CC BY
3
КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 1990
УДК 614.72:547.532]-074
Л. А. Тепикина, А. В. Любимов, Н. Е. Айнбиндер, К. К. Кабиров
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОЛЬФАКТОРНОГО ДЕЙСТВИЯ ПОЛИЗАМЕЩЕННЫХ
БЕНЗОЛА ПО ИХ ЭЛЕКТРОННО-ЯДЕРНОЙ СТРУКТУРЕ
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва; Пермский медицинский институт
Начиная с 1976 г. для целей предупредительного санитарного надзора, обоснования требований к разработке оздоровительных мероприятий по охране атмосферного воздуха проектируемых и реконструируемых промышленных производств, а также определения норм предельно допустимых выбросов были введены в практику ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ).
На основе систематизации и анализа формул расчета ОБУВ по токсикометрическим и физико-химическим параметрам веществ разработан методический документ, утвержденный Минздравом СССР, который послужил основой для обоснования ОБУВ свыше 500 атмосферных загрязнителей [1].
Вместе с тем, как показало проведенное нами сопоставление величин расчетных и экспериментальных нормативов, для ряда веществ различие максимальных разовых ПДК и ОБУВ составляет более 10 раз, в частности для метилдигидро-пирана 120 раз [4].
Таблица 1
Формулы для расчета порога запаха полизамещенных
бензола
№ фор-м ул ы Рекомендуемые формулы: пкзап Статистические параметры
п Г •V
1 11,02—27 91 ^тах 34 0,66 0,58,
2 4,16+2>5ДЛ: 35 0,72 0,58
3 0,31-20;36|<?тах| 25 0,72 0,54
Аминосодержащие производные бензола:
4 0.27-20 ,0210 | 13 0,77 0,43
5 -1,97-1 дон 11 0,79 0,44
6 12,46-30,76УУтах 12 0,79 0,42
7 5,17-|-0,088Хдо —29,671 <3 | +
+ 14,02А^тах 13 0,79 0,33
Галоидсодержащие производные бензола:
8 —6,78+3,65ДХ 14 0,92 0,41
9 17,8-46,З6/Утах 13 0,91 0,44
10 0,29—23,63 1 Стах 1 15 0,66 0,76
Нитросодержащие производные бензола:
11 0,056—31,36 |<?тах| 11 0,77 0,50
12 —4,56+3,33д^ 12 0,79 0,46
13 5,38+6,33 |<2тах| +2,76ДХ 12 0,79 0,36
14 —7,82—8,251 С?тах | Н-3,05ДА'-{-
-Ь5'7^тах 1 « 12 0,81 0,48
Примечание. Здесь и в табл. 3: п — число наблюде-
ния, г — коэффициент корреляции.
Это свидетельствует о том, что для веществ, оказывающих преимущественно рефлекторное (ольфакторное) действие, необходимо разработать формулы расчета ОБУВ, учитывающие этот вид биологического действия, тем более что для 40 % веществ утвержденные ПДК обоснованы по рефлекторному эффекту. Перспективным путем решения указанной проблемы, на наш взгляд, являются поиски взаимосвязи между параметрами ольфакторного действия и показа-' телями электронно-ядерной структуры молекулы, которые, согласно данным [3, 5], возможно, определяют запах вещества.
Настоящая работа направлена на поиски возможности прогнозирования параметров ольфакторного действия (пороговых и недействующих уровней по запаху) на основе квантово-хими-ческой характеристики веществ из ряда полизамещенных бензола.
Для определения индексов электронной структуры 35 изученных веществ проводили расчет на ЭВМ ЕС-1030 методом молекулярных орбита-лей, построенных в виде линейной комбинации атомных орбит [2] в л-электронном приближении. Были рассчитаны энергетические уровни и волновые функции молекул, по которым определяли следующие параметры электронной структуры:1 энергию высшей заполненной (донорной) молекулярной орбиты (МО — Ха011, энергию низшей свободной (акцепторной) МО — Хак1[, энергию возбуждения (^акц—Хяон) — АХ, энергию резонанса — /?, заряды на атомах — суммарные заряды на атомах — (}, максимальный заряд на атоме углерода бензольного кольца, не связанного с заместителем — Ртах> разность сумм зарядов атомов углерода бензольного кольца незамещенного бензола и его производных — Д(3,
максимальный индекс свободной валентности ато-
%
мов углерода бензольного кольца — ^'тах.
Изучены корреляционные связи между пороговой концентрацией по запаху (ПКзап) полизамещенных бензола и рассчитанными индексами электронной структуры соответствующих молекул.
В табл. 1 приведены уравнения, позволяющие прогнозировать с достаточной надежностью пороги запаха полизамещенных бензола. Из анализа величины среднеквадратического отклонения (5,/л.), а также из прямого сопоставления расчетных и экспериментальных значений порогов запаха установлено, что теоретически ожидаемые величины порогов отличаются от фактических в пределах 1,5—3 раз. В табл. 2 представ-
. . ^ '' . '.' Таблица 2
Сопоставление экспериментальных и вычисленных значений порогов запаха нитропроизводных бензола
Параметры энергетических свойств молекулы Пороги запаха, мг/м3
Вещество •
^тах ДХ N 'max экспери- рассчитанные по формулам j * * * • /
ментальные № и № 12 № 13 № 14
СбНб 0 2 0,399 3 1,14 1,32 1,38 „ 3,57
c6h5no2 0,047 i 1,398 0,418 0,09 0,038 0,033 0,06 0,027
n-N02C6H4Br u т 0,0419 1,350 0,449 0,36 0,052 0,052 0,041 0,033
m-N02C6H4C1 ц 0,0399 1,353 0,398 0,02 0,064 0,04 0,04 0,035
o-N02C6H4C1 0,0467 1,362 0,45 0,019 0,039 0,041 0,047 0,031
n-N02C6H4Cl 0,0477 1,393 0,446 0,019 0,036 0,043 0,059 0,037
3,4-ClC6H4N02 0,0407 1,351 0,445 0,016 0,061 0,04 0,04 0,034
,o-N02C6H4NH2 0,07 1,027 0,444 0,019 0,007 0,066 0,008 0,002
n-N02C6H4NH2 0,067 1,056 0,439 0,018 0,009 0,014 0,009 0,002
M-N02C6H4CH3 ' ' 0,046 1,294 0,445 0,018 0,041 0,03 0,03 0,019
o-N02C6H4CH3 , 0,026 1,268 0,449 0,017 0,17 0,026 0,019 0,04
n-N02C6H4CH3 о 0,049 1,326 0,444 0,17 0,033 0,035 0,039 0,022
N \ ( ; r\ • Ii^h ■ \ . - ^Ma k* 1 • • 1 • _ . zj у - - • *j ' * *" 4 - • • * • # Таблица 3 при расчете по • • формулам № 21, 22 ДЛЯ амино
Формулы расчета ПДКМ D полизамещенных бензола
№ фор-f ■ -мулы
Рекомендуемые формулы:
lg 'ПДКМ р _ .
Статистические. параметры
п
'ух
15
16 17
5,49—2,99/? -3,62—18,96 IQmax -2,56-1,80 Хдон
21
25
24
0,77 0,76 0,67
0,49 0,51 0,57
Аминосодержащие производные бензола:
18 19
0,61+4,0 X 5,04—0,51 X
он дон
27'8I Qmax
-2,66 R—6,24 | Qmax
11 10
0,90 0,97
0,30 0,20
Галоид содержащие производные бензола:
0,20—10,561Д Q | 16,23-41,18/Vmax
7,381 Q
max
—7,39+3,65ДАг —6,55+3,20ДХ +3,14 | AQ | —5,23+2,57 ДХ—6,46 -24,64+2,83 ДАг+6,24 I Qmax +47,03 Nmax-16,61 AQf
+
Q
max
12 12 13
13
14
0,83 0,89 0,94
0,83 0,85
0,53 0,46 0,33
0,49 0,42
+
12 0,85 0,42
; 20 21
1 22 м 23
24
25
- ( •
■: ' . ■
лены результаты такого сопоставления пороговых по запаху концентраций нитропроизводных
бензола.
• * '
Корреляционный анализ взаимосвязей между максимальными разовыми ПДК (ПДКмр) и индексами электронной структуры молекул также позволил рекомендовать ряд формул расчета (табл. 3).
Проведенное сопоставление вычисленных и экспериментально установленных значений ПДКмр показало, что наименьшие различия между этими величинами (разница до. 2,5 раз) имеют место
производных бензола и № 23, 24, 25 для его гало-
Из всех исследуе-
наиболее
генсодержащих производных, мых индексов электронной структуры значимыми оказались ХД0Н, АХ, Л/тах, Д(2, в отдель-
Достоверной связи
ных случаях
R.
между
параметрами ольфакторного действия полизамещенных бензола (ПКзап, ПДКмр) и зарядами на атомах (q), суммарными зарядами на атомах (Q), энергией низшей свободной (акцепторной) МО (*акц) обнаружить не удалось.
Таким образом, нами установлена возможность прогнозирования параметров ольфакторного действия полизамещенных бензола по. их
с •. т * * * "" • I . • , g ( • . ч ^
электронно-ядерной структуре. Предлагаемый подход позволяет предсказывать параметры ольфакторного действия веществ еще до стадии их синтеза, лишь по одной структурной формуле молекулы.
Л итература
1. Методические указания по установлению ориентировочных безопасных уровней воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.— М., 1982.
2. Пюльман Б., Пюльман А. Квантовая биохимия.— М., 1965.
3. Райт P. X. Наука о запахах.— М., 1966.
4. Тепикина Л. А. // Состояние и перспективы развития гигиены окружающей среды: (Методология, теория и практика).— М., 1985.— С. 103—112.
5. Amoore J. Е. // Nature.— 1963.— Vol. 198.— P. 271—272; 1963.— Vol. 199.— P. 912—913.
Поступила 07.04.89
