Methakrylonitril - Methacrylonitrile

Methakrylonitril
Methakrylonitril kosterní.svg
Methakrylonitril.svg
Jména
Preferovaný název IUPAC
2-methylprop-2-enenitril
Ostatní jména
Methylakrylonitril
2-kyanopropen
2-kyano-1-propen
Isopropenecyanid
Isopropenylkyanid
Isopropen kyanid
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChemSpider
Informační karta ECHA100.004.380 Upravte to na Wikidata
UNII
Vlastnosti
C4H5N
Molární hmotnost67.091 g · mol−1
VzhledČirá bezbarvá až velmi slabě žlutá kapalina
ZápachHořké mandle[1]
Hustota0,8 g / ml
Bod tání -35,8 ° C (-32,4 ° F; 237,3 K)
Bod varu 90 až 92 ° C (194 až 198 ° F; 363 až 365 K)
2,57 g / 100 ml (20 ° C)
Tlak páry71 mmHg (25 ° C)[1]
Nebezpečí
Bod vzplanutí 13 ° C (55 ° F; 286 K)
Výbušné limity2%-6.8%[1]
NIOSH (Limity expozice USA zdraví):
PEL (Dovolený)
žádný[1]
REL (Doporučeno)
TWA 1 ppm (3 mg / m3) [kůže][1]
IDLH (Okamžité nebezpečí)
N.D.[1]
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Reference Infoboxu

Methakrylonitril (nebo 2-methylprop-2-enenitril), zkráceně MeAN, je chemická sloučenina, která je nenasycenou alifatickou nitril, široce používaný při přípravě homopolymery, kopolymery, elastomery, a plasty a jako chemický meziprodukt při přípravě kyseliny, amidy, aminy, estery a další nitrily. MeAN se také používá jako náhrada za akrylonitril při výrobě polymeru podobného akrylonitrilu / butadienu / styrenu. Je to čirá a bezbarvá (až slabě žlutá) kapalina, která má hořký mandlový zápach.[2]

Je toxický pro požití, inhalace a absorpce kůže.[3]

Expozice a regulace

Protože MeAN je přítomen v polymerních nátěrových materiálech, které se vyskytují v mnoha položkách pro každodenní použití, jsou mu lidé vystaveni absorpcí kůží. Kromě toho dochází k expozici na pracovišti a nízké hladiny MeAN jsou přítomny také v kouři nefiltrovaných cigaret vyrobených z tabáku sušeného vzduchem nebo kouřem.[4]

Kvůli toxicitě MeAN omezilo americké ministerstvo zdravotnictví a sociálních služeb koncentraci polymeru odvozeného od methakrylonitrilu v pryskyřičných a polymerních nátěrových materiálech na 41%. Jeho použití v balení potravin je dále omezeno na 0,5 mg na čtvereční palec povrchu přicházejícího do styku s potravinami a v komponentách nátěru rozpustných v chloroformu ve vodních nádobách je povoleno pouze 50 ppm neboli 0,005% MeAN (21 CFR, § 175.300). Mezní hodnota časově váženého průměru (TWA) pro expozici MeAN 1 ppm (3 mg / m3) byla přijata Americkou konferencí vládních průmyslových hygieniků.[5][6]

National Cancer Institute (USA) nominoval MeAN na výzkum kvůli jeho potenciálu pro expozici člověka, společným rysům sdíleným se známým karcinogenním akrylonitrilem a nedostatkem znalostí o toxicitě a karcinogenitě MeAN.[7]

Struktura a reaktivita

Methakrylonitril je akrylonitril (AN) s další skupinou CH3 na druhém uhlíku. Polymerace nevyžaduje katalyzátor a probíhá rychle bez přítomnosti stabilizátoru.

Díky své dvojné vazbě jsou možné další reakce s biologickými molekulami. Extra methylová skupina MeAN snižuje účinek přitahující elektrony způsobený nitrilem, takže reakce, které tvoří negativní náboj na alfa uhlíku, jsou rychlejší s AN jako reaktantem. Naopak reakce, které tvoří pozitivní náboj na uvedeném uhlíku (např. Oxidace dvojné vazby cytochromem-P450), jsou rychlejší s MeAN jako reaktantem. Výsledkem je, že v metabolismu MeAN méně konjuguje s glutathionem (GSH) než AN a aktivuje se snadněji.[6] [8]

Syntéza

Poly (akrylonitril) se obvykle vyrábí emulzí nebo polymerací v roztoku. Komerční produkt lze stabilizovat přidáním 50 ppm hydrochinon monoethyletheru. Polymerace MeAN se provádí v tetrahydrofuran (THF) s dvojsodnou solí polyethylenoxidu (PEO). MeAN se také komerčně vyrábí reakcí isobutylenu v parní fázi s amoniakem a kyslíkem v přítomnosti katalyzátoru. Acetonitril, kyanovodík a akrolein jsou známé vedlejší produkty. Používá se k přípravě homo- a kopolymerů, elastomerů, povlaků a plastů. Může být použit jako náhrada akrylonitrilu v podobných reakcích. MeAN lze také syntetizovat dehydratací methakrylamidu nebo z isopropylenoxidu a amoniaku. [9][6]

Reakce

MeAN může podstoupit elektropolymerizaci, pokud je například podroben elektroredukci na kovových katodách v organickém bezvodém prostředí; acetonitril. Na konci syntézy lze získat dva typy polymerů; fyseorbovaný polymer a roubovaný polymer. Mechanismus účtování neštěpeného polymeru je docela dobře pochopen: postupuje tvorbou radikálového aniontu (produkt redukce vinylového monomeru), který se v roztoku dimerizuje kvůli mechanismu vazby radikál-radikál (RRC) na dodávají di-anion působící jako iniciátor polymerační reakce v roztoku.[9]

Metabolismus

Zde jsou rozpracovány různé metabolické dráhy methakrylonitrilu:

Nejprve lze methakrylonitril přímo konjugovat s GSH, což vede k tvorbě S- (2-kyanopropyl) GSH, který lze metabolizovat na N-acetyl-S- (2-kyanopropyl) cystein (NACPC), který může být vylučován močí.[6]

Z tohoto důvodu je glutathion po expozici MeAN vyčerpán do určité míry. Po perorální expozici 100 mg / kg MeAN u potkanů ​​bylo maximální vyčerpání zaznamenáno v játrech při 39% kontroly. Toto vyčerpání je však menší, než bylo zjištěno po podání AN. Je to pravděpodobné, protože MeAN existuje částečně vázán na červené krvinky, a proto není k dispozici pro konjugaci GSH. Studie využívající radioaktivně značený uhlík poukazují na to, že primární cestou, kterou methakrylonitril opustil tělo, je moč, což je 43% dávky. Dalších 18% se vylučuje stolicí (15%) a vydechovaným vzduchem (2,5%). To znamená, že asi 40% MeAN neopouští tělo okamžitě a je buď vázáno na makromolekuly, nebo tvoří nevylučitelné konjugáty. Červené krvinky si zachovaly významné množství radioaktivity: více než 50% radioaktivity v erytrocytech bylo detekováno jako kovalentně vázané na hemoglobin a membránové proteiny. [10][11]

Zadruhé může být methakrylonitril metabolizován v játrech prostřednictvím CYP2E1 (enzym cytochrom-P450). Toto je nejdůležitější enzym pro oxidační metabolismus, ale mohou se na něm podílet i další enzymy cytochromu P-450. Oxidační reakce enzymy Cytochrom-P450 povede k tvorbě epoxidového meziproduktu, který vykazuje reaktivitu. Tento epoxidový meziprodukt je vysoce nestabilní a může vést k tvorbě kyanidu různými transformacemi. Například prostřednictvím epoxid hydratázy (EH) nebo prostřednictvím interakcí se sulfhydrylovou sloučeninou, která vede k tvorbě kyanohydrinu, který by se mohl přeskupit na aldehyd a tím případně vést k uvolnění kyanidu. Epoxid lze také konjugovat s GSH.[12][13]

Bylo prokázáno, že léčba myší tetrachlormethanem, který působí na systém kyslíkové směsi se smíšenými funkcemi, má za následek mnohem nižší koncentrace kyanidu než u kontrol a výrazně sníženou toxicitu MeAN, což naznačuje, že produkce cyanidu je skutečně hlavní cestou toxicity, na rozdíl od AN , který je karcinogennější.[6]Další informace o toxicitě kyanidu viz: otrava kyanidem.

Toxicita u lidí

Toxicita pro člověka nebyla dobře analyzována. Uvádí se, že minimální prahové hodnoty pro detekci zápachu jsou 7 ppm, přičemž většina subjektů jej detekuje při vyšších koncentracích 14 nebo 24 ppm. Při koncentracích 24 ppm dochází k podráždění krku, očí a nosu. Nebyla hlášena žádná úmrtí způsobená otravou methakrylonitrilem.[14]

Účinky na zvířata

Vdechnutí a perorální a dermální podání methakrylonitrilu může způsobit akutní úhyn zvířat, kterému často předcházejí křeče a ztráta vědomí. Známky toxických účinků methakrylonitrilu u potkanů ​​po perorálním vstřebávání jsou ataxie, třes, křeče, mírný průjem a nepravidelné dýchání. Hlavní příčinou toxických účinků na letálních (a prahových) úrovních MeAN je poškození centrálního nervového systému. To je spolu se známkami toxických účinků, které vykazují všechna testovaná zvířata, v souladu s otravou kyanidem. Methakrylonitril se zde liší od akrylonitrilu, který nevykazuje známky toxicity související s kyanidem.

Byla testována produkce kyanidu po expozici MeAN a intravenózní injekce MeAN králíkům vede k produkci významných hladin kyanidu v krvi. Také u potkanů ​​Wistar toxicita souvisí s uvolňováním kyanidu in vivo po expozici MeAN. Akutní toxicitu MeAN lze také antagonizovat kyanidovými antidoty.

Rozdíl v odolnosti vůči smrtelným účinkům MeAN lze pozorovat mezi druhy. Pro inhalaci poskytuje 4hodinová doba expozice LC50 328-700 ppm u potkanů, 88 ppm u morčat, 37 ppm u králíků a 36 ppm u myší. U psů je také zaznamenána akutní letalita při vdechování, i když žádná LC50 bylo stanoveno. Orální podávání MeAN bylo testováno na potkanech, myších a pískomilech s LD50 200 mg / kg u potkanů, 17 mg / kg u myší a 4 mg / kg u pískomilů. Podání kůže králíkům způsobí smrt při LC50 268 mg / kg. Hodnoty NOAEL a LOAEL u potkanů ​​se stanoví při 50 mg / kg pro NOAEL a 100 mg / kg pro LOAEL. To je založeno na dalším znaku otravy methakrylonitrilem; retence moči, přičemž 58% potkanů ​​vykazuje distenzi močového měchýře při podané dávce 100 mg / kg.

Reprodukční toxicita byla testována na potkanech, ale byly hlášeny různé výsledky. Willhite a kol. navrhnout LOAEL pro reprodukční účinky 50 mg / kg, zatímco zpráva Národní rady pro výzkum tvrdí, že nebyly nalezeny žádné významné reprodukční účinky.

Nakonec byly testovány karcinogenní, mutagenní a genotoxické účinky, ale na rozdíl od akrylonitrilu methakrylonitril nevykazuje známky žádných takových účinků. [14] [6][15]

Reference

  1. ^ A b C d E F NIOSH Kapesní průvodce chemickými nebezpečími. "#0395". Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH).
  2. ^ Studie toxikologie a karcinogeneze methakrylonitrilu (CAS č. 126-98-7) u potkanů ​​F344 / N a myší B6C3F1 (studie žaludeční sondou)
  3. ^ Methakrylonitril, chemicalbook.com
  4. ^ Baker, R.R., Dymond, H.F. a Skillabeer, P.K. (1984). Stanovení „nenasycených sloučenin vytvořených hořící cigaretou. Anal. Proc. 21, 135
  5. ^ Studie toxikologie a kancerogeneze methakrylonitrilu (CAS č. 126-98-7) u potkanů ​​F344 / N a myší B6C3F1 (studie žaludeční sondou)
  6. ^ A b C d E F Farooqui, M. Y. H. a M. M. Mumtaz (1991). „Toxikologie methakrylonitrilu.“ Toxicology 65 (3): 239-250.
  7. ^ Studie toxikologie a kancerogeneze methakrylonitrilu (CAS č. 126-98-7) u potkanů ​​F344 / N a myší B6C3F1 (studie žaludeční sondou)
  8. ^ El Hadri, L. a kol. (2005). „Srovnávací metabolismus methakrylonitrilu a akrylonitrilu na kyanid pomocí cytochromu P4502E1 a myší bez obsahu mikrozomálních epoxidových hydroláz.“ Toxicology and Applied Pharmacology 205 (2): 116-125.
  9. ^ A b Viel, P. a kol. (1999). „Elektropolymerizace methakrylonitrilu na rotující diskové elektrodě při vysoké rychlosti otáčení.“ Journal of Electroanalytical Chemistry 470 (1): 14-22.
  10. ^ Day, W. W., et al. (1988). „Interakce methakrylonitrilu s glutathionem.“ Res Commun Chem Pathol Pharmacol 62 (2): 267-278.
  11. ^ Ghanayem a kol., 1985, Výbor pro pokyny pro akutní expozici; Výbor pro toxikologii; Rada pro environmentální studia a toxikologii; Divize Země a životních studií; Národní rada pro výzkum. Washington (DC): National Academies Press (USA); 2014 21. března
  12. ^ Abreu ME, Ahmed AE (1980) Metabolismus akrylonitrilu na kyanid: studie in vitro. Drug Metab Dispos 8: 376–379
  13. ^ Ghanayem, B.I., Sanders, J.M., Chanas, B., Burka, L.T., a Gonzalez, F.J. (1999). Úloha cytochromu P450 CYP2EI v metabolismu a dispozici methakrylonitrilu. J. Pharmacol. Exp. Ther. 289, 1054-1059.
  14. ^ A b Národní rada pro výzkum. (2014). Úrovně pokynů pro akutní expozici pro vybrané chemikálie přenášené vzduchem: svazek 16. Washington, DC: The National Academies Press. doi:https://doi.org/10.17226/18707
  15. ^ C.C. Willhite, V.H. Ferm a R.P. Smith, Teratogenní účinek teratologie alifatických nitrilik. 23 (1981) 317.