El hexaclorociclopentadieno ( HCCPD ), también conocido como C-56, Graphlox y HRS 1655, es un compuesto organoclorado con la fórmula C 5 Cl 6 . Es un precursor de pesticidas , retardadores de llama y tintes . Es un líquido incoloro , aunque las muestras comerciales aparecen como líquido de color amarillo limón a veces con un vapor azulado. Muchos de sus derivados resultaron ser muy controvertidos, ya que los estudios demostraron que eran contaminantes orgánicos persistentes . Se estima que se produjeron 270.000 toneladas hasta 1976. [2] Dos fabricantes destacados fueron Velsicol Chemical Corporation. en los Estados Unidos y por Jiangsu Anpon Electrochemicals Co. en China.
Nombres | |||
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Nombre IUPAC 1,2,3,4,5,5-hexaclorociclopenta-1,3-dieno | |||
Otros nombres graphlox, perclorociclopentadieno | |||
Identificadores | |||
Modelo 3D ( JSmol ) | |||
ChemSpider | |||
Tarjeta de información ECHA | 100.000.937 | ||
PubChem CID | |||
UNII | |||
Tablero CompTox ( EPA ) | |||
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Propiedades | |||
C 5 Cl 6 | |||
Masa molar | 272,76 g · mol −1 | ||
Apariencia | Líquido de color amarillo pálido a ámbar | ||
Olor | Picante, desagradable [1] | ||
Densidad | 1,702 g / cm3 | ||
Punto de fusion | -10 ° C (14 ° F; 263 K) | ||
Punto de ebullición | 239 ° C (462 ° F; 512 K) | ||
0,0002% (Reacciona, 25 ° C) [1] | |||
Presión de vapor | 0,08 mmHg | ||
Peligros | |||
Principales peligros | Teratógeno | ||
punto de inflamabilidad | 100 ° C (212 ° F; 373 K) | ||
NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.): | |||
PEL (permitido) | ninguno [1] | ||
REL (recomendado) | TWA 0,01 ppm (0,1 mg / m 3 ) [1] | ||
IDLH (peligro inmediato) | ND [1] | ||
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |||
verificar ( ¿qué es ?) | |||
Referencias de Infobox | |||
Historia
El HCCPD se mencionó por primera vez como dieno en ciertas reacciones de Diels-Alder en 1930. La sustancia química atrajo una mayor atención con el descubrimiento de sus propiedades insecticidas en 1955. Debido al uso extensivo, estos pesticidas se volvieron menos efectivos como resultado de mutaciones genéticas del insectos. El número de insectos resistentes a ciclodienos y lindano se acercó a 300 en 1989. [2] Más tarde se encontró otro uso del compuesto, a saber, como retardante de llama para poliésteres en 1957. Además, se utilizó HCCPD para fabricar un dímero . Este dímero también se conocía como " Mirex " o "Dímero de caja" y se ofrecía comercialmente como retardante de llama para su uso en polímeros como el polipropileno . En la década de 1970, se demostró que el dímero de Mirex se degrada en el medio ambiente a kepone , un carcinógeno bien establecido . Este desarrollo generó preocupación y el uso de Mirex se cerró por completo. Antes de esto, se desarrollaron aductos de Diels-Alder de HCCPD con varios dienos cíclicos. Algunos de estos compuestos ganaron atención comercial, como el aducto de HCCPD con 1,5-ciclooctadieno que se vendió con el nombre Dechlorane® plus . Este retardante de llama se utilizó en poliolefinas y nailon y también en alambres y cables debido a sus buenas propiedades de resistencia a la humedad. Desde entonces, es propenso a la investigación científica sobre su impacto en el medio ambiente. [3] Ahora casi todos los derivados han sido prohibidos o están bajo consideración para su prohibición, según las deliberaciones del Convenio de Estocolmo sobre contaminantes orgánicos persistentes .
Síntesis y producción
El hexaclorociclopentadieno se prepara mediante cloración de ciclopentadieno para dar 1,1,2,3,4,5-octaclorociclopentano, que en un segundo paso se deshidroclora: [4] El primer procedimiento utiliza hipoclorito alcalino y después de la destilación fraccionada tiene un rendimiento de aproximadamente 75 %, el otro 25% consiste en ciclopentadienos clorados inferiores. [5] El segundo proceso utiliza la decloración térmica, que se produce a 470-480 ° C y da un rendimiento superior al 90%. Por lo tanto, el primer proceso es más fácil de realizar, pero el segundo da un producto más puro. [6]
- C 5 H 6 + 6 Cl 2 → C 5 H 2 Cl 8 + 4 HCl
- C 5 H 2 Cl 8 → C 5 Cl 6 + 2 HCl
Además de los fabricantes que producen el producto químico para síntesis científica y referencia, hay dos empresas que producen HCCPD para uso industrial: Velsicol chemical LCC en los Estados Unidos y Jiangsu Anpon Electrochemicals Co. en China. El primero produce el producto químico a gran escala para ser utilizado en adherentes de caucho, retardadores de llama y pesticidas . Velsicol conoce los peligros de manipular HCCPD y, por lo tanto, requiere que sus compradores pasen por una revisión estricta y un programa educativo sobre el almacenamiento, uso y eliminación de la sustancia química. La empresa también proporciona fichas de datos de seguridad y una guía de manipulación en su sitio web, y entrega el producto químico a compradores de todo el mundo. [7] De la empresa china se sabe menos. Se dice que es una empresa especializada en cloro-álcalis y agroquímicos y que opera como una subsidiaria de China National Agrochemical Corporation. [8]
Además, el hexaclorociclopentadieno se somete fácilmente a la reacción de Diels-Alder para dar una variedad de aductos que se comercializaron como pesticidas. Los principales derivados son:
- aldrin de norbornadieno (el dieldrin relacionado es un metabolito de aldrin)
- Bromocyclen ( Bromociclen ) también conocido como bromodan de bromuro de alilo
- clordano de ciclopentadieno , seguido de cloración
- endrina de acetileno , seguido de ciclopentadieno, seguido de epoxidación
- heptacloro de ciclopentadieno, seguido de monocloración
- isobenzano de dihidrofurano seguido de cloración
- endosulfán a partir de 1,4-dihidroxi-2-buteno , seguido de esterificación con SOCl 2
- dienoclor
Reacciones
HCCP es electrofílico. Se degrada en base. La alcoholisis produce cetales C 5 Cl 4 (OR) 2 . [9]
HCCP experimenta fácilmente reacciones de Diels-Alder con alquenos . Esta reacción se usa para producir pesticidas como Aldrin (llamado así por la reacción) e Isodrin. La mayoría de estos plaguicidas ya no están disponibles comercialmente y están prohibidos por la convención de Estocolmo sobre contaminantes orgánicos persistentes debido a su toxicidad para los seres humanos y los animales. [10]
Biodegradacion
En aguas superficiales, la fotólisis es la ruta de reacción más común, con una vida media de degradación de 2 a 4 minutos. [6] Las vías más profundas bajo el agua, donde penetra menos luz, son la hidrólisis y la biodegradación . [11] La figura siguiente ofrece una indicación de las posibles vías de degradación cuando se libera HCCPD al medio ambiente. La luz, el agua y el oxígeno pueden hacer que un doble enlace se oxide para dar una estructura de cetona , que luego puede experimentar una apertura de anillo y formar ácido pentaclorodienoico, que forma dos especies de butadieno con la liberación de dióxido de carbono . Sin embargo, esta es solo una vía menor.
Toxicocinética
La absorción de HCCPD en el cuerpo ocurre principalmente a través de los pulmones, el tracto gastrointestinal y la piel. En general, los niveles de HCCPD en sangre fueron más bajos cuando se administraron a través de los alimentos en comparación con cuando se usó la inhalación. Esto puede indicar una mala absorción en el tracto gastrointestinal debido a la unión al contenido gastrointestinal. Cuando se absorbe HCCPD, se distribuye al hígado, los riñones y los pulmones. El órgano con mayor concentración difiere al comparar ratas y ratones. La concentración más alta en ratas se encuentra en el riñón frente al hígado de los ratones. [6]
Absorción
Los estudios de absorción relevantes se realizan utilizando HCCPD radiomarcado . En ratas, la vía de absorción pareció tener un efecto significativo sobre el grado de absorción. Los niveles bajos en sangre pueden indicar una mala absorción gastrointestinal. [6] Generalmente, el sitio de absorción muestra la concentración más alta en animales. En los estudios de inhalación, los pulmones mostraron la mayor concentración de HCCPD. La concentración en ese momento encontrada en los riñones era 8 veces mayor en comparación con el hígado. Cuando se administran dosis orales, la concentración en sangre alcanzó su punto máximo 4 horas después de la ingestión. El patrón de distribución general se mantuvo igual ya que la concentración encontrada en el hígado fue del 30% al 40% de lo que se encontró en el hígado. Se encuentran resultados opuestos para ratones. En ratones, la concentración en el hígado es mayor que en el riñón después de la ingestión oral. La cantidad de HCCPD en los riñones estaba entre el 33 y el 50% de la del hígado.
Para exposiciones orales múltiples en ratas, se alcanzaron concentraciones en estado estacionario en un rango de 10 a 30 días. El hígado alcanzó la concentración en estado estacionario en 30 días. En ese momento, la concentración de HCCPD era aproximadamente la mitad de la que se encontraba en los riñones. En ratones, el estado de equilibrio en el tejido reproductivo y graso se alcanzó en 20 días. En este momento, la cantidad de HCCPD en el riñón era aproximadamente la mitad de la concentración encontrada en el hígado. En un estudio intravenoso en ratas, la distribución aproximada de HCCPD en los tejidos permaneció igual.
Toxicodinámica
La oxidación completa del compuesto a dióxido de carbono está limitada ya que aparentemente menos del 1% del radiomarcador se encuentra en dióxido de carbono . [6]
Se desconoce la vía exacta para el metabolismo completo de HCCPD. Existen resultados contradictorios de diferentes estudios sobre la composición del material excretado. Se encontró que los metabolitos eran polares en un estudio y no polares en el otro. Además, algunos de los metabolitos potenciales como hexacloro-2-ciclopentanona, hexacloro-3-ciclopentanona, hexacloroindona u octacloro-3a, 4,7,7a-tetrahidro-4,7-metanoindeno-1,8-diona no fueron aún identificado por extracción de material excretado. [6]
Como el compuesto experimenta fácilmente reacciones de Diels-Alder sintéticamente, es posible que el HCCPD reaccione directamente con los alquenos celulares en una reacción de cicloadición . Esto podría explicar entonces por qué la HCCPD causa efectos en el punto de contacto para todas las posibles vías de exposición, además de las propiedades de unión a los tejidos. [6]
Excreción
Existe una ligera diferencia en las proporciones de la cantidad excretada en la orina y la cantidad excretada en las heces entre ratas y ratones. Aunque generalmente, la mayor parte de los metabolitos radiomarcados se recupera en la orina si se inhala HCCPD. Además, la mayor parte de las moléculas radiomarcadas se recupera en las heces si se ingiere por vía oral HCCPD. [6]
Indicaciones (biomarcadores)
Efectos
Los seres humanos expuestos a HCCPD no muestran efectos adversos para la salud exclusivos de esa sustancia química. Un pequeño porcentaje de los trabajadores del tratamiento de aguas residuales que estuvieron expuestos a agua que contenía HCCPD en 1977 informaron irritación de la piel y los ojos, malestar en el pecho, dolores de cabeza, náuseas y fatiga. A largo plazo, mostraron irregularidades en su función hepática mediante pruebas que controlan los niveles de enzimas . Sin embargo, estas irregularidades podrían deberse a muchos otros compuestos y variaciones en la salud. [12] También se probaron otros parámetros propuestos para caracterizar los efectos en humanos, como la excreción urinaria de porfirina , para determinar su uso potencial como biomarcador , pero ninguno se consideró lo suficientemente significativo. Los experimentos realizados en animales de laboratorio como ratas y ratones muestran que se forma un pigmento amarillo-marrón en el epitelio de la nariz después de una exposición prolongada por inhalación, incluso en dosis bajas, lo que se considera un biomarcador útil para la exposición prolongada. [6]
Susceptibilidad inusual
Cuando hay un daño preexistente en los órganos involucrados en la captación o el metabolismo , como los pulmones y el hígado, las personas pueden ser más susceptibles a la exposición al HCCPD debido a su función orgánica ya comprometida. Dado que la exposición respiratoria parece ser la vía de exposición más frecuente, las personas que padecen asma probablemente sean más susceptibles a los efectos adversos que la población en general. [12] Otro grupo que es particularmente vulnerable a los productos químicos peligrosos son los niños. En su desarrollo, hay períodos críticos en los que las distintas estructuras y funciones pueden ser más susceptibles a la interrupción, y el daño causado solo puede hacerse evidente en una etapa posterior de la vida. La absorción puede diferir en los niños debido a que sus órganos no están completamente desarrollados y a una mayor proporción de superficie a peso corporal. Afortunadamente, es muy poco probable que los niños pequeños se expongan inmediatamente al HCCPD porque solo se encuentra como impureza en los pesticidas y no se usa en los hogares. [6]
Efectos sobre los animales
No se realizaron estudios sobre la letalidad de los seres humanos en relación con la HCCPD. Sin embargo, se probó en animales y se postula que tiene efectos sobre el cerebro y las glándulas suprarrenales . En el cerebro, la HCCPD o uno de sus metabolitos puede reaccionar con los lípidos . Para ver efectos cerebrales degenerativos en, por ejemplo, ratas, los animales se exponen a una alta dosis de concentración de HCCPD por inhalación. Cuando se trata de niveles de exposición bajos, la reactividad de HCCPD hace que la posibilidad de especies reactivas en la sangre en concentraciones altas sea muy baja. Sin embargo, a dosis más altas, la probabilidad de transportar material reactivo a través de la barrera hematoencefálica es mayor. [6]
La inhalación a corto plazo de HCCPD es letal para ratones, ratas, conejos y cobayas. La letalidad de los animales puede verse afectada por la concentración y la duración de la exposición a HCCPD. De todos los animales probados, los conejillos de indias demostraron ser los más resistentes a la toxicidad del compuesto. Se ha demostrado que casi todos los sistemas biológicos son vulnerables a la toxicidad del HCCPD, excepto los sistemas hematológico y musculoesquelético . [6]
Efectos orales
Se descubrió que las dosis únicas de HCCPD son moderadamente tóxicas para los animales si se ingieren por vía oral. Sin embargo, como el compuesto no era completamente puro (93,3%) mientras se realizaban los estudios, algunos de los efectos tóxicos podrían atribuirse a las impurezas, especialmente en dosis altas.
Los datos de efectos orales sobre otras especies de ratones y ratas son limitados. Las altas dosis únicas de HCCPD dieron como resultado un mayor esfuerzo para respirar tanto en ratas como en conejos. Los tejidos pulmonares de estos animales estaban hiperémicos y edematosos después de una dosis dada. Apareció una hemorragia pulmonar extensa después de una sola dosis no letal después de 21 días. Las dosis más bajas en ratas no provocaron cambios observables en los tejidos de los pulmones. Las dosis altas también crearon cambios degenerativos en el corazón. Nuevamente, las dosis bajas no dieron como resultado ningún cambio observable en el tejido cardíaco. Además, estas ratas y conejos experimentaron diarrea después de dosis orales únicas de HCCPD y mostraron lesiones necróticas agudas en el estómago . En experimentos de exposición repetida en ratas y ratones, se observó inflamación e hiperplasia epitelial del estómago . La dosis tuvo una relación directa con la gravedad de estos efectos. Esto y la ubicación sugieren que estos efectos son el resultado del contacto directo del tejido con HCCPD. El peso corporal se vio muy afectado después de la ingestión oral de HCCPD por ratas, más gravemente en machos que en hembras. [6]
Efectos dérmicos
El aumento de las dosis dérmicas mostró un tiempo de supervivencia más corto para los animales. Los efectos pulmonares de conejos se examinaron en estudios dérmicos con animales, mostrando sangre y líquido congestionados por exposición a HCCPD (93,3% puro, por lo que nuevamente existe la posibilidad de interferencia de contaminantes). Otros efectos relacionados con los órganos con dosis dérmica fueron cambios degenerativos en el corazón, necrosis de los túbulos hepáticos y renales y cambios degenerativos de las glándulas suprarrenales. [6]
La forma en que aparece el HCCPD en el medio, tanto en su forma pura como en solución, mostró un efecto llamativo sobre la epidermis de conejos, cobayas y monos. Se pueden ver daños en la piel, a saber, piel descolorida e inflamada. Cuando los animales no murieron por estas lesiones, se curaron con el tiempo por sí mismos. [6]
Efectos de la inhalación
El HCCPD es altamente tóxico para los animales al inhalar sus vapores. No se realizaron estudios en humanos con respecto a la letalidad, pero hubo un incidente que involucró un centro de tratamiento de aguas residuales donde estuvieron expuestos humanos, del cual se tomó la información humana más relevante.
Efectos de la inhalación humana
Hay datos de exposición humana a HCCPD para numerosos sistemas de órganos. Los trabajadores de la planta de tratamiento de aguas residuales y del equipo de limpieza del agua quedaron expuestos después de la liberación industrial del compuesto al medio ambiente. Se desconocía la concentración inicial del compuesto en el aire, pero más tarde se determinó que oscilaba entre 0,27 y 0,97 ppm . Los trabajadores notaron un olor extraño en la planta e incluso una neblina azul después de una fuerte lluvia. Cuando algunos de ellos buscaron atención médica, se determinó que la planta estaba contaminada con HCCPD y se realizaron numerosas pruebas para documentar estas circunstancias. Aproximadamente una quinta parte de los trabajadores del tratamiento de aguas residuales informó haber tenido náuseas y calambres abdominales después de la exposición durante un período de entre 3 y 15 días. También informaron quejas respiratorias como dolor de garganta, tos y dificultad para respirar. Sin embargo, las pruebas de función pulmonar y las radiografías de tórax no mostraron anomalías. [12] Los trabajadores expuestos a HCCPD durante más tiempo informaron irritación respiratoria, irritación nasal y congestión de los senos nasales , muy probablemente debido al contacto directo de estos tejidos con HCCPD del aire, y no como un efecto sistémico a través de los pulmones.
Además, se encontraron niveles elevados de deshidrogenasa láctica en 11 de los 41 trabajadores del tratamiento de aguas residuales. Estos niveles no fueron tan altos para los trabajadores del equipo de limpieza de agua, pero los niveles de aspartato aminotransferasa fueron elevados para 12 de 97 de estos trabajadores. Estas enzimas pueden indicar daño al corazón y al hígado. Sin embargo, no se encontró evidencia de deterioro de la función cardíaca en ambos grupos de trabajadores. Los niveles elevados en los pacientes disminuyeron después de un período de 3 semanas. [6]
Efectos de la inhalación de animales
Para una exposición prolongada, se producen diferencias significativas entre las especies de animales de laboratorio. Donde todos los ratones murieron en la primera semana en un estudio de 13 semanas, estando expuestos a 2 ppm de HCCPD durante 5 días a la semana, 6 horas al día, las ratas sobrevivieron hasta la tercera semana. Para una exposición muy baja de 0.04 ppm, 3 de cada 20 ratones murieron y ninguna de las ratas murió. La exposición crónica de HCCPD a concentraciones muy bajas produjo un pigmento marrón amarillento en el epitelio pulmonar, traqueal y nasal en ratas y ratones. La pigmentación no desapareció después de que cesó la exposición.
Para exposiciones agudas altas (1 hora, 42 ppm) todos los animales murieron, después de mostrar dificultad para respirar y jadear por aire. Sus tejidos pulmonares presentaban lesiones hemorrágicas , inflamación , edema y necrosis en los bronquios . Sin embargo, la recuperación de los animales que sobrevivieron fue evidente 2 semanas después del tratamiento.
La función cardíaca y gastrointestinal no pareció verse afectada después de la exposición a HCCPD en ratas, ratones y monos. Se observó una degeneración moderada del tejido hepático para la inhalación aguda. Se observó la misma degeneración del tejido para experimentos más largos con concentraciones más bajas. [6]
Referencias
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- ^ 2: Seymour, RB; Deanin, RD; Historia de los compuestos poliméricos; 1987 ; VSP;
- ^ Dieter Hönicke, Ringo Födisch, Peter Claus, Michael Olson (2002). "Ciclopentadieno y ciclopenteno". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002 / 14356007.a08_227 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Producción de hexaclorociclopentadieno McBee; Química Industrial y de Ingeniería de Baranauckas; 1949 , 41; p806
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. (1999). "Perfil toxicológico del hexaclorociclopentadieno (HCCPD)" .
- ^ Usuario, Super. "Hexaclorociclopentadieno | Velsicol Chemical, LLC" . Hexaclorociclopentadieno | Velsicol Chemical, LLC .
- ^ "Descripción de la empresa de Jiangsu Anpon Electrochemical Co., Ltd" . Bloomberg.
- ^ Gassman, PG; Marshall, JL (1968). "7,7-dimetoxibiciclo [2.2.1] hepteno". Org. Synth . 48 : 68. doi : 10.15227 / orgsyn.048.0068 .
- ^ "Convenio de Estocolmo - Página de inicio" . www.pops.int .
- ^ EPA. 1984. Evaluación de los efectos sobre la salud del hexaclorociclopentadieno. Cincinnati, OH: Agencia de Protección Ambiental de EE. UU., Oficina de Investigación y Desarrollo, Oficina de Evaluación Ambiental y de Salud, Oficina de Evaluación y Criterios Ambientales. EPA / 540 / 1-86 / 001
- ↑ a b c Kominsky JR, Wisseman CL, Morse DL. 1980. Contaminación por hexaclorociclopentadieno de una planta de tratamiento de aguas residuales municipal. Am Ind Hyg Assoc J 415.52-556