Organické látky
Organická geochemie a rozpuštěný organický uhlík
■     struktura, nomenklatura a funkční skupiny
■     huminové látky a další prírodní „OC"
■     reaktivita
■     DOC/POC distribuce
■     kyselost (acidita)
Prírodní a znečišťující organické látky
■     funkční skupiny
■     rozpustnost ve vodě
■      reaktivita v prostředí
Organické látky
1. Organický uhlík v hydrosfére
Organický uhlík se v hydrosfére vyskytuje jako
přírodní a kontaminující a dále jako
rozpuštěný a suspendovaný
DOC = rozpuštěný organický uhlík (dissolved organic carbon); zahrnuje huminové látky (a huminové kyseliny při pH > 2).
POC = suspendovaný organický uhlík (particulate organic carbon); zahrnuje huminové látky (a huminové kyseliny při pH < 2).
Koncentrace DOC a POC je velmi proměnlivá, obecně je vyšší ve vodách s vyšší fotosyntetickou aktivitou
Organické látky
Příklady běžných organických molekul přírodního původu
jednoduché organické látky syntetizované organismy - metanol CH3OH, etanol CH3CH2OH
■      biomolekuly - chlorofyl, aminokyseliny, bílkoviny
■      fosilizované biomolekuly - složky ropy
Běžné organické polutanty v přírodě
■      pesticidy, insekcitidy, herbicidy, fungicidy
■      uhlovodíky, které jsou součástí benzínu a nafty
■      biologické odpady - neupravované komunální vody plynné kontaminanty z různých zdrojů
Organické látky
2. Nomenklatura
Organické látky jsou založeny na řetězcích -C-C- s navázanými H, které mohou obsahovat také další „funkční skupiny", které nahrazují H a C.
Strukturní názvy jsou založeny na počtu C a způsobu, jakým se váží. Každý uhlík má 4 vazby.
Molekuly obsahující pouze C a H Alkany                  jen jednoduché C-C vazby
Alkeny                  nejméně jedna dvojná vazba C=C
Alkyny                   nejméně jedna trojná vazba C=C
Aryly                     speciální konjugované C=C vazby v kruhové struktuře
benzen C6H6
Organické látky
2. Nomenklatura
1 carbon:	Methane	note: when one of these molecules is attached to another molecule, it take the names "methyl", "ethyl" or "ethylene" group for methane-like, ethane-like, and ethene like functionalities, etc..
2 carbon:	Ethane (H3C-CH3) Ethene (H2C=CH2) Ethyne aka acetylene (H-C=C-H)	
3 carbon:	Propane (H3C-CH2-CH3) Propene (H2C=CH-CH3) Propyne (HC=C-CH3)	
Funkční skupiny určují reaktivitu a rozpustnost ve vodě. Obecně platí, že čím více je funkčních skupin, tím je molekula rozpustnější a tím je reaktivnější.
name	formula	Alternate names:
a. Ethyl Alcohol (ethanol):	CH3CH2OH (= ethane + alcohol)	1-hydroxy-ethane
b. Propyl Amine:	CH3CH2CH2N H2	1-amino propane
c. /so-Propyl Amine:	CH3CHNH2CH3	2-amino propane
2. Nomenklatura Běžné funkční skupiny
Organické látky
R-OH      R-O-R
phenols
R-C=0
alcohols     ethers          carbonyls
OH
I R-C=0
carboxylic acids
\ /
pyrroles
OR
R-C=0
esters
O
furans
R-Nhi
amines
H2NOH
R-C-C=0
amino acids
the points of the polygons are carbon atoms, with one hydrogen atom attached
Funkční skupiny mohou být kyselé nebo bazické. Přidání náboje organické molekule ji obecně činí rozpustnější a zvyšuje její reaktivitu s kovy v roztoku.
Čím je molekula bazičtější (elektronový donor), tím více interaguje s anorganickými iony a pevnými povrchy (dnové sedimenty...). Výjimkou jsou halogenované uhlovodíky.
Příklady Mýdlo
Alkyl sulfátové povrchově aktivní látky
Alkylbenzen sulfonát (ABS)
H3Č          CH3
Lineární alkyl sulfonát (LAS)
nické látky
Organochlorované insekcitidy
-S-0 Na+
II
O
H3CO
a
H
w
o
a
i
Meťhoxychlor
Dieldnn
O II "S—O   Na+
O
Aldrin
Nitroanilinové herbicidy
N02
CF3
■N'
A
N02 Trifluralin
,CH3 CH3
Dipyridilium herbicidy
ÖHÖ)
-N         N-
Diquat
H3C-N        ^)------f        N-CH3
Paraquat
Běžné herbicidy
o
0/            OH
_C1
Cl.
ci-
CH3

2,4-Dichlorophenoxyacetic acid
Prop anil
Běžné insekcitidy
Carbaryl
Carbofuran
Q
o
n
o—p—o
/^CH3
C)       ^.CH3
N02'
Ethyl Parathion
.0.
"N'
"N \
CH3
Nicotine
O.
o—p—o o.
NCy
/ CH3
CH3
H3CO
Rotenone        H3C^__£
c=c
^CH3 "CH3
AJlethrin
Polychlorované bifenyly
Cl-^^j^        ^r^.^-C1
Cl
Cl             Cl
Cl            Cl              Cl
Polychloronated Biphenyl
^^^-^--■■ci
Polychlorované bifenyly -přírodní degradace
o-o-
OH H H     /      /  OH
Dioxiny a furany
CL
O,
.cl
CK   ^^   "O""   "^"   ""Cl 2,3,7,8 -Tetr achloro dib enzo -p - dioxin
CL
OH H H     /      /OH
\-J
HO              OH
\____/
.Cl
D"0
Cl
ď"   "^   ^O"   "^"   "Cl
2,3,7, S -Tetrachloro dib enzo -p - furan
HO              OH
\____/
í)—Cl
O
V°"
HO-
3^0
ci
Organické látky
2. Nomenklatura
Huminové látky - zvláštni skupina velmi důležitých organických látek, vysoce substituovaných, které vznikají rozkladem přírodní organické hmoty.
Hutnic substances (pigmented polymers)
■>/■■
\/
Fuivíc acid
Light yellow
Yellow brown
Humic acid.
.increase in intensity of colour
2ÜÜÜ-
.45%:
4S%-
1 400-
increase in degree of polymerization' — increase'iň'molecúfar-weight -------increase in carbon content
------decrease in oxygen content
-------decrease in exchange acidity
------decrease in degree of solubility
\/
■»3ÜÜÜÜÜ?
-}'62%
■*3'0%
■>500
Chemical properties of hurnic substances. (Stevenson 1982)
Organické látky
Huminové látky - dvě skupiny:
■  huminy - nerozpustné v H20 při všech pH (pevné nebo POC)
■  huminové kyseliny - nerozpustné při pH < 2
Složité navzájem příbuzné látky, mořské a sladkovodní se podstatně liší.
Představují až 95 % DOC ve vodném systému a jsou často přítomny ve stejné nebo vyšší koncentraci než anorganické iony.
COCH      COCH
HO
/
OH
HO
\
COOH I
HC=0 I
(HC-OHJ.4     (sugar) HC = 0
I
.___VR-CH           H
\=/       yj       ■)         ÍH-CH2
COOH
COOH-
Model structure of hurnic acid (Stevenson 1982)
C=0    (peptide)
NH I
HA obsahují aromatickou „páteř" propojenou cukry, proteiny, aminokyselinami a dalšími zbytkovými rezidui. Spolu s rozpuštěnými karbonátovými látkami jsou hlavními regulátory pH.
Organické látky
Huminové látky
OH        COÜH-
CH20H
HOOC
HOOC
/
CrU    CH     C Ho S      C        CH
l\            XCH2—COOH
%     °
CH2                CHOH
COOH OH          VCH2—C      XCOOH
O-
Model structure of fulvic acid by Büffle
Působí jako chelatační činidla a slouží jako zdroj potravy pro mikroorganismy.
Určují obsahy:
■  mikrosložek živin
■  toxických kovů
■  radionuklidů
■  halogenů
Obsahují „dlouhožijící" volné radikály, které mohou redukovat Hg, Cr, Pu.
HA-SE2000X
Organické látky
3. Reaktivita
Určuje osud přírodních biomolekul v prostředí, typ nebezpečí, které je spojeno s působením polutantu v prostředí...
Závisí na mnoha faktorech. V principu platí tato řada podle zvyšující se reaktivity
Alkany < alkeny (konjugovane alkeny < nekonjug. alkeny) < alkyny < aromatické
Molekuly, které obsahují pouze uhlík, vodík a halogenidy nejsou rozpustné ve vodě. Molekuly, které obsahují pouze uhlík, vodík a halogenidy jsou rozpustné v tucích. Molekuly, které obsahují pouze uhlík, vodík a halogenidy jsou těkavé. Molekuly, které obsahují kyslík, jsou rozpustnější než jejich bezkyslíkaté analogy. Molekuly, které obsahují kyslík, jsou méně těkavé než jejich bezkyslíkaté analogy.
Nasycené molekuly, které obsahují pouze uhlík, vodík a halogenidy nejsou reaktivní. Rozvětvené molekuly, jsou méně reaktivní než přímé řetězce.
Molekuly, které obsahují dvojité nebo trojité vazby jsou reaktivnější než jejich nasycené analogy. Molekuly, které obsahují kyslík jsou reaktivnější než jejich bezkyslíkaté analogy.
Oxidace alifatických uhlovodíků (často za účasti mikroorganismů)
Alkohol —> aldehyd —> karboxylová kyselina —> karboxylová kyselina kratší o 2 C
o2                          ?H
RCH2CH2CH2CH3 —- RCH2CH2CH2CH2
OH                                            O
|                     OU                                                     ||
RCH2CH2CH2CH2    -Ä*    RCH2CH2CH2C^
O                                                 O
II               +H20                                   ||
RCH2CH2(_JH.2C^                ^      RCH2CH2(_JH.2C^
H       _2H                                      OH
O                                       O
RCH7CH7CH7C.            ------*     RCH2C           + 2C02
^OH                                OH
Oxidace aromatických uhlovodíků (a PAH)
„epoxid"—» 3,5-cyklohexadien-1,2-diol —> katechol —> kyselina octová a sukcinová
Ď.
Benzene
Benzene
O^
:o   + H20
OH
OH
O^
H
O
OH
OH
Catechol
r^COOH
k^COOH
cis-cis-muconic acid
-2H
ri
3,5 - Cyclohexadiene -1.2 - diol
OH
Catechol
r^"COOH k^,COOH
cis-cis-muconic acid
o. /CfK
C        ^COOH CH2 CH2 COOH
Č>_keto-adipic acid
O^
o. £RK
C        ^COOH CH2 CH2 COOH
r_keto-adipic acid
B,0
O
+  CH3(£
O
m
c.
CH2
OH
+      Č OH     °"   OH
acetic acid             succinic acid
U složitějších a kombinovaných látek postupně podle těchto schémat
Ctt
Toluene
O
OH
Benzoic Acid
H
H
OH OH
1?
C.
OH
Benzoic Acid
H
OH OH
H
3,5-Cyclohexadiene-1.2-diol
OH
'OH
3,5-Cyclohexadiene-1.2-diol             Catechol
HO     H
H
+ 0
+H20
-OH
Naphthalene
OH
^X
OH
1,2 - dihydroxynaphthalene
*COOH Salicylic Acid
-2H OH
OH
1,2-dihydroxynaphthalene

OH
^COOH Salicylic Acid ^       OH
^OH
Catehol
DDT (dichlor-difenyl-trichlorethan) 1,1,1-trichloro-2,2-bis(p-chlorofenyl) ethan
Mnoho problémů od zvýšení počtu sebevražd až po rakovinu.
Pomalu se odbourává - za 15 let 40 % původního množství.
Biokoncentrace: 0,39 ppm v sedimentech —> 9,5 ppm kormoráni, 34,5 ppm krokodýlové.
INDEX OF EGGSHELL THICKNESS
w	ro	ro
o	CO c	o
t—I
"D
m u m Q
z m
o O
C/)
o
—\<
■Q CD
<
ô!
CD
;*■
—\<
O-

Chlorované uhlovodíky
Karcinogenita souvisí s meziprodukty rozpadu: radikály, fosgén (reakce s DNA vede k rakovině)
CCL
-Cl
CC1-
00—CCI3
Cl
KE
HCC13 + R
O-
HO C ď
Cl
T Cl
O:
Cl Phosgene
Organické látky
Zastoupení organických látek v přírodních vodách
Sea water Groundwater
Precipitation
Oligototrophic Lake
River
Eutrophic Lake
Marsh
Bog
0.5
0.7
■ 1.1
2.2
7.0
12
Particulate Dissolved
17
10
15    20      25     30
33
35
Total Organic Carbon, mg/l
Organické látky
Zastoupení organických látek v přírodních vodách
Fulvic Acids Humic Acids Hydrophilic Acids Carbohydrates
Carboxylic Acids
Amino Acids
Hydrocarbons
t
Humic Substances
Simple Compounds
10
20
30
40
50
% of Dissolved Organic Carbon