多環(huán)芳烴化合物（英文名：polycyclic aromatic hydrocarbons；英文縮寫：PAHs），又名稠環(huán)化合物，指由若干個苯環(huán)稠合在一起或是由若干個苯環(huán)和1,4-戊二烯稠合在一起組成的稠環(huán)芳香烴類化合物，由于其分子中含有許多個π鍵形成的共軛體系，所以整個分子體系比較穩(wěn)定。因為PAHs具有比較強的穩(wěn)定性，且大多數(shù)PAHs在常溫下是固態(tài)的，所以這類物質(zhì)能夠廣泛地存在于人類的生活環(huán)境如空氣、水體、土壤和生物體中。
PAHs根據(jù)其苯環(huán)的連接方式可以分為聯(lián)苯及聯(lián)多苯類、多苯代脂肪烴和稠環(huán)芳香烴。PAHs的來源可以分為自然和人為兩大類。天然源主要包括地質(zhì)的成巖作用、森林和草原火災、火山爆發(fā)以及陸生和水生植物、微生物的合成作用。人為來源包括化石燃料和生物質(zhì)等的不完全燃燒以及化石燃料自然揮發(fā)或泄漏等過程。
一部分PAHs可應用于藥物以及制造染料、塑料和殺蟲劑。PAHs中含有很多致癌和致突變的成分，還含有多種促進致癌的物質(zhì)，它能夠通過大氣、飲水、飲食及吸煙等進入人體，危害人體健康。在美國國家環(huán)保局（美國國家環(huán)境保護局）列出的優(yōu)先控制污染物清單中有16種PAHs榜上有名。
理化性質(zhì)
PAHs是一類疏水性化合物，它們在環(huán)境中長期存在的主要原因是低水溶性和電化學穩(wěn)定性。有機高分子化合物質(zhì)量的PAHs比低分子質(zhì)量PAHs表現(xiàn)出更強的持久性，這是因為隨質(zhì)量的增加，疏水性和穩(wěn)定性隨之增大的緣故。有證據(jù)表明，隨著PAHs的分子增大至4～5個稠合苯環(huán)，其脂溶性、環(huán)境持久性和毒性都相應增加。環(huán)境持久性與苯環(huán)數(shù)量增加之間的關系，與PAHs的分子大小與生物降解率相關性研究的結(jié)果一致。致癌物報告中列出的15種PAHs以針狀、板狀、晶體狀、小葉狀或棱柱狀的形式出現(xiàn)，從無色到淡黃色到金黃色不等。15種PAHs中有四種，苯并[a]蒽、二苯并[a,i]芘、茚并[1,2,3-cd]芘和5-甲基屈，會發(fā)出從黃綠色到亮藍紫色再到棕色的熒光。PAHs在乙醇中呈微溶性至不溶性，在冰醋、苯和丙酮中可溶性至微溶性。具有3個或更多環(huán)的PAHs通常吸收290nm以上的紫外線，最大值在300-400nm范圍內(nèi)。
主要分類
多環(huán)芳烴化合物根據(jù)其苯環(huán)的連接方式可以分為聯(lián)苯及聯(lián)多苯類、多苯代脂烴和稠環(huán)芳香烴。
聯(lián)苯
聯(lián)苯，多核芳烴。分子式C12H10，無色片狀晶體，熔點70.0℃，沸點255.9℃，相對密度0.8860，不溶于水，溶于有機溶劑。聯(lián)苯硝化時，硝基進入2，4位，烷基化和磺化則發(fā)生在4位;氫化時產(chǎn)生環(huán)己基苯和聯(lián)環(huán)己烷。聯(lián)苯的重要衍生物聯(lián)苯二胺是染料中間體。聯(lián)苯的熱穩(wěn)定性高，若與聯(lián)苯醚以26.5：73.5混合時，加熱到400℃仍不分解。此種混合物廣泛地用作高溫傳熱體，工業(yè)上稱作聯(lián)苯醚，適用于130～360℃。聯(lián)苯少量存在于煤焦油中，工業(yè)上從熱裂解苯制備聯(lián)苯。如苯蒸氣在750℃以上高溫下，通過熔融的鉛，10～15%的苯轉(zhuǎn)化為聯(lián)苯，未轉(zhuǎn)化的苯可繼續(xù)循環(huán)使用。
多苯代脂烴
①多苯基甲烷（聚苯 甲烷），分子式（C6H5）nCH4-n（n=2，3）。因苯環(huán)使側(cè)鏈α-碳原子上的氫變活潑，所以多苯代甲烷易于氧化、鹵化，并具有弱酸性。②六苯乙烷（Hexaphenyl 乙烷），分子式（C6H5）3C—C（C6H5）3。六苯乙烷可以發(fā)生氧化、鹵化等反應。③1，2-二苯乙烯（1，2-Diphenyl 乙烯?），分子式C6H5CH=CHC6H5。1，2-二苯乙烯可以發(fā)生脫氫、加成、氧化、臭氧化等反應。④四苯乙烯（Tetraphenyl ethylene），分子式（C6H5）2C=C（C6H5）2。四苯乙烯可以催化加氫、氧化和臭氧化.它和溴不起加成作用，和氯作用生成不穩(wěn)定的二氯化物。可以和鉀起加成作用生成金屬加成物。
稠環(huán)芳香烴
分子中含有兩個或多個苯環(huán)，苯環(huán)間通過共用兩個相鄰的碳原子形成的芳香烴稱作稠環(huán)芳香烴。
檢測方法
應用領域
PAHs是煤炭、石油和天然氣、垃圾或其他有機物質(zhì)在不完全燃燒過程中形成的一組化學物質(zhì)。PAHs可以是人為產(chǎn)生的，也可以是自然產(chǎn)生的。一部分PAHs可應用于藥物以及制造染料、塑料和殺蟲劑。
生理作用
PAHs如苯并[a]芘會誘導肝臟中一種酶的活性，該酶催化代謝途徑的第一步，最終導致致癌二醇環(huán)氧化物衍生物的形成。誘導機制已被廣泛研究。已經(jīng)分離出一種胞液受體，稱為Ah受體，它與毒物結(jié)合。受體-毒物配位化合物隨后進入細胞核，在那里與細胞色素P450 1A1基因的特定調(diào)控區(qū)域相互作用，該基因編碼負責這些化合物代謝激活第一步的芳烴羥化酶活性。PAHs如苯并[a]芘的代謝可以在由3到5個融合苯環(huán)組成的分子的多個位點發(fā)生。細胞色素P450催化的氧化確實發(fā)生在幾個位點，從而產(chǎn)生環(huán)氧化物。這種多環(huán)烴包含同源電子密度區(qū)域，如K區(qū)，以及結(jié)構(gòu)同源區(qū)域，如“灣區(qū)”。灣區(qū)代謝產(chǎn)物在致癌性方面比典型多環(huán)分子其他部位的代謝產(chǎn)物更重要。在苯并[a]芘的情況下，關鍵的致癌活性是7，8-氧化物，盡管在碳4和5之間以及9和10之間也形成了環(huán)氧化物。下一步是通過環(huán)氧水合酶催化環(huán)氧化物水合生成二氫二醇。在9，10位置的第二次氧化步驟產(chǎn)生7，8-二氫二醇9，10-環(huán)氧化物。只有四種可能的對映異構(gòu)體形式之一負責脫氧核糖核酸結(jié)合和致突變。當然，活性二醇環(huán)氧化物僅占BP總代謝譜的一小部分。化學物質(zhì)之間的致癌活性立體特異性已得到充分證實。
分布情況
PAHs為含碳氫有機化合物，在溫度高于400℃時，經(jīng)熱解環(huán)化、聚合作用而生成的產(chǎn)物，最適宜生成溫度為600～900℃。因此，煤炭、木材、石油、氣體煤料、紙張和煙草等有機物在一定條件下燃燒均可產(chǎn)生PAHs。水體中PAHs的重要來源是大氣中的煤煙隨雨水降落，及煤氣發(fā)生站、焦化廠、煉油廠等排放含PAHs的廢水進入水體。進入環(huán)境以后，PAHs難以通過生物降解消除而形成長期積累，也可以通過食物鏈富集濃縮，在浮游生物體內(nèi)可富集數(shù)千倍。其在環(huán)境中雖含量不高，但分布很廣，水體、土壤、水底質(zhì)等是其主要歸宿。
安全事宜
毒理
人類
PAHs對人類具有致癌性。證據(jù)主要來自職業(yè)研究，這些工人因參與焦炭生產(chǎn)、屋頂作業(yè)、石油精煉或煤制氣等過程而暴露于含有PAHs的混合物中（例如煤焦油、屋頂焦油、煙灰、焦爐排放物）。然而，PAHs尚未被明確確定為致病因子。人類吸入和皮膚接觸含PAHs混合物后，肺癌和皮膚癌的發(fā)生率較高。由于吞咽含有PAHs的顆粒，可能也會攝入一些PAHs，這些顆粒是通過呼吸道粘液纖毛清除機制進入肺部的。
動物
某些PAHs通過口服途徑對動物具有致癌性（例如苯并[a]芘[a]蒽、苯并[a]芘、二苯并[a，h]蒽）。皮膚研究結(jié)果表明，苯并[a]蒽、苯并[a]芘、苯并[b]熒蒽、苯并[j]熒蒽、苯并[k]熒蒽、菲、二苯并[a，h]蒽和茚并[1，2，3-c，d]芘暴露在皮膚上后會導致小鼠腫瘤。這種腫瘤發(fā)生性可以通過同時暴露于一種以上的PAHs、長直鏈烴（如十二烷）或通常在危險廢物現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的類似有機化合物來增強或改變。對于許多致癌PAHs來說，腫瘤誘導部位似乎受給藥途徑和吸收部位的影響，即口服攝入后觀察到前胃腫瘤，吸入后觀察到肺腫瘤，皮膚暴露后觀察到皮膚腫瘤。然而，大鼠靜脈注射后乳腺腫瘤的誘導、皮膚應用后大鼠和小鼠皮膚腫瘤發(fā)生的敏感性不同以及苯并[a]芘在飲食中給藥時未觀察到口腔腫瘤的事實表明，首次接觸點不總是PAHs誘導腫瘤的部位。總之，對于無取代的PAHs可以得出幾個一般結(jié)論。二醇環(huán)氧化物與脫氧核糖核酸共價結(jié)合似乎是幾種無取代PAHs（苯并[a]芘、苯并[a]蒽、二苯并[a，h]蒽、菲、苯并[b]熒蒽、苯并[j]熒蒽）的遺傳毒性和致癌性的主要作用機制。關于苯并[g，h，i]苝的遺傳毒性潛力，證據(jù)不足，盡管存在一些證據(jù)。對于缺乏灣區(qū)構(gòu)型（苊、苊烯、蒽、芴和芘）或似乎具有弱反應性灣區(qū)（菲）的無取代PAHs，沒有令人信服的證據(jù)表明PAHs與DNA會產(chǎn)生相互作用。氟蒽具有遺傳毒性，而苯并[a]芘[e]芘要么是弱致突變性，要么是非致突變性。
實驗
慢性低水平的飲食PAHs暴露已在海豹中觀察到，這些PAHs代表了降解的石油或燃燒產(chǎn)物。暴露于單個PAHs五天的鹿鼠食物消耗量減少了2-30%，具體取決于化合物。測試了19種人工PAHs混合物對四種鳥類胚胎（雞[Gallus domesticus]、火雞[Meleagris gallopavo]、綠頭鴨[Anas platyrhynchos]和普通小絨鴨[Somateria mollissima]）的毒性，注射劑量為蛋重的2.0毫克/千克和0.2毫克/千克。在較高劑量下，所有四個物種的死亡率顯著增加，在較低劑量下，綠頭鴨的死亡率也增加。在加拿大包括五大湖和溫哥華港的多個地點以及美國的一些地點的研究中，魚類在海洋和淡水中的腫瘤發(fā)生率增加與暴露于PAHs有關。沉積物中的PAHs與在實驗室條件下進行的毒性測試中蜉蝣美國白燈蛾Hexagenia limbata的死亡率相關。
接觸限值
煤焦油瀝青揮發(fā)物（苯溶性餾分）、蒽、苯并芘、菲、吖啶、溫烯、芘：0.2mg/cu m（8小時時間加權平均值）；環(huán)己烷可萃取餾分、煤焦油瀝青揮發(fā)物：0.1mg/cu m（10小時時間加權平均值）。
環(huán)境危害
水體中PAHs的重要來源是大氣中的煤煙隨雨水降落，及煤氣發(fā)生站、焦化廠、煉油廠等排放含PAHs的廢水進入水體。進入環(huán)境以后，PAHs難以通過生物降解消除而形成長期積累，也可以通過食物鏈富集濃縮，在浮游生物體內(nèi)可富集數(shù)千倍。其在環(huán)境中雖含量不高，但分布很廣，水體、土壤、水底質(zhì)等是其主要歸宿。
防治方法
防護裝備
在動物實驗室，工作人員應該穿防護服（最好是一次性的、連體的，腳踝和手腕處貼身）、手套、發(fā)套和套鞋；在化學實驗室中，應始終佩戴手套和旗袍，但是，不應假定手套可提供全面保護。在處理顆粒物或氣體時，可能需要仔細佩戴口罩或呼吸器，一次性塑料圍裙可能會提供額外的保護。
急救
確保已進行充分的凈化。如果患者沒有呼吸，應進行人工呼吸，最好按照訓練使用按需閥復蘇器、袋閥面罩裝置或袖珍面罩。根據(jù)需要執(zhí)行CPR。立即用緩和流動的水沖洗被污染的眼睛。不要催吐。如果發(fā)生嘔吐，將患者身體前傾或左側(cè)（如果可能，頭朝下位置）以保持氣道暢通并防止誤吸。保持患者安靜并保持正常體溫。
治療
建立氣道通暢（如果需要，可建立口咽或鼻咽氣道）。必要時抽吸。觀察呼吸功能不全的體征，并在必要時協(xié)助通氣。通過非循環(huán)呼吸器面罩以10至15L/min的速度吸氧。對于眼睛污染，請立即用水沖洗眼睛。在運輸過程中用0.9%鹽水（NS）連續(xù)沖洗每只眼睛，不要使用催吐劑。攝入時，如果患者可以吞咽、有強烈的咽炎并且不流口水，請漱口并給予5mL/kg至200mL的水進行稀釋。
降解方法
多環(huán)芳香烴（PAH）降解菌株Q8是從油田采出水中分離出來的。根據(jù)生化測試、16S rRNA基因、管家基因和脫氧核糖核酸-DNA雜交的分析，菌株Q8被歸類為Gordonia屬的一個新物種。該菌株不僅能在礦物鹽培養(yǎng)基（MM）中生長，并以萘和芘作為唯一碳源，還能降解混合的萘、菲、蒽和芘。經(jīng)過Q8降解七天后，這四種PAHs的降解率分別達到了100%、95.4%、73.8%和53.4%。比較實驗發(fā)現(xiàn)，Q8的PAHs降解效率高于已知具有去除PAHs能力的Gordonia alkaliphila和Gordonia paraffinivorans。此外，還研究了Q8降解原油后的傅里葉變換紅外光譜、飽和分、芳香分、沒藥樹和瀝青質(zhì)（SARA）以及氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）分析。結(jié)果顯示，Q8能夠利用原油中的n-烷烴和多環(huán)芳香烴。在Q8的降解作用下，萘系、菲系、噻吩系、熒蒽系、芘系、C21-三芳香植物固醇、苯并[a]芘等的相對比例均有所降低。Gordonia sp. nov. Q8具有修復被PAHs或原油污染的水體和土壤環(huán)境的能力，為PAHs和石油污染的生物修復提供了一種可行的方法。
細菌通常被發(fā)現(xiàn)能夠耐受污染環(huán)境。這些細菌可能被用于在受控的異位反應器系統(tǒng)中進行生物修復污染物。此類系統(tǒng)的一個潛在戰(zhàn)略目標是直接從環(huán)境中獲取微生物，使其表現(xiàn)出顯著降解感興趣有機污染物的能力。在此，探討了使用生物膜培養(yǎng)技術來接種和激活移動床生物膜反應器（MBBR）系統(tǒng)，用于降解多環(huán)芳香烴（PAHs）。生物膜是從4個不同的烴污染場地使用添加了16種EPA鑒定的PAHs的最低培養(yǎng)基中培養(yǎng)出來的。總體而言，所有4種接種劑來源都形成了能夠耐受多環(huán)芳烴存在的生物膜群落，但其中只有2種接種劑不僅增強了多環(huán)芳烴降解基因的豐度，還顯著降解了特定的多環(huán)芳烴化合物。接種劑來源的比較突出了這種方法對適當接種劑篩選和生物刺激努力的依賴。
參考資料 >
Polycyclic Aromatic Hydrocarbons.pubchem.2025-03-27