Policiklusos aromás szénhidrogének

A policiklusos aromás szénhidrogének (PAH) olyan kémiai vegyületek, amelyek összekapcsolódó (kondenzált) aromás gyűrűkből állnak, és nem tartalmaznak heteroatomot vagy szubsztituenseket.[1][2] A policiklusos aromás szénhidrogének előfordulnak az olaj, kőszén- és a kátrányüledékekben, valamint az üzemanyagok (mind a fosszilis, mind a biomassza eredetűek) égetése során is melléktermékként keletkeznek. Környezetszennyező anyagok, mivel ezen vegyületek egy része bizonyított karcinogén, mutagén és teratogén hatással rendelkezik.

Tipikus policiklikus aromás szénhidrogén illusztrációja. Az óramutató járása szerint bal felülről kezdve: benz[e]acefenantrilén, pirén és dibenz[a,h]antracén
A hexa-peri-hexabenzo[bc,ef,hi,kl,no,qr]koronén egyik hexa-t-butil származékának szerkezete Müllen és munkatársai szerint (Chem. Eur. J., 2000, 1834-1839). A t-butil csoportok révén a vegyület oldódik az általában használt oldószerekben, például hexánban, míg a nem szubsztituált PAH ezekben oldhatatlan.

Megtalálhatók a csillagközi térben, üstökösökben és meteoritokban is. A policiklusos aromás szénhidrogének a legegyszerűbb életformák alapjául szolgáló molekulák lehetséges jelöltjei.

ElőfordulásukSzerkesztés

A policiklusos aromás szénhidrogének lipofilek, ami azt jelenti, hogy könnyebben elegyednek olajjal mint vízzel. A nagyobb molekulájú vegyületek kevésbé vízoldhatóak és kevésbé illékonyak (azaz kevésbé hajlamosak elpárologni). Ezen tulajdonságok miatt a PAH-k elsősorban a talajban, üledékekben és olajos anyagokban fordul elő, nem pedig vízben vagy a levegőben. Mindemellett a levegőben terjedő finomszemcsés anyagoknak is egyik figyelmet érdemlő összetevője.

A természetes kőolaj és kőszén lelőhelyek nagy mennyiségű PAH-t tartalmaznak, melyek a természetes molekulák, például szteroidok aromás szénhidrogénekké történő kémiai átalakulása során keletkeztek. Megtalálhatók a feldolgozott fosszilis tüzelőanyagokban, a kátrányban és különböző étolajokban is.[forrás?]

KémiájukSzerkesztés

A legegyszerűbb PAH-k a IUPAC definíciója szerint (G.P Moss, IUPAC nomenclature for fused-ring systems) a fenantrén és az antracén – mindkét vegyület három kondenzált aromás gyűrűből áll. A kisebb molekulák, mint például a benzol, nem tartoznak a PAH-k közé.

A PAH-k tartalmazhatnak négy-, öt-, hat- vagy hétatomos gyűrűket, de az öt vagy hat atomból állók a leggyakoribbak.

A PAH-k jellemző ultraibolya abszorpciós spektrummal rendelkeznek. A spektrumban általában több abszorpciós sáv is található, melyek jellemzőek az adott gyűrűszerkezetre. Egy adott összegképlethez tartozó izomerek között az egyes izomereknek is a többitől eltérő spektruma van, ami különösen jól használható a PAH-k azonosítására. A legtöbb PAH emellett fluoreszkál is, azaz gerjesztés hatására jellemző hullámhosszú sugárzást bocsát ki. Ezek a spektrumok a kiterjedt π-elektron rendszernek köszönhetők, és ez okozza egyes nagy molekulájú PAH-k félvezető és egyéb tulajdonságait is.

A PAH-k vízoldhatósága hozzávetőlegesen egy nagyságrenddel csökken minden egyes további gyűrű hozzáadásával.

PAH vegyületekSzerkesztés

Vegyület neve Vegyület neve
Antracén   Benzo[a]pirén  
Krizén   Koronén  
Korannulén   Naftacén  
Naftalin   Pentacén  
Fenantrén   Pirén  
Trifenilén   Ovalén  

Aromás jellegSzerkesztés

Bár a PAH-k egyértelműen aromás vegyületek, az aromaticitás mértéke eltérhet az egyes gyűrűk esetén. A Clar-szabály szerint (melyet Eric Clar fogalmazott meg 1964-ben) a PAH-k esetén a legtöbb, elkülönült п-szextettet – azaz benzolszerű molekularészt – tartalmazó rezonanciaszerkezet a legjelentősebb a tulajdonságok leírása szempontjából.[3]

JegyzetekSzerkesztés

  1. Fetzer, J. C.. The Chemistry and Analysis of the Large Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. New York: Wiley (2000) 
  2. A szubsztiuens a szerves kémiában hidrogént helyettesítő atomot vagy atomcsoportot jelent a szénláncon.
  3. Assessment of Clar's aromatic -sextet rule by means of PDI, NICS and HOMA indicators of local aromaticity Guillem Portella , Jordi Poater, Miquel Solà J. Phys. Org. Chem. 2005; 18: 785–791 doi:10.1002/poc.938

További információkSzerkesztés