氯甲 ( 甲基 氯化物 )是一种 有机化合物 ,常温常压下为无色透明的气体,加压易 液化 , 有一种微弱的甜味, 分子式 为CH 3 Cl,分子量为50.49, 液体密度为0.92 g/cm 3 (20/4 ℃),气体密度为1.785 g/L,微溶于水,易溶于 三氯甲烷 、 乙醚 等有机 溶剂 ,无腐蚀性; 氯甲烷是氯代 脂肪烃 中热稳定性最好的化合物,能与金属反应,如:钠、镁、铝和铅钠合金等,氯甲烷还能够与非金属反应,如:硅、水、 一氧化碳 和氨气等。
1835年杜马斯(Duimas)和皮尔哥德(Peligot)在实验室中加热 甲醇 (甲醇)与 硫酸 及食盐的 混合物 制得不纯的氯甲烷。 工业上通常采取由 甲醇 与 氯化氢 反应的路线来制取氯甲烷。 氯甲烷是 有机合成 的重要原料。主要用来生产 有机硅化物 甲基氯硅烷 ,以及 甲基纤维素 ,还广泛用作 溶剂 、提取剂、 推进剂 、 制冷剂 、局部麻醉剂、 甲基化 试剂等。
氯甲烷有毒,主要作用于 中枢神经系统 ,长期接触可发生慢性中毒,轻者困倦、 嗜睡 、头痛、重者步态蹒跚、视力障碍、震颤。 2017年10月27日, 世界卫生组织 国际癌症研究机构 公布的致癌物清单初步整理参考,氯甲烷在3类致癌物清单中。
历史
1835年杜马斯(Duimas)和皮尔哥德(Peligot)在实验室中加热 甲醇 (甲醇)与 硫酸 及食盐的 混合物 制得不纯的氯甲烷。不久希夫(Schiff)、沃尔科(Walker)及 约翰逊 (Johnson)使 三氯化磷 和甲醇反应也得到氯甲烷。1858年伯蒂尔特洛(Beriithelot)用氯化 沼气 ( 甲烷 )也制得了该化合物。最早制得纯氯甲烷的是格雷斯(Grores),1874年他把 氯化氢 通入沸腾的 氯化锌 甲醇溶液而制得,在此基础上发展成为现在工业生产上使用的甲醇液相氢氯化法。最初,氯甲烷用作 制冷剂 及用于 合成染料 。 美国 约在1920年开始大规模生产。 英国 约在1930年才开始生产。 第二次世界大战 后期,随着四甲基铅及 有机硅化物 等工业的发展,氯甲烷产量也不断增加。工业上生产氯甲烷主要有两个过程: 甲醇 氢氯化和甲烷热氯化。此外, 二甲醚 在水存在下与氯化氢反应也可制得氯甲烷。
理化性质
物理性质
氯甲烷是一种透明、 无色 的气体,有一种微弱的甜味, 分子式 为CH 3 Cl,分子量为50.49, 沸点 为-23.7 °C,闪点为-45.6 °C, 熔点 为-97.6 °C,相对蒸气密度(空气=1)为2.47, 液体密度为0.92 g/cm 3 (20/4 ℃),气体密度为1.785 g/L,微溶于水,易溶于 三氯甲烷 、 乙醚 等有机 溶剂 ,无腐蚀性。
化学性质
氯甲烷是最简单的 烷基 氯化物 ,有 氯代烃 的通性。它是氯代 脂肪烃 中热稳定性最好的化合物,在干燥状态下低于400 ℃时即使与多种金属接触也不会分解。如有水存在时,超过60 ℃就会缓慢 水解 生成 甲醇 与 盐酸 。 氯甲烷燃烧时生成 二氧化碳 和 氯化氢 。与镁反应生成 格氏 试剂,在 催化剂 存在下,与 芳香烃 反应,可使芳烃 甲基化 。
与金属单质反应
在干燥的 乙醚 溶液中氯甲烷与钠发生维尔兹(Wurtz)反应生成 烷烃 ,反应为:
氯甲烷能很快与镁反应生成 格氏 试剂,反应为:
氯甲烷与铝反应生成三 甲基 三氯化二铝,它是烃类聚合和加氢用的 催化剂 ,反应如下:
与金属化合物反应
氯甲烷与 氰化钾 能够发生反应,反应为:
氯甲烷与醇或酚的金属 衍生物 反应产生甲基醚类,即威廉姆孙(Williamson)合成,该反应通常用以制造不对称的脂肪族醚和 芳基 烷基 醚,反应为:
氯甲烷与适当组成的铅钠合金反应生成四甲基铅, 催化剂 为 氯化铝 ,反应为:
与非金属单质反应
氯甲烷燃烧可产生绿色火焰,生成 二氧化碳 、 氯化氢 和水,反应为:
在铜存在下硅与氯甲烷反应生成各种 甲基氯硅烷 ,反应为:
与非金属化合物反应
氯甲烷在60 ℃以上 水解 时生成 甲醇 和氯化氢,氯化氢是 无色 而有刺激性气味的气体,溶于水生成 盐酸 ,反应为:
在 氯化铝 存在下氯甲烷与 芳香烃 发生傅列德尔 克拉夫茨 (Friedle-Crafts)反应,生成芳烃的 甲基 衍生物 ,例如与苯反应生成 甲苯 ,以氯化铝为 催化剂 ,氯甲烷经 氢化甲酰化反应 生成乙 氯,反应为:
氯甲烷与氨在醇溶液在气相中可发生 霍夫曼 (Hofmann)反应,形成甲胺、 二甲胺 、 三甲胺 的 半胱胺 及氯化四甲胺,与 叔胺 反应形成季胺衍生物,反应分别为:
制备方法
甲烷 氯化时,氯甲烷可在光照或高温条件下,由天然气与氯气反应生成氯甲烷(一氯化物)、二氯甲烷(二氯化物)、三氯甲烷(三氯化物)和四氯化碳(四氯化物)的混合物,再通过精馏得到。氯甲烷的氯化速度要比甲烷本身更快,因此如果要得到氯甲烷,则甲烷与氯之比应至少为10:1,所以通常采取由 甲醇 与 氯化氢 反应的路线来制取氯甲烷。
应用
合成甲基氯硅烷
大量的氯甲烷能够用于生产 有机硅化合物 ——甲基氯 硅烷 ,由这种硅烷可以制得热稳定性非常好的有机硅高分子化合物。 在氯甲烷合成甲基氯硅烷的过程中会产生许多副产物,将有用的产物一一分离出来后,分别进行 水解 裂解或 醇解 ,即成中间体。
化学试剂
氯甲烷是 有机合成 中重要的 甲基 化试剂,如可代替 硫酸甲酯 用于生产 甲基纤维素 ,用作 对苯二酚 的甲基化剂制取 对苯二甲醚 。与 叔胺 反应生产季胺化合物, 正丁烷 甲基化制造燃料抗爆添加剂 三甲基丁烷 ,以及生产甲胂酸盐 除草剂 和 甲基硫醇 (它是制造喷气燃料添加剂、菌剂的中间体)等。
氯甲烷在 丁基橡胶 低温聚合反应中用氯甲烷作 催化剂 的 溶剂 。它亦特别适用于天然存在的热敏物质的 萃取剂 。另外,氯甲烷与 二氯甲烷 、丙烷和 氟利昂 F-12一起用作 烟雾 喷射 推进剂 ,在一些 泡沫塑料 工厂 用作 泡沫剂 。
毒性
中毒表现
氯甲烷的急性中毒发生在吸入浓度超过1.0 g/m 3 。潜伏期数分钟到数小时。轻者有头痛、头昏、恶心、呕吐、视物模糊、步态蹒跚、精神错乱,一般1~2日可恢复。重者呈现谵妄、躁动、抽搐、震颤、视力障碍、 昏迷 ,呼出气中有 酮体 味,尿中可检出蛋白、 细胞 、 甲酸 盐和 丙酮 ;部分患者可伴有 肺水肿 。长期接触可发生慢性中毒,轻者困倦、 嗜睡 、头痛、烦躁不安、易激惹、情绪不稳定、感觉异常,重者步态蹒跚、视力障碍、震颤。 大鼠孕后7~19d吸入最低中毒剂量(TCLo)1500ppm/6h,致肌肉骨骼系统发育畸形, 小家鼠 孕后6~17d吸入最低中毒剂量(TCLo):500ppm/6h,致心血管系统发育畸形。 另外,2017年10月27日, 世界卫生组织 国际癌症研究机构 公布的致癌物清单初步整理参考,氯甲烷在3类致癌物清单中。
中毒机制
氯甲烷主要经 呼吸道 吸收中毒,液态可引起皮肤冻伤。进入体内氯甲烷很快进入组织,分布于肝、肾、肌肉、脑、70%氯甲烷进行代谢转化,先 水解 为 甲醇 和 氯化氢 ,再经氧化为甲醛和 甲酸 。60%以 二氧化碳 形式排出,35%从尿排出,极少量以原形从肺排出,其余部分存留于脑、心、肝、肾、胃、肌肉、脾等组织中。它在体内的主要 代谢途径 是与组织内谷胱甘肽结合形成 半胱氨酸 甲酯 ,可转化为 甲基硫醇 。
氯甲烷属低毒性, 小鼠 LC 50 :5800 mg/m 3 。主要作用于 中枢神经系统 ,有麻醉和抑制作用,也可损及肝、肾。发病机制尚未阐明,有人认为与其代谢物甲醇甲硫醇的毒性有关,也有人认为与其在体内干扰了 甲基化 过程有关。
安全事宜
GHS分类
H220(100%):极易燃气体;
H280(84.01%):含压气体;加热后可能会爆炸;
H332(10.66%):吸入有害;
H351( 100% ):怀疑致癌;
H361f(11.01%):怀疑会损害生育能力;
H373(100%):可能通过长期或反复暴露对器官造成损害。
应对措施
急救
吸入
若不慎吸入氯甲烷,应迅速撤离现场至空气新鲜处,保持 呼吸道 通畅。保持安静,休息。如 呼吸困难 ,应给予输氧,必要时进行人工呼吸。如呼吸、心跳停止,应立即进行心肺复苏术并及时就医。密切接触者即使无症状,亦应观察24~48h。
眼睛接触
首先检查受害者是否戴隐形眼镜,如果佩戴,应摘下。用水或 生理盐水 冲洗患者的眼睛20至30分钟,同时致电医院或中毒控制中心。未经医生的具体指示,勿将任何药膏、油或药物滴入受害者的眼睛中。冲洗眼睛后立即将患者送往医院。
皮肤接触
皮肤暴露在压缩气体中可能会导致皮肤冻结。可能需要对冻伤进行治疗。将患者从污染源中转移走。立即用冷水(如有必要,还有 肥皂 )轻轻清洗受影响的区域,同时脱下并隔离所有受污染的衣物。用干净、柔软的毛巾小心擦干。如果出现炎症或刺激等症状,应立即致电医生并前往医院接受治疗。
泄露
若不慎发生氯甲烷泄露,工作人员应迅速从泄漏污染区撤离至上风处,并提醒周边公众进行紧急疏散。立即对泄漏区进行隔离直至气体散尽。在确保安全的情况下,采用关阀、堵漏等措施,尽可能切断泄漏源,合理通风,加速扩散。防止气体通过通风系统扩散或进入限制性空间。
消防
若发生火灾应立即切断气源,若不能立即切断气源,则不应熄灭正在燃烧的气体。尽可能将容器从火场移至空旷处。喷雾状水保持容器冷却,但避免该物质与水接触,从掩蔽位置灭火。喷水保持火场冷却,直至灭火结束。灭火时选用雾状水、泡沫、 二氧化碳 灭火剂。
防护措施
生产氯甲烷的工序应密闭,生产车间应提供充分的局部排风和全面通风。戴防护眼镜,穿防护服。工作场所应远离火源,禁止吸烟、进食和饮水。工作后淋浴更衣注意个人清洁卫生。 消防人员救火时须佩戴空气呼吸器、穿全身防火 防毒服 ,站在上风向灭火。
储存和运输
氯甲烷应当用500公斤或1000公斤钢瓶包装,净重300公斤或600公斤。严禁超装,防止曝晒。 储存区域设置防腐蚀、防淋溶、防 渗漏 、防流失等措施。 运输过程中,搬运时应轻装轻卸,防止钢瓶及附件损坏,另外其不得与 氧气 , 氧化剂 同车运输。