RU2164684C2 - Method of determination of value of acute toxicity of chemical substances by data of energy bond in molecule - Google Patents
Method of determination of value of acute toxicity of chemical substances by data of energy bond in molecule Download PDFInfo
- Publication number
- RU2164684C2 RU2164684C2 RU98102372A RU98102372A RU2164684C2 RU 2164684 C2 RU2164684 C2 RU 2164684C2 RU 98102372 A RU98102372 A RU 98102372A RU 98102372 A RU98102372 A RU 98102372A RU 2164684 C2 RU2164684 C2 RU 2164684C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acute toxicity
- molecule
- determination
- substance
- value
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области моделирования в медицине и биологии и может быть использовано для ускоренного определения величин острой токсичности химических веществ по данным суммарной энергии связи в молекуле. The invention relates to the field of modeling in medicine and biology and can be used to accelerate the determination of the values of acute toxicity of chemicals according to the total binding energy in the molecule.
За величину острой токсичности (DL50) принимается количество веществ, при введении которого наблюдается гибель 50% подопытных животных. Величина острой токсичности является одним из определяющих параметров при гигиеническом нормировании. Обычно она определяется экспериментальным путем и зависит от состава и структуры вещества. С другой стороны, электрохимические свойства, в том числе энергия связи в молекуле вещества, также связаны со структурой и составом. С помощью этих свойств можно с достаточной точностью определить токсикологические характеристики химических соединений.The quantity of substances is taken as the value of acute toxicity (DL 50 ), with the introduction of which the death of 50% of experimental animals is observed. The magnitude of acute toxicity is one of the determining parameters in hygienic regulation. Usually it is determined experimentally and depends on the composition and structure of the substance. On the other hand, electrochemical properties, including the binding energy in a molecule of a substance, are also associated with structure and composition. Using these properties, the toxicological characteristics of chemical compounds can be determined with sufficient accuracy.
В работе Г.Г.Щербакова (Г.Г.Щербаков "Некоторые закономерности взаимосвязи между токсичностью и строением неорганических композиций и их гигиеническая значимость" /В сб.: Прогнозирование безвредных уровней содержания химических веществ в воздухе рабочей зоны. - М., 1976, с. 19-31) указывалось на взаимосвязь между токсичностью и электронно-конфигурационными параметрами для металлических и металлоорганических систем, с сильнополярными связями и типом проводимости, близким к типично металлической. Но для органических систем такая прогностическая модель не подходит, прежде всего потому что структура связи и распределение электронной плотности в молекуле совершенно иные: связи между атомами носят ковалентный характер, менее поляризованы и по величине энергии различаются между собой больше, чем в металлических и металлоорганических системах. Кроме того, в органических соединениях, не содержащих атомов металлов, отсутствует электронная проводимость, а следовательно, не могут определяться связанные с ней параметры, и энергия разрыва связи имеет несколько другие составляющие, чем в металлсодержащих соединениях, поскольку ионные радиусы и энергия атомизации в органических соединениях в большей мере зависят от типа, кратности и полярности химической связи, что также делает модель-прототип, непригодной для использования при прогнозировании токсичности органических соединений. Для органических соединений среди электрохимических характеристик определяющую роль играет величина энергии связи в молекуле, поскольку именно эта величина наиболее полно характеризует тип стерического (неэлектронного) взаимодействия и соответственно неэлектронной проводимости, наблюдаемых в органических соединениях (полярных и неполярных). In the work of GG Scherbakov (GG Scherbakov "Some patterns of the relationship between toxicity and the structure of inorganic compositions and their hygienic significance" / In collection: Forecasting harmless levels of chemicals in the air of the working area. - M., 1976, pp. 19-31) pointed out the relationship between toxicity and electronic configuration parameters for metallic and organometallic systems, with strongly polar bonds and a type of conductivity close to typically metallic. But such a prognostic model is not suitable for organic systems, primarily because the bond structure and distribution of electron density in the molecule are completely different: bonds between atoms are covalent, less polarized and differ in energy more than in metal and organometallic systems. In addition, in organic compounds that do not contain metal atoms, there is no electronic conductivity, and therefore, the parameters associated with it cannot be determined, and the energy of bond cleavage has slightly different components than in metal-containing compounds, since ionic radii and atomization energy in organic compounds to a greater extent depend on the type, multiplicity and polarity of the chemical bond, which also makes the prototype model unsuitable for use in predicting the toxicity of organic compounds. For organic compounds, among the electrochemical characteristics, the value of the binding energy in the molecule plays a decisive role, since it is this value that most fully characterizes the type of steric (non-electronic) interaction and, accordingly, non-electronic conductivity observed in organic compounds (polar and non-polar).
Существом предлагаемого изобретения является способ определения величины острой пероральной токсичности (DL50) вещества на основании данных об энергии связи в молекуле.The essence of the invention is a method for determining the magnitude of acute oral toxicity (DL 50 ) of a substance based on data on the binding energy in the molecule.
Неочевидность заявляемого способа состоит в установлении взаимосвязи между суммарной энергией связи в молекуле вещества и его основной токсикологической характеристикой - величиной острой токсичности. Новизна изобретения состоит в том, что впервые установлена качественная и количественная взаимосвязь между электронно-связевой характеристикой и токсикологическими параметрами веществ. В прототипе такая связь не устанавливается, и величина суммарной энергии связей в молекуле в качестве прогностического критерия не рассматривалась. The non-obviousness of the proposed method consists in establishing the relationship between the total binding energy in the molecule of the substance and its main toxicological characteristic - the magnitude of acute toxicity. The novelty of the invention lies in the fact that for the first time established a qualitative and quantitative relationship between the electronic-communication characteristics and toxicological parameters of substances. In the prototype, such a relationship is not established, and the value of the total bond energy in the molecule as a prognostic criterion was not considered.
Исследования выполнены на кафедре общей гигиены Кировского медицинского института. Структурная чувствительность электрохимических характеристик была доказана первоначально их анализом в гомологических рядах органических соединений: спиртов жирного и ароматического ряда, простых и сложных эфиров, катонов, моно- и диаминных производных жирного и ароматического рядов, углеводородных и галогенпроизводных бензола, а также изомеров галоген-, нитро-, гидрокси- и смешанных производных бензола и циклогексана. Общее количество веществ в составе проанализированных рядов составило 458. Затем дополнительно было проанализировано 86 веществ из работы Н.Ф.Измерова и др. (Н.Ф. Измеров, И. В. Саноцкий, К.К.Сидоров "Параметры токсикометрии промышленных ядов при однократном воздействии". М.: Медицина, 1977). Данные обрабатывались на ЭВМ-методом наименьших квадратов, в результате были получены коэффициенты прогностического уравнения:
DL50 = 0.00065 Eсв + 1.570 (г/кг)
Для прогнозирования острой токсичности органического вещества, в том числе нового:
1) рассчитывают суммарную энергию связи молекулы вещества по формуле:
где ni - количество связей данного вида в молекуле вещества;
DL 50 = 0.00065 E sv + 1.570 (g / kg)
To predict acute toxicity of organic matter, including new:
1) calculate the total binding energy of the molecule of the substance according to the formula:
where n i is the number of bonds of this type in the molecule of the substance;
2) подставляя полученную величину Eсв в общую формулу, получают DL50.2) substituting the obtained value of E St in the General formula, get DL 50 .
Проведенные исследования по всем расчетным веществам (максимальная ошибка расчета = 14.36%, средняя ошибка = 6.86%) позволяет заключить, что предлагаемый способ прогнозирования величины острой токсичности обладает большой универсальностью, что делает возможным его применение даже в непосредственных условиях производства. Кроме того, данные, полученные этим способом, согласуются с результатами исследований технически чистых веществ, в то время как для ныне используемых методов прогнозирования характерна применимость только для химически чистых соединений, так как для более загрязненных веществ данные не позволяют со статистической достоверностью прогнозировать величины острой токсичности химических соединений. Studies on all calculated substances (maximum calculation error = 14.36%, average error = 6.86%) allow us to conclude that the proposed method for predicting the magnitude of acute toxicity has great versatility, which makes it possible to use it even in direct production conditions. In addition, the data obtained by this method are consistent with the results of studies of technically pure substances, while the currently used forecasting methods are characterized by applicability only for chemically pure compounds, since for more polluted substances the data do not allow statistical toxicity to be predicted for acute toxicity chemical compounds.
Таким образом, даже для веществ сложного строения, с большим количеством атомов, высокой молекулярной массой и сложной, разветвленной структурой. Соответствие между экспериментальными и рассчитанными данным способом результатами можно признать достаточным, а сам способ - пригодным для прогнозирования величин острой пероральной токсичности органических веществ со сложной структурой, в том числе высокомолекулярных неполимеризованных. Thus, even for substances of complex structure, with a large number of atoms, high molecular weight and complex, branched structure. The correspondence between the experimental and calculated by this method results can be considered sufficient, and the method itself is suitable for predicting the values of acute oral toxicity of organic substances with complex structure, including high molecular weight unpolymerized ones.
Заявляемый способ по сравнению с прототипом обладает большей простотой, так как не требует введения большого количества поправок как на структурную часть анализируемых соединений, так и на химическую чистоту веществ, входящих в состав технологических смесей и/или композиционных материалов. Кроме того, по сравнению с прототипом, заявляемый способ обладает большей структурной чувствительностью для всех групп веществ и, вследствие этого, большей точностью получаемых результатов. The inventive method in comparison with the prototype has greater simplicity, since it does not require the introduction of a large number of amendments both to the structural part of the analyzed compounds, and to the chemical purity of the substances included in the composition of technological mixtures and / or composite materials. In addition, compared with the prototype, the claimed method has greater structural sensitivity for all groups of substances and, therefore, greater accuracy of the results.
Справочные данные острой токсичности, полученные в опытах на лабораторных животных, обладают большой вариабельностью в зависимости от индивидуальных биологических параметров объекта. При использовании прототипа, экспериментальные и расчетные величины острой токсичности для ряда веществ различаются на 50% и более, в то время как на основании разработанного метода расхождение не более 15%. Reference data on acute toxicity obtained in experiments on laboratory animals have great variability depending on the individual biological parameters of the object. When using the prototype, the experimental and calculated values of acute toxicity for a number of substances differ by 50% or more, while on the basis of the developed method the discrepancy is not more than 15%.
В отличие от прототипа, заявляемый способ обладает наибольшей экспрессностью, не требует привлечения дополнительных экспериментальных и/или табличных данных, а тем более проведения трудоемких и длительных анализов и расчетов. Он позволяет в минимальные сроки на основе энергии связи в молекуле - свойства, непосредственно и однозначно связанного с составом и структурой молекулы вещества - проводить определение важнейшего токсикологического критерия - величины острой токсичности химических соединений. Простота и экспрессивность метода заключается также в отсутствии проведения длительных, трудоемких опытов на лабораторных животных, возможности получения результатов непосредственно после синтеза соединений. In contrast to the prototype, the inventive method has the greatest expressivity, does not require the involvement of additional experimental and / or tabular data, and even more so, time-consuming and lengthy analyzes and calculations. It allows, in the shortest possible time, on the basis of the binding energy in the molecule — a property that is directly and unambiguously associated with the composition and structure of the substance’s molecule — to determine the most important toxicological criterion - the magnitude of the acute toxicity of chemical compounds. The simplicity and expressiveness of the method also lies in the absence of lengthy, laborious experiments on laboratory animals, and the possibility of obtaining results immediately after the synthesis of compounds.
Предлагаемый способ определения токсичности свойств веществ апробирован путем оценки соответствия расчетных величин, полученных этим путем, и экспериментальных величин для разных групп химических соединений, употребляемых в различных отраслях химической и радиоэлектронной промышленности. Общее число проанализированных таким образом веществ составило 146, причем около 30% из них обладали большим (более 30) количеством атомов в молекуле и/или усложненной структурой (то есть, содержали сопряженные кратные связи, сопряженные или взаимосоединенные ароматические группы и т.п.). The proposed method for determining the toxicity of the properties of substances was tested by assessing the conformity of the calculated values obtained in this way and experimental values for different groups of chemical compounds used in various branches of the chemical and electronic industries. The total number of substances analyzed in this way was 146, with about 30% of them having a large (more than 30) number of atoms in the molecule and / or a complicated structure (that is, they contained conjugated multiple bonds, conjugated or interconnected aromatic groups, etc.) .
Пример 1. Бензиловый эфир метакриловой кислоты (БЭМК). Согласно формуле, в составе молекулы содержатся связи: C-H для алифатических соединений - 5; C-H для ароматических соединений - 5; C-C для алифатических соединений - 2; C-C для ароматических соединений - 6; C = C - 1; C = O - 1; C = O - 2. Example 1. Methacrylic acid benzyl ester (BEMK). According to the formula, the molecule contains bonds: C-H for aliphatic compounds - 5; C-H for aromatic compounds - 5; C-C for aliphatic compounds - 2; C-C for aromatic compounds - 6; C = C - 1; C = O - 1; C = O - 2.
Подставляя данные в формулу расчета, получаем величину:
Eсв = 2351.9
Расчетная величина DL50 = 0.00065·2351.9 + 1.570 = 3.0987 г/кг.Substituting the data in the calculation formula, we obtain the value:
E St. = 2351.9
Estimated DL 50 = 0.000652351.9 + 1.570 = 3.0987 g / kg.
Для сравнения, экспериментальная величина DL50 = 2.94 г/кг.For comparison, the experimental value of DL 50 = 2.94 g / kg.
Ошибка составляет + 5.318%
Таким образом, даже для веществ сложного строения, с большим количеством атомов и высокой молекулярной массой, соответствие между экспериментальными и рассчитанными данным способом результатами можно признать достаточным, а сам способ, пригодным для прогнозирования величин острой токсичности высокомолекулярных органических веществ со сложной, разветвленной структурой.The error is + 5.318%
Thus, even for substances of complex structure, with a large number of atoms and a high molecular weight, the correspondence between the experimental and calculated by this method results can be considered sufficient, and the method itself is suitable for predicting the acute toxicity of high molecular weight organic substances with a complex, branched structure.
Заявляемый способ может применяться для экспресс-определения величин острой токсичности органических соединений в лабораторных условиях и при экспериментальном моделировании с целью оценки воздействия профессиональных вредностей и профилактики заболеваний на производстве. The inventive method can be used for rapid determination of acute toxicity of organic compounds in laboratory conditions and in experimental modeling in order to assess the impact of occupational hazards and the prevention of diseases in the workplace.
Claims (1)
где ni - количество связей данного вида в молекуле вещества;
и определяют в качестве характеристики острой токсичности величину DL50(количество вещества, при введении которого наблюдается гибель 50% подопытных животных);
DL50 = 0,00065 · Eсв + 1,570 (г/кг),
отражающую зависимость острой токсичности от суммарной энергии связи в молекуле вещества.A method for the prognostic determination of acute toxicity of substances, taking into account their binding energy in the molecule, characterized in that the total binding energy of the molecule of the substance is calculated to determine the formula
where n i is the number of bonds of this type in the molecule of the substance;
and determine as a characteristic of acute toxicity, the value of DL 50 (the amount of substance upon administration of which the death of 50% of experimental animals is observed);
DL 50 = 0,00065 · E sv + 1,570 (g / kg),
reflecting the dependence of acute toxicity on the total binding energy in the molecule of the substance.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98102372A RU2164684C2 (en) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | Method of determination of value of acute toxicity of chemical substances by data of energy bond in molecule |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98102372A RU2164684C2 (en) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | Method of determination of value of acute toxicity of chemical substances by data of energy bond in molecule |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98102372A RU98102372A (en) | 1999-12-10 |
| RU2164684C2 true RU2164684C2 (en) | 2001-03-27 |
Family
ID=20202104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98102372A RU2164684C2 (en) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | Method of determination of value of acute toxicity of chemical substances by data of energy bond in molecule |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2164684C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4444891A (en) * | 1979-05-18 | 1984-04-24 | Duskin Franchise Co., Ltd. | Method for testing toxicity of chemical substance by using nematode |
| US4594236A (en) * | 1982-09-07 | 1986-06-10 | Skf Steel Engineering Ab | Method of manufacturing calcium carbide from powdered lime and/or limestone |
| GB2215043A (en) * | 1986-12-24 | 1989-09-13 | Bitterfeld Chemie | Process for testing the dermal toxicity of substances and mixtures of substances and for selecting skin-compatible active materials |
| WO1994006010A1 (en) * | 1992-09-02 | 1994-03-17 | Reinhard Teichmann | Process and device for in-vitro testing of effects on biological structures |
| RU2093830C1 (en) * | 1992-08-10 | 1997-10-20 | Николай Михайлович Кузнецов | Method of assay of severity degree the combined chemical damage with toxic substance - methylphosphoric acid dialkylaminoethyl-o-alkyl ester |
-
1998
- 1998-01-27 RU RU98102372A patent/RU2164684C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4444891A (en) * | 1979-05-18 | 1984-04-24 | Duskin Franchise Co., Ltd. | Method for testing toxicity of chemical substance by using nematode |
| US4594236A (en) * | 1982-09-07 | 1986-06-10 | Skf Steel Engineering Ab | Method of manufacturing calcium carbide from powdered lime and/or limestone |
| GB2215043A (en) * | 1986-12-24 | 1989-09-13 | Bitterfeld Chemie | Process for testing the dermal toxicity of substances and mixtures of substances and for selecting skin-compatible active materials |
| RU2093830C1 (en) * | 1992-08-10 | 1997-10-20 | Николай Михайлович Кузнецов | Method of assay of severity degree the combined chemical damage with toxic substance - methylphosphoric acid dialkylaminoethyl-o-alkyl ester |
| WO1994006010A1 (en) * | 1992-09-02 | 1994-03-17 | Reinhard Teichmann | Process and device for in-vitro testing of effects on biological structures |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЩЕРБАКОВ Г.Г. Некоторые закономерности взаимосвязи между токсичностью и строением неорганических композиций и их гигиеническая значимость. В сб.: Прогнозирование безвредных уровней содержания химических веществ в воздухе рабочей зоны. - М.: 1976, с.19-31. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cantatore et al. | Evolutionary analysis of cytochrome b sequences in some Perciformes: evidence for a slower rate of evolution than in mammals | |
| Cassidy et al. | Evaluation of a testicular sperm head counting technique using rats exposed to dimethoxyethyl phthalate (DMEP), glycerol α-monochlorohydrin (GMCH), epichlorohydrin (ECH), formaldehyde (FA), or methyl methanesulphonate (MMS) | |
| Nagymajtenyi et al. | Chromosomal aberrations and fetotoxic effects of atmospheric arsenic exposure in mice | |
| Sallie et al. | SWORD'93. Surveillance of work-related and occupational respiratory disease in the UK | |
| Marks et al. | Teratogenicity of a commercial xylene mixture in the mouse | |
| RU2164684C2 (en) | Method of determination of value of acute toxicity of chemical substances by data of energy bond in molecule | |
| Dixon | Problems in extrapolating toxicity data for laboratory animals to man. | |
| Can et al. | The determination of toxicities of sulphonylurea and phenylurea herbicides with quantitative structure–toxicity relationship (QSTR) studies | |
| Calleman et al. | A nonlinear dosimetric model for hemoglobin adduct formation by the neurotoxic agent acrylamide and its genotoxic metabolite glycidamide. | |
| Arnau et al. | Identification of Lilial® as a fragrance sensitizer in a perfume by bioassay‐guided chemical fractionation and structure‐activity relationships | |
| Jolanki et al. | Patch testing with a patient’s own materials handled at work | |
| Ahmad et al. | Characterization of structure isomers of ethylbenzalkyl dimethyl ammonium chlorides and quantification in commercial household disinfectant products | |
| Huang et al. | Discriminating modes of toxic action in mice using toxicity in BALB/c mouse fibroblast (3T3) cells | |
| Crane et al. | Exposure histories in acute nonlymphocytic leukemia patients with a prior preleukemic condition | |
| Lipnick | Correlative and mechanistic QSAR models in toxicology | |
| González et al. | Quantitative structure–activity relationship studies of vitamin D receptor affinity for analogues of 1α, 25-dihydroxyvitamin D3. 1: WHIM descriptors | |
| Russo et al. | Micronucleus induction in germ and somatic cells of the mouse after exposure to the butadiene metabolites diepoxybutane and epoxybutene | |
| Romert et al. | The cytotoxicity of 50 chemicals from the MEIC study determined by growth inhibition of Ascites Sarcoma BP8 cells: a comparison with acute toxicity data in man and rodents | |
| Dawson et al. | Joint toxic action of binary mixtures of osteolathyrogens at malformation‐inducing concentrations for Xenopus Embryos | |
| Grosso | Tooth hop variability in human and nonhuman bone: Effect on the estimation of saw blade TPI | |
| Gealy et al. | Evaluating clinical case report data for SAR modeling of allergic contact dermatitis | |
| RU2094801C1 (en) | Method of assay of average lethal concentrations of volatile organic compounds | |
| RU2093818C1 (en) | Method of accelerated determination of hygienic standards for chemicals in working zone air from data on thermodynamic properties | |
| Wilke | Harmonised test standard EN 16516-common approach for all building products for interiors | |
| Dawson | Joint action of t‐retinoic and valproic acids on Xenopus embryo development |