Фосфорорганические соединения

Действительно, главным  феноменом деградации метилфосфоновой  кислоты клетками E. coli является преимущественное образование в качестве конечного продукта реакции метана в соотношении 1:1 к образующемуся из алкилфосфосфонатов внутриклеточному фосфору. Этан, пропан, бутан, пентан и гексан образуются этими клетками при использовании соответствующих производных фосфоновой кислоты. Пристальное исследование продуктов деградации указанных алкилфосфонатов выявило также присутствие соответственно этена, пропена, бутена и т.д. Результаты анализа продуктов деградации алкилфосфонатов не укладываются, таким образом, в первоначально предложенный механизм и предполагают возможность наличия другого механизма — редокс-зависимого свободно-радикального дефосфорилирования, вероятно, включающего также участие в реакциях переходных металлов . Согласно этому механизму, процесс инициируется образованием фосфонильного радикала, последующая фрагментация которого приводит к образованию метафосфата и алкильного радикала, который, в свою очередь, акцептируя атом водорода, превращается в алкан. Образование алкильного радикала является специфической особенностью деградации алкилфосфонатов. Обнаружение среди продуктов деградации не только алканов, но и алкенов свидетельствует в пользу свободно-радикального механизма. Каков конечный фосфорный продукт, до сих пор остается неясным. Предполагается, что образующаяся мономерная метафосфорная кислота, быстро реагируя с водой, образует ортофосфат.  
      Важным фактором, определяющим скорость разложения фосфонатов, оказалась аэрация. С использованием штаммов Е. coli было показано, что в некоторых из них деградация фосфонатов ингибируется свободным кислородом , в то время как для других требуются микроаэрофильные условия. Свободный азот ингибирует этот процесс. Таким образом, роль аэрации еще не вполне ясна. На примере фотосинтетика Rhodobacter capsulatus показана деградация фосфонатов в анаэробных условиях, т.е. без участия молекулярного кислорода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Экологический мониторинг продуктов деструкции фосфорорганических соединений в водных и почвенных объектах

 
      В диссертационной работе Чикарева В.Н.[9] рассмотрены проблемы и пути решения экологического мониторинга продуктов деструкции фосфорорганических соединений в водных и почвенных объектах. Актуальность проблемы. Реализация принятой в России двухстадийной технологии уничтожения запасов химического оружия связана с образованием большого количества твердых, жидких и газообразных отходов, которые значительно превышают массу уничтожаемых веществ и являются потенциальными источниками загрязнения окружающей среды (Шляхтин и др., 1993; 1995, 2004; Куценко и др., 1994; Холстов и др., 1995; Конешова и др., 1997; Кургузкин, 2002; Решетников, 2002; Трубачев и др., 2002; Черных, Сидоренко, 2003; Воронин и др., 2004). Значительный научный и практический интерес представляет экологическая характеристика продуктов дегазации фосфорорганических отравляющих веществ в связи с отсутствием в отечественной и зарубежной литературе данных о закономерностях их превращения в водной среде, почве и специфической биологической активности.

Скрининговые исследования ФОС, принадлежащих к приоритетным классам контаминации окружающей среды. Полученные материалы пополнили банк данных по трансформации фосфорорганических ксенобиотиков в почве и водных объектах.

Показана способность  продуктов трансформации ФОС  длительно сохраняться в водных объектах в зависимости от активной реакции (рН), ионного состава и уровня минерализации воды.

Установлено, что реагентная обработка воды (хлорирование) сопровождается высокой деструкцией ФОС и  образованием продуктов трансформации, относящихся по интенсивности влияния на органолептические качества воды к группе «опасных», а совместное присутствие в воде ПАВ, ФОС и продуктов их трансформации снижает экологическую эффективность водоочистки.

Проведены исследования по экологической оценке безвредности воды, содержащей ФОС и продукты их трансформации, в хроническом санитарно-токсикологическом эксперименте.

Показано влияние ФОС  на состояние микробоценоза почвы, рост и развитие чистых культур отдельных почвенных микроорганизмов. Проанализированы возможные пути трансформации ФОС в почве под действием ее микробио-ты.

Практическая значимость. Проведенные исследования показали, что органолептические свойства воды, содержащей ФОВ и продукты их трансформации и прошедшей  традиционную обработку в соответствии СНиП 2.04.02-84, улучшались незначительно. Установлено, что общепринятый комбинированный метод не позволяет эффективно очищать примеси ФОВ и получать воду с удовлетворительными органолептическими свойствами.

Предложена обработка  воды по оптимальной схеме: предварительное хлорирование + коагуляция + отстаивание + фильтрация через двухслойный фильтр или активные угли + вторичное хлорирование, что позволяет нормализовать органолептические свойства воды соответственно требованиям стандартов, снизить токсичность продуктов и исключить попадание остаточных количеств ядохимикатов в питьевую воду. Доказано, что вода, обработанная от продуктов трансформации ФОС по оптимальной технологической схеме, не содержит вредных веществ, обладающих биологической активностью.

Методическая схема  экологической оценки трансформации  ФОС в водных объектах

I этап

Сравнительное комплексное  изучение влияния ФОС на органолептические  свойства воды, процессы естественного  самоочищения водоемов, состояние теплокровного  организма (острые опыты)

II этап

Проведение качественного  и количественного анализа продуктов  трансформации методом хромато-масс-спектрометрии

III этап

Санитарно-токсикологическая  оценка экологической эффективности  технологической схемы, включающей дополнительные методы водоподготовки

Предложенная методическая схема оценки трансформации веществ  позволяет всесторонне и рационально  изучить сложные процессы преобразования химической контаминации при водоподготовке, токсичность и опасность продуктов  трансформации, а также квалифицированно обосновать наиболее эффективную схему очистки воды.

Проведены исследования влияния продукта дегазации фосфорорганических соединений на качественные и количественные показатели микрофлоры почвы. ПД ФОС  вносили в пробы почвы в 3-х  возрастающих концентрациях -1, 10 и 100 мкг/мл (из расчета производственных доз для фосфорорганических пестицидов), исследования проводили в течение 30-ти суток. На протяжении всего опыта инкубационные сосуды с почвой выдерживали в одинаковых условиях температуры (20-25°С) и увлажнения (60% от полной влагоемкости). Была выявлена динамика роста учитываемых микроорганизмов в присутствии ПД ФОС и без него.

Показано, что ПД ФОС  подавлял в течение 15 суток рост и размножение в почве гетеротрофных бактерий всеми экспериментальными дозами, наибольшее ингибирующее действие оказывала доза 100 мг/кг. К 30-м суткам численность гетеротрофных бактерий восстанавливалась до контрольного значения в пробах почвы с 10 мг/кг и превышала его в пробах почвы с 1 и 100 мг/кг ПД ФОС.

Влияние ПД на численность актиномицетов в почве зависило от его дозы: чем больше была концентрация препарата, тем меньше было процентное содержание актиномицетов. Их численность восстанавливалась и превышала уровень контрольного значения к 30-му дню наблюдения только в пробах почвы, содержащей 1 мг/кг ПД ФОС.

Установлено, что ПД ФОС  угнетающе действовал на рост и развитие почвенных плесневых грибов в  течение 15 дней контакта с почвой только в дозе 100 мг/кг. При концентрации этого соединения 1 мг/кг численность  плесневых грибов в пробах почвы практически не изменялась, а при содержании

10 мг/кг - достоверно превышала  контрольное значение во все  сроки наблюдения.

Проводили изучение чувствительности к ПД ФОС 46 штаммов чистых культур  почвенных гетеротрофных бактерий, как отобранных из опытов, так и взятых из музея культур микроорганизмов кафедры микробиологии и физиологии растений СГУ. Показано, что рост и развитие колоний стимулировался в присутствии ПД ФОС у 9 штаммов (20%). Остальные штаммыбактерий (80 %) оказались в различной степени чувствительными к ПД ФОС.

Из 9 штаммов бактерий-деструкторов препарата, отобранных из проб почв после  длительного контакта с ПД и рост которых стимулировался на среде  с препаратом, был отобран один штамм рода Bacillus, который вызывал наиболее четкие изменения в спектральной характеристике ПД ФОС.

Полученные результаты позволили сделать заключение о  дозозависимом ингибирующем действии ПД ФОС на ассоциацию почвенных микроорганизмов  в течение первых 2-х недель контакта. Численность гетеротрофных бактерий, актиномицетов и почвенных грибов восстанавливалась при более длительном контакте (до 30 суток и более) с небольшими дозами ПД ФОС и даже увеличивалась, что свидетельствует о вероятной адаптации микроорганизмов к данному препарату или продуктам его распада.

Полученные данные могут  быть полезными при экологической  оценке состояния почв в местах планомерного использования фосфорорганических пестицидов, при случайном попадании  ФОС при техногенных загрязнениях и в местах комплексного уничтожения  фосфорорганических отравляющих веществ. Дальнейший поиск микроорганизмов - деструкторов ФОС позволит использовать их при биотехнологических методах очистки почв от фосфорорганических пестицидов и отходов промышленного уничтожения химического оружия. 

Заключение

В курсовой работе «Фосфорорганические  соединения» рассмотрены вопросы становления химии фосфорорганических соединений, дана характеристика их электронного строения и главнейших химических свойств. Показана важность органических производных фосфора для жизнедеятельности организмов,

 Рассмотрена практика  применения  фосфорорганических  соединений  в качестве эффективных  ингибиторов и пламегасителей.

 Приведены примеры фосфорорганических пестицидов, интоксикация , диагностика, клиника и лечение при отравлениях ФОС.

  Описаны боевые отравляющие вещества. А также теоретические предпосылки технологии микробной биоремедиации почв, загрязненных фосфорорганическими ядохимикатами.

Изучены подходы  проведения экологического мониторинга продуктов деструкции фосфорорганических соединений в водных и почвенных объектах

     Данная работа может быть полезной для студентов специальности «Химия», «Биология», «Экология» при изучении дисциплин «Органическая химия», «Биологическая химия», дисциплин ОПД и СД. 

 Список литературы

1.Нифантьев Э.Е. фосфорорганические  соединения. Соросовский образовательный  журнал.  Химия. М.,1996.

2. Кабачник М.И., Фосфорорганические вещества, M., 1967;

3. Нифантьев Э.Е., Kухарева Т.С., Обзор монографий и обзоров по химии фосфорорганических соединений, M., 1989.

4. Аденозинтрифосфат,  Материал из Википедии — свободной  энциклопедии

5.Коробейничев  О.П., Шмаков А.Г., Шварцберг В.М., Князьков  Д.А., 
Якимов С.А., Рыбицкая И.В. (ИХКГ СО РАН) Фосфорорганические соединения как эффективные ингибиторы и пламегасители.

6. Справочная книга  по ветеринарной токсикологии  пестицидов, М., 1976.

7.Марчин Саeк. Отравляющие вещества конвульсивно-паралитического действия (фосфорорганические соединения - ФОС) M;2009

8. Е. Н. Ефременко,  С. Д. Варфоломеев Ферменты дlеструкции

фосфорорганических нейротоксинов. М.:Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, 2009/

9. Чикарев В.Н Экологический  мониторинг продуктов деструкции  фосфорорганических соединений  в водных и почвенных объектах.-Автореф.канд  диссерт. Саратов, 2006.