Метакрилонитрил - Methacrylonitrile

Метакрилонитрил
Метакрилонитрил skeletal.svg
Methacrylonitrile.svg
Имена
Предпочтительное название IUPAC
2-метилпроп-2-еннитрил
Другие имена
Метилакрилонитрил
2-Cyanopropene
2-циано-1-пропен
Изопропенецианид
Изопропенилцианид
Цианид изопропена
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.004.380 Отредактируйте это в Викиданных
UNII
Свойства
C4ЧАС5N
Молярная масса67.091 г · моль−1
ВнешностьПрозрачная жидкость от бесцветной до слегка желтоватой
ЗапахГорький миндаль[1]
Плотность0,8 г / мл
Температура плавления -35,8 ° С (-32,4 ° F, 237,3 К)
Точка кипения От 90 до 92 ° C (от 194 до 198 ° F, от 363 до 365 K)
2,57 г / 100 мл (20 ° С)
Давление газа71 мм рт. Ст. (25 ° C)[1]
Опасности
точка возгорания 13 ° С (55 ° F, 286 К)
Пределы взрываемости2%-6.8%[1]
NIOSH (Пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
никто[1]
REL (Рекомендуемые)
TWA 1 ppm (3 мг / м3) [скин][1]
IDLH (Непосредственная опасность)
N.D.[1]
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Метакрилонитрил (или 2-метилпроп-2-еннитрил), короче говоря, означает химическое соединение, которое является ненасыщенным алифатическим нитрил, широко используется при приготовлении гомополимеры, сополимеры, эластомеры, и пластмассы и как химический промежуточный продукт при подготовке кислоты, амиды, амины, сложные эфиры, и другие нитрилы. MeAN также используется как замена акрилонитрил при производстве акрилонитрил / бутадиен / стиролоподобного полимера. Это прозрачная бесцветная (или слегка желтоватая) жидкость с запахом горького миндаля.[2]

Он токсичен проглатывание, вдыхание и впитывание кожей.[3]

Воздействие и регулирование

Поскольку МеАН присутствует в полимерных покрывающих материалах, которые можно найти во многих предметах повседневного использования, люди подвергаются его воздействию через кожу. Помимо этого существует профессиональное воздействие, и низкие уровни MeAN также присутствуют в дыме нефильтрованных сигарет, сделанных из табака воздушной или дымовой сушки.[4]

Из-за токсичности MeAN Министерство здравоохранения и социальных служб США ограничило концентрацию полимера на основе метакрилонитрила в смолистых и полимерных покрывающих материалах до 41%. Его использование в упаковке пищевых продуктов дополнительно ограничено 0,5 мг на квадратный дюйм поверхности, контактирующей с пищевыми продуктами, и только 50 ppm, или 0,005% MeAN, разрешено в растворимых в хлороформе компонентах покрытия в контейнерах для воды (21 CFR, § 175.300). Средневзвешенное по времени (TWA) пороговое значение 1 ppm (3 мг / м3) для воздействия MeAN было принято Американской конференцией государственных промышленных гигиенистов.[5][6]

Национальный институт рака (США) номинировал MeAN для исследования из-за его потенциального воздействия на человека, общих черт с известным канцерогеном акрилонитрилом и недостатка знаний о токсичности и канцерогенности MeAN.[7]

Структура и реакционная способность

Метакрилонитрил представляет собой акрилонитрил (AN) с дополнительной группой CH3 на втором углероде. Полимеризация не требует катализатора и протекает быстро в отсутствие стабилизатора.

Из-за двойной связи возможны дополнительные реакции с биологическими молекулами. Дополнительная метильная группа MeAN снижает эффект акцептирования электронов, вызванный нитрилом, так что реакции, которые образуют отрицательный заряд на альфа-углероде, протекают быстрее с AN в качестве реагента. И наоборот, реакции, которые образуют положительный заряд на указанном углероде (например, окисление двойной связи цитохромом-P450), протекают быстрее с MeAN в качестве реагента. В результате в метаболизме MeAN меньше конъюгируется с глутатионом (GSH), чем AN, и активируется легче.[6] [8]

Синтез

Поли (акрилонитрил) обычно получают путем полимеризации в эмульсии или растворе. Коммерческий продукт может быть стабилизирован добавлением 50 ч. / Млн моноэтилового эфира гидрохинона. Полимеризация MeAN осуществляется в тетрагидрофуран (THF) с динатриевой солью полиэтиленоксида (PEO). MeAN также коммерчески производится путем парофазной реакции изобутилена с аммиаком и кислородом в присутствии катализатора. Известными побочными продуктами являются ацетонитрил, цианистый водород и акролеин. Он используется для получения гомо- и сополимеров, эластомеров, покрытий и пластмасс. Его можно использовать как замену акрилонитрилу в аналогичных реакциях. MeAN также можно синтезировать дегидратацией метакриламида или из оксида изопропилена и аммиака. [9][6]

Реакции

МеАН может подвергаться электрополимеризации, если, например, подвергаться электровосстановлению на металлических катодах в безводной органической среде; ацетонитрил. В конце синтеза можно получить два типа полимеров; физадсорбированный полимер и привитой полимер. Механизм, объясняющий наличие непривитого полимера, довольно хорошо изучен: он протекает через образование анион-радикала (продукт восстановления винилового мономера), который димеризуется в растворе благодаря механизму радикально-радикального сочетания (RRC) до доставляют дианион, действующий как инициатор реакции полимеризации в растворе.[9]

Метаболизм

Существуют различные пути метаболизма метакрилонитрила, которые подробно описаны здесь:

Прежде всего, метакрилонитрил может быть напрямую конъюгирован с GSH, что приводит к образованию S- (2-цианопропил) GSH, который может метаболизироваться до N-ацетил-S- (2-цианопропил) цистеина (NACPC), который может выводиться с мочой.[6]

Из-за этого глутатион истощается до определенной степени после воздействия МЕАН. После перорального воздействия 100 мг / кг MeAN на крыс максимальное истощение было отмечено в печени у 39% контроля. Однако это истощение меньше, чем после введения АН. Вероятно, это связано с тем, что MeAN частично связан с эритроцитами и поэтому недоступен для конъюгации GSH. Исследования с использованием радиоактивно меченного углерода указывают на то, что основным путем выхода метакрилонитрила из организма является моча в дозе 43%. Еще 18% выводится с фекалиями (15%) и выдыхаемым воздухом (2,5%). Это означает, что около 40% MeAN не покидает организм немедленно и либо связывается с макромолекулами, либо образует нерасщепляемые конъюгаты. Красные кровяные тельца сохраняли значительное количество радиоактивности: более 50% радиоактивности в эритроцитах было обнаружено как ковалентно связанное с гемоглобином и мембранными белками. [10][11]

Во-вторых, метакрилонитрил может метаболизироваться в печени с помощью CYP2E1 (фермента цитохрома-P450). Это наиболее важный фермент окислительного метаболизма, но также могут быть задействованы другие ферменты цитохрома P-450. Окислительная реакция ферментов цитохрома-P450 приведет к образованию промежуточного эпоксида, который проявляет реакционную способность. Этот промежуточный эпоксид очень нестабилен и может приводить к образованию цианида посредством различных превращений. Например, через эпоксидгидратазу (EH) или через взаимодействия с сульфгидрильным соединением, что приводит к образованию циангидрина, который может перегруппироваться в альдегид и тем самым может привести к высвобождению цианида. Эпоксид также можно конъюгировать с GSH.[12][13]

Было показано, что обработка мышей четыреххлористым углеродом, который действует на систему оксигеназы со смешанными функциями, приводит к гораздо более низким концентрациям цианида, чем в контрольной группе, и значительно снижает токсичность MeAN, что указывает на то, что производство цианида действительно является основным путем токсичности, в отличие от AN. , который более канцерогенный.[6]Подробнее о токсичности цианида см .: отравление цианидом.

Токсичность для человека

Токсичность для человека не была хорошо проанализирована. Сообщается, что минимальные пороговые значения для обнаружения запаха составляют 7 частей на миллион, при этом большинство субъектов обнаруживают его при более высоких концентрациях 14 или 24 частей на миллион. При концентрации 24 ppm возникает раздражение горла, глаз и носа. О случаях смерти в результате отравления метакрилонитрилом не сообщалось.[14]

Воздействие на животных

Вдыхание, а также пероральное и кожное введение метакрилонитрила может вызвать острую смерть у животных, которой часто предшествуют судороги и потеря сознания. Признаками токсического действия метакрилонитрила у крыс после перорального приема являются атаксия, дрожь, судороги, легкая диарея и нерегулярное дыхание. Основной причиной токсических эффектов при летальных (и пороговых) уровнях MeAN является повреждение центральной нервной системы. Это, наряду с признаками токсического воздействия, обнаруженными всеми подопытными животными, соответствует отравлению цианидом. Метакрилонитрил здесь отличается от акрилонитрила, который не проявляет признаков токсичности, связанных с цианидом.

Продукция цианида после воздействия MeAN была протестирована, и внутривенная инъекция MeAN кроликам приводит к выработке значительных уровней цианида в крови. У крыс линии Wistar токсичность также связана с высвобождением цианида in vivo после воздействия MeAN. Острая токсичность MeAN также может нейтрализоваться цианидными антидотами.

Между видами можно отметить разницу в устойчивости к летальному воздействию MeAN. Для ингаляции 4-часовой период воздействия дает LC50 328-700 частей на миллион для крыс, 88 частей на миллион для морских свинок, 37 частей на миллион для кроликов и 36 частей на миллион для мышей. У собак также отмечена острая летальность при вдыхании, хотя LC нет.50 был определен. Пероральное введение MeAN было протестировано на крысах, мышах и песчанках, показав LD50 200 мг / кг для крыс, 17 мг / кг для мышей и 4 мг / кг для песчанок. Кожное введение кроликов вызывает смерть в LC50 268 мг / кг. Значения NOAEL и LOAEL для крыс определены при 50 мг / кг для NOAEL и 100 мг / кг для LOAEL. Это основано на другом признаке отравления метакрилонитрилом; задержка мочи, у 58% крыс наблюдается вздутие мочевого пузыря при введенной дозе 100 мг / кг.

Репродуктивная токсичность была проверена на крысах, но сообщалось о различных результатах. Willhite et al. предлагают LOAEL для репродуктивного эффекта 50 мг / кг, в то время как в отчете Национального исследовательского совета утверждается, что никаких значительных репродуктивных эффектов не обнаружено.

Наконец, были протестированы канцерогенные, мутагенные и генотоксические эффекты, но, в отличие от акрилонитрила, метакрилонитрил не проявляет признаков каких-либо таких эффектов. [14] [6][15]

использованная литература

  1. ^ а б c d е ж Карманный справочник NIOSH по химической опасности. "#0395". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  2. ^ Исследования токсикологии и канцерогенеза метакрилонитрила (CAS № 126-98-7) у крыс F344 / N и мышей B6C3F1 (исследования через желудочный зонд)
  3. ^ Метакрилонитрил, chemicalbook.com
  4. ^ Бейкер, Р.Р., Даймонд, Х.Ф., Скиллабер, П.К. (1984). Определение «ненасыщенных соединений, образующихся при горящей сигарете. Anal. Proc. 21, 135.
  5. ^ Исследования токсикологии и канцерогенеза метакрилонитрила (CAS № 126-98-7) у крыс F344 / N и мышей B6C3F1 (исследования через желудочный зонд)
  6. ^ а б c d е ж Фаруки, М. Ю. Х. и М. М. Мумтаз (1991). «Токсикология метакрилонитрила». Токсикология 65 (3): 239-250.
  7. ^ Исследования токсикологии и канцерогенеза метакрилонитрила (CAS № 126-98-7) у крыс F344 / N и мышей B6C3F1 (исследования через желудочный зонд)
  8. ^ Эль-Адри, Л. и др. (2005). «Сравнительный метаболизм метакрилонитрила и акрилонитрила с цианидом с использованием цитохрома P4502E1 и мышей без микросомальной эпоксидгидролазы». Токсикология и прикладная фармакология 205 (2): 116-125.
  9. ^ а б Viel, P., et al. (1999). «Электрополимеризация метакрилонитрила на вращающемся дисковом электроде при высокой скорости вращения». Журнал электроаналитической химии 470 (1): 14-22.
  10. ^ Day, W. W. и др. (1988). «Взаимодействие метакрилонитрила с глутатионом». Res Commun Chem Pathol Pharmacol 62 (2): 267-278.
  11. ^ Ghanayem et al., Комитет по уровням острого воздействия 1985 года; Комитет по токсикологии; Совет по экологическим исследованиям и токсикологии; Отдел исследований Земли и жизни; Национальный исследовательский совет. Вашингтон (округ Колумбия): National Academies Press (США); 2014 21 марта
  12. ^ Абреу М.Э., Ахмед А.Е. (1980) Метаболизм акрилонитрила в цианид: исследования in vitro. Утилизация наркотиков 8: 376–379
  13. ^ Ганайем Б.И., Сандерс Дж. М., Чанас Б., Бурка Л. Т. и Гонсалес Ф. Дж. (1999). Роль цитохрома P450 CYP2EI в метаболизме и расположении метакрилонитрила. J. Pharmacol. Exp. Ther. 289, 1054-1059.
  14. ^ а б Национальный исследовательский совет. (2014). Рекомендуемые уровни острого воздействия для отдельных переносимых по воздуху химических веществ: Том 16. Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. doi:https://doi.org/10.17226/18707
  15. ^ C.C. Виллхайт, В.Х. Ферм, Р.П. Смит, Тератогенный эффект алифатических нитрильных соединений. Тератология. 23 (1981) 317.