характеристика современных освежителей воздуха. экологичность их о
advertisement
«ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ ОСВЕЖИТЕЛЕЙ ВОЗДУХА. ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ИХ ОТДЕЛЬНЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ». Пудова О.В. «Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» Владимир, Россия «CHARACTERISTIC OF MODERN AIR FRESHENERS. THE ENVIRONMENTAL FRIENDLINESS OF THEIR INDIVIDUAL INGREDIENTS» Pudova O.V. «Vladimir State University named after Alexander and Nicholas Stoletovs» Vladimir, Russian Содержание 1. Введение…………………………………………………………………..3 2. Химический состав современных освежителей воздуха и их влияние на организм человека………………………………………………………..4-6 3. Характеристика отдельных химических соединений, входящих в состав освежителей воздуха……………………………………………………..7-26 4. Характеристика отдельных ингредиентов освежителей воздуха……..27-29 5. Содержание наиболее опасных ингредиентов в освежителях воздуха…………………………………………………..29-30 6. Экологичность отдельных ингредиентов освежителей воздуха…….30-32 7. Экспериментальная часть 7.1 Приборы и реактивы……………………………………………………33 7.2 Освежители воздуха используемые в данных опытах……………….33-34 7.3 Методика проведения опыта…………………………………………..34-37 7.4 Обработка экспериментальных данных………………………………38-39 8. Заключение……………………………………………………………….40 9. Список литературы………………………………………………………41 2 Введение В настоящее время широкое распространение получили освежители воздуха, имеющие разнообразный химический состав. Основная задача, состоящая перед освежителем воздуха, заключается в нейтрализации неприятного запаха. Химические соединения, входящие в состав освежителей воздуха могут представлять опасность для человека. Освежители воздуха, которые сегодня так популярны, оказались весьма коварными. Так, "избавление от неприятных запахов", которое обещают их производителей, может иметь массу негативных последствий, в первую очередь – в плане развития аллергических реакций, и даже астмы, но также и способствуют развитию заболеваний дыхательной системы даже у совершенно здоровых людей, в особенности – впервые годы жизни. 3 Химический состав современных освежителей воздуха и их влияние на организм человека В настоящее время во многих гипермаркетах и хозяйственных магазинах можно видеть огромное количество самых разных освежителей воздуха в виде гелей, лосьонов, спреев с ароматами на любой вкус. Многие люди приобретают одновременно несколько симпатичных бутылочек для своего дома, не осознавая, что наносят порой непоправимый урон своему здоровью. Ведь вред освежителей воздуха очевиден. Наиболее опасны освежители воздуха в виде спреев. В их состав входят токсичные летучие вещества, легко проникающие в организм через легкие и даже кожу. Многие производители добавляют в свою продукцию также бензонат натрия и нитрит натрия. Оба вещества относятся к сильнейшим ядам и вызывают мутацию человеческого ДНК, что провоцирует развитие таких заболеваний как болезнь Паркинсона и цирроз печени. Кроме того, после регулярного применения освежителя воздуха в виде аэрозоля у человека постепенно начинает развиваться малокровие (анемия). Однако вред освежителей воздуха в виде гелей не намного меньше, так как в их состав входят полимерный гель, искусственные отдушки и красители, способные вызвать сильнейшую аллергию. Американскими учеными в 2008 году были проведены исследования, в ходе которых выяснили, что люди, использующие часто в своих домах освежители воздуха, заболевают онкологическими заболеваниями на 130 % чаще тех, кто предпочитает натуральные освежители. Современные технологии позволяют в лабораторных условиях воссоздать любой запах. Будь то ароматная сирень, только что скошенная трава или изысканный десерт. Это возможно благодаря соединению различных химических веществ. В состав освежителей воздуха входят так называемые отдушки или парфюмерные композиции — синтетические ароматизаторы. Конечно, существуют и натуральные, но их использование в производственных масштабах было бы слишком дорогостоящим, а запах не был бы таким стойким. На этикетке производители обычно не сообщают, что из себя представляют эти соединение, тем самым оставляя за собой право маскировать под таким наименованием любые элементы. Однако и без отдушки освежители воздуха полны различной химии. В состав спреев входят пропан и бутан, при большом количестве эти вещества вызывают удушье, опасность представляют линалоол и растворитель, которые являются потенциальными аллергенами, формальдегиды угнетают центральную нервную систему, лимонин и пинин могут вызвать раковые опухоли. По данным роспотребнадзора допустимая 4 норма для освежителей воздуха 3-4 класс опасности по степени воздействия на организм человека, это умеренно и малоопасные вещества, их коэффициент возможности ингаляционного отравления до 29. К этим классам относится почти вся бытовая химия. Не всегда ингредиенты, заявленные на этикетках, соответствуют реальным. Кроме того, многие производители, стремясь привлечь больше потребителей своего товара, позиционируют выпускаемые ими освежители воздуха как «уничтожающие запах, а не маскирующие его». Наивно полагать, что эта рекламная информация правдивая. На самом деле во многих случаях освежители воздуха именно маскируют неприятные запахи. Запах – это свойство тех или иных молекул определенной структуры, которые перемещаются в пространстве. Аромат мы ощущаем, когда эти молекулы воздействуют на наши рецепторы обоняния, а сигнал передается в мозг. Чтобы уничтожить запах нужно разрушить его молекулы, но ингредиенты, входящие в состав аэрозолей, такого сделать не могут. Таким образом, не безосновательно можем заключить, что освежители воздуха работают за счет своего сильного стойкого химического запаха, концентрация в воздухе которого так высока, что он может перекрыть другие, обманув наш мозг. Если мы внимательно прочитаем рекомендации по использованию освежителей воздуха, то обнаружим, что они не предназначены для использования в маленьких, непроветриваемых помещениях, какими в большинстве случаев являются наши туалеты и ванные. [3] Выходит, что использование этих приятно пахнущих аэрозолей далеко не безопасно. Освежители воздуха содержат массу токсинов, которые легко проникают в организм человека, а вот выводятся из него гораздо сложнее. Освежители воздуха раздражают слизистые оболочки, вызывают головные боли и тошноту, провоцируют приступы астмы и аллергии. Постоянное применение этих средств повышает риск заболевания раком! Развитию астмы, проблем с дыханием, лейкемии, болезней костей способствуют следующие компоненты освежающей смеси: бензол, нефтяные дистилляты, формальдегид, лимонен. Негативное влияние этих веществ доказано учеными. Если на баллончиках с освежителем воздуха есть утверждение, что он включает только естественные ингредиенты, то в его состав дополнительно входят фталаты. Такие химические вещества откладываются в жировой ткани и печени, что ведет к нарушению различных функций нашего организма. Особенно сильное отрицательное воздействие они оказывают на репродуктивную систему. Это еще не весь набор опасных химических 5 веществ в составе освежителей воздуха. Обнаруживается целый ряд соединений: фенол, дихлорбензол, камфара, нафталин, бензиловый спирт, этанол, пинен и др. Каждый из них оказывает определенное негативное воздействие на наш организм. Впрочем, входящие в состав многих освежителей воздуха нефтяные дистилляты, бензол и формальдегид, способны не только вызывать развитие астмы и аллергии, но также и нарушают весь обмен веществ, вплоть до расстройства усвояемости кальция (и нарушения плотности костей) и даже лейкемии. [2] 6 Химические свойства отдельных химических соединений, входящих в состав освежителей воздуха 1 Нитрит натрия (натрий азотистокислый), — NaNO2, используется как улучшитель окраски и консервант в пищевой промышленности в изделиях из мяса и рыбы. Пищевая добавка E250. Очищенный нитрит натрия представляет собой белый или слегка желтоватый кристаллический порошок. Хорошо растворим в воде и гигроскопичен. Чистый нитрит натрия не гигроскопичен. На воздухе медленно доокисляется до нитрата натрия NaNO3. Является сильным восстановителем. Получение Нитрит натрия NaNO2 является солью азотистой кислоты и получается обычно из оксидов азота по реакции: NO + NO2 + 2NaOH = 2NaNO2 + Н2О Кроме того,в определенных условиях в организме человека он может вступать в реакцию с аминами, содержащимися в очень малых количествах в продуктах питания и организме человека. В результате такой реакции в организме могут образовываться N-нитрозамины — сильные канцерогены — вещества повышающие риск раковых заболеваний. Если амин вторичный, то реакция останавливается на этой стадии. Нитрозопроизводные первичных аминов неустойчивы и превращаются дальше Взаимодействие нитрозокатиона с амином с образованием диазогидрата R N = N - OH : 7 Полученный диазогидрат способен в кислой среде образовывать диазонийкатион, а в щелочной- диазотат- анион. Изменением рН среды можно переводить одно соединение в другое и обратно: Алифатические карбкатионы, кроме того, претерпевают перегруппировку углеродного скелета, отщепляют протон и т.д. Так, из первичного карбкатиона немедленно образуется вторичный и все характерные для него продукты S N 1 реакции: Включая продукты отщепления протона- алкены: Образуется и значительное количество продуктов реакции первичного карбкатиона: Нитрит натрия в химических реакциях проявляет окислительновосстановительную двойственность, восстанавливаясь до оксида азота (II) или окисляясь до нитрата. Например, он при дальнейшем нагревании разлагается, образуя оксид натрия, оксид азота(II) и кислород (промежуточным соединением является, 8 например, Na2O2). Вероятно, этот процесс помог не задохнуться экипажу первой действующей субмарины Корнелия Дреббеля, поскольку оксид натрия поглощает CO2. [1] 4NaNO2 → 2Na2O + 4NO + O2 В лабораторных условиях нитрит натрия также используется для деактивации избытка азида натрия. 2 NaN3 + 2 HNO2 → 3 N2 + 2 NO + 2 NaOH 2 NaNO2 + H2SO4 → 2 HNO2 + Na2SO4 2 Фталаты – это химические вещества, это соли и эфиры фталевой кислоты, которые широко используются в промышленности. В косметике фталаты применяются в качестве связующего ( растворителя и связывания других ингредиентов) компонента , а также для обеспечения мягкости , придания маслянистой пленки. Попадая в организм человека происходит трансформации сложных эфиров фталевой кислоты является расщепление их на сложные моноэфиры. Следующий шаг - это окисление оставшегося спирта сложного моноэфира. При этом в моче обнаруживаются соответствующие продукты, выводимые из организма. Фталаты, в особенности, обладающие короткой спиртовой цепочкой, могут поглощаться через кожу. Через двадцать четыре часа после контакта с кожей радиоактивного диэтилфталата (ДЭФ), 9 % радиоактивности было обнаружено в моче, а по прошествии 3х дней радиоактивный материал был обнаружен в различных органах. Похоже, существует некоторая взаимосвязь между метаболизмом и токсичностью фталатов, так как фталаты с короткой спиртовой цепочкой, обладающие высокой токсичностью, фактически очень быстро расщепляются на сложные моноэфиры, а, при проведении экспериментов над животными, большая часть токсичного воздействия фталатов вызывалась именно сложными моноэфирами. Органами-мишенями для фталатов являются печень, почки и тестикулы. Фталаты накапливаются в теле человека, что отрицательно влияет на его гормональный фон, а также на работу печени и почек. Попадая в организм человека, диэтилгексил фталат (ДЭГФ) перестраивает жировой обмен, замедляя расщепление и увеличивая образование жиров.. 9 Получение фталатов. Флататы получают при взаимодействии фталевой кислоты со спиртами.: С6H4( COOH )2 + 2CH3OH= С6H4( COOCH3 )2 +H2O Фталаты не растворимы в воде и минеральных кислотах, легко смешиваются со спиртами и другими органическими растворителями. Химические свойства 1. Реакция гидролиза, или омыления. Так, как реакция этерификации является обратимой, поэтому в присутствии кислот протекает обратная реакция гидролиза: COOCH3 COONa+ COONa+ + 2CH3OH COOCH3 Реакция гидролиза катализируется и щелочами; в этом случае гидролиз необратим, так как получающаяся кислота со щелочью образует соль. 2. Реакция присоединения. фталаты имеющие в своем составе непредельную кислоту или спирт, способны к реакциям присоединения: COOCH2- CH=CH2 COOCH2-CHBr-CH2Br COOCH2- CH=CH2 COOCH2-CHBr-CH2Br 3. Реакция восстановления. Восстановление водородом приводит к образованию двух спиртов: COOCH2 COOCH2 CH2OH CH2OH + 2CH3OH 10 4. Реакция образования амидов. Под действием аммиака фталаты превращаются в амиды кислот и спирты [4]: COX COX C=O NH C=O 3 Пинен, лимонен, камфара – относятся к классу терпены. Пинен — бициклический терпен (монотерпен). Известны 3 изомера, отличающихся положением двойной связи. Название пиненов происходит от слова Pine — сосна (лат.) — это важный компонент смолы хвойных деревьев,скипидара; эфирные масла многих растений содержат пинены. Пинены хорошо распознаются насекомыми и являются важным регулятором их химической коммуникации. Химические свойства Пинены весьма реакционноспособны. При мягком нагревании или в присутствии платиновой черни β-пинен легко превращается в α-пинен. При нагревании до 250оС α- и β-пинен превращаются главным образом в дипентен, при температуре выше 400оС α-пинен изомеризуется в аллооцимен и дипентен, а β-пинен — в мирцен. При нагревании выше 700оС пентены превращаются в изопрен и ароматические углеводороды. Гидрирование пиненов приводит к пинану (2,6,6-триметил[3.3.1]гептану. При мягком гидрировании (платиновая чернь, комнатная температура) образуется в основном цис-пинан, в жёстких — смесь цис- и транс-пинанов. 11 В присутствии кислотных катализаторов (P2O5, BF3, TiO2) пинены полимеризуются — при действии разбавленных органических и неорганических кислот превращаются в дипентен,терпинолен, терпинены, терпинеол, терпингидрат, в присутствии TiO2 при 150оС изомеризуется в камфен. При окислении кислорода воздуха α-пинен превращается в смесь кислородсодержащих соединений, главным образом вербенола и вербенона. При присоединении хлороводорода к α-пинену образуется неустойчивый 2хлорпинан, который перегруппировывается в борнилхлорид и фенхилхлорид. [6] Лимонен - существует в виде двух оптически активных форм — энантиомеров и в виде рацемической смеси, которую раньше считали одним веществом (дипентен). Содержится во многих эфирных маслах (в эфирных маслах цитрусовых до 90 % D-лимонена) и в скипидаре (4—6 % дипентена в скипидаре из живицы сосны обыкновенной Pinus silvestris). D-лимонен ((R)-энантиомер) обладает выраженным цитрусовым запахом и используется в качестве отдушки в парфюмерии и в производствеароматизаторов. Запах L-лимонена ((S)-энантиомер) напоминает запах хвои, этот энантиомер также используется в качестве отдушки. Обсуждаются его возможные канцерогенные свойства. Химические свойства При нагревании до 300 °C оптически активные формы лимонена рацемизуются в дипентен, при высоких температурах (пропускание паров над раскалённой металлической поверхностью) разлагается с образованием изопрена. Лимонен окисляется по аллильному положению циклогексенового ядра до карвона, однако в промышленности карвон синтезируют из лимонена 12 нитрозированием нитрозилхлоридом с последующим гидролизом образовавшегося оксима карвона. Дегидрирование лимонена в присутствии серы ведёт к образованию цимола. [6] Ка́мфора- бесцветные легколетучие кристаллы с характерным запахом; плохо растворима в воде, хорошо — в малополярных органических растворителях, в том числе в спиртах; существует в виде двух оптически активных форм ((d)− и (l)− формы, tпл 178,5—179 °C) и в видерацемической смеси, tпл = 178—178,5 °C. Камфора распространена в природе, входит в состав многих эфирных масел. Особенно много её в масле камфорного лавра (Cinnamonum camphora), базилика, полыней, розмарина. Эфирное масло камфорного лавра в XIX веке служило основным источником (d)− камфоры, натуральной (японской) камфоры. Получение • • • Натуральную d-камфору получают из древесины или смолы камфорного лавра (Япония, Китай, Индонезия) Полусинтетическую L-камфору получают из пихтового масла. Синтетическую рацемическую-камфору в промышленности получают (в виде рацемической смеси) переработкой скипидара или его основного компонента — α-пинена. Химические свойства Благодаря наличию оксигруппы камфора способна реагировать с соединениями, содержащими аминогруппу. Например, с гидроксиламином камфора образует кристаллический оксим . 13 Камфора при нагревании в хлороформномрастворе взаимодействует с бромом с образованием бромкамфоры: В воде растворима очень мало, но хорошо в спирте, эфире, хлороформе. При действии натрия на спиртовой раствор К. получается борнеол C10H16O + Н2 = C10H17ОН; в эфирном растворе с натрием происходит следующая реакция (Э. Бекманн): 2C10H16O + 2Na = C10H15NaO + C10H7NaO; при действии воды затем: C10H15NaO + C10H7NaO + 2H2O = C10H16O + C10H18O + 2NaOH т. е. образуется борнеол и свободная К.; действуя снова натрием и водой, половину ее опять переводят в борнеол и т. д. до конца. Азотная кислота окисляет в камфорную кислоту, двухосновную, C10H16O4, которая плавится при 178°, а затем дает ангидрид C10H14O3 ; камфорная кислота вращает плоскость поляризации также вправо; при дальнейшем окислении она дает оксикислоту C10H16O5, камфоновую, и затем камфороновую C10H14O6, при выделении углекислоты. Строение последней, по Бредту, такое [6]: Терпе́ны — класс углеводородов — продуктов биосинтеза общей формулы (C5H8)n, с углеродным скелетом, формально являющихся производным изопрена СН2=С(СН3)-СН=СН2 . В больших количествах терпены содержатся в хвойных растениях, во многих эфирных маслах. Терпены — основной компонент смол и бальзамов, так, скипидар получают 14 из живицы. Название «Терпены» происходит от лат. Oleum Terebinthinae — скипидар. Обычно термин терпены применяется для обозначения соединений, содержащих целое число изо-С5-фрагментов независимо от того, содержаться ли в их молекулах другие элементы. Терпеноиды - это кислородозамещенные производные терпенов. Иногда терпенами называют только углеводороды соответствующего состава и структуры, а терпеноидами - любые их производные и метаболиты. Но эти два понятия, как и сами классы соединений, так тесно связаны между собой, что принципиального различия в терминологии можно не делать. Таким образом, терпеноиды - это химические соединения, которые содержат помимо углерода и водорода еще и кислород, они построены из изопреновых фрагментов, связанных между собой по типу присоединения «голова к хвосту». Это исключительно многочисленный (более 10 000 представителей) и разнообразный по химическому строению класс природных соединений. К таким соединениям относятся: спирты (алкоголи), альдегиды, эфиры (простые и сложные), кетоны, окислы, хиноны, лактоны. По функциональным группам все терпеноиды делятся на: 1) Спирты; 2) Альдегиды; 3) Кетоны; Терпеноиды имеют разное агрегатное состояние. Большинство терпеноидов являются жидкостями, но много среди них и кристаллических веществ, находящихся в эфирном масле в растворенном состоянии (например, ментол, камфора, некоторые азулены). Имеют различную растворимость в воде, обычно хорошо растворимы в органических растворителях, в том числе в спиртах. Монотерпеноиды хорошо перегоняются с водой и водяным паром. Так как все терпеноиды по функциональным признакам делят на спирты, альдегиды, кетоны, следовательно, по этим группам могут проходить характерные им реакции. По гидроксильной группе возможны реакции с активными металлами, с галогенводородами, межмолекулярная дегидратация (образование простых 15 эфиров), внутримолекулярная дегидратация (образование алкенов), этерификация, окисление до альдегидов и кетонов и карбоновых кислот. По карбонильной группе могут протекать реакции присоединения водорода, синильной кислоты, спиртов (образование полуацеталей и ацеталей), гидросульфитов, реактива Гриньяра, воды, реакция «серебряного зеркала», поликонденсация. Кроме реакций по функциональным группам, у каждой группы терпеноидов есть химические реакции, характерные именно для них. Рассмотрим каждый класс терпенов поотдельности. 3.1 Монотерпены Монотерпены, как наиболее летучие среди терпенов (tкип=150-220 оС) и имеющие разнообразный запах, представляют особый интерес, многие - в качестве душистых ингридиентов парфюмерно-косметических товаров. Главные источники монотерпенов - эфирные масла ароматических растений, полученные перегонкой с водяным паром, экстракцией с помощью растворителей и жиров. Для монотерпенов характрен обширный набор структур, обладающий широким спектром биологического действия. Наиболее известным представителем монотерпеноидов является камфора средство, усиливающее сердечную деятельность. Монотерпеноиды деляться на 3 группы: 1) Ациклические (с открытой цепью) с тремя двойными связями; 2) Моноциклические (с двумя двойными связями в молекуле); 3) Бициклические (с одной двойной связью) 3.2 Ациклические монотерпены всегда представлены ненасыщенными соединениями, различаются между собой лишь количеством и положением двойных связей, а так же присутствием функциональных групп: в основном спиртовых, реже карбонильных, еще реже - карбоксильных. 16 Химические свойства гераниола обусловлены наличием двойной связи и первичной спиртовой группы и не отличаются от свойств аналогичных соединений (алкенов и первичных спиртов). Лимонен образуется из геранилфосфата через циклизацию промежуточно образующегося карбокатиона. Терпеноиды с открытой цепью не нашли применения в медицине, а среди циклических монотерпеноидов известно много лекарственных средств: ментол, терпингидрат (моноциклические терпеноиды), камфора (бициклический терпеноид). Эта группа имеет наибольшее значение для медицины и фармации. Медицинское применение монотерпеноидов основано на их антисептических и дезинфицирующих свойствах. Циклические терпеноиды делятся на моно- и бициклические, в структурах которых присутствуют соответственно один или два цикла. [7] 4 Ацето́н (диметилкето́н, систематическое наименование: пропано́н) — простейший представитель кетонов. Формула: CH3-C(O)-CH3. Бесцветная легкоподвижная летучая жидкость с характерным запахом. Полностью смешивается с водой и большинством органических растворителей. Ацетон хорошо растворяет многие органические вещества (ацетилцеллюлозу и нитроцеллюлозу, воск, резину и др.), а также ряд солей (хлорид кальция, иодид калия). Является одним из метаболитов, производимых человеческим организмом. 17 Получение В промышленности В промышленности получается напрямую или косвенно из пропена. Основную часть ацетона получают как сопродукт при получении фенола из бензола по кумольному способу, заключающемуся в следующих трёх этапах: 1. Бензол алкилируется пропеном с получением кумола C6H6+ CH3CH=CH2 → C6H5CH(CH3)2 Следующие два этапа известны как реакция Удриса-Сергеева 2. Полученный кумол окисляется кислородом воздуха до гидропероксида C6H5CH(CH3)2 + O2 → C6H5C(OOH)(CH3)2 3. Гидропероксид разлагается в присутствии серной кислоты на фенол и ацетон C6H5C(OOH)(CH3)2 → C6H5OH + OC(CH3)2 Прямым окислением пропена в жидкой фазе в присутствии PdCl2 в среде растворов солей Pd, Cu,Fe при температуре 50-120 °C и давлении 50-100 атм: CH3CH=CH2 + PdCl2 + H2O → CH3C(O)CH3 + Pd + 2HCl Pd+2HCl + 0.5O2 → PdCl2 + H2O Химические свойства Ацетон является одним из наиболее реакционно-способных кетонов. Так, он один из немногих кетонов образует бисульфитное соединение CH3C(O)CH3 + NaHSO3 → (CH3)2C(OH)-SO3Na Вступает в альдольную самоконденсацию под действием щелочей, с образованием диацетонового спирта. 2CH3C(O)CH3 → (CH3)2C(OH)CH2C(O)CH3 Восстанавливается цинком до пинакона. 2CH3C(O)CH3 + Zn → (CH3)2C(OH)C(OH)(CH3)2 При пиролизе (700 °C) образует кетен. CH3C(O)CH3 → CH2=C=O + 2H2 Легко присоединяет циановодород с образованием ацетонциангидрина. 18 CH3C(O)CH3 + HCN → (CH3)2C(OH)CN Атомы водорода в ацетоне легко замещаются на галогены. Под действием хлора (иода) в присутствии щёлочи образует хлороформ (йодоформ). В крови в норме содержится 1-2 мг/100 мл ацетона, в суточном количестве мочи — 0,01-0,03 г. При нарушениях обмена веществ, например, при сахарном диабете, в моче и крови повышается содержание ацетона. Незначительная часть ацетона превращается в оксид углерода (IV), который выделяется с выдыхаемым воздухом. Некоторое количество ацетона выделяется из организма в неизменном виде с выдыхаемым воздухом и через кожу, а некоторое — с мочой. Применение Ацетон также является популярным растворителем, значительно превосходящим в плане безопасности бензин, скипидар и отчасти керосин. В частности как растворитель используется он: в производстве лаков; в производстве взрывчатых веществ; в производстве лекарственных препаратов; в составе клея для киноплёнок как растворитель ацетата целлюлозы и целлулоида; компонент для очистки поверхностей в различных производственных процессах; как очиститель инструмента и поверхностей от монтажной пены — в аэрозольных баллонах. Лабораторное применение В органической химии ацетон применяется в качестве полярного апротонного растворителя, в частности в реакции алкилирования ArOH + RHal + K2CO3 → ArOR + KHal + KHCO3, для окисления спиртов в присутствии алкоголятов алюминия по Оппенауэру RR`CHOH + CH3C(O)CH3 → RR`C=O + CH3CH(OH)CH3, 19 Также незаменим для приготовления охлаждающих бань в смеси с «сухим льдом» и жидкимаммиаком (охлаждает до температуры −78 °C). Очень полезен для мытья химической посуды, благодаря низкой цене, малой токсичности, высокой летучести и лёгкой растворимости в воде, а также для быстрой сушки посуды и неорганических веществ. Для очистки в лабораторных условиях ацетон перегоняют в присутствии небольшого количества перманганата калия (до слабо-розовой окраски раствора). [4] 5 Пропан - представляет собой органическое производное из обширного класса алканов. Существенное количество пропана находится в природном газе, откуда он и может быть выделен и затем использован для различных нужд. Кроме того, возможно получить пропан, используя процесс под названием крекинг нефти. Такая широкая распространенность пропана вызвана его ценными топливными свойствами. В качестве горючего пропан находит самое обширное применение, но он может также и использоваться по-другому, благодаря большому количеству реакций, в которые он вступает. Бесцветный газ без запаха. Очень малорастворим в воде. Точка кипения −42,1 °C. Точка замерзания −188 °C. Образует с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров от 2,1 до 9,5 %. Температура самовоспламенения пропана в воздухе при давлении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) составляет 466 °С. Критическая температура пропана Tкр = 370 К, критическое давление Pкр = 4,27 МПа, критический удельный объем Vкр = 0,0444 м3/кг Плотность сжатого и сжиженного пропана при 298 K — 0,493 кг/л. Бута́н (C4H10) — органическое соединение класса алканов. В химии название используется в основном для обозначения н-бутана. Такое же название имеет смесь н-бутана и его изомера изобутана CH(CH3)3. Название происходит от корня «бут-» (английское название масляной кислоты — butyric acid) и суффикса «-ан» (принадлежность к алканам). В больших концентрациях ядовит, вдыхание бутана вызывает дисфункцию лёгочно-дыхательного аппарата. Содержится в природном газе, образуется при крекинге нефтепродуктов, при разделениипопутного нефтяного газа, «жирного» природного газа. Как представитель углеводородных газов пожаро- и взрывоопасен, малотоксичен, имеет специфический характерный запах, обладает наркотическими свойствами. По степени воздействия на 20 организм газ относится к веществам 4-го класса опасности (малоопасные). Вредно воздействует на нервную систему. Бутан — бесцветный горючий газ, со специфическим запахом, при нормальном давлении легко сжижаем от 0,5°C, замерзает при −138°C; при повышенном давлении и обычной температуре — легколетучая жидкость. Критическая температура +152°C, критическое давление 3,797 МПа. Химические свойства Реакция хлорирования пропана С3H8 + Cl2 на свету = C3H7Cl + HCl Реакция горение пропана C3H8+ 5O2 → 3CO2 + 4H2O Реакция замещения пропана. Нитрование алканов (реакция Коновалова) С3H8 + HO-NO2 ПРИ t 140о-150о = C3H7NO2 + H2O При нитровании алканов также соблюдается порядок реакционной способности С-Н-связей, характерный для реакций радикального замещения Дегидрирования пропана Условия протекания: 400—600 °C, катализаторы — Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3. CH3-CH2-CH3 → CH2=CH-CH3 + H2 CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2=C=CH-CH3 + 2H2 (бутан → бутадиен-1,2 — дегидрирование соседних связей С—С—С). CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2=CH-CH=CH2 + 2H2 (бутан → бутадиен-1,3 — дегидрирование удалённых связей С—С). 21 Реакция окисления пропана Еще одна важная реакция - реакция окисления пропана. Здесь следует отличать горение и окисление. Последний процесс медленный и во время его прохождения отсутствует пламя. Такого результата добиваются, когда используют пропан вместе с особыми катализаторами, которые не допускают сгорания газа, а лишь превращают его в уксусный альдегид. Такая реакция лежит в основе получения последнего, который затем превращают в уксусную кислоту и уксус. Пропан играет ключевую роль из-за своей низкой стоимости. Из него выгодно окислением получать другие вещества. С3Н8+5О2 3СО2+4Н2О Например, при неполном окислении бутана (разрыв связи С2–С3) получают уксусную кислоту: Важное значение имеет реакция взаимодействия метана с водяным паром, в результате которой образуется смесь оксида углерода (II) с водородом – "синтез-газ": Реакция разложения пропана C3H8 → 3C + 4H2 (t > 1000 °C). Получение Восстановление галогенпроизводных алканов: При каталитическом гидрировании в присутствии палладия галогеналканы превращаются в алканы. R—CH2Cl + H2 → R—CH3 + HCl Восстановление иодалканов происходит при нагревании последних с иодоводородной кислотой: R—CH2I + HI → R—CH3 + I2 Восстановление спиртов: Восстановление спиртов приводит к образованию углеводородов, 22 содержащих то же количество атомов С. Так, например, проходит реакция восстановления бутанола (C4H9OH), проходящую в присутствии LiAlH4. При этом выделяется вода. [1] H3C—CH2—CH2—CH2OH → H3C—CH2—CH2—CH3 + H2O Гидрирование непредельных углеводородов из алкенов CnH2n + H2 → CnH2n+2 Из алкинов CnH2n-2 + 2H2 → CnH2n+2 реакция Вюрца: 6 Бензо́л (C6H6) — органическое химическое соединение, бесцветная жидкость со специфическим сладковатым запахом. Простейший ароматический углеводород. Бензол входит в состав бензина, широко применяется в промышленности, является исходным сырьём для производства лекарств, различных пластмасс, синтетической резины, красителей. Хотя бензол входит в состав сырой нефти, в промышленных масштабах он синтезируется из других её компонентов. Токсичен, канцерогенен. Бесцветная жидкость со своеобразным резким запахом. Температура плавления = 5,5 °C, температура кипения = 80,1 °C, плотность = 0,879 г/см³, молярная масса = 78,11 г/моль. Подобно ненасыщенным углеводородам бензол горит сильно коптящим пламенем. С воздухом образует взрывоопасные смеси, хорошо смешивается с эфиром, бензином и другими органическими растворителями, с водой образует азеотропную смесь с температурой кипения 69,25 °C (91 % бензола). Растворимость в воде 1,79 г/л (при 25 °C). 23 Химические свойства Для бензола характерны реакции замещения — бензол реагирует с алкенами, хлоралканами, галогенами, азотной и серной кислотами. Реакции разрыва бензольного кольца проходят в жёстких условиях (температура, давление). Реакции замещения в бензольном кольце проходят в присутствии катализаторов: солей Al(3+) или Fe(3+) Реакция галогенирования бензола (взаимодействие с бромом обесцвечивание бромной воды - качественная реакция на бензол C6H6 + Br2 = C6H5Br + HBr Нитрование бензола (обратите внимание, в органической химии неорганические кислоты реагируют немнго по-другому - с отщиплением группы -OH): C6H6 + HO-NO2 → C6H5NO2 + H2O Алкилирование бензола - получение гомологов бензола, алкилбензолов (катализаторы реакции - галогениды алюминия: AlCl3, AlBr3 и т.д.): С6H6 + С2H5Cl → C6H5C2H5 + HCl Гидрирование бензола С6H6 + 3 H2 → C6H12 циклогексан 24 Получение Ароматизация нефти. Точнее, это реакция циклизации гексана. Называется метод "ароматизация нефти", т.к. из нее получают гексан: С6H14 → C6H6 + 4H2 Обратите внимание на условия реакции - давление, температуру и катализатор. Они означают, что при обычных условиях гексан не вступит в такую реакцию. Алканы вообще довольно нереакционноспособные вещества. Дегидрирование циклогексана: этот метод хорошо тем, что можно получить не только бензол, но и его гомологи. Для этого надо взять циклогексан с нужным количеством атомов С в боковой цепи С6H12 → C6H6 + 3H2 Именная реакция - реакция Зелинского. Получение бензола из ацетилена: 3С2H2 → C6H6 25 7 Нафтали́н — С10Н8 твердое кристаллическое вещество с характерным запахом. В воде не растворяется, но хорошо растворим в бензоле,эфире, спирте, хлороформе. Плотность 1,14 г/см³, температура плавления 80,26 °C, температура кипения 217,7 °C, растворимость в воде примерно 30 мг/л, температура вспышки 79— 87 °C, температура самовоспламенения 525 °C, молярная масса 128,17052 г/моль. Нафталин по химическим свойствам сходен с бензолом: легко нитруется, сульфируется, взаимодействует с галогенами. Отличается от бензола тем, что ещё легче вступает в реакции. Нафталин получают из каменноугольной смолы. Также нафталин можно выделять из тяжёлой смолы пиролиза (закалочное масло), которая применяется в процессе пиролиза на этиленовых установках. [5] 26 Характеристика отдельных ингредиентов освежителей воздуха. Название освежителей воздуха ROMANTICA CHIRTON Химический состав Эмульгатор, антикор, отдушка, консервант, растворители, пропеллент углеводородный, диэтилфталат, пропан/бутан/изобутан (30% и более). Вода (30% и более), пропан/бутан/изобутан (30% и более), пинен (5% и менее), сорбитанолеат (5% и менее), натрия нитрит(5% и менее). Химическая формула наиболее опасных ингредиентов Диэтилфталат - сложный эфир фталевой кислоты Пропан С3 H8 Бута́н C4H10 Пинен Пропан С3 H8 Бута́н C4H10 Нитрит натрия NaNO2 27 GLADE Вода, пропан/бутан/изобутан Лимонен >15% но <30%, н – ПАВ <5%, фосфаты <5%, отдушка, растворитель, водный раствор аммиака, консервант, гексилкоричный альдегид*, 2 – (4 – третбутидбензил) пропиональдегид*, d Пропан лимонен*. С3 H8 Бута́н C4H10 Изобутан Аммиак NH3водный Гиксилкоричный альдегид Пропиональдегид* КРАСНАЯ ЦЕНА Камфора (5% и менее), триэтиленгликоль (5% и менее), сорбитанолеат (5% и менее), метилхлоризотиазолинон и метилизотиазолинон (5% и менее), натрия нитрит (5% и менее), пропан – бутан изобутан >15% но <30%, вода (30% и более). Ка́мфора Нитрит натрия NaNO2 Пропан С3 H8 Бута́н 28 C4H10 Изобутан CLEANOK Бензо́л Деионизированная вода, пропан, бутан, изобутан, пропиленгликоль, ароматизатор, бензол, нафталин. Нафтали́н С10Н8 Пропан С3 H8 Бута́н C4H10 Изобутан Содержание наиболее опасных ингредиентов в освежителях воздуха Название освежителей воздуха ROMANTICA Общее число ингредиентов 10 Число наиболее Название наиболее опасных опасных ингредиентов ингредиентов 5 растворители, диэтилфталат, пропан/бутан/изобутан. CHIRTON 7 5 GLADE 13 8 пропан/бутан/изобутан пинен, натрия нитрит. пропан/бутан/изобутан растворитель, водный раствор аммиака, гексилкоричный 29 КРАСНАЯ ЦЕНА 10 5 CLEANOK 8 5 альдегид, пропиональдегид*, d лимонен*. Камфора, натрия нитрит, пропан – бутан – изобутан. пропан, бутан, изобутан, бензол, нафталин. Экологичность отдельных ингредиентов освежителей воздуха 1. Диэтилфталат- сложный эфир фталевой кислоты. Диэтилфтатат относится к категории среднетоксичных соединений со слабо выраженным кумулятивным действием. Такие химические вещества откладываются в жировой ткани и печени, что ведёт к нарушению различных функций нашего организма. Особенно сильное отрицательное воздействие они оказывают на репродуктивную систему. [5] 2. Пинен - это важный компонент смолыхвойных деревьев, скипидара. Приводит к развитию астмы, проблем с дыханием, лейкемии, болезней костей. 3. Лимонен - Содержится во многих эфирных маслах (в эфирных маслах цитрусовых до 90 % лимонена). Обладает выраженным цитрусовым запахом и используется в качестве отдушки в парфюмерии и в производстве ароматизаторов. Обсуждаются его возможные канцерогенные свойства. 30 Лимонен приводит к развитию астмы, проблем с дыханием, лейкемии, болезней костей. [7] 4. Ацето́н- Бесцветная легкоподвижная летучая жидкость с характерным запахом. Полностью смешивается с водой и большинством органических растворителей. Считается, что ацетон малотоксичен. Ацетон обладает возбуждающим и наркотическим действием (что особенно хорошо проявляется при хроническом воздействии на людей, часто работающих с ацетоном как с растворителем), поражает центральную нервную систему, способен накапливаться в организме, в связи с чем токсическое действие зависит не только от его концентрации, но и от времени воздействия на организм. [4] 5. Ка́мфора - Бесцветные легколетучие кристаллы с характерным запахом. Камфорараспространена в природе, входит в состав многих эфирных масел. Камфора приводит к развитию астмы, проблем с дыханием, лейкемии, болезней костей. [6] 6. Бензо́л - органическое химическое соединение, бесцветная жидкость со специфическим сладковатым запахом. Токсичен, канцерогенен. Если организм человека подвергается длительному воздействию бензола в малых количествах, последствия также могут быть очень серьёзными. В этом случае хроническое отравление бензолом может стать причинойлейкемии и анемии. Сильный канцероген. 7. Нафтали́н - С10Н8 твердое кристаллическое вещество с характерным запахом. В воде не растворяется, но хорошо растворим в бензоле. Длительное воздействие 31 нафталина может вызвать повреждение или разрушение красных кровяных телец (эритроцитов). В человеческом организме чаще всего концентрируется в жировой ткани, где может накапливаться до тех пор, пока жировая ткань не начнёт сжигаться и яд не попадёт в кровь, после чего наступает отравление организма (кровотечения, возникновение опухолей и т. д.). 8. Пропилнальдегид - раздражает слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, вредно влияют на нервную систему. 9. Гексилкоричный альдегид - Согласно 7 Поправке к Косметической Директиве ЕС является веществом, способным вызывать аллергические реакции. [5] 10. Натрия нитрит NaNO2- Сильнейший яд вызывает мутацию человеческого ДНК, что провоцирует развитие таких заболеваний как болезнь Паркинсона и цирроз печени. Кроме того, после регулярного применения освежителя воздуха в виде аэрозоля у человека постепенно начинает развиваться малокровие (анемия). В определенных условиях в организме человека он может вступать в реакцию с аминами, содержащимися в очень малых количествах в продуктах питания и организме человека. В результате такой реакции в организме могут образовываться Nнитрозамины — сильные канцерогены — вещества повышающие риск раковых заболеваний. [2] 11. Пропан С3 H8, Бута́н C4H10 – вызывают удушье. [1] 12. Аммиак NH3водный р-р - По физиологическому действию на организм относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы. [2] 32 Экспериментальная часть Приборы и реактивы Реактивы: Водный раствор NH3 HCl (разбавленная) Na2S Приборы: Пробирки - 5 шт. Пипетки на 5 мл Химический стакан - 5 шт Коническая колба - 1 шт Освежители воздуха используемые в данных опытах Название Аромат освежителя освежителя Красная цена Glade Romantica Химический состав Производитель С ароматом океана Парфюмерная композиция (5% и менее), триэтиленгликоль (5% и менее), сорбитанолеат (5% и менее), метилхлоризотиазолинон и метилизотиазолинон (5% и менее), натрия нитрит (5% и менее), пропан – бутан изобутан >15% но <30%, вода (30% и более), камфора. ООО «Аэростар Контракт», Россия, Смоленская область, г. Вязьма. Морской Вода, пропан/бутан/изобутан >15% но <30%, н – ПАВ <5%, фосфаты <5%, отдушка, растворитель, водный раствор аммиака, консервант, гексилкоричный альдегид*, 2 – (4 – третбутидбензил) пропиональдегид*, d лимонен*. ООО «Аэростар Контракт», Россия, Смоленская область, г. Вязьма. Цитрусовый сад Эмульгатор, антикор, отдушка, консервант, растворители, ОАО «СИБИАР», 33 пропеллент углеводородный, диэтилфталат. г. Новосибирск. ООО «АЭРОПРО», Россия, Краснодарский край, Северский район, пгт. Афипский. Chirton Антитабак Эмульгатор, антикор, отдушка, консервант, растворители, пропеллент углеводородный, диэтилфталат, пропан/бутан/изобутан (30% и более). Cleanok После дождя Деионизированная вода, пропан, бутан, изобутан, пропиленгликоль, ароматизатор, бензол, нафталин Методика проведения опыта. Опыт 1 Подавление запаха аммиака освежителями воздуха В 5 пробирок наливаем по 1 мл водного раствора аммиака. В первую пробирку добавляем 1 мл раствора освежителя воздуха "Красная цена". Во вторую пробирку добавляем 1 мл раствора освежителя воздуха "Glade". В третью пробирку добавляем 1 мл раствора освежителя воздуха "Romantica". В четвёртую пробирку добавляем 1 мл раствора освежителя "Chirton". В пятую пробирку добавляем 1 мл раствора освежителя воздуха "Cleanok". Аналогичную процедуру провели с разным соотношением объёмов раствора аммиака и освежителей воздуха: 1:2; 1:3. Затем по наличию или отсутствия водного раствора аммиака определили способность освежителей воздуха подавлять неприятный запах. 34 Соотношение объёмов 1:1 Название освежителя Результат Красная цена Запах аммиака ощущается, но в меньшей степени, чем в исходном растворе. Glade Запах аммиака усилился. Romantica Запах аммиака ощущается, но слабее по сравнению с исходным раствором. Chirton Нейтрализация запаха не происходит. Cleanok Нейтрализация запаха не происходит. Соотношение объёмов 1:2 Название освежителя Результат Красная цена Запах аммиака уменьшился, по сравнению с соотношением 1:1. Glade Запах аммиака ощущается сильнее. Romantica Запах аммиака остаётся неизменным. Chirton Запах аммиака уменьшился, по сравнению с соотношением 1:1. Cleanok Запах аммиака уменьшился, по сравнению с соотношением 1:1. Соотношение объёмов 1:3 Название освежителя Результат Красная цена Запах аммиака присутствует. Glade Запах аммиака усилился. Romantica Запах аммиака ощущается. Chirton Запах аммиака ощущается. Cleanok Запах аммиака остался неизменным по сравнению с соотношением 1:2. 35 Опыт 2 Подавление запаха сероводорода (тухлых яиц) освежителями воздуха В коническую колбу наливаем 3 мл раствора сульфида натрия Na2S и добавляем 3 мл соляной кислоты HCl, в результате выделяется H2S. Колбу закрываем пробкой. В 5 пробирок наливаем по 1 мл приготовленного раствора H2S. В первую пробирку добавляем 1 мл раствора освежителя воздуха "Красная цена". Во вторую пробирку добавляем 1 мл раствора освежителя воздуха "Glade". В третью пробирку добавляем 1 мл раствора освежителя воздуха "Romantica". В четвёртую пробирку добавляем 1 мл раствора освежителя "Chirton". В пятую пробирку добавляем 1 мл раствора освежителя воздуха "Cleanok". Аналогичную процедуру провели с разным соотношением объёмов приготовленного раствора H2S и освежителей воздуха: 1:2; 1:3. Затем по наличию или отсутствия запаха сероводорода определили способность освежителей воздуха подавлять неприятный запах. Соотношение объёмов 1:1 Название освежителя Результат Красная цена Запах сероводорода ощущается меньше. Glade Запах сероводорода ощущается. Romantica Запах сероводорода ощущается. Chirton Запах сероводорода ощущается. Cleanok Запах сероводорода ощущается. 36 Соотношение объёмов 1:2 Название освежителя Результат Красная цена Запах сероводорода ощущается меньше. Glade Запах сероводорода остаётся неизменным. Romantica Запах сероводорода ощущается меньше. Chirton Запах сероводорода ощущается меньше. Cleanok Запах сероводорода остаётся неизменным. Соотношение объёмов 1:3 Название освежителя Результат Красная цена Запах сероводорода ощущается меньше. Glade Запах сероводорода ощущается меньше. Romantica Запах сероводорода остаётся неизменным. Chirton Запах сероводорода ощущается меньше. Cleanok Запах сероводорода ощущается меньше. 37 Обработка экспериментальных данных В результате проделанных опытов на способность освежителей воздуха устранять неприятный запах, было выяснено, что ни один из освежителей воздуха не устраняет и даже не полностью маскирует запах аммиака и сероводорода (тухлых яиц). Ведь чтобы уничтожить запах нужно разрушить его молекулы, но ингредиенты, входящие в состав аэрозолей, такого сделать не могут. При этом в освежителе воздуха «Glade» в составе имеется водный раствор аммиака и при добавлении его к исходному водному раствору аммиака идёт только усиление аммиачного запаха, но не подавление его. Конечно, ни один из освежителей воздуха не устраняет запах аммиака и плохо маскирует его, но по способности устранения запаха освежители воздуха можно расположить в ряд по уменьшению этого свойства: 1. «Красная цена»; 2. «Glade»; 3. «Romantica»; 4. «Chirton»; 5. «Cleanok; 1>4>3>5>2; Из этого следует, что самым эффективным освежителем воздуха по маскировки запаха аммиака является освежитель «Красная цена», а самым не эффективным является освежитель «Glade». Другие освежители начали маскировать только после увеличения их объёма в пробирке. Также, при большем добавлении освежителя воздуха, его запах становится неприятным, резким и удушающим. 38 По устранению запаха сероводорода, также можно расположить в ряд по уменьшению способности устранения неприятного запаха: 1. «Красная цена»; 2. «Glade»; 3. «Romantica»; 4. «Chirton»; 5. «Cleanok; 1>4>3>2,5; Самым эффективным освежителем по маскировки сероводорода, как и запаха аммиака является освежитель «Красная цена». Остальные освежители начинают маскировать, только после большего его добавления. 39 Заключение Конечно, освежители воздуха очень распространены в настоящее время и имеют большой спрос в магазинах. Но люди, покупающие эти освежители воздуха, не подразумевают, какой урон наносят своему здоровью. Под самыми приятными и разнообразными ароматами, скрываются множество опасных для здоровья химических соединений . Наивно думать, что освежители устраняют неприятный запах, проще говоря, они даже и плохо маскируют, если взять, к примеру, неприятно пахнущие вещества как аммиак или сероводород (тухлые яйца). Как уже было выше запах – это свойство тех или иных молекул определенной структуры, которые перемещаются в пространстве. Аромат мы ощущаем, когда эти молекулы воздействуют на наши рецепторы обоняния, а сигнал передается в мозг. Чтобы уничтожить запах нужно разрушить его молекулы, но ингредиенты, входящие в состав аэрозолей, такого сделать не могут. Таким образом, не безосновательно можем заключить, что освежители воздуха работают за счет своего сильного стойкого химического запаха, концентрация в воздухе которого так высока, что он может перекрыть другие, обманув наш мозг. Лучше отказаться от покупных освежителей воздуха. Так вы сохраните своё драгоценное здоровье надолго. 40 Список литературы 1. "Справочник химика" т.2, Л.-М.: Химия, 1964. 2. Беликов В.Г. "Учебное пособие по фармацевтической химии" М.: Медицина, 1979. 3. Девяткин В.В., Ляхова Ю.М. "Химия для любознательных, или о чем не узнаешь на уроке" Ярославль: Академия Холдинг, 2000. 4. Ким А.М. Органическая химия. Учебное пособие. Новосибирск, 2002. 5. Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия, Москва, «Просвещение», 1987. 6. Племенков В.В. Введение в химию природных соединений, Казань, 2001. 7. Семенов А.А. Терпеноиды хвойных растений, Новосибирск, 1987. 41
