多环芳烃化合物
多环芳烃化合物（英文名：polycyclic aromatic hydrocarbons；英文缩写：PAHs），又名稠环化合物，指由若干个苯环稠合在一起或是由若干个苯环和1,4-戊二烯稠合在一起组成的稠环芳香烃类化合物，由于其分子中含有许多个π键形成的共轭体系，所以整个分子体系比较稳定。因为PAHs具有比较强的稳定性，且大多数PAHs在常温下是固态的，所以这类物质能够广泛地存在于人类的生活环境如空气、水体、土壤和生物体中。
PAHs根据其苯环的连接方式可以分为联苯及联多苯类、多苯代脂肪烃和稠环芳香烃。PAHs的来源可以分为自然和人为两大类。天然源主要包括地质的成岩作用、森林和草原火灾、火山爆发以及陆生和水生植物、微生物的合成作用。人为来源包括化石燃料和生物质等的不完全燃烧以及化石燃料自然挥发或泄漏等过程。
一部分PAHs可应用于药物以及制造染料、塑料和杀虫剂。PAHs中含有很多致癌和致突变的成分，还含有多种促进致癌的物质，它能够通过大气、饮水、饮食及吸烟等进入人体，危害人体健康。在美国国家环保局（美国国家环境保护局）列出的优先控制污染物清单中有16种PAHs榜上有名。
理化性质
PAHs是一类疏水性化合物，它们在环境中长期存在的主要原因是低水溶性和电化学稳定性。有机高分子化合物质量的PAHs比低分子质量PAHs表现出更强的持久性，这是因为随质量的增加，疏水性和稳定性随之增大的缘故。有证据表明，随着PAHs的分子增大至4～5个稠合苯环，其脂溶性、环境持久性和毒性都相应增加。环境持久性与苯环数量增加之间的关系，与PAHs的分子大小与生物降解率相关性研究的结果一致。致癌物报告中列出的15种PAHs以针状、板状、晶体状、小叶状或棱柱状的形式出现，从无色到淡黄色到金黄色不等。15种PAHs中有四种，苯并[a]蒽、二苯并[a,i]芘、茚并[1,2,3-cd]芘和5-甲基屈，会发出从黄绿色到亮蓝紫色再到棕色的荧光。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个或更多环的PAHs通常吸收290nm以上的紫外线，最大值在300-400nm范围内。
主要分类
多环芳烃化合物根据其苯环的连接方式可以分为联苯及联多苯类、多苯代脂烃和稠环芳香烃。
联苯
联苯，多核芳烃。分子式C12H10，无色片状晶体，熔点70.0℃，沸点255.9℃，相对密度0.8860，不溶于水，溶于有机溶剂。联苯硝化时，硝基进入2，4位，烷基化和磺化则发生在4位;氢化时产生环己基苯和联环己烷。联苯的重要衍生物联苯二胺是染料中间体。联苯的热稳定性高，若与联苯醚以26.5：73.5混合时，加热到400℃仍不分解。此种混合物广泛地用作高温传热体，工业上称作联苯醚，适用于130～360℃。联苯少量存在于煤焦油中，工业上从热裂解苯制备联苯。如苯蒸气在750℃以上高温下，通过熔融的铅，10～15%的苯转化为联苯，未转化的苯可继续循环使用。
多苯代脂烃
①多苯基甲烷（聚苯 甲烷），分子式（C6H5）nCH4-n（n=2，3）。因苯环使侧链α-碳原子上的氢变活泼，所以多苯代甲烷易于氧化、卤化，并具有弱酸性。②六苯乙烷（Hexaphenyl 乙烷），分子式（C6H5）3C—C（C6H5）3。六苯乙烷可以发生氧化、卤化等反应。③1，2-二苯乙烯（1，2-Diphenyl 乙烯 ），分子式C6H5CH=CHC6H5。1，2-二苯乙烯可以发生脱氢、加成、氧化、臭氧化等反应。④四苯乙烯（Tetraphenyl ethylene），分子式（C6H5）2C=C（C6H5）2。四苯乙烯可以催化加氢、氧化和臭氧化.它和溴不起加成作用，和氯作用生成不稳定的二氯化物。可以和钾起加成作用生成金属加成物。
稠环芳香烃
分子中含有两个或多个苯环，苯环间通过共用两个相邻的碳原子形成的芳香烃称作稠环芳香烃。
检测方法
应用领域
PAHs是煤炭、石油和天然气、垃圾或其他有机物质在不完全燃烧过程中形成的一组化学物质。PAHs可以是人为产生的，也可以是自然产生的。一部分PAHs可应用于药物以及制造染料、塑料和杀虫剂。
生理作用
PAHs如苯并[a]芘会诱导肝脏中一种酶的活性，该酶催化代谢途径的第一步，最终导致致癌二醇环氧化物衍生物的形成。诱导机制已被广泛研究。已经分离出一种胞液受体，称为Ah受体，它与毒物结合。受体-毒物配位化合物随后进入细胞核，在那里与细胞色素P450 1A1基因的特定调控区域相互作用，该基因编码负责这些化合物代谢激活第一步的芳烃羟化酶活性。PAHs如苯并[a]芘的代谢可以在由3到5个融合苯环组成的分子的多个位点发生。细胞色素P450催化的氧化确实发生在几个位点，从而产生环氧化物。这种多环烃包含同源电子密度区域，如K区，以及结构同源区域，如“湾区”。湾区代谢产物在致癌性方面比典型多环分子其他部位的代谢产物更重要。在苯并[a]芘的情况下，关键的致癌活性是7，8-氧化物，尽管在碳4和5之间以及9和10之间也形成了环氧化物。下一步是通过环氧水合酶催化环氧化物水合生成二氢二醇。在9，10位置的第二次氧化步骤产生7，8-二氢二醇9，10-环氧化物。只有四种可能的对映异构体形式之一负责脱氧核糖核酸结合和致突变。当然，活性二醇环氧化物仅占BP总代谢谱的一小部分。化学物质之间的致癌活性立体特异性已得到充分证实。
分布情况
PAHs为含碳氢有机化合物，在温度高于400℃时，经热解环化、聚合作用而生成的产物，最适宜生成温度为600～900℃。因此，煤炭、木材、石油、气体煤料、纸张和烟草等有机物在一定条件下燃烧均可产生PAHs。水体中PAHs的重要来源是大气中的煤烟随雨水降落，及煤气发生站、焦化厂、炼油厂等排放含PAHs的废水进入水体。进入环境以后，PAHs难以通过生物降解消除而形成长期积累，也可以通过食物链富集浓缩，在浮游生物体内可富集数千倍。其在环境中虽含量不高，但分布很广，水体、土壤、水底质等是其主要归宿。
安全事宜
毒理
人类
PAHs对人类具有致癌性。证据主要来自职业研究，这些工人因参与焦炭生产、屋顶作业、石油精炼或煤制气等过程而暴露于含有PAHs的混合物中（例如煤焦油、屋顶焦油、烟灰、焦炉排放物）。然而，PAHs尚未被明确确定为致病因子。人类吸入和皮肤接触含PAHs混合物后，肺癌和皮肤癌的发生率较高。由于吞咽含有PAHs的颗粒，可能也会摄入一些PAHs，这些颗粒是通过呼吸道粘液纤毛清除机制进入肺部的。
动物
某些PAHs通过口服途径对动物具有致癌性（例如苯并[a]芘[a]蒽、苯并[a]芘、二苯并[a，h]蒽）。皮肤研究结果表明，苯并[a]蒽、苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[k]荧蒽、菲、二苯并[a，h]蒽和茚并[1，2，3-c，d]芘暴露在皮肤上后会导致小鼠肿瘤。这种肿瘤发生性可以通过同时暴露于一种以上的PAHs、长直链烃（如十二烷）或通常在危险废物现场发现的类似有机化合物来增强或改变。对于许多致癌PAHs来说，肿瘤诱导部位似乎受给药途径和吸收部位的影响，即口服摄入后观察到前胃肿瘤，吸入后观察到肺肿瘤，皮肤暴露后观察到皮肤肿瘤。然而，大鼠静脉注射后乳腺肿瘤的诱导、皮肤应用后大鼠和小鼠皮肤肿瘤发生的敏感性不同以及苯并[a]芘在饮食中给药时未观察到口腔肿瘤的事实表明，首次接触点不总是PAHs诱导肿瘤的部位。总之，对于无取代的PAHs可以得出几个一般结论。二醇环氧化物与脱氧核糖核酸共价结合似乎是几种无取代PAHs（苯并[a]芘、苯并[a]蒽、二苯并[a，h]蒽、菲、苯并[b]荧蒽、苯并[j]荧蒽）的遗传毒性和致癌性的主要作用机制。关于苯并[g，h，i]苝的遗传毒性潜力，证据不足，尽管存在一些证据。对于缺乏湾区构型（苊、苊烯、蒽、芴和芘）或似乎具有弱反应性湾区（菲）的无取代PAHs，没有令人信服的证据表明PAHs与DNA会产生相互作用。氟蒽具有遗传毒性，而苯并[a]芘[e]芘要么是弱致突变性，要么是非致突变性。
实验
慢性低水平的饮食PAHs暴露已在海豹中观察到，这些PAHs代表了降解的石油或燃烧产物。暴露于单个PAHs五天的鹿鼠食物消耗量减少了2-30%，具体取决于化合物。测试了19种人工PAHs混合物对四种鸟类胚胎（鸡[Gallus domesticus]、火鸡[Meleagris gallopavo]、绿头鸭[Anas platyrhynchos]和普通小绒鸭[Somateria mollissima]）的毒性，注射剂量为蛋重的2.0毫克/千克和0.2毫克/千克。在较高剂量下，所有四个物种的死亡率显著增加，在较低剂量下，绿头鸭的死亡率也增加。在加拿大包括五大湖和温哥华港的多个地点以及美国的一些地点的研究中，鱼类在海洋和淡水中的肿瘤发生率增加与暴露于PAHs有关。沉积物中的PAHs与在实验室条件下进行的毒性测试中蜉蝣美国白灯蛾Hexagenia limbata的死亡率相关。
接触限值
煤焦油沥青挥发物（苯溶性馏分）、蒽、苯并芘、菲、吖啶、温烯、芘：0.2mg/cu m（8小时时间加权平均值）；环己烷可萃取馏分、煤焦油沥青挥发物：0.1mg/cu m（10小时时间加权平均值）。
环境危害
水体中PAHs的重要来源是大气中的煤烟随雨水降落，及煤气发生站、焦化厂、炼油厂等排放含PAHs的废水进入水体。进入环境以后，PAHs难以通过生物降解消除而形成长期积累，也可以通过食物链富集浓缩，在浮游生物体内可富集数千倍。其在环境中虽含量不高，但分布很广，水体、土壤、水底质等是其主要归宿。
防治方法
防护装备
在动物实验室，工作人员应该穿防护服（最好是一次性的、连体的，脚踝和手腕处贴身）、手套、发套和套鞋；在化学实验室中，应始终佩戴手套和旗袍，但是，不应假定手套可提供全面保护。在处理颗粒物或气体时，可能需要仔细佩戴口罩或呼吸器，一次性塑料围裙可能会提供额外的保护。
急救
确保已进行充分的净化。如果患者没有呼吸，应进行人工呼吸，最好按照训练使用按需阀复苏器、袋阀面罩装置或袖珍面罩。根据需要执行CPR。立即用缓和流动的水冲洗被污染的眼睛。不要催吐。如果发生呕吐，将患者身体前倾或左侧（如果可能，头朝下位置）以保持气道畅通并防止误吸。保持患者安静并保持正常体温。
治疗
建立气道通畅（如果需要，可建立口咽或鼻咽气道）。必要时抽吸。观察呼吸功能不全的体征，并在必要时协助通气。通过非循环呼吸器面罩以10至15L/min的速度吸氧。对于眼睛污染，请立即用水冲洗眼睛。在运输过程中用0.9%盐水（NS）连续冲洗每只眼睛，不要使用催吐剂。摄入时，如果患者可以吞咽、有强烈的咽炎并且不流口水，请漱口并给予5mL/kg至200mL的水进行稀释。
降解方法
多环芳香烃（PAH）降解菌株Q8是从油田采出水中分离出来的。根据生化测试、16S rRNA基因、管家基因和脱氧核糖核酸-DNA杂交的分析，菌株Q8被归类为Gordonia属的一个新物种。该菌株不仅能在矿物盐培养基（MM）中生长，并以萘和芘作为唯一碳源，还能降解混合的萘、菲、蒽和芘。经过Q8降解七天后，这四种PAHs的降解率分别达到了100%、95.4%、73.8%和53.4%。比较实验发现，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，还研究了Q8降解原油后的傅里叶变换红外光谱、饱和分、芳香分、没药树和沥青质（SARA）以及气相色谱-质谱（GC-MS）分析。结果显示，Q8能够利用原油中的n-烷烃和多环芳香烃。在Q8的降解作用下，萘系、菲系、噻吩系、荧蒽系、芘系、C21-三芳香植物固醇、苯并[a]芘等的相对比例均有所降低。Gordonia sp. nov. Q8具有修复被PAHs或原油污染的水体和土壤环境的能力，为PAHs和石油污染的生物修复提供了一种可行的方法。
细菌通常被发现能够耐受污染环境。这些细菌可能被用于在受控的异位反应器系统中进行生物修复污染物。此类系统的一个潜在战略目标是直接从环境中获取微生物，使其表现出显著降解感兴趣有机污染物的能力。在此，探讨了使用生物膜培养技术来接种和激活移动床生物膜反应器（MBBR）系统，用于降解多环芳香烃（PAHs）。生物膜是从4个不同的烃污染场地使用添加了16种EPA鉴定的PAHs的最低培养基中培养出来的。总体而言，所有4种接种剂来源都形成了能够耐受多环芳烃存在的生物膜群落，但其中只有2种接种剂不仅增强了多环芳烃降解基因的丰度，还显著降解了特定的多环芳烃化合物。接种剂来源的比较突出了这种方法对适当接种剂筛选和生物刺激努力的依赖。
参考资料
Polycyclic Aromatic Hydrocarbons.pubchem.2025-03-27