Хлораміни: властивості, реакції та приклади

Хлораміни являють собою азотовмісні сполуки, неорганічні або органічні, в яких один або кілька атомів хлору безпосередньо приєднані до атома азоту. Монохлорамін (NH₂Cl), відкритий на початку 1800-х років є добре відомим прикладом.

Хлораміни являють собою хлоруючі та окислювальні речовини, що використовуються в реакціях синтезу, а також як відбілювачі, дезінфікуючі засоби та бактерициди. Порівняно з газоподібним хлором або гіпохлоритами металів вони забезпечують безпечніше поводження та більшу стабільність.

Завдяки цьому вони використовуються для очищення питної води та санітарії басейнів. N-хлорізоціанурова кислота та 1-бром-3-хлор-5,5-диметилгідантоїн стають більш важливими на ринках засобів дезінфекції, ніж гіпохлорит кальцію, 1,3-дихлор-5,5-диметилгідантоїн та хлорамін-Т.

1. Хімічні властивості N-хлорамінів

N-хлораміни мають окислювальну здатність, приймаючи два електрони для перетворення в хлорид-іони. Ця властивість дозволяє їм окислювати іводистоводневу кислоту з виділенням йоду в реакції, що використовується для кількісного аналізу.

2 HI + RR'NCl → HCl + RR'NH + I₂

Теоретичний вміст хлору у Н-хлораміні розраховується як подвоєна масова частка хлору. Однак у практичних додатках воно виражається як еквівалент елементарного хлору на основі його фактичної окисної здатності.

N-хлораміни піддаються гідролізу у воді з виділенням хлорноватої кислоти (HOCl). Константа кількісного гідролізу (значення K), що знаходиться в діапазоні від 10 -4 до 10 -10 (таблиця 1), відображає цю реакцію:

RR'NCl + H₂O ⇌ RR’NH + HOCl

Це значення K відноситься до бактерицидної здатності N-хлорамінів, оскільки їх ефективність залежить від утворення хлоруватої кислоти у воді.

Зв'язки N-Cl у N-хлорамінах є ковалентними та легко гідролізуються з виділенням хлорноватистої кислоти. Вони виявляють термічну нестабільність, часто не плавляться однорідно і потенційно вибухають за високих температур. Трихлорамін (NCl₃) є особливо нестабільним з'єднанням і може викликати вибухи навіть як домішка.

Належне зберігання N-хлорамінів вимагає низьких температур і захисту від світла, води, амінів та сполук амонію, сильних кислот і основ, а також органічних речовин, що легко окислюються.

2. Реакції хлорамінів

Багато N-хлорамінів демонструють цінну роль реагентів або проміжних продуктів у різних органічних реакціях.

Розкладання по Хофманну: N-хлораміди, отримані з органічних карбонових кислот, піддаються відновленню лугом з отриманням відповідних амінів з високою ефективністю. Ця реакція, відома як розкладання Хофманна, використовується для синтезу ароматичних амінів, гетероциклічних амінів і аліциклічних амінів.

Синтез гідразину: N-хлоромочевини перетворюються на гідразини при обробці основою в спиртових або водних розчинах.

Хлоруючі агенти та приєднання дієнів: N,N-дихлоркарбамати (Cl₂NCOOR) використовуються як хлоруючі агенти, а також вступають в реакції приєднання з дієнами.Вони також діють як вихідні матеріали для синтезу N-галоген-N-металокарбамідатів, важливих проміжних продуктів у виробництві карбаматних похідних фізіологічно активних сполук.

8-Азоїзатоновий ангідрид (3), проміжний продукт у різних агрохімікатах, ефективно одержують хлоруванням 2,3-піридиндікарбоксиміду. (1) до N-хлор-2,3-піридиндікарбоксиміду (2) з подальшою обробкою лугом.

Синтез гетероциклічних кілець: N-хлорамідини та N-хлоргуанідини використовуються як сировина для виробництва гетероциклічних кільцевих систем, таких як імідазоли, тіазоли та оксадіазоли.

3. Неорганічні N-хлораміни

Монохлорамін (NH₂Cl) є безбарвною рідиною з сильним запахом, яка більш стабільна у водних розчинах, ніж інші N-хлораміни, такі як дихлорамін (NHCl₂) та трихлорамін (NCl₃). Його основне застосування – для знезараження питної води. Він також використовується як окислювач в органічному синтезі, особливо для отримання тризаміщених фосфінів.

N-хлораміни синтезуються шляхом реакцій з регульованим рН між солями амонію та хлорнуватистою кислотою, або хлором.

При поводженні з чистими N-хлорамінами важлива крайня обережність через властиву їм нестабільність і вибухонебезпечність навіть за кімнатної температури.

N-хлорсульфамінова кислота (ClSO₂NH₂), (N,N-дихлорсульфамінова кислота та N-хлорамідодісульфонат натрію (ClSO₂NNaSO₂) використовуються як дезінфікуючі та відбілюючі засоби для паперу або тканин. Їх одержують із сульфамінової та хлорноватої кислот.

4. N-хлорізоціанурові кислоти

N-хлорізоціанурові кислоти (хлороізоціанурати), такі як трихлорізоціанурова кислота (симклозин або TCC) і дихлорізоціанурат натрію (DCC-Na), демонструють значне зростання їх використання як дезінфікуючих засобів. Ця зростаюча популярність обумовлена ​​їхньою чудовою стабільністю та зручністю у використанні порівняно з традиційними гіпохлоритами металів.

У таблиці 2 перераховані деякі важливі фізичні властивості TCC та DCC-Na.

TCC та DCC-Na зайняли значну частку ринку, на якому історично домінували гіпохлорит кальцію, соснові олії, солі четвертинного амонію та феноли.

N-хлорізоціанурові кислоти одержують у результаті реакції безперервного хлорування ізоціанурової кислоти у водному розчині гідроксиду натрію при низьких температурах (0-15 °C). Точний контроль як рН, так і температури реакції важливий для запобігання утворенню вибухонебезпечного трихлораміну (NCl₃).

Трихлорізоціанурова кислота (ТСС) поступово розкладається в лужному середовищі з утворенням побічних продуктів, таких як трихлорамін (NCl₃), дихлорамін (NHCl₂) та монохлорамін (NH₂Cl).

Як дихлорізоціанурат натрію (DCC-Na), так і його дигідрат мають більш високу розчинність у воді в порівнянні з TCC.Дигідрат DCC-Na одержують охолодженням насиченого водного розчину DCC-Na (45 ° C) до 10 ° C; ця форма забезпечує підвищену термостабільність у порівнянні з його безводною формою.

Дезінфікуюча здатність N-хлорізоціанурових кислот обумовлена ​​їх поступовим виділенням хлорноватистої кислоти (HOCl) у воді, яка виявляє як окислювальні, так і біоцидні властивості.

Ці сполуки використовуються для багатьох цілей, зокрема:

• Безусадкова обробка вовни: Вони захищають вовняні волокна від усадки під час обробки.
• Дезінфекція басейнів: N-хлорізоціанурові кислоти ефективно знищують шкідливі мікроорганізми у басейнах, підтримуючи гігієну води.
• Прибирання та дезінфекція ванних кімнат.
• Відбілювач для білизни: вони використовуються як ефективний відбілювач для прання, щоб видалити плями і підвищити білизну.

Чистячі та дезінфікуючі засоби на основі N-хлорізоціанурової кислоти часто включають додаткові компоненти, такі як фосфати, метасилікати натрію, поверхнево-активні речовини та нейтральні солі (сульфат натрію, карбонат натрію).

Таке поєднання покращує їхню здатність видаляти жир та білки, що робить їх ідеальними для різних завдань із прибирання. Їх рекомендують для миття посуду в готелях, лікарнях, ресторанах та на підприємствах харчової промисловості через їхню ефективність щодо різних мікроорганізмів.

5. Органічні N-хлораміни

Нижче наведено різні органічні сполуки N-хлораміну та їх застосування:

1,3-Дихлор-5,5-диметилгідантоїн (Дактін) (4)

• Молекулярна вага: 197,03 г/моль
• Температура: 132 °C
• Теоретичний вміст хлору: 77,6%
• Розчинність у воді: 2,1 г/л
• Одержують хлоруванням водного розчину 5,5-диметилгідантоїну.
• Історично він використовувався як бактерицид та дезінфікуючий засіб, але його застосування скоротилося через конкуренцію з боку TCC та Di-Halo.

1-Бром-3-хлор-5,5-диметилгідантоїн (Ді-галоген) (5)

• Молекулярна вага: 241,48 г/моль
• Температура плавлення: 130 °C (розкладання)
• pH: 2,88 (0,1% розчин)
• Розчинність у воді (20°C): 2 г/л
• Отримують шляхом послідовного бромування та хлорування 5,5-диметилгідантоїну.
• Це стабільний білий порошок, який не утворює хлораміну в слабоосновних розчинах.
• Він широко використовується як дезінфікуючий засіб для басейнів (0,5-3 мг/л активного галогену) завдяки своїй стабільності, активності широкого спектру дії та тривалому терміну зберігання.

1-Хлор-2,5-піролідиндіон (N-хлорсукцинімід) (6)

• Молекулярна вага: 133,54 г/моль
• Температура плавлення: 150-151 °C
• Погано розчинний у різних органічних розчинниках.
• Доступний хлор: 50-54%
• В основному використовується як хлоруючий агент в органічному синтезі.

N-хлоргліколурила

• Вони вивчаються як засоби захисту від отруйних газів.
• Їх отримують конденсацією 1,2-дикетону з сечовиною з наступним хлоруванням.
• 2,4,6,8-тетрахлор-2,4,6,8-тетразабіцикло[3.3.0]октан-3,7-діон (7) є важливим прикладом цього.

1,3,4,6-Тетрахлор-3α,6α-дифенілгліколурил (іодоген) (8)

• Молекулярна маса: 431,94 г/моль
• Використовується як бактерицид та окислювач у синтезі пептидів.

3-Хлор-4,4-диметил-2-оксазолідинон (9)

• Молекулярна вага: 149,50 г/моль
• Це приклад нового класу N-хлорамінів, які досліджуються як дезінфікуючі засоби.

N-хлор-п-толуолсульфонамід натрію (хлорамін-Т) (10)

• Молекулярна вага: 227,67 г/моль (гідрат)
• Температура плавлення: 175 ° С; вибухонебезпечний
• Доступний хлор: 25%
• Його одержують хлоруванням п-толуолсульфонаміду в гідроксиді натрію.
• Це сильний електроліт у кислоті, хороший окислювач в основі, добре розчинний у воді та нерозчинний у бензолі.
• Вступає в реакцію з іпритом із утворенням нешкідливих кристалів сульфіміду.
• Їхні похідні вивчаються для захисту від отруйних газів.

N,N',N”-Trichloromelamine (11)

• Молекулярна вага: 229,46 г/моль
• Температура плавлення: 175 ° C (розкладання),
• Теоретичний вміст хлору: 92,8%
• Він використовується як стерилізуючий засіб, обмежений його низькою розчинністю у воді.

Похідні N-хлорованих амінокислот досліджуються щодо їх потенціалу як відбілюючих агентів і бактерицидів.

6. Токсикологія N-хлорамінів

N-хлораміни широко використовуються в питній воді, плавальних басейнах та харчовій промисловості, що потребує ретельного розгляду їх потенційного токсикологічного впливу.

При використанні з водою, багатою на органічні речовини, потрібна особлива пильність, щоб запобігти утворенню слабоканцерогенних галометанів. Їх присутність часто визначають кількісно за допомогою методів вільного простору, пастки продувки або екстракції розчинником з наступним ГХ-аналізом за допомогою детекторів електронного захоплення або ГХ-МС.

Більшість N-хлорамінів мають місцевоподразнюючу дію на очі, вологу шкіру та верхні дихальні шляхи. Розведені розчини (до 100 частин на мільйон доступного хлору) N-хлорізоціанурових кислот зазвичай не викликають токсичності, подразнення або сенсибілізації.

Однак вживання внутрішньо чистих твердих речовин або концентрованих суспензій може пошкодити слизову оболонку шлунка.Крім того, ізоціанурова кислота, що утворюється при гідролізі, має низьку внутрішню токсичність. Зведені значення гострої токсичності для окремих N-хлорамінів наведені в таблиці 3.

• Хлорамін-Т: Хоча ця сполука викликає подразнення шкіри, вона має значну токсичність при всмоктуванні в кровотік, що вимагає її використання тільки в розведених розчинах.
• Монохлорамін: Незважаючи на менший ризик утворення галометану, його широке застосування для знезараження питної води викликає побоювання через потенційну мутагенну та водну токсичність. Агентство з охорони навколишнього середовища навіть запропонувало заборонити їх використання в питній воді.

Дослідження показують, що 1-бром-3-хлор-5,5-диметилгідантоїн виявляє меншу токсичність по відношенню до певних видів риб порівняно з 1,3-дихлор-5,5-диметилгідантоїном.

Посилання

learnchem

Я захоплений хімік-органік та постійно вивчаю різні процеси промислової хімії та хімічні продукти. Я гарантую, що вся інформація на цьому веб-сайті є точною та містить точні посилання на наукові статті.

ХЛОРАМІН

Хлорамін (Chloraminum) - Хімічний дезінфікуючий засіб. Належить до органічних сполук, що мають загальну хімічну формулу RSO.₂NH₂ (R - радикал), в яких один або обидва атоми водню, що знаходяться при азоті, заміщені хлором; у першому випадку виходять хлораміни, у другому-діхлораміни. Як дезінфікуючий засіб у медичній практиці використовують хлорамін Б, що являє собою натрієву сіль хлораміду бензол-сульфокислоти (C₆H₅SO₂NClNa - 3H₂O), а також хлорамін ХБ-парахлорбензол сульфохлорамід натрію (ClC₆H₄SO₂NClNa) Останній відрізняється від хлораміну Б присутністю хлору в парі-положенні до сульфогрупи.

Хлорамін - білий дрібнокристалічний порошок (іноді жовтуватого відтінку) зі слабким запахом хлору, розчиняється в 10 ч. води, в 25 ч. спирту, в гліцерині та інших розчинниках. втрата активного хлору не перевищує 0,1 - 0,3% на рік; його розчинами можна користуватися протягом 15 днів після приготування. хлору 1:8 або амонійні солі (хлорит або сульфат амонію) - 0,5:1 або 1:1. об'єкта та ступеня його забрудненості, стійкості збудника інфекції розчини хлораміну застосовують у 0,2-3% концентраціях для знезараження при кишкових і повітряно-краплинних інфекціях бактеріальної етіології, грипі та гострих респіраторних захворюваннях; мікроспорія, трихофітія, фавус), туберкульоз.Активовані розчини хлораміну застосовують у 0,5-1% концентраціях при вірусному гепатиті, ентеровірусних інфекціях, дерматомікозах; в 05-25% концентраціях при туберкульозі; в 0,5-4% концентраціях при сибірці.

Виділяється з хлораміну хлор (див.) може дратувати органи дихання, очі, шкіру, що супроводжується появою нежиті, сльозотечі, різі в очах, головним болем, свербінням та ін. очі та шкіру промити водою або розчином тіосульфату натрію. Детально першу допомогу при отруєнні хлором та лікування – див. Хлор.

Працюючи з хлораміном, особливо з його активованими розчинами, органи дихання необхідно захищати респіратором (див. Респіратори); роботу слід виконувати в халаті, гумових рукавичках та фартуху. Входити в приміщення, оброблене хлораміном, можна через 30-40 хвилин після обробки та провітрювання.

Бібліогр.: Вашков В. І. Дезінфекція, дезінсекція та дератизація, с. 58, М., 1956; він же, Антимікробні засоби та методи дезінфекції при інфекційних захворюваннях, с. 13, М., 1977; Право В. Є. Перша долікарська допомога при отруєннях дезінфекційними, дезінсекційними, дератизаційними препаратами та заходи профілактики, с. 12, М., 1964; Фурман А. А. Хлорвмісні окислювально-відбілюючі та дезінфікуючі речовини, с. 7, М., 1976.