Container-Begasung mit Brommethan
Container und ihre unsichtbare Fracht
Schiffsladungen werden zur Gefahr für Mensch und Umwelt
Giftalarm im Hafen von Rotterdam. Ein Container aus Asien ist mit Nervengift hoch belastet und wird jetzt professionell entgast. Wie gefährlich Giftgas aus Containern ist, mussten Arbeiter der Messe München im September 2007 erfahren. Die Männer hatten einen Container mit Maschinenteilen aus Indien ausgeladen, alle 32 betroffenen Personen wurden mit Vergiftungserscheinungen ins Krankenhaus eingeliefert und dort behandelt, fünf von ihnen stationär. Die Spedition teilte den behandelnden Ärzten mit, dass der Container mit Brommethan begast war.
Brommethan ist ein Schädlingsbekämpfungsmittel, mit dem Container vor allem in asiatischen bzw. fernöstlichen Ländern behandelt werden um zu verhindern, dass Schädlinge z. B. im Holz von Paletten in die EU importiert werden. Die Verwendung von Brommethan als Begasungsmittel ist in der Europäischen Union seit 2010 untersagt. In anderen Ländern gelten allerdings andere Vorschriften.
Da die Container teilweise nicht gekennzeichnet sind und trotz langer Transportdauern z.T. noch hohe Konzentrationen an Brommethan aufweisen, werden sie zu einer ernsthaften Gesundheitsgefahr. So werden immer wieder Hafenarbeiter, Zöllner und LKW-Fahrer mit schweren Vergiftungserscheinungen in Kliniken eingeliefert. In Südafrika und der Ukraine kam es sogar zu Todesfällen. 4
Vergleich der Halogenmethane
Weiteres
Gefahrenpotential der Halogenmethane (MAK: Maximale Arbeitsplatz-Konzentration)
Anregungen
Der MAK-Wert (Maximale Arbeitsplatz-Konzentration) gibt die maximale Konzentration eines Stoffes in der Luft am Arbeitsplatz an, die nach aktuellem Wissensstand auch bei wiederholter und langfristiger Exposition die Gesundheit der Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer nicht beeinträchtigt. Er dient als Richtwert für den Arbeitsschutz und hilft, gesundheitliche Risiken durch chemische Stoffe zu minimieren.
Bindungsenergien und Molekülstabilität am Beispiel der Halogenmethane. Die Bindungsenergie ist die Energie, die benötigt wird, um eine chemische Bindung zwischen zwei Atomen zu brechen. Sie ist ein Maß für die Stärke dieser Bindung. Bei Halogenmethanen, wie z.B. Chloromethan (CH₃Cl), Brommethan (CH₃Br) und Iodmethan (CH₃I), variiert die Bindungsenergie je nach Halogenatom. Je höher die Bindungsenergie, desto stabiler ist das Molekül, da mehr Energie erforderlich ist, um die Bindung zu brechen. Die Stabilität der Moleküle beeinflusst ihre Reaktivität: Moleküle mit niedrigeren Bindungsenergien sind in der Regel reaktiver.
Achtung: häufig werden freie Elektronenpaare in Abbildungen vernachlässigt. Dies ist hier aber nicht der Fall.
Was kommt als Nucleophil in Frage? Was wird substituiert?
Denken Sie darüber nach, wie des aktive Zentrum nach Kontakt mit Brommethan aussähe.
Wenn Du deine Lösungen zu den Aufgaben fertig hast, kannst Du sie hier schrittweise prüfen und gegebenenfalls verbessern.
KI kann dir aber auch helfen, Ideen für Lösungen zu finden und einfach auch deine Fragen beantworten.
Dieser KI-Assistent wurde mit Teachino erstellt. Lehrkräfte können eigene Übungen auf https://www.teachino.io kreieren.
Reaktion von Brommethan mit Proteinen und Nukleinsäuren
Brommethan ist sehr reaktiv
Als alkylierendes Agens zeichnet sich Brommethan durch eine hohe Reaktionsfreudigkeit gegenüber nukleophilen Zentren in Proteinen und Nukleinsäuren (DNA und RNA) aus. Folgende Befunde zeigen beispielhaft die Wirkung von Brommethan5:
- Die Begasung von Mais- und Weizenpflanzen führte zur Methylierung zyklischer und exozyklischer Stickstoffatome von Cytosin, Adenin und Guanin in der Pflanzen-DNA.
- Auch in Mäusen fanden sich DNA-Addukte in Leber und Milz, in Ratten zusätzlich in Lunge, Vormagen und Magen nach einer Behandlung mit Brommethan.
- Schädlingsbekämpfer, die mit Brommethan Umgang hatten, wiesen gegenüber Kontrollpersonen einen erhöhten S-Methylcystein-Gehalt in Blutproteinen auf.
Reaktionen mit der DNA
Durch eine Veränderung der DNA-Basen funktioniert die Paarung der gegenüberliegenden Basen über H-Brücken (Adenin-Thymin bzw. Guanin-Cytosin) nicht mehr. Bei der Verdopplung der DNA können dann Mutationen entstehen, was zu Krebs führen kann.
Modell der DNA mit komplementären Basenpaaren, über Wasserstoffbrücken verbunden6
Reaktionen mit Proteinen
Durch die Reaktionen mit Proteinen kann deren Funktionstüchtigkeit eingeschränkt werden. Reagieren z. B. Aminosäurereste im aktiven Zentrum von Enzymen mti Brommethan, kann dies die Anlagerung eines Substratmoleküls unmöglich machen, so dass das Enzym funktionsuntüchtig ist. Dies erklärt die Beobachtung, dass die Enzymaktivitäten in Zellen, die mit Brommethan behandelt wurden, vermindert sind.
Modell Darstellung eines aktiven Zentrums in einem Enzym7
Weiteres
Auch andere Proteine können durch die Reaktion mit Brommethan so verändert werden, dass sie ihre Funktion nicht mehr erfüllen können. Beispielsweise sind hier wichtige intramolekulare Wechselwirkungen im Makromolekül dann nicht mehr möglich, so dass sich die gesamte Proteinstruktur verändert.
Für die Reaktion müssen die Brommethanmoleküle teilweise in winzige Lücken zwischen benachbarten Bereichen der Peptidkette eindringen.
Modell eines großen Proteinmoleküls mit wichtigem Ausschnitt 7
Begasungsmittel als Gefahrenquelle für Verbraucher
Weiteres
Brommethan kann während der langen Transportwege in die Waren, die in den begasten Containern transportiert wurden, eindringen. Dies birgt mögliche Gefahren für den Verbraucher, da aus den gekauften Produkten (Textilien, Leder, Holzprodukte) noch Brommethan austreten kann. Untersuchungen des TÜVs Rheinland zum „Ausgasen“ von Brommethan aus diversen Produkten aus begasten Containern führten u.a. zu den in Abb. 5 dargestellten Messergebnissen.
Weiteres
Ausgasung von Brommethan8
Aufgaben
- Erläutern Sie, inwiefern die in M2 aufgeführten Bindungsenergien darauf hinweisen, dass das Gefahrenpotential der verschiedenen Halogenmethane auf die unterschiedliche Reaktivität bei nucleophilen Substitutionen zurückzuführen
ist. - Begründen Sie, welche Stickstoff (N)-Atome der DNA-Basen als Angriffsstellen für Brommethan bevorzugt angegriffen werden müssten. Erklären Sie auch unter Verwendung von M3, warum Thymin nur sehr selten von Brommethan angegriffen wird.
- Formulieren Sie mit Hilfe von M3 für eine Reaktion zwischen einer DNA-Base und Brommethan die Reaktion mit Strukturformeln.
Wählen Sie eine Reaktion aus, die tatsächlich zu veränderten Basenpaarungseigenschaften führt. - Erklären Sie mit Hilfe von M3 die Auswirkungen des Einflusses von Brommethan auf die Enzymaktivitäten.
- Erläutern Sie mit Hilfe von M3, inwiefern die geringe Molekülgröße zur beträchtlichen Giftigkeit beiträgt: Hinweis die erbgutschädigende Wirkung nimmt über Bromethan zu Brompropan ab, für Brombutan ist keine erbgutschädigende Wirkung bekannt.
Weitergedacht
- Erläutern Sie, inwiefern durch Containerbegasung mit Brommethan auch für Endverbraucher Gesundheitsgefahren bestehen können.
- Erklären Sie die Begriffe „ zyklische und exozyklische Stickstoffatome“, „DNA-Addukte“ und „S-Methylcystein“.