Hydrocarbon thơm đa vòng

Hydrocarbon thơm đa vòng (PAH) là các hoá chất thuộc nhóm hydrocarbon thơm, mà mỗi phân tử được tạo thành từ nhiều vòng (vòng hữu cơ trong đó các electron được định vị). Đây là một thuật ngữ của hoá học, trong tiếng Anh gọi là polycyclic aromatic hydrocarbon (hydrocarbon thơm đa vòng, viết tắt là PAH), hoặc cũng gọi là polynuclear aromatic hydrocarbon (hydrocarbon thơm đa nhân) hay đôi khi gọi là polyaromatic hydrocarbon. Ở đây viết tắt theo tiếng Anh là PAH.

Khái niệm 

 Một phân tử được gọi là hydrocarbon khi phân tử đó chỉ gồm các nguyên tử hydro (H) và cacbon (C) hợp thành. Ví dụ như methane (CH4) là loại hydrocarbon đơn giản nhất.
 Một phân tử được gọi là hydrocarbon vòng khi nó là hydrocarbon gồm ít nhất 3 nguyên tử hợp thành, liên kết với nhau thành chuỗi khép kín (vòng).
 Một phân tử được gọi là hydrocarbon thơm khi hợp chất chứa nó có mùi thơm (như benzen), nay được định nghĩa chính thức là một loại hydrocarbon có liên kết sigma và các liên kết pi được định vị giữa các nguyên tử carbon.
 Một phân tử được gọi là hydrocarbon thơm đa vòng (PAH) khi nó là hydrocarbon thơm, do nhiều cấu trúc vòng hợp thành. Trong đó, cấu hình của một vòng thường gặp nhất ở nhóm này là hình 6 cạnh (còn gọi là vòng benzen). Những chất PAH này khá phổ biến trong đời sống hàng ngày: nấu nướng thịt ở nhiệt độ quá cao sẽ hình thành PAH trong thịt; khói thuốc lá chứa nhiều loại PAH; naphtalen là PAH được sản xuất thương mại ở nhiều nước để sản xuất băng phiến,...
 Những PAH (hydrocarbon thơm đa vòng) đơn giản khác -  ngoài naphtalen là dạng hai vòng - còn có hợp chất ba vòng anthracene và phenanthrene.
Một số PAU thường gặp: benzene, naphthalene, phenanthrene, anthracene

Danh pháp, cấu trúc và tính chất

Danh pháp và cấu trúc 
Theo định nghĩa, hydrocarbon thơm có nhiều vòng, trừ benzen, được coi là PAH. Naphthalene được coi là dạng đơn giản nhất của PAH theo US EPA Hoa Kỳ và US CDC. Nhưng cũng có tác giả cho rằng PAH đơn giản là dạng ba vòng phenanthrene và anthracene. PAH thường không được coi là có chứa dị nguyên tử (heteroatom) hoặc có nhóm phụ (substituent). Phổ biến nhất là PAH với năm vòng hoặc sáu vòng. Những loại chỉ gồm các sáu vòng được gọi là PAH biến đổi (alternant) gồm PAH benzenoid. Dưới đây là một số dạng PAH, khác nhau về số lượng và cách sắp xếp vòng:

Tính chất hóa lý 
Phần lớn PAH không tan trong nước, mặc dù có một số PAH kích thước nhỏ gây ô nhiễm nguồn nước uống. Các dạng kích thước lớn cũng hòa tan ít trong dung môi hữu cơ và trong lipid. Chúng thường không màu.

Độ thơm và vị thơm cũng khác nhau đối với các PAH khác nhau theo quy tắc Clar. Cấu trúc cộng hưởng (resonance) của một số PAH có kích thước lớn nhất có liên kết Pi.

Thuộc tính chính
PAH không phân cực và ưa lipid. Loại PAH kích thước phân tử lớn thì không hòa tan trong nước, nhưng một số PAH nhỏ lại có thể hòa tan. Tương tự đối với dung môi hữu cơ và trong lipid: lớn thì không hòa tan, còn nhỏ có thể hòa tan. Ngoài mùi dễ nhận, loại lớn hơn có màu, như perylene.

Nguồn phát sinh

Trong tự nhiên

Từ hóa thạch carbon 
PAH (hydrocarbon thơm đa vòng) chủ yếu được tìm thấy trong các nguồn tự nhiên như nhựa đường (bitumen).

PAH còn được tạo ra khi trầm tích hữu cơ được biến đổi thành nhiên liệu hóa thạch như dầu và than.

Cháy trong tự nhiên và vũ trụ 
PAH có thể phát sinh từ đốt cháy không hoàn toàn các chất hữu cơ trong các đám cháy rừng tự nhiên. Mức độ PAH cao đột ngột được phát hiện ở khoảng thời gian giữa kỷ Phấn trắng và kỷ Đệ tam, là cao gấp hơn 100 lần mức ở các lớp đất đá liền kề. Hiện tượng này được giải thích là do các đám cháy rừng rất lớn đã hủy khoảng 20% sinh khối trên mặt đất trong.

Kính viễn vọng Không gian Spitzer của NASA thu được các dữ liệu PAH phát sinh ra liên quan đến sự hình thành các sao. Những hình ảnh này có thể theo dõi bề mặt của các đám mây hình thành sao trong thiên hà của chúng ta hoặc xác định các thiên hà hình thành sao trong vũ trụ xa xôi. Vào tháng 6 năm 2013, PAH đã được phát hiện trong bầu khí quyển của Titan, mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ.

Nguồn nhân tạo 

Do đó, các nguồn PAH chủ yếu trong môi trường là từ hoạt động của con người: đốt củi và đốt các nhiên liệu sinh học khác như phân hoặc tàn dư cây trồng đóng góp hơn một nửa lượng phát thải PAH toàn cầu hàng năm, đặc biệt là do sử dụng nhiên liệu sinh học ở Ấn Độ và Trung Quốc. Tính đến năm 2004, các quy trình công nghiệp và việc khai thác và sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã tạo ra hơn một phần tư lượng phát thải PAH toàn cầu, chiếm ưu thế về sản lượng ở các nước công nghiệp như Hoa Kỳ.

Quá trình đốt cháy ở nhiệt độ thấp hơn, chẳng hạn như hút thuốc lá hoặc đốt củi, rơm rạ có xu hướng tạo ra PAH có trọng lượng phân tử thấp, trong khi các quy trình công nghiệp ở nhiệt độ cao thường tạo ra PAH có trọng lượng phân tử cao hơn.

PAH thường được tìm thấy dưới dạng hỗn hợp phức tạp.

Trong Sinh học, PAH được chú trọng nghiên cứu do lý thuyết cho rằng PAH từ xa xưa đã phát sinh ra RNA và DNA như giả thuyết thế giới PAH.

Nguồn trích dẫn

Liên kết ngoài 

 ATSDR - Toxicity of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs)  U.S. Department of Health and Human Services
 Fused Ring and Bridged Fused Ring Nomenclature
 Database of PAH structures
 Cagliari PAH Theoretical Database
 NASA Ames PAH IR Spectroscopic Database
 National Pollutant Inventory: Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Fact Sheet
 Understanding Polycyclic Aromatic Hydrocarbons NASA Spitzer Space Telescope
 Astrobiology magazine Aromatic World An interview with Professor Pascale Ehrenfreund on PAH origin of life. Truy cập June 2006
 Oregon State University Superfund Research Center focused on new technologies and emerging health risks of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs)
 Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs)--EPA Fact Sheet.  U.S. Environmental Protection Agency, Office of Solid Waste, January 2008.

Chất gây ung thư
Hydrocacbon thơm đa vòng
Nguồn gốc sự sống
Hóa học thiên thể