Methyl thủy ngân

Cấu trúc của hai loại phức chất chính được hình thành bởi "methyl thủy ngân". X ^- = anion, L = base Lewis trung tính.

Mô hình 3D của nhóm chức methyl thủy ngân.

Methyl thủy ngân là một cation hóa học cơ kim với công thức [CH₃Hg]⁺. Các dẫn xuất của nó là nguồn thủy ngân hữu cơ chính cho con người. Nó là một chất độc môi trường có tính tích lũy sinh học.^[1]

Cấu trúc và hóa học

"Methyl thủy ngân" là một cách viết tắt của "cation methyl thủy ngân" giả thuyết, đôi khi được viết là " cation methylmercury (1+) " hoặc " cation methylmercury (II) ". Nhóm chức năng này bao gồm một nhóm methyl liên kết với thủy ngân. Công thức hóa học của nó là CH₃Hg⁺ (đôi khi được viết là MeHg⁺). Methyl thủy ngân tồn tại như một nhóm thế trong nhiều phức hợp loại [MeHgL] ⁺ (cơ sở L = Lewis) và MeHgX (X = anion).^[2]

Là một ion tích điện dương, nó dễ dàng kết hợp với các anion như chloride (Cl⁻), hydroxide (OH^-) và nitrat (NO₃⁻). Nó có ái lực đặc biệt với các anion chứa lưu huỳnh, đặc biệt là thiols (RS^-). Thiols được tạo ra trên cysteine amino acid và glutathione peptide tạo thành phức chất mạnh với methyl thủy ngân:^[3]

MeHg ⁺) + RSH → MeHg-SR + H ⁺)

Nguồn gốc

Nguồn từ môi trường

Cấu trúc của phức chất "methyl thủy ngân" và cysteine.^[4]. Mã màu: xanh đậm = Hg, vàng = S.

Methyl thủy ngân được hình thành từ thủy ngân vô cơ do tác động của các vi khuẩn sống trong các hệ thống thủy sinh bao gồm hồ, sông, đầm lầy, trầm tích, đất và đại dương mở.^[5] Việc tạo ra methyl thủy ngân này chủ yếu được quy cho vi khuẩn yếm khí trong trầm tích.^[6] Nồng độ methyl thủy ngân đáng kể trong các cột nước đại dương ^[7] có liên quan chặt chẽ với việc tái cấu trúc các chất dinh dưỡng và chất hữu cơ, điều này cho thấy việc tái khoáng hóa có thể góp phần vào việc tạo thành methyl thủy ngân.^[8] Các phép đo trực tiếp việc tạo thành methyl thủy ngân sử dụng đồng vị thủy ngân ổn định cũng đã được quan sát trong vùng nước oxic,^[9][10] nhưng các vi khuẩn liên quan vẫn chưa được biết rõ. Lũ lụt liên quan đến việc tạo hồ chứa (ví dụ để sản xuất thủy điện) có liên quan đến việc tăng nồng độ methyl thủy ngân trong nước hồ và cá.^[11]

Có nhiều nguồn thủy ngân vô cơ khác nhau có thể gián tiếp đóng góp vào việc tạo thành methyl thủy ngân từ vi khuẩn trong môi trường. Các nguồn thủy ngân tự nhiên thải ra khí quyển bao gồm núi lửa, cháy rừng, bay hơi từ đại dương ^[12] và phong hóa đá mang thủy ngân.^[13] Các nguồn thủy ngân nhân tạo bao gồm đốt chất thải có chứa thủy ngân vô cơ và từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là than đá. Mặc dù thủy ngân vô cơ chỉ là một thành phần của các loại nhiên liệu như vậy, nhưng việc đốt cháy quy mô lớn của chúng trong các nồi hơi công nghiệp và thương mại/công nghiệp ở Hoa Kỳ đã dẫn đến việc thải ra khoảng 80,2 ton (73 tấn) thủy ngân nguyên tố vào khí quyển mỗi năm, tính trên tổng phát thải thủy ngân do con người gây ra ở Hoa Kỳ là 158 ton (144 tấn)/năm.

Trước đây, methyl thủy ngân được sản xuất trực tiếp và gián tiếp như là một phần của một số quy trình công nghiệp như sản xuất acetaldehyde. Tuy nhiên, hiện nay có rất ít trực tiếp nguồn methylmercury do con người tạo ra từ ô nhiễm môi trường tại Hoa Kỳ.

Ngộ độc methyl thủy ngân cấp tính có thể xảy ra trực tiếp từ việc giải phóng methyl thủy ngân vào môi trường hoặc gián tiếp từ việc giải phóng thủy ngân vô cơ sau đó bị methyl hóa trong môi trường. Ví dụ, ngộ độc methyl thủy ngân xảy ra tại Grassy Narbow ở Ontario, Canada (xem Bệnh Minamata ở Ontario) do thủy ngân được giải phóng từ quá trình Chloralkali của tế bào thủy ngân, sử dụng thủy ngân lỏng làm điện cực trong quá trình phân hủy nước muối, tiếp theo là việc methyl hóa thủy ngân trong môi trường nước. Một thảm kịch ngộ độc methyl thủy ngân cấp tính cũng xảy ra ở Minamata, Nhật Bản sau khi xả thải methyl thủy ngân vào vịnh Minamata và các nhánh của nó (xem bệnh Minamata). Trong trường hợp Ontario, thủy ngân vô cơ thải ra môi trường đã bị methyl hóa trong môi trường; trong khi đó ở Minamata, Nhật Bản, đã thải methyl thủy ngân công nghiệp trực tiếp ra ngoài môi trường.

Tham khảo

1. Halliday, Tim; Davey, Basiro (2007). Water and health in an overcrowded world. Oxford: Oxford University Press. tr. 79, 80, 95. ISBN 9780199237302.
2. Canty, Allan J.; Chaichit, Narongsak; Gatehouse, Bryan M.; George, Edwin E.; Hayhurst, Glen (1981). “Coordination chemistry of methylmercury(II). Synthesis, hydrogen-1 NMR, and crystallographic studies of cationic complexes of Me Hg(II) with ambidentate and polydentate ligands containing pyridyl and N-substituted imidazolyl donors and involving unusual coordination geometries”. Inorganic Chemistry. 20 (8): 2414–2422. doi:10.1021/ic50222a011.
3. Nolan, Elizabeth M.; Lippard, Stephen J. (2008). “Tools and Tactics for the Optical Detection of Mercuric Ion”. Chemical Reviews. 108 (9): 3443–3480. doi:10.1021/cr068000q. PMID 18652512.
4. Taylor, Nicholas J.; Wong, Yau S.; Chieh, Peter C.; Carty, Arthur J. (1975). “Syntheses, X-ray crystal structure, and vibrational spectra of L-cysteinato(methyl)mercury(II) monohydrate”. Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions (5): 438. doi:10.1039/DT9750000438.
5. Ullrich, Susanne; Tanton, Trevor; Abdrashitova, Svetlana (2001). “Mercury in the Aquatic Environment: A Review of Factors Affecting Methylation”. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 31 (3): 241–293. doi:10.1080/20016491089226.
6. Compeau, G. C.; Bartha, R. (ngày 1 tháng 8 năm 1985). “Sulfate-Reducing Bacteria: Principal Methylators of Mercury in Anoxic Estuarine Sediment”. Applied and Environmental Microbiology (bằng tiếng Anh). 50 (2): 498–502. doi:10.1128/AEM.50.2.498-502.1985. ISSN 0099-2240. PMC 238649. PMID 16346866.
7. Mason, R. P.; Fitzgerald, W. F. (ngày 4 tháng 10 năm 1990). “Alkylmercury species in the equatorial Pacific”. Nature (bằng tiếng Anh). 347 (6292): 457–459. Bibcode:1990Natur.347..457M. doi:10.1038/347457a0.
8. Sunderland, Elsie M.; Krabbenhoft, David P.; Moreau, John W.; Strode, Sarah A.; Landing, William M. (ngày 1 tháng 6 năm 2009). “Mercury sources, distribution, and bioavailability in the North Pacific Ocean: Insights from data and models”. Global Biogeochemical Cycles (bằng tiếng Anh). 23 (2): GB2010. Bibcode:2009GBioC..23.2010S. CiteSeerX 10.1.1.144.2350. doi:10.1029/2008GB003425. ISSN 1944-9224.
9. Schartup, Amina T.; Balcom, Prentiss H.; Soerensen, Anne L.; Gosnell, Kathleen J.; Calder, Ryan S. D.; Mason, Robert P.; Sunderland, Elsie M. (ngày 22 tháng 9 năm 2015). “Freshwater discharges drive high levels of methylmercury in Arctic marine biota”. Proceedings of the National Academy of Sciences (bằng tiếng Anh). 112 (38): 11789–11794. Bibcode:2015PNAS..11211789S. doi:10.1073/pnas.1505541112. ISSN 0027-8424. PMC 4586882. PMID 26351688.
10. Lehnherr, Igor; Louis, Vincent L. St.; Hintelmann, Holger; Kirk, Jane L. (2011). “Methylation of inorganic mercury in polar marine waters”. Nature Geoscience. 4 (5): 298–302. Bibcode:2011NatGe...4..298L. doi:10.1038/ngeo1134.
11. St.Louis, Vincent L.; Rudd, John W. M.; Kelly, Carol A.; Bodaly, R. A. (Drew); Paterson, Michael J.; Beaty, Kenneth G.; Hesslein, Raymond H.; Heyes, Andrew; Majewski, Andrew R. (ngày 1 tháng 3 năm 2004). “The Rise and Fall of Mercury Methylation in an Experimental Reservoir”. Environmental Science & Technology. 38 (5): 1348–1358. doi:10.1021/es034424f. ISSN 0013-936X. PMID 15046335.
12. “Mercury in the Environment”. U.S. Geological Survey. Bản gốc lưu trữ ngày 18 tháng 7 năm 2015. Truy cập ngày 20 tháng 9 năm 2013.
13. Tewalt, S. J.; Bragg, L. J.; Finkelman, R. B., 2005, Mercury in U.S. coal -- Abundance, distribution, and modes of occurrence, U.S. Geological Survey Fact Sheet 095-01. Access-date=ngày 12 tháng 1 năm 2006.