Базы данных
База данных понятий
Соединения, которые, содержат связь Hg — С. Большинство ртутьорганических соединений представлено соединениями Hg(II) типов RR'Hg и RHgX (R, R' — одинаковые или различные органические радикалы; Х — Hal, остаток минеральной или органической кислоты, ОН, OR", SH, SR", NR2 и др.) и лишь небольшое число соединениями Hg(I). Как правило, ртутьорганические соединения содержат ковалентные σ-связи Hg — С, известны отдельные примеры π-комплексов Hg(I) и Hg(II).
Физико-химические свойства
Ртутьорганические соединения типа Alk2Hg — мономерные бесцветные жидкости или низкоплавкие твердые вещества (напр., для (СН3)2Hg и (С2Н5)2Hg т. кип. 92 и 159 С соответственно, для (C12H25)2Hg т. пл. 45 C) с характерным запахом, растворимые в opганических растворителях. Ртутьорганические соединения типа Ar2Hg — твердые вещества (например, для Ph2Hg т.пл. 125 С), растворимые во многих opганических растворителях, плохо растворимы в алифатических углеводородах. Как правило, соединения R2Hg не растворимы в воде, исключения составляют соединения, в которых R — фторированный радикал; при растворении последних образуются слабо проводящие растворы. Ртутьорганические соединения типа AlkHgX и ArHgX — обычно кристаллические вещества; соединения, содержащие низший алкил — летучи; плохо растворимы в воде, за исключением соединений, построенных по ионному типу (Х — NO3, ClO4 и др.), растворимы в полярных органических растворителях, плохо растворимы в алифатических углеводородах.
Для ртутьорганических соединений наиболее характерна линейная геометрия молекул с 6sp-гибридизованными связями Hg, углы CHgC или CHgX близки к 180°. Атом Hg может увеличивать координационное число (чаще до 3 или 4, максимально до 6) в результате межмолекулярного взаимодействия с внешним донором электронов с образованием аддуктов 1:1 или 1:2 или соединений ассоциативного типа, а также в случаях, когда R или Х содержат заместители, способные образовывать внутримолекулярную координационную связь с атомом Hg. Увеличение координационного числа наиболее характерно для ртутьорганических соединений с сильно электроотрицательными R и Х и в сильноосновных средах, при этом могут заметно уменьшаться углы CHgC или CHgX'. Это соответствует приближению к sp2-гибридизации атома Hg.
Ртутьорганические соединения типа RHgX более склонны к комплексообразованию, чем R2Hg. Для аллильных, бензильных, α-карбонильных и других родственных ртутьорганических соединений возможно взаимодействие легко поляризуемой σ-связи Hg — С с соседней ненасьпценной группой.
В циклопентадиенильных ртутьорганических соединениях в растворе σ-связь высоколабильна и атом Hg перемещается по циклопентадиенильному кольцу.
Ртутьорганические соединения весьма стабильны. Реакции, протекающие с разрывом связи Hg — С, могут быть гетеролитическими или гомолитическими. В гетеролитических реакциях Аr2Hg более реакционноспособны, чем Alk2Hg, в радикальных — R2Hg более реакционноспособны, чем RHgX. Поскольку атом Hg имеет более высокую электроотрицательность, чем другие металлы II группы (1,9 по Полингу), σ-связи Hg — С обычно ковалентны и менее полярны. Это проявляется в конфигурационной стабильности хиральных ртутьорганических соединений. Анионный характер атома углерода, связанного с атомом Hg, выражен слабо, поэтому ртутьорганические соединения не реагируют с водой, спиртами, карбонильными соединениями.
Ртутьорганические соединения, как правило, устойчивы к окислению атмосферным кислородом, однако соединения, содержащие вторичный или третичный алкил, аллил, бензил, при продолжительном контакте с воздухом могут окисляться. Действие кислорода в отсутствие влаги приводит к смеси продуктов, например: при окислении дициклогексилртути в изопропаноле образуются Hg, ацетон, циклогексанол и циклогексанон (реакция носит радикальный характер).
Термолиз и фотолиз ртутьорганических соединений в газовой фазе идет двумя путями с выделением металлической Hg и промежуточным образованием свободных радикалов.
В зависимости от природы свободного радикала и присутствия других субстратов могут образовываться различные продукты; в растворе обычно идет радикальная атака на растворитель.
Особенно легко разлагаются соединения, содержащие вторичный и третичный алкил, наличие электроноакцепторных заместителей повышает стабильность ртутьорганических соединений, напр. т. разл. (трет-C4H9)2Hg 40 С, соединение (C6Cl5)2Hg стабильно вплоть до т.пл. 383 С. Соединения типа RHgX также разлагаются по радикальному механизму. Термическое разложение ртутьорганических соединений катализируется переходными металлами. Разложение ртутьорганических соединений используют в органическом синтезе, например для получения замещенных винильных производных.
Реакция ртутьорганических соединений с галогенами в неполярных средах протекает как гомолитический процесс (отсутствие стереоспецифичности), в полярных — как гетеролитический (с обращением конфигурации).
При действии на ртутьорганические соединения, содержащие электроноакцепторные группы, сильных электрофилов в присутствии кислот Льюиса ртуть легко замещается на алкильные или ацильные группы.
Действие минеральных и органических кислот на ртутьорганические соединения типа R2Hg приводит к разрыву соответственно обеих или одной связи Hg — С; действие сильных кислот на RHgX — к замещению Х на остаток кислоты (также действуют на RHgX соли металлов).
Устойчивость ртутьорганических соединений, возможность замещения атома Hg другими элементами и группами позволили использовать их для изучения механизма и стереохимии реакций электрофильного замещения у насьпценного атома углерода.
Способы синтеза
Для получения ртутьорганических соединений используют следующие реакции.
1) Переметаллирование: RnМ + nHgX2 → nRHgX + МХ (где М — электроположительный металл, чаще Li или Mg, реже Zn, Al, В, металлы IVб группы, As, Sb, Bi, переходные металлы, σ-связанные с R; R и R' — алкил, алкенилы, арил и др.).
2) Меркурирование (введение ртутьорганического остатка в молекулу органического соединения): RH + HgX2 → RHgX → R2Hg.
Наиболее легко меркурируются ароматические и гетероциклические соединения, а также алифатические соединения с подвижными атомами водорода, например ацетилен, насьпценные соединения с акцепторными группами и др. Меркурирование ароматических соединений — классическая реакция электрофильного замещения в ароматическом ряду.
При меркурировании ароматических соединений, содержащих электронодонорные заместители, а также фурана, тиофена и пиррола в качестве побочных продуктов образуются полимеркурированные ртутьорганические соединения. Реакцию меркурирования используют чаще всего для получения ртутьорганических соединений типа RHgX, для соединений R2Hg необходимы более жесткие условия или присутствие основания.
3) Сольвомеркурирование: присоединение солей Hg к непредельным соединениям в присутствии нуклеофила HY (часто нуклеофилом является растворитель).
Обычно присоединение солей Hg происходит согласно правилу Марковникова как транс-присоединение. Этот метод используют для получения β-замещенных RHgX.
4) Диазометод (реакция Несмеянова) — разложение двойных солей арилдиазонийгалогенидов с галогенидами Hg под действием порошка металла (напр., Cu).
Реакция региоспецифична, дает возможность получать ртутьорганические соединения практически с любыми заместителями с высокими выходами при невысоких температурах, но применима только в ароматическом ряду и для некоторых гетероциклических соединений.
5) Разложение ртутьсодержащих производных карбоновых, сульфоновых и сульфиновых кислот в среде полярных растворителей; используют только для получения диалкил и алкиларил производных: RCOOHgR → СО2 + RHgR' (R и R' = Аr, гетерил, Alk, циклоалкил).
Ртутьорганические соединения могут быть получены электрохимическим синтезом — разложением металлоорганических соединений на ртутном аноде; разложением ненасыщенных соединений или органических галогенидов на ртутном катоде, а также реакцией RI или RBr с металлической ртутью (при УФ облучении) или с амальгамой Na; соконденсацией радикалов, получаемых в тлеющем разряде, и Hg npu -196 С; внедрением карбенов по связи Hg — Hal.
Для получения ртутьорганических соединений типа R2Hg используют также реакцию симметризации ртутьорганических соединений типа RHgX или их восстановительное диспропорциоиирование.
Симметризующие агенты — иодиды щелочных металлов, NH3, третичные фосфины (для ArHgX), нагревание; восстановители — Na2S2О4, Na2SnO2, гидразин, электрохимическое восстановление (для гидроксимеркурированных ртутьорганических соединений). Реакция симметризации стереоспецифична и протекает с обращением конфигурации по механизму SE2.
Ртутьорганические соединения типа RHgR' получают либо реакцией переметаллирования, либо реакцией меркурирования. Используют также реакцию перераспределения: R2Hg + R’2Hg → 2RHgR', при этом чем больше различие в свойствах R и R', тем сильнее равновесие смещено в сторону RHgR'. При R и R' = Alk реакцию проводят в присутствии АlCl3, и длительное время, при R и R' = Аr равновесие устанавливается быстро.
Для получения ртутьорганических соединений типа RHgX могут быть использованы реакции обмена анионами; десимметризации (реакция в отсутствие комплексообразователей обычно сдвинута вправо, исключение составляют ртутьорганические соединения с сильно электроноакцепторными заместителями, например алкинилами, перфторалкилами и др.); разрыва связей Hg — С действием Hal или НХ-кислот; внедрения SO2, СО2 и др. по связи Hg — С.
При взаимодействии C6H6, Hg2Cl2, и AlСl3 образуется π-комплекс Hg(I) — [(C6H6)2Hg2](АlСl4)2. Описаны π-комплексы HgHal2 с этиленом, пропеном, бутадиеном, бензолом, полученные в аргоновой матрице.
Применение
Ртутьорганические соединения применяют для синтеза высокочистых металлоорганических соединений. Некоторые ртутьорганические соединения используют как фунгициды и протравители семян, например, С2Н5HgCl (гранозан) и его смеси с гексахлорбензолом (меркурбензол) и гексахлорциклогексаном (меркургексан).
Применяются для консервирования древесины; защиты вакцин, пластических материалов, бумажной массы и текстиля, альбуминовых и казеиновых клеев от плесневых грибков.
Токсичность
Ртутьорганические соединения весьма токсичны для всего живого. Токсичность для высших животных и человека тем слабее, чем менее соединения способны давать типичные реакции на Hg. «Симметричные» соединения в которых обе валентности Hg связаны с углеродом, менее ядовиты, чем вещества имеющие одну связь с углеродом, а другую — с другими остатками. Алкилртутные соединения более токсичны, чем фенилртутные (GoldWater; Goldwater et al.; Ladd et al., Борисенко; Уваренко).
Ртутьорганические соединения, как и неорганические, относятся к тиоловым ядам. Как блокатор SH-групп, метилртуть, в частности, превосходит (по показателю снижения активности-мембранной аденилциклазы на 50%) токсичность сулемы, 5-бром-5-фенилбарбитуровой кислоты, иодацетамида и иодуксусной кислоты (Storm, Guiisalus). Взаимодействуя с SH-группами клеточных белков (а также с аминными и карбоксильными группами), ртутьорганические соединения нарушают активность основных ферментных систем; для нормальной функции которых необходимо наличие свободных SH-групп. Вследствие наличия углеводородного радикала попавшая в организм ртуть относительно быстро проникает во все органы и ткани организма, особенно в богатые липоидами, в том числе и в мозг. В результате возникают изменения в вегетативной нервной системе, периферических нервных образованных, а также в сердце и сосудах, в органах кроветворения и периферической крови, желудке, печени, почках и мочевыводящих путях; в иммунобиологическом состоянии организма и т.д. Ртутьорганические соединения вызывают глубокую дискоординацию белкового обмена (Эфендиева). На важную роль щитовидной железы в интоксикации указали Szabo et al. При вскрытии животных, погибших от отравления ртутьорганическими соединениями наблюдаются неравномерное распределение крови в органах (резкое полнокровие мозга и внутренних органов), дегенеративные изменения в печени, почках (но без типичного нефроза), особенно при хроническом отравлении, множественные очаговые кровоизлияния и воспалительные очаги (последние также в слизистой оболочке желудка и кишок); дегенеративные изменения в ганглиозных клетках мозга (они особенно резки), иногда пролиферация глии. При поступлении ртутьорганические соединения в организм через дыхательные пути ткань легких маловоздушна, резко уплотнена. Ртутьорганические соединения (особенно алкилртутные соединения) обладают выраженным гонадотоксическим, эмбриотоксическим и цитогенетическим действием (Вашакидзе; Гончарук; Ramel; Silyder; Teiuiiig); при этом тяжелые поражения плода могут наступать у беременных с нередко выраженной интоксикацией (Dales).
ПДК ртутьорганических соединений по Hg обычно 0,01 мг/м3, иногда ниже, напр. ПДК C2H5HgCl 0,005 мг/м3, в воде — 0,0001 мг/л, ЛД50 < 30 мг/кг (для мышей).
Острое отравление.
Животные. На первом плане — признаки поражения центральной нервной системы. У белых мышей, белых крыс и кроликов при однократном воздействии соединений в дозах, вызывающих токсический эффект со смертельным исходом, развивается интоксикация, протекающая в три стадии. Первая проявляется кратковременным возбуждением, повышенной двигательной активностью, вторая — состоянием угнетения, адинамией, третья — судорогами, парезами, параличами, расстройством дыхания. Во второй стадии на фоне адинамии отмечаются нарушения координации движении, расстройство ритма дыхания, фибриллярные подергивания отдельных групп мышц.
При вскрытии животных, погибших от острых отравлений при введении яда через желудок, изменения в основном обнаруживаются в слизистой желудка (резкое полнокровие сосудов, кровоизлияния, очаги некроза). В межуточной ткани сердца, печени, почек — кровоизлияния и воспалительные инфильтраты. Паренхиматозная дистрофия печени, частичный некроз эпителия, извитых канальцев почек и эпителия слизистой кишечника, отек в подслизистой желудка, тонких и толстых кишок. В мозгу — отек в области околососудистых и околоклеточных пространств.
Человек. Металлический вкус во рту, головные боли, тошнота, слюнотечение, рвота. потеря сознания, нередко боль в животе, понос со слизью, часто с кровью сильная жажда, чувство жжения во рту, набухание и кровоточивость десен.
В дальнейшем — неустойчивость походки, дрожание, параличи конечностей; снижение остроты зрения и слуха; боли в суставах; затрудненное глотание; непроизвольное мочеиспускание и испражнения; слепота. В моче — белок; в периферической крови — нейтрофильный лейкоцитоз, ускоренная РОЭ. В общем — картина токсической энцефалопатии.
При интоксикации в производственных условиях — сочетание изменений нервной (в том числе вегетативной) системы (астения, выраженная потливость, яркий разлитой дермографизм, лабильность пульса и артериального давления, снижение вольтажа и инверсия зубцов на ЭКГ) и желудочно-кишечного тракта (гингивиты, гастриты, гастроэнтероколиты); реже возникают явления токсической нефропатии. Со стороны крови — нейтрофилез, лимфопения, ускорение РОЭ, умеренная гипохромная анемия, эозинофилия (Гись).
Хроническое отравление.
Животные. Возникают изменения в центральной нервной системе и в крови. В костном мозге уменьшается число молодых клеток и количество митозов. Рано развиваются изменения условнорефлекторной деятельности (Медведь). При воздействии фенилртутных соединений в большей степени поражаются почки и толстый кишечник в связи с высвобождением иона, Hg в этих органах (Tryphonas, Nielsen).
Человек. Жалобы на повышенную утомляемость, общую слабость, головную боль, неприятный вкус во рту, расстройство сна; объективно — кровоточивость десен, легкий тремор рук, ускоренная РОЭ, Hg в моче (0,03 — 0,05 мг/л). При продолжении контакта с ядами развиваются исхудание, головокружение, ослабление памяти, жажда, слюнотечение. Больные с трудом передвигаются. Обычно присоединяется стоматит, часто переходящий в язвенный гингивит, протекающий с повышением температуры и заметным ускорением РОЭ. Одновременно резкое нарастание слабости, обмороки. У некоторых появляются слуховые и зрительные галлюцинации, устрашающие сновидения. У всех больных наблюдается резкое изменение настроения, апатия, повышенная раздражительность, страх, слезливость (Нау еt аl.). Выраженные изменения со стороны сердечно-сосудистой системы (Ашбель; Лащенко; Гись), эндокринных органов, печени (Остапенко); у женщин часты нарушения овариально-менструального цикла, выкидыши. Интоксикации у детей, пожилых лиц, беременных протекают значительно тяжелее (Бонгард, Лащенко; Назаретян; Рожиова). Часто встречаются - различные формы пораженин кожи. В крови гипохромная анемия, лейкопения, эозинопения, иейтрофилез и лимфопения (Гись). В моче до 0,6 мг/л Hg.
Комбинированное воздействие орчанических соединений ртути и тетраметилтиурамдисульфида проявляется функциональными нарушениями нервной системы, органов пищеварения и сердечно-сосудистой системы; обнаруживаются хронические воспалительные заболевания верхних дыхательных путей, в ряде случаев — дисфункция щитовидной железы. Со стороны крови — умеренная гипохромная анемия, тенденция к лейкопении с нейтропенией и эозинопенией, умеренный моноцитоз (Черпак).
При воздействии на работающих сочетания различных хлор-, фосфор- и ртутьорганических пестицидов отмечен синергизм с преобладанием симптоматики, характерной для ртутьорганических соединений (Польченко и др.).
Распределение в организме, превращения и выделение различны у алкил- и фенилртутных соединений (Berlin, Ulberg) и зависят от пути поступления в организм. Первые более стабильны в организме (Norseth, Clarkson), медленно высвобождают Hg2+, накапливаются преимущественно в органах центральной нервной системы, легко проникают через плаценту. Вторые напоминают действие неорганических соединений Hg; локализуются главным образом в почках, печени, кишечнике, быстро высвобождают Hg2+ и выводятся из организма, практически не проникают через плаценту. Содержание Hg в центральной нервной системе во много раз выше, чем при отравлении сулемой, хотя максимальная концентрация обнаруживается позже (Syversen). В моче животных, отравленных ртутьорганическими соединениями, меньше Hg; чем у подвергшихся действию сулемы (Правдин, Кремнева; Трахтенберг). При хроническом отравлении крыс (2 раза в неделю в течение 2 лет) алкил- и арилртутными соединениями содержание Hg во внутренних органах в первом случае вдвое больше (Ishii).
Ртутьорганические соединения проникают в молоко кормящих матерей. В крови людей Hg определяется сравнительно редко.
Из организма ртутьорганические соединения выводятся с мочой и калом. Количество Hg в моче не находится в прямой зависимости от степени интоксикации. Часто более определенна связь между содержанием Hg в кале и тяжестью отравления. Выведение Hg из организма резко усиливается под влиянием унитиола. Последний можно применять с диагностической целью, когда Hg в моче либо не обнаруживается, либо ее мало. Этот способ используется при осмотре лиц, работающих с ртутьорганическими соединениями.
Неотложная терапия.
В острых случаях — парентеральное введение 5% раствора унитиола (лучше под кожу), промывание желудка, вдыхание кислорода, введение сердечно-сосудистых аналептиков и т. д.