四塩化炭素（CCL4）：構造、特性、用途 - 化学 - 2024

四塩化炭素は、エーテル及びクロロホルムの臭いのような無色の液体、わずかに甘い匂い、です。その化学式はCCl ₄であり、その蒸気は空気よりも密度の高い共有結合性で揮発性の化合物を構成します。電気の導体でも可燃性でもありません。

大気、河川水、海、海面の堆積物に含まれています。紅藻に含まれる四塩化炭素は、同じ生物によって合成されていると考えられています。

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大気中では、塩素とメタンの反応により生成されます。工業的に生産された四塩化炭素は、主に海と空気の界面から海に入ります。その大気=>海洋フラックスは、大気中の全四塩化炭素の30％に相当する1.4 x 10 ¹⁰ g /年と推定されています。

主な特徴

四塩化炭素は、メタンの熱塩素化によって工業的に生産されます。メタンは、400℃から430℃の間の温度で塩素ガスと反応します。反応中に、塩酸の副生成物を含む粗生成物が生成される。

また、二硫化炭素法により工業的に生産されています。塩素と二硫化炭素は、鉄を触媒として使用し、90°C〜100°Cの温度で反応します。次に、粗生成物を分別、中和および蒸留にかける。

CCl _4には、特に、脂肪、油、ワニスなどの溶剤など、複数の用途があります。服のドライクリーニング; 農薬、農業用くん蒸剤、殺菌剤、ナイロン製造。しかし、その優れた実用性にもかかわらず、その高い毒性のため、その使用は部分的に廃棄されました。

人間では、皮膚、目、気道に毒性をもたらします。しかし、その最も有害な影響は、中枢神経系、肝臓、腎臓の機能で発生します。腎臓の損傷は、おそらく四塩化炭素の毒性作用に起因する死亡の主な原因です。

構造

画像では、四面体形状の四塩化炭素の構造を確認できます。Cl原子（緑の球）が四面体を描く炭素（黒の球）の周りの空間に配向していることに注意してください。

同様に、4面体のすべての頂点が同一であるため、構造が対称であることにも言及する必要があります。つまり、CCl ₄分子がどのように回転しても、常に同じになります。次に、CCl _4の緑色の四面体は対称であるため、永久双極子モーメントがなくなります。

どうして？Cに対するClの電気陰性度が大きいため、C – Cl結合は性質上極性ですが、これらのモーメントはベクトル的に無効になります。したがって、それは無極性の塩素化有機化合物です。

炭素はCCl ₄で完全に塩素化されています。これは高酸化に相当します（炭素は塩素と最大4つの結合を形成できます）。この溶媒は電子を失う傾向がなく、非プロトン性（水素がない）であり、塩素の輸送と貯蔵の小さな手段です。

物理的及び化学的性質

式

CCl ₄

分子量

153.81 g / mol。

外見

無色の液体です。単斜晶の形で結晶化します。

におい

他の塩素系溶剤に特有の臭いがあります。香りは芳香があり、やや甘めで、テトラクロロエチレンやクロロホルムの香りに似ています。

沸点

760 mmHgで170.1°F（76.8°C）。

融点

-9°F（-23°C）。

水溶性

水への溶解性は低い：25ºCで1.16 mg / mL、20ºCで0.8 mg / mL。どうして？極性の高い分子である水は、非極性である四塩化炭素に対する親和性を「感じない」からです。

有機溶剤への溶解性

分子構造の対称性により、四塩化炭素は非極性化合物です。したがって、アルコール、ベンゼン、クロロホルム、エーテル、二硫化炭素、石油エーテル、ナフサと混和します。同様に、エタノールやアセトンに溶解します。

密度

液体状態：68ºFで1.59 g / ml、20ºCで1.594 g / ml。

固体状態：-186°Cで1.831 g / ml、-80°Cで1.809 g / ml

安定

一般的に不活性です。

腐食作用

ある種のプラスチック、ゴム、コーティングを侵す。

発火点

引火性が低いと見なされ、点火点は982 2C未満とマークされています。

自動点火

982°C（1800°F; 1255 K）。

蒸気密度

5.32は、空気との関係で、1に等しい参照値と見なされます。

蒸気圧

68°Fで91 mmHg; 77ºFで113 mmHg、25ºCで115 mmHg。

分解

火の存在下で、それは塩素と非常に有毒な化合物であるホスゲンを形成します。また、同じ条件下で塩化水素と一酸化炭素に分解します。高温で水の存在下で、それは塩酸を生成することができます。

粘度

2.03 x 10 ^-3 Pa s

臭いのしきい値

21.4 ppm。

屈折率（

1.4607。

用途

化学製造

-それは有機塩素の製造の塩素化剤および/または溶媒として介入します。同様に、それはナイロンの製造におけるモノマーとして介入します。

-ラバーセメント、石鹸、殺虫剤の製造における溶剤としての機能。

・推進剤フロンの製造に使用。

-CH結合を持たないことにより、四塩化炭素はフリーラジカル反応を起こさず、元素ハロゲンまたはN-ブロモスクシンイミドなどのハロゲン化試薬によるハロゲン化に有用な溶媒になります。

冷媒製造

これは、フロンR-11冷媒とR-12冷媒の製造に使用されました。これらの冷媒はオゾン層を破壊するため、モントリオール議定書の勧告に従って、その使用を中止することが推奨されました。

消火

20世紀初頭には、化合物の一連の特性に基づいて、四塩化炭素が消火器として使用され始めました。その蒸気は空気より重い。それは導電体ではなく、非常に可燃性ではありません。

四塩化炭素が加熱されると、それは燃焼生成物を覆う重い蒸気に変わり、空気中に存在する酸素からそれらを分離し、火災を消滅させます。石油や器具の火災との戦いに適しています。

ただし、500℃を超える温度では、四塩化炭素が水と反応し、有毒物質であるホスゲンが発生するため、使用中の換気に注意する必要があります。さらに、金属ナトリウムと爆発的に反応する可能性があるため、この金属が存在する火災での使用は避けてください。

クリーニング

四塩化炭素は、衣服やその他の家庭用品のドライクリーニングに長い間使用されてきました。また、グリースやオイルの溶解性に優れた産業用金属脱脂剤としても使用されています。

化学分析

ホウ素、臭化物、塩化物、モリブデン、タングステン、バナジウム、リン、銀の検出に使用されます。

赤外分光法と核磁気共鳴

-四塩化炭素は1600 cm ^-1を超えるバンドに大きな吸収がないため、赤外分光法の溶媒として使用されます。

-水素を含まない（非プロトン性）ため、技術に干渉しなかったため、核磁気共鳴の溶媒として使用されました。しかし、その毒性のために、その溶解力が低いので、四塩化炭素は重水素化溶媒に置き換えられました。

溶媒

非極性化合物であるという特徴により、四塩化炭素を油、脂肪、ラッカー、ワニス、ゴムワックス、樹脂の溶解剤として使用できます。ヨウ素を溶解することもできます。

その他の用途

-その密度のため、四塩化炭素はワックスに重量を加えるため、溶岩ランプの重要なコンポーネントです。

-切手コレクターによって使用され、損傷を引き起こすことなく切手の透かしを明らかにします。

-それは殺虫剤および殺真菌剤としてそして昆虫を排除するために穀物のくん蒸に使用されました。

・金属切削工程では潤滑剤として使用されます。

-羊のFasciola hepaticaが原因である、筋膜症の治療における駆虫薬として獣医学で使用されています。

毒性

-四塩化炭素は、呼吸器、消化器、眼の経路と皮膚を通して吸収されます。摂取や吸入は、脳、肝臓、腎臓に長期にわたる深刻な損傷を引き起こす可能性があるため、非常に危険です。

-皮膚との接触は刺激を引き起こし、長期的には皮膚炎を引き起こす可能性があります。目との接触は刺激を引き起こします。

肝毒性メカニズム

肝障害を引き起こす主なメカニズムは、酸化ストレスとカルシウム恒常性の変化です。

酸化ストレスは、活性酸素種の生成と、細胞内で、酸化プロセスを制御する還元環境を生成する生物の能力との間の不均衡です。

正常なレドックス状態の不均衡は、細胞のすべてのコンポーネントを損傷する過酸化物とフリーラジカルの生成による毒性効果を引き起こす可能性があります。

四塩化炭素は代謝されてフリーラジカルCl ₃ Cを生成し^ます。（トリクロロメチルラジカル）およびCl ₃ COO ^。（トリクロロメチルペルオキシドラジカル）。これらのフリーラジカルは、肝臓だけでなく肺にも損傷を与えるリポペルオキシデーションを生成します。

フリーラジカルはまた、肝細胞の原形質膜の分解を引き起こします。これにより、カルシウムのサイトゾル濃度が増加し、カルシウム隔離の細胞内メカニズムが減少します。

カルシウムの細胞内増加は、膜のリン脂質に作用するホスホリパーゼA ₂酵素を活性化し、それらの関与を悪化させます。また、好中球浸潤や肝細胞障害も起こります。酵素の不活性化と細胞死を引き起こすATPとグルタチオンの細胞内濃度の低下があります。

腎臓系および中枢神経系に対する毒性の影響

四塩化炭素の毒性作用は、尿の生成と体内への水分の蓄積が減少する腎臓系に現れます。特に肺と血中の代謝老廃物の濃度の増加。これは死を引き起こす可能性があります。

中枢神経系のレベルでは、神経インパルスの軸索伝導が関与しています。

人間への暴露の影響

短期間

目の炎症; 意識の喪失につながる可能性のある肝臓、腎臓、中枢神経系への影響。

長期間

皮膚炎および発がん性の可能性。

有毒な相互作用

四塩化炭素中毒の多くのケースとアルコール使用との間には関連があります。過度のアルコール摂取は肝障害を引き起こし、場合によっては肝硬変を引き起こします。

四塩化炭素の毒性はバルビツール酸塩を使用すると増加することが示されています。

たとえば、腎臓レベルでは、バルビツール酸は尿の排泄を減少させます。バルビツール酸のこの作用は、腎機能に対する四塩化炭素の毒性効果と類似しています。

分子間相互作用

CCl ₄は緑色の四面体と見なすことができます。他の人とどのように交流しますか？

無極性分子であるため、永久双極子モーメントがなければ、双極子間力を介して相互作用することはできません。液体内で分子を保持するには、塩素原子（四面体の頂点）が何らかの方法で相互に相互作用する必要があります。ロンドンの分散力のおかげでそうしています。

Cl原子の電子雲が移動し、一瞬の間、電子の豊富な領域と不十分な領域が生成されます。つまり、それらは瞬時の双極子を生成します。

δ-電子が豊富なゾーンは、隣接する分子のCl原子を分極させます：^{Clδ- δ+} Cl。

しかし、数百万のCCl ₄分子があるため、相互作用は通常の条件下で液体を形成するのに十分効果的になります。

さらに、各Cに共有結合された4つのClは、これらの相互作用の数を大幅に増やします。沸点が76.8℃で沸騰するほどです。

四面体は他の非極性化合物（144℃で沸騰するキシレンなど）に比べて比較的小さいため、CCl ₄の沸点を高くすることはできません。

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