کلروفرم چیست؟

کلروفرم (CHCl3) که با نام تری کلرومتان نیز شناخته می شود، یک ترکیب آلی و بسیار فرار است که به صورت طبیعی و صنعتی تولید می شود. قبلاً به عنوان یک بیهوش کننده در حین جراحی استفاده می شد و اکنون به عنوان یک حلال صنعتی در تولید مواد شیمیایی استفاده می شود. کلروفرم کاربردهای بسیار متنوعی دارد. این مقاله به بررسی بسیاری از جنبه های کلروفرم، از نحوه استفاده و نحوه عملکرد آن، ساختار شیمیایی، تاریخچه و مسائل ایمنی آن می پردازد.

تاریخچه مختصری از کلروفرم

  • 1830: یک داروساز آلمانی به نام مولدنهاور به عنوان اولین فردی که کلروفرم را سنتز کرد، شناخته می شود، اگرچه او به اشتباه این ترکیب را به عنوان اتر کلریک شناسایی کرد. روش او شامل مخلوط کردن آهک کلر شده، یعنی هیپوکلریت کلسیم، با اتانول بود.
  • 1834: پس از آزمایش‌هایی که توسط Justus von Liebig و Eugène Soubeiran انجام شد، منجر به شناسایی این ترکیب شیمیایی جدید شد، ژان باپتیست دوما، شیمی‌دان فرانسوی، یک فرمول تجربی به آن اختصاص داد و نام ترکیب را کلروفرم گذاشت.
  • 1842: اثربخشی این ترکیب جدید به عنوان یک بی حس کننده قوی توسط رابرت مورتیمر گلاور نشان داده شد که کارایی آن را با آزمایش بر روی حیوانات آزمایشگاهی ثابت کرد.
  • 1847: جیمز وای سیمپسون اولین فردی بود که از کلروفرم در طول عمل جراحی بر روی انسان استفاده کرد و باعث شد که این ماده بیهوشی پیشرو در جهان برای قرن آینده باشد.
کلروفرم به عنوان بیهوشی استفاده می شود که از حدود سال 1875 ساخته شده است

فرمول و ساختار شیمیایی کلروفرم

یک ترکیب آلی نسبتا ساده با فرمول CHClکلروفرم از یک اتم کربن مرکزی تشکیل شده است که به سه اتم کلر و یک اتم هیدروژن متصل است. این بدان معنی است که مولکول کلروفرم هندسه چهار وجهی دارد:

  • ساختار چهار وجهی کلروفرم متعلق به سی3 ولت گروه تقارنکه با یک محور سه تایی با سه صفحه متقارن و عمودی مشخص می شود.
  • بر اساس تئوری دافعه جفت الکترون پوسته ظرفیت (VSEPR)، این تقارن های هندسی توسط نیروهای الکترواستاتیکی بین الکترون ها ایجاد می شود.
  • این نیروها اتم های اطراف را تا حد امکان از یکدیگر دور می کنند که منجر به تقارن های هندسی و زوایای خاص یک مولکول می شود.
  • در مورد مولکول کلروفرم، نیروهای دافعه بین اتم های هیدروژن و کلر اطراف، ساختار را به یک چهار وجهی کامل تبدیل می کند.

در مرکز مولکول چهار وجهی کلروفرم یک اتم کربن قرار دارد. از آنجایی که اطراف آن توسط سه اتم کلر و یک اتم هیدروژن احاطه شده است، یک پیوند درون مولکولی کووالانسی تشکیل می‌شود که مولکول را کمی قطبی می‌کند. این چیزی است که به کلروفرم اجازه می دهد تا در آب حل شود.

ساختار مولکول کلروفرم توسط این پیوندهای شیمیایی تعیین می شود. به نوبه خود، ساختار نحوه واکنش مولکول با سایر مواد شیمیایی و همچنین نحوه تعامل آن با عملکردهای بیولوژیکی، مانند شلیک انتقال دهنده های عصبی را تعیین می کند.

نام های شیمیایی کلروفرم

درست مانند بسیاری از مواد شیمیایی دیگر، کلروفرم با نام های متعددی شناخته می شود که هر کدام با ترکیب شیمیایی، کاربرد یا طبقه بندی آن مطابقت دارد. به عنوان پیش ساز بسیاری از مبردها، کلروفرم گاهی اوقات به عنوان Refrigerant-20، R-20 یا با نام تجاری Freon-20 شناخته می شود. در همین حال، با شماره سازمان ملل (UN 1888) در طبقه‌بندی‌های صنعتی به آن اشاره می‌شود تا امکان فهرست‌بندی آسان را فراهم کند.

نام‌های دیگر کلروفرم همگی مشتقاتی از ترکیب شیمیایی آن هستند، از جمله:

  • تری کلرید متان
  • متیل تری کلرید
  • متنیل تری کلراید

با این حال، با دقت بیشتر با نام IUPAC شناخته می شود: تری کلرومتان (TCM)، که به طور مشابه توصیفی از ترکیب و ساختار آن است.

کلروفرم برای چه مواردی استفاده می شود؟

مدت ها قبل از اینکه کلروفرم به طور گسترده در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرد، استفاده اولیه از آن به عنوان یک بی حس کننده قوی در حین جراحی بود. این به این دلیل است که هنگام استنشاق یا بلع، اثرات ضد اضطراب، سرخوشی و آرام بخش دارد.

با این حال، استفاده از کلروفرم به عنوان یک بیهوشی به زودی پس از مشخص شدن اثرات سمی آن بر بدن، از عمل خارج شد. در خطرات جدی برای سلامتی ناشی از این ترکیب شامل آسیب های کلیوی، کبدی و عصبی است. اثرات سمی آن بر روی سیستم عصبی مرکزی و عملکرد اندام های بدن به این معنی بود که کلروفرم به طور کامل به عنوان یک بی حس کننده در دهه 1970 جایگزین شد.

وقتی صحبت از صنایع به میان می آید، تری کلرومتان هنوز یک ترکیب پرمصرف با دو کاربرد اصلی است:

  • حلال: یکی از رایج ترین کاربردهای صنعتی کلروفرم به عنوان حلال، در ساخت آفت کش ها است. همچنین به عنوان یک مورد استفاده می شود حلال در فرآوری صنعتی چربی ها، روغن، لاستیک، لاک ها، آلکالوئیدها و رزین ها.
  • معرف: کلروفرم معرف خوبی است زیرا منبع دی کلروکاربن است. هیدروکسید سدیم با کلروفرم واکنش داده و با کمک یک کاتالیزور دی کلروکاربن تولید می کند. به عنوان یک معرف، به تولید بسیاری از مواد شیمیایی پیش ساز که کاربردهای مختلفی دارند کمک می کند.

کلروفرم همچنین به صورت صنعتی در مقیاس بزرگ به عنوان پیش ماده پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) تولید می شود که کاربردهای مختلفی از پوشش تفلون گرفته تا لوله کشی غیر خورنده دارد. این ترکیب شیمیایی همچنین به عنوان پیش ماده برای انواع مبردها که در سیستم های تهویه مطبوع بسیار مهم هستند، استفاده می شود. در میان بسیاری از کاربردهای دیگر، کلروفرم یک عامل تمیز کننده موثر و حتی بخور دانه است.

کلروفرم چگونه کار می کند؟

تولید صنعتی کلروفرم در مقیاس بزرگ از طریق چندین مرحله کلرزنی انجام می شود. یا کلرومتان (CH3Cl) یا متان (CH4) برای این فرآیند استفاده می شوند. کلر به تدریج در دمای 400-500 درجه سانتیگراد اضافه می شود و باعث هالوژناسیون رادیکال های آزاد می شود. مجموعه ای از واکنش های شیمیایی به شرح زیر خلاصه می شود:

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl

CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl

واکنش های شیمیایی کلروفرم به عنوان یک معرف و حلال مورد استفاده در کاربردهای صنعتی به خوبی شناخته شده است. آنها را می توان به راحتی به عنوان معادلات شیمیایی متعادل نوشت یا در اقدامات فیزیکی یا کاتالیزوری توصیف کرد.

با این حال، نحوه عملکرد کلروفرم به عنوان یک بیهوشی نامشخص است. در حالی که ما می دانیم که سایر عوامل بیهوشی مانند اتر و الکل را می توان با کلروفرم برای تولید ACE مخلوط کرد، که در گذشته برای بیهوشی عمومی استفاده می شد، عملکرد بیوشیمیایی کلروفرم به عنوان یک بیهوش کننده کاملاً شناخته نشده است. حتی می‌تواند طیف وسیعی از عملکردها و مکانیسم‌ها را شامل شود.

یکی از روش‌های بالقوه عملی که دانشمندان در نظر گرفته‌اند این است که کلروفرم بر حرکت یون‌های پتاسیم که از طریق کانال‌های سلول‌های عصبی حرکت می‌کنند، تأثیر می‌گذارد و نحوه واکنش بدن به اعصاب را تغییر می‌دهد. همچنین گفته شده است که این ماده با ایجاد اختلال در غشای سلولی می تواند از احساس درد جلوگیری کند. با این حال، روش عمل کلروفرم در این زمینه به طور گسترده ناشناخته است.

کلروفرم در محیط زیست

کلروفرم هم به صورت طبیعی و هم به صورت صنعتی تولید می شود. در واقع، از 660000 متریک تن از این ماده که تخمین زده می شود از محیط زیست ما عبور کند هر ساله 90 درصد آن از منابع طبیعی به دست می آید. برخی از این منابع طبیعی شامل چندین گونه جلبک دریایی، قارچ ها و فرآیندهای غیرزیست طبیعی در خاک است.

با توجه به این نرخ بالای شار جهانی، اطمینان بخش است که بدانید کلروفرم به راحتی تبخیر می شود. سپس در این حالت گازی شروع به تجزیه به ترکیبات دیگر می کند. ترکیبات حاصل از تجزیه کلروفرم عبارتند از:

  • فسژن
  • دی کلرومتان
  • فرمیل کلرید
  • مونوکسید کربن
  • دی اکسید کربن
  • هیدروژن کلرید

نرخ تخریب کلروفرم بسته به محل پراکندگی آن متفاوت است. در هوا، نیمه عمر آن بین 55 تا 620 روز است. از طرف دیگر، تجزیه بیولوژیکی کلروفرم در آب می تواند بسیار متفاوت باشد. از نیمه عمر 1.5 روز تا بیش از 1000 سال بسته به عمق آب و اینکه در شرایط هوازی باشد یا بی هوازی. خوشبختانه، با این حال، کلروفرم خیلی زیست انباشته نیست و بنابراین تأثیر آن بر محیط زیست به حداقل می رسد.

نحوه شناسایی کلروفرم

کلروفرم یک ترکیب آلی است که بی رنگ است و بویی شبیه به ترکیبات اتر دارد. دو راه اصلی برای شناسایی کلروفرم وجود دارد:

  • خصوصیات فیزیکی: اولین راهی که می‌توانید کلروفرم را شناسایی کنید، ویژگی‌های فیزیکی آن است، مانند بوی قوی، فرار و نقطه انجماد. با این حال، این روش چندان دقیق نیست زیرا ممکن است ماده شیمیایی از نظر فیزیکی شبیه سایر ترکیبات نیز باشد. بوی آن، برای مثال، بسیار شبیه به اتر، یکی دیگر از مواد شیمیایی بی رنگ و فرار است.
  • تجزیه و تحلیل شیمیایی: دقیق ترین راه برای شناسایی کلروفرم از طریق آنالیز شیمیایی است. این کار را می توان با استفاده از کیت های آزمایش شیمیایی در میدان یا با گرفتن نمونه برای آزمایش های آزمایشگاهی انجام داد. این روش به ویژه در شناسایی اینکه آیا کلروفرم در محیط وجود دارد یا خیر، موفق است، که برای مطالعات اکولوژیکی و حفاظت از حیات وحش مهم است.

به عنوان یک ماده سمی که مصارف مجرمانه زیادی دارد، آزمایش آزمایشگاهی سم شناسی برای کلروفرم نیز در پزشکی قانونی بسیار مهم است. وجود دارد چندین روش آزمایشگاهی برای شناسایی نمونه های شیمیایی ناشناخته، از جمله کروماتوگرافی، طیف سنجی، طیف سنجی جرمی و پراش اشعه ایکس. نکته منفی این است که بیشتر این روش های تست پیچیده هستند و برخی از نسخه ها قابل حمل نیستند.

یک راه ساده و آسان برای آزمایش ویژه کلروفرم در محلول های آبی و غیر آبی، استفاده از حسگرهای لایه نازک نوری است که از یک واکنش فوجیوارا اصلاح شده. این روش با شناسایی مقادیر کمی از کلروفرم با استفاده از نور مرئی کار می کند.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *