Die Eigenschaften der Dioxine

Entstehung, Quellen, Aufbau, Analytik, Toxikokinetik

Facharbeit (Schule) , 2001 , 15 Seiten , Note: 1

Chemie - Organische Chemie

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Chemischer Aufbau

3. Physikalische und physikochemische Eigenschaften
3.1 Molekulargewicht
3.2 Schmelz- und Siedepunkt
3.3 Dampfdruck
3.4 Wasserlöslichkeit

4. Daten zur Molekülstruktur

5. Analytik

6. Entstehung
6.1 Dioxinquellen
6.2 Ausgewählte Dioxin- Quellen
6.2.1 Papier- und Zellstoffindustrie
6.2.2 Müllverbrennungsanlagen
6.2.3 Chlorhaltige Rückstände
6.2.4 Fossile Brennstoffe
6.2.5 Der Seveso- Unfall

7. Ausbreitung

8. Maßnahmen zur Verringerung der Dioxin- Belastung

9. Toxikokinetik
9.1 Resorption und Verteilung
9.2 Metabolismus und Exkretion

10. Toxikodynamik
10.1Wirkungsmechanismus
10.1.1 Theorien zum Wirkungsmechanismus
10.2 Akute Toxizität
10.2.1 Ergebnisse aus tierexperimentellen Studien
10.2.2 Erfahrungen über akute Toxizität beim Menschen
10.3 Chronische Toxizität
10.3.1 Ergebnisse aus tierexperimentellen Studien
10.3.2 Erfahrungen über chronische Toxizität beim Menschen
10.4 Schlußfolgerungen

11. Quellen

1. Einleitung

Unter dem Begriff Dioxine werden die Stoffklasse der polychlorierten Dibenzodioxine (PCDD) und in letzter Zeit auch die Stoffklasse der polybromierten Dibenzodioxine (PBDD) zusammengefaßt .

Auch polychlorierte Dibenzofurane (PCDF) werden seit kurzem unter dem Begriff „Dioxine“ subsumiert.

Der bekannteste Vertreter aus der Klasse der Dioxine ist das 2,3,7,8-Tetrachlor-dibenzodioxin (2,3,7,8, TCDD) das auch unter dem Begriff Seveso- Dioxin bekannt ist.

Es ist wahrscheinlich der giftigste Vertreter der polyhalogenierten Arylkohlenwasserstoffe und gehört zu den am intensivsten untersuchten chemischen Substanzen.

Es liegen heute umfangreiche Untersuchungsergebnisse über das tatsächliche Gefährdungspotential sowie über technische Voraussetzungen und Möglichkeiten zur Vermeidung der Entstehung von Dioxinen und Furanen vor, um gezielte Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.

In keinem Fall werden Dioxine gezielt industriell hergestellt. Sie können jedoch als Nebenprodukte in Spuren aufgrund intensiver industrieller Tätigkeit oder aus natürlichen Quellen oder sonstigen Schadfeuern gebildet werden.

Die zum Teil sehr hohen gemessenen Dioxin- Konzentrationen (vor dem Hintergrund heute gültiger Grenzwerte, die sehr niedrig angesetzt sind und dadurch einen großen Sicherheitsspielraum enthalten) sind vorwiegend auf die in der Vergangenheit fehlenden Kenntnisse über die Entstehungsbedingungen zurückzuführen.

In diesen Fällen ist es sehr schwierig und aufwendig solche Verbindungen wieder zu beseitigen. (Der natürliche Abbau verläuft sehr langsam.)

2. Chemischer Aufbau

Dioxine sind tricyclische, fast planare aromatische Ether (Oxaarene).

1 bis 8 H-Atome können am Grundkörper (Dibenzo-p-dioxin/ Dibenzofuran) durch Halogenantome (relevant sind Chlor und/oder Bromsubstituenten) ersetzt werden.

Die größte Relevanz haben Chlorsubstituenten, Brom wurde erst in den letzten Jahren als gefährlicher Substituent entdeckt.

Je nach Anzahl (max. 8) und Position der Chloratome im Molekül sind bei den PCDD 75 und bei den PCDF 135 verschiedene Einzelverbindungen theoretische denkbar.

Als toxikologisch angesehen werden bei den PCDD und PCDF jedoch nur 17 Kongeneren¹die in der 2,3,7,8- Stellung substituiert sind.

Andere Kongenere die mit den 2,3,7,8- Verbindungen entstehen werden als weniger toxisch eingestuft, wobei zwischen den einzelnen Verbindungen große Unterschiede bestehen können. Deren Toxizität wird über Umrechnungsfaktoren bestimme = Toxizitäts- Äquivalent (TE) bezogen auf 2,3,7,8- TCDD.

3. Physikalische und physikochemische Eigenschaften

3.1 Molekulargewicht

Die entsprechenden Molekulargewichte lassen sich aus den Atomgewichten für die entsprechende Summenformel berechnen.

3.2 Schmelz- und Siedepunkte

Dioxine in reiner Form existieren bei 25°C als kristalline, farblose Festkörper.

Für eine Reihe von Kongeneren wurden mit klassischen verfahren Schmelzpunkte bestimmt. (z.B. Mikro- Heiztisch)

Siedepunkte wurden von Rohrdorf bei Kongeneren, für die experimentell bestimmte Schmelzpunkte vorlagen, mit Hilfe der Dampfdruck- Korrelationsmethode berechnet.

Die in 1,6; 2,7 und 2,3,7,8- Stellung halogensubstituierten Kongenere haben besonders hohe Schmelzpunkte.

3.3 Dampfdruck

Der Dampfdruck einer Substanz stellt ein Maß für ihre Flüchtigkeit dar.

Er reguliert zusammen mit dem Octanol- Wasser- Verteilungskoeffizienten und der Wasserlöslichkeit die Verteilung zwischen Boden, Wasser und Luft.

Die PXDD und PXDF werden zu den schwerflüchtigen Substanzen gerechnet.

Methoden zur Dampfdruckbestimmung sind Gassättigung, Gaseffusion und Gaschromatographie.

Dampfdrücke nehmen mit steigenden Halogenierungsgrad ab. Innerhalb der gleichen Halogen Homologengruppe treten zwischen den verschiedenen Halogen- Isomeren²beträchtliche Unterschiede auf.

Bromierte Kongenere besitzen weit niedrigere Dampfdrücke als die entsprechenden chlorierten Komponenten.

Der Dampfdruck ist stark temperaturabhängig d.h. daß die Angaben auf die Umgebungstemperatur bezogen sein müssen.

3.4 Wasserlöslichkeit

Die Wasserlöslichkeit eines Stoffes gibt die maximale Menge eines Stoffes an, die sich in einem definierten Volumen reinen Wassers bei einer bestimmten Temperatur bei Vorhandensein eines Bodenkörpers löst.

Dieser Parameter hat einen wesentlichen Einfluß auf den Transport, die Verteilung und den Verbleib einer Substanz in der Umwelt im allgemeinen und für die Verfügbarkeit für Organismen, die im Wasser leben, im besonderen.

PXDD und PXDF sind Substanzen mit einer Wasserlöslichkeit im Bereich von Mikro- bis Nanogramm pro Liter.

(Vgl. „schwer wasserlösliches“ Bariumsulfat hat eine Wasserlöslichkeit bei 25°C von 2,5 mg/l)

Die Wasserlöslichkeit der PXDD und PXDF steigt stark mit zunehmender Temperatur und nimmt mit zunehmendem Halogenierungsgrad ab.

4. Daten zur Molekülstruktur

Für die C – Br - Bindung in bromierten PXDD und PXDF kann von einer mittleren Bindungslänge von 1,85 ųausgegangen werden.

Die PXDD und PXDF sind fast vollkommen planare Moleküle. So weicht z.B. kein nicht- H- Atom in der Struktur von 2,3,7,8- Tetrachlordibenzodioxin und 2,3,7,8- Tetrachlordibenzofuran um mehr als 0,018 Å aus der Molekülebene ab.

Die durch unterschiedliche Halogensubstituenten zwischen den Kongeneren variierenden Molekülabmessungen beeinflussen viele wichtige Eigenschaften dieser Substanzen: z.B. wird das hohe toxische Potential des 2,3,7,8- TCDD, das nur an den lateralen Positionen substituiert, durch seine strukturbedingte, bevorzugte Bindung an den sogenannten Dioxin- Rezeptor in den Leberzellen erklärt. Andere Tetrachlordibenzodioxine sind zu so einer Bindung nicht fähig.

5. Analytik

Die moderne Analytik erlaubt es heute in den verschiedenen Stoffgemischen einzelne Dioxine im Bereich von 1pg (1. 10 –12g) durch hoch auflösende Gaschromatographie⁴, gekoppelt mit Sektorfeld- Massenspektroskopie⁵, nach zuweisen.

Zuverlässige Bestimmungsmethoden liegen nur für die wichtigsten Kongeneren vor.

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¹ Kongenere (von lat. Con genus- mit gleichem Stamm):Kongenere sind einzelne Vertreter, die von einem bestimmten Grundkörper einer bestimmten Substanzklasse abgeleitet wurden.

² Isomere Dioxine mit gleicher Art und Anzahl von Substituenten, deren Stellung jedoch unterschiedlich ist.

³ Å, Einheitenzeichen für Ångström. nichtgesetzl. Längeneinheit: [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]

⁴ Gas|chromatographie, Verfahren der chem. Analyse zur Trennung und quantitativen Bestimmung verdampfbarer Stoffgemische. Die verdampfbare oder gasförmige Substanz wird von einem inerten Trägergas (z.□B. Helium) über die in einem längeren, dünnen Rohr (Trennsäule) befindl. stationäre geleitet. Aufgrund von Adsorptions- und Löslichkeits-Verteilungsvorgängen wandern die Einzelsubstanzen mit verschiedener Geschwindigkeit durch die Trennsäule, an deren Ende sich geeignete Detektoren befinden. Zur qualitativen Identifizierung dienen die unterschiedl. Verweilzeiten in der Säule (Retentionszeiten), zur Bestimmung der Stoffe die Stärke des Detektorsignals.□f Die G. gestattet die Bestimmung und Trennung chemisch sehr ähnl. Substanzen mit kleinsten Mengen

⁵ Massenspektroskopie (Massenspektrometrie), Verfahren zur Ermittlung von Aussagen über Massenspektren, absolute Massen und relative Häufigkeiten von Teilchen, speziell von Isotopen. Sie beruht auf der Eigenschaft elektr. und magnet. Felder, Ionen nach ihrer spezif. Ladung (Quotient aus Ladung und Masse), ihrer kinet. Energie und ihrem Impuls zu trennen.

• Note: 1
• Autor: Eva Schleich (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2001
• Seiten: 15
• Katalognummer: V103447
• ISBN (eBook): 9783640018253
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: Dioxine