第4章 更加安全无毒化学品的设计应用.ppt

两性染料－设计原则 ▲负离子数大于正离子（电荷）数； ▲磺酸基优于羧酸基； ▲尽可能使分子量1000； ▲尽可能增大分子的最小横截直径。 4、表面活性剂 根据分子中基团带电特性分为4种： ▲阳离子表面活性剂； ▲阴离子表面活性剂； ▲中性表面活性剂－非离子型表面活性剂； ▲两性表面活性剂。 表面活性剂的结构 阳离子表面活性剂 非离子型表面活性剂 阴离子表面活性剂 两性表面活性剂 表面活性剂的毒性 ▲表面活性剂破坏水与生物膜之间的界面，对水生生物有毒－实际上是破坏生物膜； ▲分子量1000的表面活性剂具有“表面毒性”和内毒性； ▲分子量1000的表面活性剂具有“表面毒性” ； ▲毒性与结构关系： 亲水部分越大，毒性越强； 熔点高于35?C的表面活性剂，仅有慢性毒性。 ▲表面活性剂的残留性： 污水处理困难； 河流和湖泊泡沫化； 疾病细菌的传播。 可生物降解的表面活性剂 ▲主要方法：用直链烷基代替支链烷基 ▲问题：矛盾 可生物降解性增加； 对水生生物毒性增加。 ▲理想境界： 表面活性剂的半衰期与商业用途的持续时间相当。 ▲设计方法：使其降解为非表面活性剂 在亲水和亲油部分之间连接一个－O－O－基团； 在亲水和亲油部分之间连接一个－COO－基团； 增大分子量1000； 尽可能不用烷基酚类化合物。 5、多负离子单体 多负离子单体：相对分子量1000，在一段烷基链上含有1个或多个酸基，化学性质类似螯合剂的物质，如：EDTA。 多负离子单体含有羧酸基、硅酸基、磷酸基、磺酸基、硫醇基等。 多负离子单体的毒性 ▲多酸盐（如钠盐）水溶性大，对水和水蚤的毒性较低，但对绿水藻有中等毒性。 ▲原因：多酸盐对水藻营养物质Ca、Mg、Fe等的过度螯合作用。 ▲设计原则：降低螯合能力 改变酸的种类； 改变酸基之间的距离。 6、有机金属化合物 ▲有机金属化合物：防污剂、杀虫剂、杀菌剂等。 均对水生生物有毒。 ▲烷基汞（甲基汞）、有机锡（三乙基锡）、有机铅（四乙基铅）等毒性很大。 ▲设计原则： 增大log P，8； 增加熔点； 增加分子量，1000。 7、无机金属化合物 ▲无机金属化合物：生命过程不可缺少的物质。 吸收过量引发中毒。 ▲例如：无机磷－焦磷酸钠 对制造生物能和使用生物能量十分重要； 过度刺激水藻生长，使水体富营养化； 水藻过度生长阻碍了其他水生生物的光合作用； 水藻死亡后的分解过程消耗水中溶解氧，水体缺氧，造成鱼类、无脊椎动物等窒息死亡。 ▲目前尚没有更加安全的无机金属化合物，应尽量少用或不用。 三、设计对水生生物更加安全的化学品 ▲化学品对水生生物的危害： ?非特征的（Non-Specific)或麻醉性的（Narcosis)：有毒化学品对大部分水生生物通过麻醉作用中毒；如：氯代烃、醇、醚、酮等，有机酸和碱、简单的硝基取代化合物。 麻醉中毒：与化学品在生物膜中的扩散有关，细胞或细胞膜中化学品的浓度达到一定值，对细胞功能产生非特征干扰，过量也能导致死亡。酯溶性化学品容易穿透细胞膜引起麻醉中毒。 ?特征的（Specific）：特征致命化学品通过特征毒性使水生生物中毒。如：与细胞大分子－通常是蛋白质（酶、DNA等）发生共价作用。如：腈、亲电剂等。 三、设计对水生生物更加安全的化学品 化学品的麻醉型毒性与其在水生生物膜中的扩散情况有关。 如果细胞或细胞膜中化学品的浓度高到一定值，就会对细胞功能产生非特征性干扰。 如果扩散进入细胞或通过细胞膜的化学品的浓度超过一定阈值，甚至会引起死亡。 因细胞膜的脂肪含量较高，故非极性脂溶性化学品比脂不溶性化学品更易穿越，因此，通过麻醉机理致毒物质的相对毒性与其脂溶性有关。 三、设计对水生生物更加安全的化学品 有些化学品本身或其代谢产物可以与细胞大分子发生某种特定的化学反应，这些物质除产生麻醉作用外还会有额外的毒性，称为特征型。 比如，如果一个化学品能与各种蛋白质（如酶、DNA）等形成共价键，则可预测它具有特征型毒性。比如腈、亲电剂等，就对水生生物有特征毒性。 1、利用构效关系预测水生毒性 ▲1976年，美国会通过“毒物控制法案”， 原则：先评价其危险性，后使用。 在一个新的化学物质投入商用之前表征和充分了解其危险性，把危险性降低到最小程度或预防其危险性发生。 ▲要求：美国环境保护署 ?建立已商用化学品目录，即TSCA库； ?任何人如要生产或引进一个TSCA库中没有的化学品，