Toksyczność benzenu i jego pochodne
( toluen, anilina, fenol, ksylen, nitrobenzen, chlorobenzen )
BENZEN (C6H6) to organiczny związek chemiczny z grupy arenów. Jest to najprostszy karbocykliczny, obojętny węglowodór aromatyczny.
Właściwości
W temperaturze pokojowej benzen jest bezbarwną cieczą o charakterystycznym, ostrym zapachu. Bardzo słabo rozpuszcza się w wodzie, natomiast lepiej w rozpuszczalnikach organicznych. Sam jest dobrym rozpuszczalnikiem dla wosków, tłuszczy, naftalenu i innych niepolarnych związków chemicznych. Pali się kopcącym płomieniem
W większych ilościach benzen jest toksyczny. LD50 (szczur, doustnie) wynosi 930 mg/kg, LC50 (szczur, inhalacja) - 10 000 ppm przez 7 h. Ma silne właściwości rakotwórcze. Po spożyciu powoduje podrażnienie śluzówki żołądka, mdłości i wymioty. Przy pochłonięciu większych ilości powoduje bóle głowy, drgawki i zgon.
Struktura Kekulégo
Problem budowy benzenu interesował chemików już od chwili wyodrębnienia tego związku.
W 1865 r. niemiecki chemik Friedrich August Kekulé wysunął hipotezę, że benzen jest cykloheksatrienem o sześcioczłonowym pierścieniu, w którym pomiędzy atomami węgla na przemian występują wiązania pojedyncze i podwójne:
Benzen jest jedną z najgroźniejszych trucizn przemysłowych, ze względu na dużą jego lotność i możliwość tworzenia dużych stężeń w powietrzu. Szczególnie niebezpieczne są wszelkie procesy o dużej powierzchni parowania a niewielkiej możliwości hermetyzacji.
Zatrucia ostre są zwykle wynikiem wypadków (uwolnienie benzenu) lub jego złego użycia. Wiele odnotowanych w piśmiennictwie wypadków śmiertelnych oraz poważnych skutków zdrowotnych wynikało z "wąchania" klejów lub innych preparatów, zawierających w swoim składzie benzen.
Benzen jest stosowany w wielu procesach jako rozpuszczalnik lub surowiec wyjściowy do dalszej syntezy. W przemyśle stosuje się przeważnie benzen techniczny o temperaturze wrzenia 80 -100 oC i nazwie handlowej Benzol.
Zawiera on 70 - 80% benzenu, a pozostała część to toluen, ksylen oraz inne zanieczyszczenia.
Możliwość zatruć występuje przede wszystkim w przemyśle gumowym, chemicznym, farmaceutycznym, farb i lakierów, a ostatnio w przemyśle tworzyw sztucznych.
Benzen wchłania się głównie z dróg oddechowych, rzadko przez skórę i z przewodu pokarmowego. U ludzi wchłanianie par benzenu w płucach wynosi 62 - 75%, gdy stężenie benzenu w powietrzu wynosi 20 - 200 mg/m3. Wchłanianie ciekłego benzenu przez skórę stanowi również istotny problem narażenia zawodowego. Wyniki badań przeprowadzonych u zwierząt narażonych na działanie benzenu znaczonego izotopowo wskazują, że sam benzen, a zwłaszcza jego metabolity (np. fenol) wiążą się z białkami wątroby, szpikiem kostnym, białkami nerek, śledziony, krwi i mięśni.
Na pierwszy plan działania toksycznego benzenu wysuwa się jego działanie narkotyczne na ośrodkowy układ nerwowy. Benzen powoduje uszkodzenie układu nerwowego, uszkodzenie szpiku kostnego (u ludzi narażonych na benzen prowadzi to do wystąpienia białaczki).
Zatrucie inhalacyjne lub doustne przy niewielkim narażeniu przebiega z bólami i zawrotami głowy, ogólnym osłabieniem, euforią, nudnościami i wymiotami.
Znaczne narażenie na działanie benzenu zmienia obraz objawów, występują zaburzenia widzenia, szybki i płytki oddech, drżenie kończyn, pojawiają się zaburzenia rytmu serca, utrata przytomności, porażenie oraz śpiączka, podczas której mogą wystąpić majaczenia i gwałtowne pobudzenia.
Skażenie skóry powoduje jej podrażnienie, złuszczanie i pękanie.
Zatrucie przewlekłe, zwykle inhalacyjne, rozpoczyna się utratą łaknienia, bólami głowy, sennością lub pobudliwością oraz bladością powłok. Rozwija się niedokrwistość, która może przejść w aplazję szpiku. Obserwuje się krwawe wybroczyny, którym towarzyszy przedłużony czas krwawienia. Występujące białaczki są opisywane jako powikłania zatrucia benzenem (u pracowników narażonych na pary benzenu białaczki występują 5 - 10 razy częściej niż w populacji narażonej).
Zgony spowodowane przewlekłym zatruciem benzenem lub toluenem występują po ciężkiej aplazji szpiku, niedokrwistości, martwicy lub zwyrodnieniu tłuszczowym mięśnia sercowego, wątroby i nadnerczy oraz po rozległych wewnątrzustrojowych zmianach krwotocznych.
Metody oceny narażenia opierają się z jednej strony na pomiarze stężenia benzenu w powietrzu w miejscu pracy, z drugiej - na pomiarze ilości wydalonego z moczem fenolu u osób narażonych.
ZASTOSOWANIE, NARAŻENIA ZAWODOWE
Benzen jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych związków organicznych; w przyrodzie występuje jako składnik ropy naftowej i smoły węglowej.
Benzen jest otrzymywany z ropy naftowej.
Benzen znajduje zastosowanie przede wszystkim w przemyśle chemicznym jako produkt wyjściowy w syntezie organicznej. Stosowany jest do ekstrakcji tłuszczów i olejów roślinnych. Stanowi wysokoenergetyczny składnik benzyny silnikowej, a w benzynie bezołowiowej występuje jako środek przeciwstukowy.
Benzen występując jako jeden ze składników mieszanin, wchodzi w skład wielu preparatów jako zanieczyszczenie lub domieszka.
Głównym światowym producentem benzenu są Stany Zjednoczone. W Europie znaczącymi producentami benzenu są: Wlk. Brytania, Niemcy i Holandia.
W Polsce benzen jest produkowany w przemyśle petrochemicznym i koksowniczym.
Narażenie zawodowe na benzen w Polsce występuje w zakładach produkujących i wykorzystujących ten związek oraz wszędzie tam, gdzie są stosowane różne związki chemiczne, w których benzen występuje jako jeden ze składników lub zanieczyszczenie. Głównym źródłem narażenia zawodowego jest przemysł chemiczny.
Z uwagi na fakt, że benzen stanowi zanieczyszczenie rozcieńczalników do farb poliwinylowych, chlorokauczukowych, lakierów i benzyny ekstrakcyjnej i toluenu technicznego, duża liczba osób zatrudnionych w zakładach produkujących farby i lakiery oraz w tych gałęziach przemysłu, gdzie są one używane jest narażona na ten związek .
Czynności związane z transportem, magazynowaniem i rozlewaniem benzyny stanowią kolejne źródło narażenia zawodowego dużej grupy pracowników.
Liczbę osób potencjalnie narażonych zawodowo na benzen w Polsce ocenia się na około 8000. Uważa się, że liczba ta jest zaniżona. W 1997 r. stwierdzono, iż w Polsce 1450 osób pracowało w narażeniu na benzen o stężeniach powyżej obowiązującej wartości NDS.
TOLUEN jest bezbarwną, lotną, łatwopalną i wybuchową cieczą o charakterystycznym zapachu. Jest szeroko stosowanym rozpuszczalnikiem farb, lakierów i różnych produktów używanych do pokrywania i zabezpieczania powierzchni metalowych i drewnianych. Jest używany do odtłuszczania, a także jako surowiec do syntezy wielu substancji chemicznych, takich jak kwas benzoesowy, dwuizocyjanian toluenu, ksylenu i innych. Stosowany jest również do produkcji barwników i leków.
Toluen może ulegać wchłanianiu przez płuca, z przewodu pokarmowego i przez skórę. Retencja par toluenu w płucach wynosi u ludzi około 60 - 80 %. Szybkość wchłaniania toluenu przez skórę wynosi w przypadku kontaktu 0,69 mg/cm2/godz. Główną drogą przemiany toluenu u ludzi jest utlenianie reszty metylowej do grupy karboksylowej z utworzeniem kwasu benzoesowego, który następnie ulega sprzęganiu z glutationem z utworzeniem kwasu hipurowego.
Efekty krytyczne działania toluenu obejmują działanie drażniące na oczy, wpływ na reprodukcję i neurotoksyczne.
Spontaniczne poronienia występowały u kobiet narażonych zawodowo na toluen w stężeniach rzędu 170 - 550 mg/m3 (średnio 300 mg/m3). Wyniki badań elektrofizjologicznych wskazują, że zmiany wywołanych potencjałów wzrokowych czy potencjałów słuchowych wywołanych z pnia mózgu mogą się rozpoczynać u osób zawodowo narażonych przy stężeniach toluenu rzędu 180 mg/m3.
Otrzymywanie, zastosowanie, narażenie zawodowe
Toluen występuje w niewielkich ilościach w ropie naftowej. W wyniku różnych procesów takich jak kraking czy reforming uzyskuje się zwiększenie zawartości toluenu w ropie. Do 17% uzyskanego w ten sposób toluenu ulega następnie wyodrębnieniu. Toluen posiada szerokie zastosowanie jako surowiec w procesie produkcji gumy, żywic, detergentów, barwników, leków, kwasu benzoesowego. Toluen jest składnikiem szeregu produktów rynkowych takich jak farby, szelak, inhibitory korozji, rozcieńczalniki i zawierające rozpuszczalniki organiczne środki czyszczące i sanitarne.
W Polsce w, 2000 roku 559 osób było narażonych na toluen w stężeniu powyżej wartości NDS wynoszącej 100 mg/m3.
ANILINA, C6H5NH2, inaczej fenyloamina lub aminobenzen - najprostsza amina aromatyczna. Anilina to ciecz bezbarwna, brunatniejąca na powietrzu, o charakterystycznym zapachu. Jest słabo rozpuszczalna w wodzie. Jej gęstość jest większa od gęstości wody. Jest substancją silnie trującą. Działa toksycznie przez drogi oddechowe, po połknięciu i w kontakcie ze skórą. W następstwie długotrwałego narażenia stwarza poważne zagrożenie dla zdrowia. Wykazuje słaby odczyn zasadowy, przez co reaguje z kwasami dając łatwo krystalizujące sole.
Toksyczność
Anilina szczególnie silnie działa na krew i układ krwiotwórczy. Jest traktowana jako potencjalny mutagen. Anilina działa szkodliwie na organizmy żywe, w szczególności organizmy wodne (ekotoksyczność). W środowisku stopniowo ulega biologicznej degradacji.
LD50(Szczur - przez skórę) = 1400 mg/kg.
Działanie miejscowe
Wdychanie par i aerozoli: Pojawiają się nudności, wymioty, ból w klatce piersiowej i osłabienie. Następnie sinica płatków uszu i warg oraz skrócenie oddechu. W groźnych przypadkach występuje głęboka sinica warg, dziąseł, języka oraz twarzy. Absorpcja w ciele prowadzi do tworzenia methemoglobiny, która w dostatecznym stężeniu powoduje sinice. Początek może być opóźniony o 2 do 4 godzin. Wywołuje to niedotlenienie, w wyniku którego pojawia się senność, utrata przytomności lub drgawki. W okresie 2-3 dni po narażeniu może pojawić się niedomaganie wątroby.
Spożycie: Wystąpią nudności i wymioty. Występuje głęboka sinica warg, dziąseł, języka oraz twarzy, spowodowane uszkodzeniem krwi. Zakłóceniu ulega praca organów wewnętrznych. Pojawia się senność, utrata przytomności.
FENOL jest to bezbarwne, krystaliczne ciało stałe o ostrym zapachu. Fenol różowieje na powietrzu. Substancja ta jest dobrze rozpuszczalna w wodzie oraz rozpuszczalnikach organicznych: etanolu, eterze, glicerynie, benzenie i chloroformie.
Fenol jest sklasyfikowany jako substancja toksyczna oraz żrąca. W warunkach narażenia zawodowego jest wchłaniana przez drogi oddechowe i nieuszkodzoną skórę.
Fenol może ulegać wchłanianiu przez płuca, z przewodu pokarmowego i przez skórę, w tym także w postaci par. Retencja par fenolu w płucach wynosi u ludzi około 60 ÷ 80%. Półokres wydalania fenolu w moczu po narażeniu inhalacyjnym wynosi około 3,5 h.
Narażenie zawodowe na fenol występuje głównie w trakcie stosowania żywic fenolowych. Są one wykorzystywane jako materiał wiążący w materiałach izolacyjnych, płytach wiórowych, farbach. Zawartość żywic wynosi od 2 - 3% w materiałach izolacyjnych do powyżej 50% w formach odlewniczych. Emisja fenolu do powietrza atmosferycznego jest proporcjonalna do stężenia wolnego fenolu, którego zawartość w żywicach wynosi około 1 - 5%. Ponadto fenol może się uwalniać w trakcie procesów termicznej obróbki żywic. W odlewniach emisja fenolu może występować zarówno w trakcie produkcji form odlewniczych, jak i podczas odlewania. Narażenie na fenol może także występować podczas produkcji koksu, produkcji fenolu i jego pochodnych.
W Polsce w 2000 r. 16 osób było narażonych na fenol o stężeniu powyżej wartości NDS.
KSYLEN - (nazwa systematyczna: dimetylobenzen wzór sumaryczny: C8H10) - organiczny związki chemiczne - węglowodory aromatyczne stosowane głównie jako wysokowrzące rozpuszczalniki organiczne. Ma właściwości rakotwórcze.
Zastosowanie
Jako rozpuszczalnik i rozcieńczalnik farb i lakierów. Ortoksylen stosowany jest do syntezy bezwodnika ftalowego; metaksylen do otrzymywania tworzyw sztucznych i barwników.
NITROBENZEN związek organiczny, najprostszy aromatyczny związek nitrowy, pochodna benzenu. Stosowany do produkcji aniliny.
Właściwości:
Nitrobenzen jest najprostszym aromatycznym związkiem nitrowym. W warunkach normalnym nitrobenzen jest żółtą, oleistą cieczą o zapachu gorzkich migdałów. Nitrobenzen słabo rozpuszcza się w wodzie, dobrze też w rozpuszczalnikach organicznych.
Szkodliwość:
Nitrobenzen działa toksycznie na krew. Wysokie stężenie par wywołuje wszystkie fazy narkozy. Charakterystyczne są skutki działania wtórnego i kumulującego. W organizmie nitrobenzen szybko rozkłada się i utlenia z wytworzeniem azotanów, aldehydów i kwasów.
CHLOROBENZEN (C6H5Cl) - organiczny związek chemiczny, pochodna benzenu. Stosowany jest do produkcji fenolu i jego pochodnych oraz jako rozpuszczalnik.
Wlaściwości :
W temperaturze pokojowej jest to bezbarwna ciecz o charakterystycznym zapachu, nierozpuszczalna w wodzie.
Przemysłowo jest otrzymywany na skutek chlorowania benzenu w obecności chlorku żelaza(III) jako katalizatora. Z chlorobenzenu otrzymuje się fenol i anilinę.
Zagrożenie toksykologiczne: Chlorobenzen jest substancją szkodliwą. Silnie drażni drogi oddechowe. Intensywne wdychanie par prowadzi w cięższych przypadkach do utraty świadomości i wywołania napadów przypominających padaczkę. Następstwem kontaktów z chlorobenzenem jest szereg zmian zwyrodnieniowych w narządach wewnętrznych.
5
