракта, которые, как было установлено, связаны с употреблением в пищу горелого масла. Недавние исследования показали, что акролеин для некоторых клеток является мутагенным (морские водоросли типа Dunaliella bioculata), а для других нет (дрожжи типа Saccharomices cerevisiae). Если акролеин является мутагенным для клетки, то в ее ядре обнаруживаются ультраструктурные изменения, подобные тем, что возникают при облучении морских водорослей рентгеновскими лучами. Акролеин также оказывает разнообразное влияние на синтез ДНК , действуя на некоторые ферменты. Акролеин очень эффективно блокирует работу ресничек бронхиальных клеток, которые помогают очищать бронхи. В сочетании с его воспалительным действием это дает высокую вероятность хронических заболеваний бронхов. Хлорацетальдегид обладает способностью сильно раздражать не только слизистые оболочки (он опасен для глаз даже в виде пара и может вызвать необратимые повреждения), но и кожу. Он вызывает подобные ожогам повреждения при контакте с 40% раствором и заметное раздражение при длительном или неоднократном воздействии 0,1% раствора. Меры предосторожности должны заключаться в предотвращении любого контакта с хлорацетальдегидом и контроле его содержания в атмосфере. Хлоралгидрат главным образом выделяется людьми сначала в виде трихлорэтанола и затем, по прошествии определенного времени, как трихлоруксусная кислота, которая при повторном воздействии может достигать половины дозы. В больших дозах хлоралгидрат действует подобно наркотику и угнетает дыхательный центр. Кретоновый альдегид является сильным раздражителем и может вызвать ожог роговицы; по токсичности он подобен акролеину. Были отмечены случаи аллергических реакций у контактирующих с ним рабочих, а некоторые тесты на мутагенность дали положительные результаты. Кроме того, что П-диоксан в значительной степени пожароопасен, он также относится IARC к канцерогенам группы 2B, то есть установленным канцерогеном для животных и возможным канцерогеном для человека. Изучение последствий вдыхания П-диоксана на животных показало, что его пары могут вызывать наркотическое состояние, поражение легких, печени и почек, раздражение слизистых оболочек, застой и отек легких, изменение в поведении и повышение количества клеток крови. Большие дозы П-диоксана, содержащегося в питьевой воде, вели к развитию опухолей у крыс и морских свинок. Эксперименты с животными также показали, что П-диоксан быстро впитывается через кожу, вызывая нарушение координации, наркотическое состояние, эритему, а также поражая почки и печень.

Формальдегид и его полимерная производная параформальдегид. Формальдегид легко полимеризуется как в жидком, так и в твердом состоянии, в результате чего образуется смесь химических соединений, известная как параформальдегид. Этот процесс полимеризации замедляется присутствием воды, и поэтому применяемый в промышленности формальдегид (известный как формалин или формол) представляет собой водный раствор, содержащий от 37 до 50 весовых процентов формальдегида; к этим водным растворам в качестве ингибитора полимеризации добавляют от 10 до 15 % метилового спирта. Формальдегид токсичен при глотании и вдыхании паров, а также может вызывать повреждения кожи. При обмене веществ он превращается в муравьиную кислоту. Токсичность полимеризованного формальдегида потенциально подобна токсичности мономера, поскольку при нагревании происходит деполимеризация. Воздействие формальдегида вызывает острые и хронические реакции. Доказано, что формальдегид является канцерогеном для животных; по классификации IARC он относится к группе 1B, как возможный канцероген для человека. Следовательно, при работе с формальдегидом должны приниматься такие же меры предосторожности, как и для всех