เคมีของสารประกอบออร์กาโนคลอรีน
| ภาพแสดง คลอโรฟอร์มสองแบบ |
เคมีออร์กาโนคลอรีนเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของสารประกอบออร์กาโนคลอรีนหรือออร์กาโนคลอไรด์ซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์ ที่มี พันธะคาร์บอน - คลอรีน ตั้งแต่หนึ่งพันธะขึ้นไป [ 1 ]กลุ่ม คลอ โรอัลเคน ( อัลเคนที่มีไฮโดรเจนตั้งแต่หนึ่งอะตอมขึ้นไปถูกแทนที่ด้วยคลอรีน) เป็นตัวอย่างที่พบได้ทั่วไป ความหลากหลายทางโครงสร้างและคุณสมบัติทางเคมีที่แตกต่างกันของออร์กาโนคลอไรด์ทำให้มีชื่อ การใช้งาน และคุณสมบัติที่หลากหลาย สารประกอบออร์กาโนคลอรีนมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในหลายด้าน แม้ว่าบางชนิดจะก่อให้เกิดความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมอย่างมาก โดยDDTและTCDDเป็นหนึ่งในสารที่โด่งดังที่สุด[ 2 ]
สารประกอบออร์กาโนคลอไรด์ เช่นไตรคลอโรเอ ทิลี นเตตระคลอโรเอทิลีน ไดคลอโรมีเทนและคลอโรฟอร์มนิยมใช้เป็นตัวทำละลาย และเรียกกันว่า "ตัวทำละลายที่มีคลอรีนเป็นองค์ประกอบ"
คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี
การคลอริเนชันเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพของไฮโดรคาร์บอนในหลายด้าน สารประกอบเหล่านี้มักมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำเนื่องจากน้ำหนักอะตอมของคลอรีนสูงกว่าไฮโดรเจน นอกจากนี้ยังมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงกว่าไฮโดรคาร์บอนชนิดอื่นที่เกี่ยวข้อง และความไวไฟจะลดลงเมื่อปริมาณคลอรีนในไฮโดรคาร์บอนเพิ่มขึ้น
สารประกอบออร์กาโนคลอไรด์แบบอะลิฟาติกมักเป็นสารก่ออัลคิเลตเนื่องจากคลอรีนสามารถทำหน้าที่เป็นหมู่ที่หลุดออกไปได้ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อเซลล์
ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ
สารประกอบออร์กาโนคลอรีนหลายชนิดได้รับการแยกจากแหล่งธรรมชาติตั้งแต่แบคทีเรียไปจนถึงมนุษย์ (เช่น 3-คลอโรไทโรซีน ) [ 3 ] [ 4 ]สารประกอบอินทรีย์คลอรีนพบได้ในโมเลกุลชีวภาพและผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ เกือบทุกประเภท รวมถึง อั ลคาลอยด์ เทอร์ พีน กรดอะมิ โน ฟลาโวน อยด์ สเตียรอยด์และกรดไขมัน[ 3 ] [ 5 ]ไดออกซินซึ่งเป็นที่น่ากังวลเป็นพิเศษต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงของไฟป่า และพบได้ในเถ้าถ่านที่เก็บรักษาไว้ของไฟที่จุดโดยฟ้าผ่าซึ่งมีมาก่อนไดออกซินสังเคราะห์[ 6 ]นอกจากนี้ ไฮโดรคาร์บอนคลอรีนอย่างง่ายหลายชนิด รวมถึงไดคลอโรมีเทนคลอโรฟอร์มและคาร์บอนเตตระคลอไรด์ได้รับการแยกจากสาหร่ายขนาดใหญ่[ 7 ]คลอโรมีเทนส่วนใหญ่ในสิ่งแวดล้อมเกิดขึ้นตามธรรมชาติจากชุมชนจุลินทรีย์ไฟป่า และภูเขาไฟ[ 8 ]
อีพิบาติดีนซึ่งเป็นออร์กาโนคลอไรด์ตามธรรมชาติเป็นอัลคาลอยด์ที่แยกได้จากกบต้นไม้ มี ฤทธิ์ ระงับปวด อย่างรุนแรง และกระตุ้นให้เกิดการวิจัยเกี่ยวกับยาแก้ปวดชนิดใหม่ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากดัชนีการรักษา ที่ไม่เป็นที่ยอมรับ จึงไม่ได้เป็นหัวข้อของการวิจัยเพื่อการใช้ประโยชน์ทางการรักษาอีกต่อไป[ 9 ] กบได้รับอีพิบาติดีนผ่านทางอาหาร ซึ่งจะถูกกักเก็บไว้ในผิวหนัง แหล่งอาหารที่เป็นไปได้ ได้แก่ ด้วง มด ไร และแมลงวัน[ 10 ]
การตระเตรียม
จากคลอรีน
อัลเคนและอะริลอัลเคนอาจถูกคลอริเนตภายใต้สภาวะอนุมูลอิสระด้วยแสงยูวี อย่างไรก็ตาม ระดับของการคลอริเนตนั้นควบคุมได้ยาก อะริลคลอไรด์สามารถเตรียมได้โดยปฏิกิริยา Friedel–Craftsโดยใช้คลอรีนและตัวเร่งปฏิกิริยากรดลูอิส[ 2 ]
ปฏิกิริยาฮาโลฟอร์มโดยใช้คลอรีนและโซเดียมไฮดรอกไซด์สามารถสร้างแอลคิลเฮไลด์จากเมทิลคีโตนและสารประกอบที่เกี่ยวข้องได้เช่นกัน ในอดีตเคยมีการผลิตคลอโรฟอร์มด้วยวิธีนี้
คลอรีนจะเข้าไปเพิ่มในพันธะคู่ของแอลคีนและแอลไคน์เช่นกัน ทำให้เกิดสารประกอบไดคลอโรหรือเตตระคลอโร
ปฏิกิริยากับไฮโดรเจนคลอไรด์
แอลคีนทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) เพื่อให้ได้แอลคิลคลอไรด์ ตัวอย่างเช่น การผลิตคลอโรอีเทน ในอุตสาหกรรม ดำเนินไปโดยปฏิกิริยาของเอทิลีนกับ HCl:
- H₂C = + →
ในกระบวนการออกซีคลอริเนชันจะใช้ไฮโดรเจนคลอไรด์แทนคลอรีนซึ่งมีราคาแพงกว่า เพื่อให้ได้ผลลัพธ์เดียวกัน:
- CH =CH + 2 HCl + 1 ⁄ 2 O → ClCH CH Cl + H O .
แอลกอฮอล์ทุติยภูมิและตติยภูมิทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนคลอไรด์เพื่อให้ได้คลอไรด์ที่สอดคล้องกัน ในห้องปฏิบัติการ ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องซึ่งเกี่ยวข้องกับซิงค์คลอไรด์ในกรดไฮโดรคลอริก เข้มข้นมี ดังนี้:
สารผสมนี้ ซึ่งเรียกกันว่าสารละลายลูคัสเคยถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์สารอินทรีย์เชิงคุณภาพเพื่อจำแนกประเภทของแอลกอฮอล์
สารคลอรีนชนิดอื่นๆ
อัลคิลคลอไรด์สามารถเตรียมได้ง่ายที่สุดโดยการนำแอลกอฮอล์มาทำปฏิกิริยากับไทโอนิลคลอไรด์ (SOCl₂ หรือฟอสฟอรัสเพนตาคลอไรด์ (PCl₅ แต่ก็นิยมใช้ซัลฟูริลคลอไรด์ (SO₂Cl₂ และไตรคลอไรด์ (PCl₃ ด้วยเช่นกัน :
- ROH + SOCl → RCl + SO + HCl
- 3 ROH + PCl → 3 RCl + H PO
- ROH + PCl → RCl + POCl + HCl
ในห้องปฏิบัติการ ไทโอนิลคลอไรด์มีความสะดวกเป็นพิเศษ เนื่องจากผลพลอยได้เป็นก๊าซ หรืออีกทางเลือกหนึ่งสามารถใช้ปฏิกิริยาของแอปเปล ได้:
ปฏิกิริยา
อัลคิลคลอไรด์เป็นสารตั้งต้นอเนกประสงค์ในเคมีอินทรีย์ แม้ว่าอัลคิลโบรไมด์และไอโอไดด์จะมีความไวต่อปฏิกิริยามากกว่า แต่โดยทั่วไปแล้วอัลคิลคลอไรด์จะมีราคาถูกกว่าและหาได้ง่ายกว่า อัลคิลคลอไรด์สามารถถูกโจมตีโดยนิวคลีโอไฟล์ได้ง่าย
การ ให้ความร้อนแก่แอลคิลเฮไลด์กับโซเดียมไฮดรอกไซด์หรือน้ำจะให้แอลกอฮอล์ ปฏิกิริยากับแอลคอกไซด์หรือแอริลออกไซด์จะให้เอเทอร์ในปฏิกิริยาสังเคราะห์เอเทอร์ของวิลเลียม สัน ปฏิกิริยากับไทออลจะให้ไทโอ เอเทอร์ แอลคิลคลอไรด์ทำปฏิกิริยากับ เอมีนได้ง่ายเพื่อให้ได้เอมีน ที่ถูก แทนที่ แอลคิลคลอไรด์จะถูกแทนที่ด้วยเฮไลด์ที่อ่อนกว่า เช่นไอโอไดด์ในปฏิกิริยาฟิงเคลสไตน์ ปฏิกิริยากับ ซูโดเฮไลด์อื่นๆเช่นอะไซด์ไซยาไนด์และไทโอไซยาเนตก็เป็นไปได้เช่นกัน ในสภาวะที่มีเบสแก่ แอลคิลคลอไรด์จะเกิดปฏิกิริยาดีไฮโดรเฮโลจิเนชันเพื่อให้ได้แอลคีนหรือแอลไคน์
อัลคิลคลอไรด์ทำปฏิกิริยากับแมกนีเซียมเพื่อให้ได้รีเอเจนต์กรินยาร์ดซึ่งเปลี่ยน สารประกอบ อิเล็กโทรฟิลิกให้เป็นสารประกอบนิวคลีโอฟิลิกปฏิกิริยาเวิร์ตซ์เป็นการเชื่อมต่อแบบรีดักชันของอัลคิลเฮไลด์สองชนิดเพื่อทำปฏิกิริยากับโซเดียม
ออร์กาโนคลอไรด์บางชนิด (เช่นเอทิลคลอไรด์ ) อาจใช้เป็นสารอัลคิเลตติ้งเอเจนต์ เตตระเอทิลลีดผลิตจากเอทิลคลอไรด์และโลหะ ผสม โซเดียม - ตะกั่ว : [ 11 ] [ 12 ]
กระบวนการรีดิวซ์คลอรีนนั้นแทบไม่มีประโยชน์ในการสังเคราะห์ทางเคมี แต่เป็นขั้นตอนสำคัญในการย่อยสลายทางชีวภาพของสารมลพิษอินทรีย์คลอรีนตกค้างหลาย ชนิด
แอปพลิเคชัน
ไวนิลคลอไรด์
การประยุกต์ใช้เคมีอินทรีย์คลอรีนที่ใหญ่ที่สุดคือการผลิตไวนิลคลอไรด์โดยในปี 1985 มีการผลิตประมาณ 13 ล้านตัน ซึ่งเกือบทั้งหมดถูกนำไปแปรรูปเป็นโพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC)
ตัวทำละลายคลอรีน
ไฮโดรคาร์บอนคลอริเนตที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำและเป็นของเหลวส่วนใหญ่ เช่นไดคลอโรมีเทนคลอโรฟอร์มคาร์บอนเตตระคลอไรด์ ไดคลอโร เอทิลี นไตรคลอโร เอทิลี นเตตระคลอ โรเอทิลีน 1,2-ไดคลอโรอีเทนและเฮกซาคลอโรบิวทาไดอีนเป็นตัวทำละลายที่มีประโยชน์ ตัวทำละลายเหล่านี้มักมี ขั้ว ต่ำจึงไม่ผสมกับน้ำ และมีประสิทธิภาพในการใช้งานทำความสะอาด เช่นการขจัดคราบไขมันและการซักแห้งเนื่องจากความสามารถในการละลายน้ำมันและไขมัน ตัวทำ ละลาย เหล่านี้ส่วนใหญ่ไม่ติดไฟหรือมีความไวไฟต่ำมาก
สารเคมีบางชนิด เช่น คาร์บอนเตตระคลอไรด์ และ1,1,1-ไตรคลอโรอีเทน ถูกทยอยยกเลิกการใช้เนื่องจากความเป็นพิษหรือผลกระทบเชิงลบต่อสิ่งแวดล้อม (การทำลายชั้นโอโซนโดย 1,1,1-ไตรคลอโรอีเทน)
คลอโรมีเทน
มีการผลิตคลอรีนมีเทนหลายพันล้านกิโลกรัมต่อปี โดยส่วนใหญ่มาจากการคลอริเนตมีเทน:
- CH + x Cl → CH Cl + x HCl
ที่สำคัญที่สุดคือไดคลอโรมีเทน ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เป็นตัวทำละลาย คลอโรมีเทนเป็นสารตั้งต้น ของ คลอโรซิเลนและซิลิ โคน คลอโรฟอร์ม มีความสำคัญทางประวัติศาสตร์ (ในฐานะยาสลบ) แต่มีบทบาทน้อยกว่า โดยส่วนใหญ่เป็นสารตั้งต้นของคลอโรไดฟลูออโรมีเทน (CHClF2 และเตตระฟลูออโรอีเทน ซึ่งใช้ในการผลิตเทฟลอน[ 2 ]
สารกำจัดศัตรูพืช
สารกำจัดศัตรูพืชกลุ่มออร์กาโนคลอรีนหลักๆ มีสองกลุ่มได้แก่ สารประกอบประเภท DDTและสารประกอบอะลิไซคลิก ที่มีคลอรีนเป็น องค์ประกอบ กลไกการออกฤทธิ์ของสารทั้งสามกลุ่มนี้แตกต่างกันเล็กน้อย
- สารประกอบคล้าย DDT ออกฤทธิ์ต่อระบบประสาทส่วนปลาย ที่ ช่องโซเดียมของแอกซอนพวกมันจะป้องกันการปิดประตูหลังจากการกระตุ้นและการลดศักย์ ไฟฟ้าของเยื่อ หุ้มเซลล์ ไอออนโซเดียมรั่วไหลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทและสร้าง "ศักย์ไฟฟ้าหลังการกระตุ้น" ที่เป็นลบซึ่งทำให้ไม่เสถียรและทำให้เซลล์ประสาทไวต่อการกระตุ้นมากเกินไป การรั่วไหลนี้ทำให้เกิดการปล่อยกระแสไฟฟ้าซ้ำๆ ในเซลล์ประสาทไม่ว่าจะเกิดขึ้นเองหรือหลังจากได้รับการกระตุ้นเพียงครั้งเดียว[ 13 ] : 255
- คลอริเนตไซโคลไดอีน ได้แก่อัลดรินไดเอลดริน เอนด ริน เฮปตาคลอร์คลอร์เดนและเอนโดซัล แฟน การสัมผัสเป็นเวลา 2 ถึง 8 ชั่วโมงจะทำให้ การทำงานของ ระบบประสาทส่วนกลาง (CNS) ลดลง ตามด้วยภาวะตื่นตัวมากเกินไป อาการสั่น และจากนั้นก็เกิดอาการชัก กลไกการออกฤทธิ์คือการจับกับสารฆ่าแมลงที่ ตำแหน่ง GABA ในช่องคลอไรด์ที่ควบคุมโดย GABA (IRACกลุ่ม 2A) ซึ่งยับยั้งการไหลของคลอไรด์เข้าสู่เส้นประสาท[ 13 ] : 257
- ตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่ไดโคฟอลไมเร็กซ์คีโพนและเพนตาคลอโรฟีนอล ซึ่งอาจมีคุณสมบัติชอบน้ำหรือไม่ชอบน้ำก็ได้ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุล[ 14 ]

ฉนวน
สารโพลีคลอริเนเต็ดไบฟีนิล (PCBs) เคยถูกใช้เป็นฉนวนไฟฟ้าและสารนำความร้อนอย่างแพร่หลาย แต่ปัจจุบันได้เลิกใช้ไปแล้วเนื่องจากความกังวลเกี่ยวกับสุขภาพ สาร PCBs ถูกแทนที่ด้วยสารโพลีโบรมีเนเต็ดไดฟีนิลอีเทอร์ (PBDEs) ซึ่งมีความเป็นพิษและ การ สะสมในสิ่งมีชีวิต คล้ายคลึงกัน
ความเป็นพิษ
สารประกอบออร์กาโนคลอไรด์บางชนิดมีความเป็นพิษสูงต่อพืชหรือสัตว์ รวมถึงมนุษย์ ไดออกซินซึ่งเกิดขึ้นเมื่อสารอินทรีย์ถูกเผาไหม้ในที่ที่มีคลอรีน เป็นสารมลพิษอินทรีย์ที่คงอยู่ยาวนานและก่อให้เกิดอันตรายเมื่อถูกปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม เช่นเดียวกับยาฆ่าแมลงบางชนิด (เช่นDDT ) ตัวอย่างเช่น DDT ซึ่งถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมแมลงในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ยังสะสมอยู่ในห่วงโซ่อาหาร เช่นเดียวกับสารเมตาบอไลต์DDEและDDDและก่อให้เกิดปัญหาด้านการสืบพันธุ์ (เช่น เปลือกไข่บางลง) ในนกบางชนิด[ 15 ] DDT ยังก่อให้เกิดปัญหาเพิ่มเติมต่อสิ่งแวดล้อมเนื่องจากมีความเคลื่อนที่สูงมาก พบร่องรอยแม้กระทั่งในทวีปแอนตาร์กติกา แม้ว่าจะไม่เคยมีการใช้สารเคมีนี้ที่นั่นก็ตาม สารประกอบออร์กาโนคลอรีนบางชนิด เช่นซัลเฟอร์มัสตาร์ดไนโตรเจนมัสตาร์ดและลูอิไซต์ยังถูกใช้เป็นอาวุธเคมีเนื่องจากความเป็นพิษของมัน
อย่างไรก็ตาม การมีพันธะคลอรีน-คาร์บอนในสารประกอบอินทรีย์ไม่ได้หมายความว่าจะเป็นพิษเสมอไป สารประกอบออร์กาโนคลอไรด์บางชนิดถือว่าปลอดภัยเพียงพอสำหรับการบริโภคในอาหารและยา ตัวอย่างเช่น ถั่วลันเตาและถั่วปากอ้ามีฮอร์โมนพืชคลอรีนธรรมชาติ4-chloroindole-3-acetic acid (4-Cl-IAA) [ 16 ] [ 17 ]และสารให้ความหวานเทียมซูคราโลส (Splenda) เป็นสารเติมแต่งอาหารทั่วไปณ ปี 2547ออร์กาโนคลอไรด์อย่างน้อย 165 ชนิดได้รับการอนุมัติทั่วโลกให้ใช้เป็นยา รวมถึงยาปฏิชีวนะธรรมชาติแวนโคไม ซิ น ยาแก้แพ้ลอราทาดี น (คลาริติน) ยาแก้ซึมเศร้าเซอร์ทราลีน (โซลอฟต์) ยาต้านโรคลมชักลาโมทริจีน (ลามิคทัล) และยาสลบแบบสูดดมไอโซฟลูเรน[ 18 ]
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- บทความเรื่อง "การก่อตัวของไฮโดรคาร์บอนคลอริเนตในวัสดุพืชที่ผุพัง" บนเว็บไซต์ SLAC
- บทความเรื่อง "การออกซิเดชันของไฮโดรคาร์บอนที่มีคลอรีน" จากเว็บไซต์ของสถาบันเคมีออกซิเดชันสีเขียว มหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอน