Токсикология
ЗАВИСИМОСТЬ ТОКСИЧНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ
жүктеу/скачать 4.36 Mb. Pdf көрінісі
|
| 7. ЗАВИСИМОСТЬ ТОКСИЧНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ
ВЕЩЕСТВ ОТ СТРОЕНИЯ ИХ МОЛЕКУЛ Важнейшей задачей токсикологии является установление зависимо- сти качественных и количественных характеристик развивающегося ток- сического процесса от строения действующего вещества. Исследование связи между строением и токсичностью химических веществ приобретает особое значение в связи с синтезом и ежегодным внедрением в промыш- ленность большого количества новых соединений. Строение вещества определяет размеры молекулы, еѐ массу, раство- римость, летучесть, агрегатное состояние при нормальных условиях и хи- мическую активность. Все эти свойства влияют на токсичность вещества, вместе с тем, ни одно из них не является единственно значимым. 7.1. Связь токсичности химических веществ с их молекулярной массой и размерами молекул Было установлено, что сила биодействия многих принадлежащих к разным классам химических веществ связана с их молекулярной массой. При прочих равных условиях, чем больше размер молекулы вещества, тем выше его биологическая активность. Эта зависимость была определена в ряду алкалоидов. Согласно правилу Ричардсона, наркотическое действие неэлектролитов возрастает в гомологическом ряду с увеличением числа атомов углерода, т.е. с возрастанием молекулярной массы. Однако это правило имеет ряд исключений. Первые представители гомологических рядов - производные метана – оказывают более сильное общее токсиче- ское и специфическое действие, чем последующие. По правилу Ричардсона, в гомологическом ряду сила наркотического воздействия неэлектролитов возрастает с увеличением числа атомов угле- рода в молекуле. Так, наркотическое действие усиливается от пентана (С 5 Н 12 )к октану (С 8 Н 18 ), от метилового спирта (СН 3 ОН) к амиловому (С 4 Н 9 СН 2 ОН). Если принять силу наркотического действия этилового спирта за 1, то сила действия остальных выражается следующим образом: метиловый спирт (СН 3 ОН) – 0,8, пропиловый спирт (С 2 Н 5 СН 2 ОН) – 2, бутиловый спирт (С 3 Н 7 СН 2 ОН) – 3, амиловый спирт (С 4 Н 9 СН 2 ОН) – 4. Однако правило Ричардсона имеет ряд исключений. Первые пред- ставители многих гомологических рядов – производные метана – обла- дают более сильным общим токсикологическим действием, чем после- дующие. Так, муравьиная кислота (HCOOH), формальдегид (HCOH), 127 метанол (CH 3 OH) значительно токсичнее, чем соответственно уксусная кислота (CH 3 COOH), ацетальдегид (CH 3 COH) и этанол (CH 3 CH 2 OH). Дальнейшее нарастание наркотического эффекта идет только для опре- деленного ряда, а затем уменьшается, что связано с резким изменением растворимости. Изменение токсичности происходит неравномерно. При переходе от этанола (C 2 H 5 OH) к пентанолу (C 5 H 11 OH) молекулярная масса возрастает в два раза, а токсичность – в 20 раз. При переходе от пентанола (C 5 H 11 OH) к октанолу (C 8 H 17 OH) молекулярная масса увеличивается в 1,5 раза, а ток- сичность – в 1000 раз. Если молекулярную массу спиртов изменять по- средством числа увеличения гидроксильных групп – снижается наркоти- ческое действие спиртов. При исследовании других классов органических соединений было показано, что удлинение углеродной цепи у кетонов, альдегидов, органических кислот усиливает их раздражающее действие на слизистые оболочки и вызывает отек легких. В каждом классе органиче- ских соединений встречаются вещества с аномальными свойствами, когда правило Ричардсона не подтверждается. У органических соединений серы в гомологическом ряду меркаптанов (R-SH) токсичность вначале убывает от C1 к C3, но далее при увеличении молекулярной массы до C6, возрас- тает ядовитость меркаптанов. У других веществ этого класса органиче- ских сульфидов (R-S-R) постепенный рост токсичности - при увеличении от C1 до C9, а с C10 – свойство ослабляется. Биологическая активность и токсичность вещества не всегда зависит от увеличения молекулярной мас- сы на всем протяжении гомологического ряда. Понять физико-химическую сущность таких колебаний в поведении названных химических соединений в организме позволяют следующие закономерности. 1. В гомологичных рядах растворимость в воде падает быстрее, чем нарастает биологическая токсичность. 2. С другой стороны, скорость расщепления в организме органических молекул падает с увеличением молекулярной массы. 3. Необходимо знать, что с увеличением размера молекулы возника- ют трудности во взаимодействии молекул со специфическими рецепторами. С увеличением размеров молекул веществ возрастает число токси- кантов, имеющих одинаковую массу и близкое строение, но обладающих совершенно различной токсичностью. Например, из более чем 100 изоме- ров тетрахлор-пара-дибензодиоксина, высокой токсичностью обладает лишь один: 2,3,7,8-тетрахлор-пара-дибензодиоксин (рис. 7.1). |