Энтальпия химических соединений как критерий оценки токсичности химических веществ

УДК 613.63

В.Ф. Трушков, К. А. Перминов, В.Н. Шевнин, О. Л. Игнатова ЭНТАЛЬПИЯ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ КАК КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

V.F. Trnshkov, K.A. Perminov, V.N. Shevnin., O.L. Ignatova ENTHALPY OF CHEMICAL COMBINATIONS AS A CRITERION FOR

THE TOXICITY EVALUATION OF CHEMICAL SUBSTANCES

Кировская Государственная Медицинская Академия

В работе приводятся данные определения токсичности, гигиенического регламентирования химических веществ. Выполнены токсикологические исследования в условиях острого и хронического эксперимента. Установлена связь энтальпии и токсичности химических соединений. При выполнении исследований определена связь термодинамических свойств и параметров токсичности химических веществ. Полученные данные использованы для оценки токсичности и гигиенического нормирования химических соединений.

Ключевые слова: воздействие, токсичность, опасность, регламент, норма

Current work contains toxicity determination data and also hygienic chemical regulation. Toxicological investigations in the conditions of acute and chronic experiment are carried out. The connection between enthalpy and toxicity of chemical combinations is fixed. During research it was found that there is a connection between thermodynamic properties and toxicity factors of chemical substances. Obtained data were used for evaluation of toxicity and hygienic rate setting of chemical compounds.

Key words: intervention, toxicity, danger, regulations, norm

Введение

В настоящее время немногочисленными исследованиями отмечена зависимость биологической активности химических соединений от строения и состава их молекул, наличия и вида заместителей, типа и кратности химической связи. Представлен расчетный способ установления предельно допустимых концентраций органических веществ в воздухе рабочей зоны [1]. Изложены методические подходы определения некоторых параметров токсикометрии расчетным путем [2]. Излагаются расчетные методы определения ориентировочных гигиенических нормативов в объектах окружающей среды [3, 4]. Проведен учет ряда физико-химических свойств в характеристике токсичности углеводородов [5]. Имеется ряд работ, характеризующих экспрессное определение токсичности и гигиенических нормативов химических веществ на основе термодинамических свойств [6]. В настоящей работе на основе анализа результатов среднесмертельных доз (ЛД50) и сопоставления их с данными энтальпии делается вывод о возможности корреляции между биологической активностью веществ и их термодинамическими характеристиками. При этом данные токсикологических исследований на животных, пороги острого действия,

показатели термодинамических свойств веществ, материалы исследований у работающих в условиях производства положены в основу единого гигиенического нормирования химических соединений при комбинированном, комплексном, сочетанном воздействии на организм.

Цель исследования

Целью настоящей работы явилось определение взаимосвязи энтальпии и среднесмертельной токсичности химических соединений для последующего гигиенического нормирования.

Материалы и методы

В проводимой работе для использования взаимосвязи токсичности веществ и термодинамических свойств (энтальпии) использовался метод токсикологических поправок, основанный на принципах:

- наличие исходных веществ в гомологических рядах соединений;

- введение поправок на замещение атомов водорода группами - СН3 с учетом типовых чисел атомов углерода;

- введение поправок на двойные и тройные связи;

- введение поправок на группы-заместители.

Величины соответствующих поправок были определены на основе анализа данных по среднесмертельным дозам соответствующих химических соединений с последующим учетом ЛД50 с величиной термодинамической поправки. В качестве эталона термодинамической поправки берутся величины поправок энтальпии (АН), так как эти величины наиболее полно согласуются с ЛД50.

Результаты исследования и их обсуждение

На первом этапе исследований определены значения показателей энтальпии и среднесмертельной токсичности исходных веществ в гомологических рядах

Таблица 1

Свойства исходных веществ в гомологических рядах

Вещество АН ккал моль ЛД50, г/кг

Метан -17,9 0,80*

Бензол 19,8 5,60

Нафталин 36,3 0,490

Метиламин -6,7 0,10

Диметиламин -6,6 0,316

Т риметиламин -10,9 0,500

Диметиловый эфир -46,0 2,76

Формамид -49,5 3,10

Примечание: * - экстраполированное значение.

В последующем определены зависимости среднесмертельных доз и показателей энтальпии в следующих группах веществ (табл. 2-5).

Таблица 2

Особо ядовитые вещества

Название Энтальпия АН ккал моль ЛД50, г/кг Название Энтальпия АН ккал моль ЛД50, г/кг

4,4 - диаминодифенол оксид +30,8 0,69 Бутиламин -22,8 0,44

Дихлордифенилтрихлорэтан +26,4 0,20 М-крезол -23,9 0,27

NN -диметиланил +19,4 0,10 3,4-ксиленол -23,9 0,445

2-амино-1,3,5-триметилбензол +1,5 0,59 3,5-ксиленол -23,9 0,477

Нитробензол +16,5 0,60 Нитроэтан -24,1 0,86

Этилендиамин +6,12 0,448 Триэтиламин -25,4 0,545

Диметилбензиламин +4,72 0,50 П-крезол -25,4 0,695

Диметиламин -6,6 0,316 Т ринитрометан -28,3 0,50

Метиламин -6,7 0,10 Дипропиламин -28,5 0,46

П-фенетидин-солянокислый -10,3 1,18 2-нитропропан -30,7 0,80

П-аминофенетол -10,3 0,54 Диизопропиламин -31,7 0,50

Бисхлорметилксилол -10,8 0,67 Аминная соль дихлорфенокси-уксусной кислоты -32,7 0,30

Т риметиламин -10,9 0,50 Т етранитрометан -34,5 0,30

Фенол -17,4 0,43 Г ексахлорацетон -34,9 0,240

Пропиламин -17,6 0,58 Орто-крезол -38,7 0,436

2,4-ксиленол -38,7 0,302 2,6-ксиленол -38,7 0,479

Т рипропиламин -41,0 0,740 2,5-ксиленол -38,7 0,383

Диметилэтилвинил- -44,8 0,59 Динитро-фтор-бутиленфенол -60,4 0,016

этилкарбинол

Метанол -52,8 0,50 Пирокатехин -71,4 0,10

4,6-динитро-2-изопропилфенол -55,4 0,45 Кротилин -85,4 0,49

Резорцин -56,6 0,57 Фталевый альдегид -177,1 1,50

Диэтиламин -18,1 0,648 4-хлор-2-бутинил-Я-4- хлорфенил-карбамат -12,5 0,630

Таблица № 3

Сильноядовитые вещества

Название Энтальпия АН ккал моль ЛД50 г/кг Название Энтальпия АН ккал моль ЛД50 г/кг

Дифениламин +57,0 3,20 Метилметакрилат -52,3 1,00

Р-метилнафталин +31,6 1,63 Г идрохинон -58,1 1,05

¿-метилнафталин +31,8 1,84 Пропанол -63,5 2,26

Я-дезил- Я-циклогексилацетамид +24,7 2,60 Бутанол -67,7 1,0

П-аминоацетофенол +9,60 2,60 Изобутанол -68,6 1,0

Стирол +4,20 1,85 Этилацетамид -68,7 1,65

Изопропилбензол (кумол) +3,40 1,40 Пентанол -72,9 1,0

Ацетофенон -9,8 1,25 Изоамиловый спирт -74,5 3,0

Бензилметакрилат -20,7 2,70 Винилацетат -75,0 1,60

Бензиловый спирт -23,5 3,10 Диэтилацетамид -79,0 1,65

Изопропиламинодифениламин +30,0 1,82 Метилацетат -100,1 2,9

Фенилэтиловый спирт -30,0 1,50 Линурон -100,6 2,4

Солан -31,2 1,80 Изопропил -3-хлорфенил-карбамат -103,6 3,10

Сантофлекс -32,0 1,70 Этилацетат -105,1 2,0

Диэтилтолуамид -орто -пара -мета Я-метакрилоилизатин -34,5 -39,6 -55,1 -37,5 1,21 2,3 2,0 2,70 Октиловый эфир 2,4-дихлорфенокси- уксусной кислоты -130,0 1,65

Дифенилолпропан -47,7 2,5 Ацилат -108,5 2,08

Формамид -49,5 3,10 Диэтилкарбонат -109,6 1,51

Дибутилфталат -170,4 5,28 Терефталевая кислота -166,7 1,46

Диэтиловый эфир перфторглутаровой кислоты -208,3 4,20

Таблица № 4

Среднеядовитые вещества

Название Энтальпия АН ккал моль ЛД50 г/кг Название Энтальпия АН ккал моль ЛД50 г/кг

Бензол +19,8 5,60 Толуол +15,3 7,0

Бензофенол -42,1 8,6 Ацетон -44,4 3,80

Нафтойная кислота -55,2 4,7 Диэтанолдиаминоизопропанол -104,2 7,2

Этиловый эфир бензоил уксусной кислоты -83,5 6,8 Фениламиноэтиловый эфир метакриловой кислоты -101,4 5,66

К,К-диэтиламид-моно-Н-бутиловый эфир фталевой кислоты -131,9 5,30 Карбэтоксиметиловый эфир метакриловой кислоты -159,2 7,89

ТГМ-3 (триэтиленгликольдиметокрилат) -155,18 10,7 МГФ-1 (диметакрилат-бис-этиленгликольфталат -179,6 6,67

Карбизопропоксиметиловый эфир метакриловой кислоты -165,8 9,0 Диметакриловый эфир триэтиленгликоля -263,8 17,9

Диметакриловый эфир этиленгликоля -197,6 8,60 Т риэтиленгликольдиацетат -297,2 8,50

Таблица № 5

Малоядовитые вещества

Название Энтальпия АН ккал моль ЛД50 г/кг Название Энтальпия АН ккал моль ЛД50 г/кг

Фреон 114132 +98,3 16,0 Этриол -110,6 13,7

Вторичный октиловый спирт -86,6 12,4 Бензотрифторид (трифтортолуол) -110,8 10,0

Ь-аминоантрахинон +11,4 10,00 Дихлоруксусная кислота -120,5 17,0

4,4-Диацетилдифенилоксид -44,0 9,0 Дихлорангидрид дифенилоксилола 4,4-дикарбоновой кислоты +47,4 8,70

Определена связь среднесмертельной токсичности при поступлении веществ пероральным путем. ЛД50=а(ЛН)2+ вАН+с

Таблица № 6

Значение коэффициентов а, в, с

Зависимости а в с

1 6,8683 • -10-5 4,4738 • -10-3 4,8705 • -10-1

2 2,0990 • -10-4 2,5188 • -10-2 1,7432

3 2,9783 • -10-4 3,5364 • -10-2 4,7830

4 7,3880 • -10-5 -3,5335 • -10-3 8,7014

Пример расчета № 1.

Вещество - стирол. Относится ко 2-й группе - сильноядовитые вещества. АН = +4,10 ккал/моль. Подставляя АН в соответствующую формулу, проводится определение:

ЛД5о=2,0990--10-4(4,10)2+2,5188 -10-2-4,10+1,7432=1,86 г/кг Для сравнения экспериментальные величины: ЛД50=1,85 г/кг;

Пример расчета № 2

Анализируемое соединение - толуол. Зависимость № 3 (среднеядовитые вещества). АН=+15,30 ккал/моль.

По зависимости АН ЛД50:

ЛД50=2,9783-10-4-(Н)2+3,5364-10-2-(Н)+4,7830=5,393 г/кг (Для сравнения: ЛД 50"^ = 5,0^7,0 г/кг - по экспериментальным данным проводимых ранее исследований).

Заключение

Установлена взаимосвязь показателей токсичности веществ, среднесмертельных доз и данных термодинамических свойств - энтальпии химических соединений. Показатели энтальпии химических веществ могут быть использованы для определения среднесмертельных доз веществ при пероральном воздействии и последующего гигиенического регламентирования химических соединений.

Литература

1. Г олубев А.А. Люблина Е.И. Расчетный способ установления ориентировочных ПДК органических веществ в воздухе рабочих помещений // Гигиена труда и профессиональные заболевания. 1962. №4.

С. 26-32.

2. Заева Г.Н. Расчетное определение некоторых параметров токсикометрии. Г игиена и токсикология пестицидов и клиника отравлений // Материалы III

Всесоюзной научной конференции по вопросам гигиены и токсикологии в связи с химизацией народного хозяйства. Киев. 1965. С. 96-103.

3. Кротов Ю.А. Применение расчетных методов для установления ориентировочных максимально разовых ПДК атмосферных загрязнений // Гигиена и санитария. 1971. №12. С. 8-12.

4. Кротов Ю.А. Использование среднесмертельных концентраций вредных веществ для ориентировочного нормирования атмосферных загрязнений // Здравоохранение Туркменистана. 1972. №4. С. 45-46.

5. Люблина Е.И. О связях физико-химических свойств углеводородов с их токсичностью // Гигиена и санитария. 1969. №7. С. 20-25.

6. Перминов К.А. Экспрессное определение гигиенических нормативов по данным энтальпии химических соединений // Ежегодник медицинских инноваций: Конкурс на лучшую русскоязычную публикацию в области медицины 2008 - 2009 г.г. Ганновер (Германия). 2009. С. 138-140.