โมโนคลอรามีน

ไฮโดรเจน , H   ไนโตรเจน , N   คลอรีน , Cl
ชื่อ
ชื่ออื่นๆ คลอรามีน คลอราไมด์[ 1 ]
ตัวระบุ
หมายเลข CAS	10599-90-3 วาย
โมเดล 3 มิติ ( JSmol )	ภาพแบบโต้ตอบ
ชอีบี	เชบี:82415
เคมีเอ็มบีแอล	เคมีเอ็มบีแอล1162370 วาย
เคมสไปเดอร์	23735 วาย
บัตรข้อมูล ECHA	100.031.095
หมายเลข EC	234-217-9
เคกก์	ซี19359 วาย
เมช	คลอรามีน
PubChem CID	25423
มหาวิทยาลัย	KW8K411A1P
หมายเลข UN	3093
แดชบอร์ด CompTox ( EPA )	DTXSID8023842
อินชิ InChI=1S/ClH2N/c1-2/h2H2 เอ็น รหัส: QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N เอ็น
รอยยิ้ม เอ็นซีแอล
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	เอ็นเอช2คล.
มวลโมลาร์	51.476 กรัมต่อโมล
รูปร่าง	ก๊าซไร้สี
จุดหลอมเหลว	−66 °C (−87 °F; 207 K)
ความ เป็น กรด ( pKa )	14
ความเป็นเบส (p K b )	15
อันตราย
ความปลอดภัยและสุขภาพในการทำงาน (OHS/OSH):
อันตรายหลัก	กรดกัดกร่อน
อันตรายจากการกลืนกิน	มีฤทธิ์กัดกร่อน ทำให้เกิดอาการคลื่นไส้และอาเจียน
อันตรายจากการสูดดม	กัดกร่อน
อันตรายต่อดวงตา	อาการระคายเคือง
อันตรายต่อผิวหนัง	อาการระคายเคือง
การติดฉลากGHS :
ภาพสัญลักษณ์
คำสัญญาณ	อันตราย
คำเตือนเกี่ยวกับอันตราย	H290 , H314 , H315 , H319 , H335 , H372 , H412
คำเตือน	P234 , P260 , P264 , P270 , P271 , P273 , P280 , P301+P330+P331 , P302+P352 , P303+P361+P353 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P310 , P312 , P314 , P321 , P332+P313 , P337+P313 , P362 , P363 , P390 , P403+P233 , P404 , P405 , P501
มาตรฐาน NFPA 704 (สัญลักษณ์รูปเพชรกันไฟ)	[ 2 ] 3 1 1 กรด
ปริมาณหรือความเข้มข้นที่ทำให้เสียชีวิต (LD, LC):
LD 50 ( ขนาดยาเฉลี่ย )	935 มก./กก. (หนู, ทางปาก) [ 2 ]
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง	แอมโมเนีย ไดคลอรามีน ไนโตรเจนไตรคลอไรด์ ฟลูออโรอะมีน คลอโรไดฟลูออโรเอมีน
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa) เอ็น ตรวจสอบ  (คืออะไร   ?) วายเอ็น ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล

โมโนคลอรามีนซึ่งมักเรียกว่าคลอรามีนเป็นสารประกอบทางเคมีที่มีสูตร NH₂Cl _ร่วมกับไดคลอรามีน (NHCl₂ ₎และไนโตรเจนไตรคลอไรด์ (NCl₃ ₎เป็นหนึ่งในสามคลอรามีนของแอมโมเนีย[ ^{3 ] เป็น}ของเหลวไม่มีสี มีจุดหลอมเหลวที่ −66 °C (−87 °F) แต่โดยทั่วไปจะใช้ในรูปสารละลาย เจือจาง และบางครั้งก็ใช้เป็นสารฆ่าเชื้อในรูปแบบนี้ คลอรามีนมีความไม่เสถียรเกินกว่าจะวัดจุดเดือด ได้ ^{[ 4 ]}

คลอรามีนใช้เป็นสารฆ่าเชื้อในน้ำ มีฤทธิ์กัดกร่อนน้อยกว่าคลอรีนและมีความเสถียรต่อแสงมากกว่าไฮโปคลอไรต์^{[ 5 ]}

คลอรามีนถูกนำมาใช้มากขึ้นในความเข้มข้น ต่ำในฐานะ สารฆ่าเชื้อรองในระบบจ่ายน้ำประปาของเทศบาลเป็นทางเลือกแทน การ ใช้คลอรีนเนื่องจากโมโนคลอรามีนมีปฏิกิริยาน้อยกว่ามากและไม่สลายตัวเร็วเท่าคลอรีนธาตุ (ซึ่งในการบำบัดน้ำ เรียกว่าคลอรีนอิสระ) นอกจากนี้ คลอรามีนยังมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนสารอินทรีย์ให้เป็น คลอโรคาร์บอนเช่นคลอโรฟอร์มและคาร์บอนเตตระ คลอ ไรด์ ในระดับที่ต่ำกว่า แต่ก็ยังคงมีฤทธิ์อยู่สารประกอบดังกล่าวได้รับการระบุว่าเป็นสารก่อมะเร็งและในปี 1979 สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (EPA) ได้เริ่มควบคุมระดับของสารเหล่านี้ในน้ำดื่มของ สหรัฐอเมริกา ^{[ 6 ]}

ผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่ไม่ได้รับการควบคุมบางส่วนอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพมากกว่าสารเคมีที่ได้รับการควบคุม^{[ 7 ]}

เนื่องจากมีฤทธิ์เป็นกรด การเติมคลอรามีนลงในน้ำประปาอาจทำให้ได้รับสารตะกั่วในน้ำดื่ม มากขึ้น โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีบ้านเรือนเก่า การได้รับสารตะกั่วนี้อาจส่งผลให้ระดับตะกั่วในกระแสเลือด เพิ่มสูงขึ้น ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพอย่างมาก โชคดีที่โรงบำบัดน้ำสามารถเติมสารเคมีกัดกร่อนลงในโรงงานได้ ซึ่งมีวัตถุประสงค์สองประการคือ ลดการกัดกร่อนของน้ำ และทำให้สารฆ่าเชื้อคงตัว^{[ 8 ]}

ในสระว่ายน้ำ คลอรามีนเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของคลอรีนอิสระกับหมู่เอมีนที่มีอยู่ในสารอินทรีย์โดยส่วนใหญ่เป็นสารที่มีต้นกำเนิดทางชีวภาพ (เช่นยูเรียในเหงื่อและปัสสาวะ ) เมื่อเปรียบเทียบกับคลอรีนอิสระ คลอรามีนมีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อ น้อยกว่า และหากจัดการไม่ถูกต้อง อาจระคายเคืองตาของผู้ว่ายน้ำได้มากกว่า คลอรามีนเป็นสาเหตุของกลิ่น "คลอรีน" ที่เป็นเอกลักษณ์ของสระว่ายน้ำ ซึ่งมักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นคลอรีนธาตุโดยสาธารณชน^{[ 9 ] [ 10 ]}ชุดทดสอบน้ำในสระว่ายน้ำบางชุดที่ออกแบบมาสำหรับใช้ในบ้านไม่ได้แยกแยะคลอรีนอิสระและคลอรามีน ซึ่งอาจทำให้เข้าใจผิดและนำไปสู่ระดับคลอรามีนที่ไม่เหมาะสมในน้ำในสระ^{[ 11 ]} นอกจากนี้ยังมีหลักฐานว่าการสัมผัสกับคลอรามีนอาจส่งผลให้เกิดปัญหาทางเดินหายใจรวมถึงโรคหอบหืดในหมู่นัก ว่า ย น้ำ ^{[ 12 ]}ปัญหาทางเดินหายใจที่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสกับคลอรามีนเป็นเรื่องปกติและพบได้บ่อยในหมู่นักว่ายน้ำแข่งขัน^{[ 13 ]}

แม้ว่ากลิ่นเฉพาะตัวของคลอรามีนจะถูกบางคนอธิบายว่าเป็นกลิ่นที่น่าพึงพอใจและชวนให้คิดถึง^{[ 14 ]}แต่การก่อตัวของคลอรามีนในน้ำสระว่ายน้ำอันเป็นผลมาจากการที่ของเหลวในร่างกายสัมผัสกับคลอรีนสามารถลดให้น้อยที่สุดได้โดยการส่งเสริมให้มีการอาบน้ำและวิธีการสุขอนามัยอื่นๆ ก่อนลงสระว่ายน้ำ^{[ 15 ]}รวมถึงการงดว่ายน้ำในขณะที่ป่วยเป็นโรคเกี่ยวกับระบบย่อยอาหาร และการหยุดพักเพื่อเข้าห้องน้ำแทนที่จะปัสสาวะลงในสระว่ายน้ำโดยตรง^{[ 16 ] [ 17 ]}

มาตรฐานคุณภาพน้ำดื่มของ US EPA จำกัดความเข้มข้นของคลอรามีนสำหรับระบบน้ำประปาสาธารณะไว้ที่ 4 ส่วนในล้านส่วน (ppm) โดยอิงจากค่าเฉลี่ยรายปีของตัวอย่างทั้งหมดในระบบจ่ายน้ำ เพื่อให้เป็นไปตามข้อจำกัดที่ EPA กำหนดเกี่ยวกับผลพลอยได้จากการฆ่าเชื้อด้วยฮาโลเจนหน่วยงานสาธารณูปโภคหลายแห่งจึงเปลี่ยนจากการใช้คลอรีนมาใช้คลอรามีน แม้ว่าการใช้คลอรามีนจะทำให้เกิดผลพลอยได้จากการฆ่าเชื้อด้วยฮาโลเจนโดยรวมที่น้อยกว่า แต่ก็อาจทำให้เกิดความเข้มข้นของผลพลอยได้จากการฆ่าเชื้อด้วยไอโอดีนและ N- ไนโต รโซไดเมทิลอะมีนที่ไม่ได้รับการควบคุมได้มากขึ้น^{[ 18 ] [ 19 ]}ทั้งผลพลอยได้จากการฆ่าเชื้อด้วยไอโอดีนและN-ไนโตรโซไดเมทิลอะมีนแสดงให้เห็นว่าเป็น สาร ก่อ กลายพันธุ์ ทำให้เกิดความเสียหายต่อข้อมูลทางพันธุกรรมภายในเซลล์ ส่งผลให้เกิดการกลายพันธุ์ซึ่งอาจนำไปสู่โรคมะเร็งได้^{[ 19 ]}

สารประกอบคลอรามีนที่เพิ่งค้นพบใหม่อีกชนิดหนึ่งคือไอออนคลอโรไนตราไมด์ซึ่งยังไม่ได้มีการตรวจสอบความเป็นพิษ^{[ 20 ]}

เมื่อระบบจ่ายน้ำ ของชุมชน เปลี่ยนจากคลอรีนเป็นโมโนคลอรามีนเพื่อใช้เป็นสารฆ่าเชื้อ^พบว่าตะกั่ว จะละลายออกมาจาก ท่อตะกั่ว [ ^{21 ]}

คุณสมบัติในการออกซิเดชั่นของคลอรีนช่วยทำให้ชั้นพาสซิเวชั่นของตะกั่วไดออกไซด์ในท่อตะกั่วมีความเสถียร แต่คลอรามีนเป็นสารออกซิไดซ์ ที่อ่อน กว่าคลอรีนธาตุ ดังนั้น เมื่อคลอรีนถูกแทนที่ด้วยโมโนคลอรามีนในระบบประปาตะกั่วไดออกไซด์สามารถถูกรีดิวซ์เป็นตะกั่วในรูปแบบที่ละลายน้ำได้มากขึ้น ส่งผลให้ความเข้มข้นของตะกั่วในน้ำดื่มเพิ่มขึ้น^{[ 22 ]}

คลอรามีนละลายได้ง่ายในน้ำและอีเทอร์แต่ละลายได้น้อยกว่าในคลอโรฟอร์มและคาร์บอนเตตระคลอไรด์ [ ^{5 ] มัน}ไม่เสถียรอย่างมากเมื่อมีความเข้มข้น คลอรามีนบริสุทธิ์จะสลายตัวอย่างรุนแรงที่อุณหภูมิสูงกว่า −40 °C (−40 °F) ^{[ 23 ]}เมื่ออยู่ในรูปก๊าซและสารละลายในน้ำ มันจะเสถียรต่อความร้อนมากกว่าเล็กน้อย^{[ 5 ]}

ในสารละลายเจือจาง คลอรามีนจะถูกเตรียมโดยปฏิกิริยาของแอมโมเนียกับโซเดียมไฮโปคลอไรต์ : ^{[ 5 ]}

NH ₃ + NaOCl → NH ₂ Cl + NaOH

คลอรามีนยังเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของยูเรียในปัสสาวะด้วย: ^{[ 24 ]}

2 HClO + CO(NH ₂ ) ₂ → CO ₂ + H ₂ O + 2 NH ₂ Cl

คลอรามีนในรูปก๊าซสามารถได้มาจากการทำปฏิกิริยาระหว่างแอมโมเนียในรูปก๊าซกับ คลอรีนในรูป ก๊าซ (เจือจางด้วยไนโตรเจน ):

2 NH ₃ + Cl ₂ ⇌ NH ₂ Cl + NH ₄ Cl

สามารถเตรียมคลอรามีนบริสุทธิ์ได้โดยการผ่านฟลูออโรอะมีนผ่านแคลเซียมคลอไรด์ :

2 NH ₂ F + CaCl ₂ → 2 NH ₂ Cl + CaF ₂

พันธะโควาเลนต์ N−Cl ของคลอรามีนจะถูกไฮโดรไลซ์ ได้ง่าย พร้อมกับการปล่อยกรดไฮโปคลอรัส ออกมา : ^{[ 25 ]}

RR′NCl + H₂O _⇌ RR′NH + HOCl

ค่าคงที่ไฮโดรไลซิสเชิงปริมาณ( ค่าK ) แสดงถึงพลัง ในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียของคลอรามีน และโดยทั่วไปจะมีค่าอยู่ในช่วง 10 ⁻⁴ถึง 10 ⁻¹⁰ (2.8 × 10 ⁻¹⁰สำหรับโมโนคลอรามีน) ซึ่งกำหนดโดยสูตรด้านล่าง:

${\displaystyle K={\frac {c_{{\text{RR}}'{\text{NH}}}\cdot c_{\text{HOCl}}}{c_{{\text{RR}}'{\text{NCl}}}}}}$

ในสารละลายในน้ำ คลอรามีนจะค่อยๆ สลายตัวเป็นไดไนโตรเจนและแอมโมเนียมคลอไรด์ในสภาวะที่เป็นกลางหรือเป็นด่างเล็กน้อย ( pH ≤ 11 ):

3 NH₂Cl _→ N₂ ₊ NH₄Cl ₊ 2 HCl

อย่างไรก็ตาม สารละลายคลอรามีน 0.1 M ในน้ำ เพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์เท่านั้น  ที่จะสลายตัวตามสูตรในเวลาหลายสัปดาห์ ที่ค่า pH สูงกว่า 11 ปฏิกิริยาต่อไปนี้กับไอออนไฮดรอกไซด์จะค่อยๆ เกิดขึ้น:

3 NH₂Cl ₊ 3 OH⁻ ^→ NH₃ + N₂ ₊ 3 _Cl⁻ ⁺ 3 _H₂O

ในสภาวะที่เป็นกรดที่ค่า pH ประมาณ 4 คลอรามีน จะเกิด ปฏิกิริยาไม่สมดุลกลายเป็นไดคลอรามี น ซึ่งต่อมาจะเกิดปฏิกิริยาไม่สมดุลอีกครั้งที่ค่า pH ต่ำกว่า 3 กลายเป็นไนโตรเจนไตรคลอไรด์

2 NH ₂ Cl + H ⁺ ⇌ NHCl ₂ + NH+4

3 NHCl ₂ + H ⁺ ⇌ 2 NCl ₃ + NH+4

ที่ค่า pH ต่ำ ไนโตรเจนไตรคลอไรด์จะเป็นสารประกอบหลัก และที่ค่า pH 3–5 ไดคลอรามีนจะเป็นสารประกอบหลัก สมดุลเหล่านี้ถูกรบกวนโดยการสลายตัวที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ของสารประกอบทั้งสองชนิด:

NHCl ₂ + NCl ₃ + 2 H ₂ O → N ₂ + 3 HCl + 2 HOCl

ในน้ำ คลอรามีนมีค่า pH เป็นกลาง เป็นสารออกซิไดซ์ (สารละลายกรด: E ° = +1.48 VในสารละลายเบสE ° = +0.81 V ): ^{[ 5 ]}

NH ₂ Cl + 2 H ⁺ + 2 e ⁻ → NH+4+ Cl ⁻

ปฏิกิริยาของคลอรามีน ได้แก่การแทนที่คลอรีนด้วยอนุมูลอิสระการแทนที่ ไฮโดรเจนด้วยอิเล็ก โทรฟิล และ การ เติม ออกซิเดชัน

เช่นเดียวกับกรดไฮโปคลอรัส คลอรามีนสามารถให้คลอรีนที่มีประจุบวกในปฏิกิริยากับนิวคลีโอไฟล์ (Nu ⁻ ):

Nu ⁻ + NH ₃ Cl ⁺ → NuCl + NH ₃

ตัวอย่างของปฏิกิริยาคลอริเนชัน ได้แก่ การเปลี่ยนรูปไปเป็นไดคลอรามีนและไนโตรเจนไตรคลอไรด์ในสภาวะกรด ดังที่ได้อธิบายไว้ในส่วนการสลายตัว

คลอรามีนยังสามารถทำปฏิกิริยาอะมิเนชั่นกับนิวคลีโอไฟล์ได้ ( อะมิเนชั่นแบบอิเล็กโทรฟิลิก ):

Nu ⁻ + NH ₂ Cl → NuNH ₂ + Cl ⁻

การเติมหมู่เอมีนลงในแอมโมเนียด้วยคลอรามีนเพื่อสร้างไฮดราซีนเป็นตัวอย่างหนึ่งของกลไกนี้ที่พบในกระบวนการโอลิ่น-ราสชิก:

NH₂Cl + _{NH₃ + NaOH} → _N₂H₄ + NaCl + _H₂O

คลอรามีนจะทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรฟิลและเติมหมู่เอมีนในสภาวะที่เป็นกลางและด่างเพื่อเริ่มการสลายตัว:

2 NH ₂ Cl → N ₂ H ₃ Cl + HCl

คลอโรไฮดราซีน( N₂H₃Cl ) _{ที่ เกิดขึ้นระหว่างการสลาย ตัว}ด้วยตนเองนั้นไม่เสถียรและสลายตัวต่อไป ซึ่งนำไปสู่ปฏิกิริยาการสลายตัวสุทธิ:

3 NH₂Cl _→ N₂ ₊ NH₄Cl ₊ 2 HCl

โมโนคลอรามีนออกซิไดซ์ซัลฟ์ไฮดริลและไดซัลไฟด์ในลักษณะเดียวกับกรดไฮโปคลอรัส^{[ 26 ]}แต่มีฤทธิ์ฆ่าเชื้อเพียง 0.4% ของ HClO ^{[ 27 ]}

• การฆ่าเชื้อโรค
• ผลพลอยได้จากการฆ่าเชื้อ
• การบำบัดน้ำ
• เชื้อโรค
• คลอรามีน

• "น้ำดื่มที่มีคลอรีน" เอกสารวิจัยของ IARC (1991)
• ระดับสารปนเปื้อนสูงสุดที่กำหนดโดย EPA
• หน้าเว็บสำหรับ NH ₂ Cl
• คลอรีนและคลอรามีนในตู้ปลาน้ำจืด