Chlooraceetaldehyde [107-20-0], ook bekend als 2-chloorethanal, is een organische verbinding met de formule CH2ClCHO. Het is een kleurloze vloeistof die voor het eerst in zuivere vorm werd geproduceerd door K. Natterer in 1882 door chlooraceetaldehyde-di-ethylacetaal te verhitten met watervrij oxaalzuur bij 100–150 °C.
Inhoudsopgave
1. Fysieke eigenschappen van chlooraceetaldehyde
1.1. Watervrij chlooraceetaldehyde
Watervrij chlooraceetaldehyde is een kleurloze, mobiele vloeistof met een scherpe geur die de volgende fysieke eigenschappen heeft:
- Moleculair gewicht: 78,50 g/mol
- Kookpunt: 85–85,5°C (99,7 kPa)
- Vormingsenthalpie: -256,4 kJ/mol
- Verbrandingsenthalpie: -981,4 kJ/mol (101,3 kPa, 20°C)
- Dipoolmoment: 1,99 D (298 K, benzeen)
- Oplosbaar in water (hydraatvorming) en gangbare organische oplosmiddelen
- Octanol-water partitiecoëfficiënt: 0,16 (zeer laag)
1.2. Monochlooraceetaldehyde hemihydraat
- Formule: CH2ClCH(OH)2OCH(OH)CH2Cl (1,1′-dihydroxy-2,2′-dichloordiethylether)
- Moleculair gewicht: 175,01 g/mol
- Kleurloze kristallen met smeltpunt tussen 43 en 50 °C (dehydratie)
- Ontleedt bij het kookpunt (84 °C)
- Oplosbaar in water, ethanol, ether, benzeen, dichloromethane, en chloroform.
- CAS-nummers [34789-09-8] (“acetaldehyde chloro dimer hydrate”) en [7737-02-2] (“1,1′-oxybis(2-chloroethanol)”) verwijzen naar dezelfde verbinding.
- Vormt een azeotropisch mengsel met water, onscheidbaar door eenvoudige destillatie.
- Vlampunt: 60°C
- Ontstekingspunt: 405°C
- Explosieve grenzen in lucht (20°C, 101,3 kPa): lager 305 g/m³
| Temperatuur (°C) | Oplosbaarheid (wt%) |
|---|---|
| 1 | 13,35 |
| 10 | 22,2 |
| 20 | 44,3 |
| 30 | 62,7 |
| 40 | 81,5 |
| Concentratie (wt%) | Dichtheid (g/cm³) |
|---|---|
| 10 | 1.041 |
| 20 | 1.085 |
| 30 | 1.137 |
| 40 | 1.188 |
| 50 | 1.238 |
| 60 | 1.290 |
| 72.5 | 1.355 |
2. Chemische eigenschappen van chlooraceetaldehyde
Chlooraceetaldehyde is zeer reactief vanwege zowel de aldehyde- als de chloormethylgroep. De α-waterstoffen en chloor worden geactiveerd, wat nucleofiele substituties en reacties die typisch zijn voor aldehyden (additie, condensatie) vergemakkelijkt.
2.1. Reacties van de aldehydegroep
Zelfcondensatie van chlooraceetaldehyde bij kamertemperatuur vormt cyclische trimeren, tetrameren en polyoxymethyleenpolymeren. Er bestaan ook cotrimeren en copolymeren met aceetaldehyde. De hemihydraat 1,1′-dihydroxy-2,2′-dichloordiethyletherstructuur reageert op een vergelijkbare manier met een aldehyde.
Natriumbisulfietadduct en dimethyl/diethylacetalen zijn belangrijke derivaten van chlooraceetaldehyde die worden gebruikt als farmaceutische en pesticideprecursoren.
Oxidatie van chlooraceetaldehyde met lucht/kobaltzouten, waterstofperoxide of salpeterzuur levert monochloorazijnzuur op.
De aldolcondensatie in een alkalisch medium produceert 2,4-dichlooracetaldol, en de coaldolisatie met aceetaldehyde vormt 2-chloorcrotonaldehyde, wat ook een bijproduct is van de aceetaldehydeproductie.
Andere reacties omvatten de vorming van aldehyde-ammoniak, cyanohydrine en 2-chloorethylchlooracetaat (Tishchenko-reactie).
2.2. Reacties van het chlooratoom
Hydrogenering van chlooraceetaldehyde in een waterige oplossing met een palladium-koolstofkatalysator verwijdert het chloor. Verschillende nucleofielen kunnen het chloor vervangen.
Chlooraceetaldehyde reageert met natriummercaptaan om mercaptoaceetaldehyde te produceren, dat wordt gebruikt als tussenproduct bij de synthese van thiënodiazepinen, azokleurstoffen, d-l-cysteïne en bepaalde voedingssmaken.
Aminoverbindingen kunnen het chlooratoom van chlooraceetaldehyde vervangen in acetaalvorm (vermijd reacties met de aldehydegroep). Deze tussenproducten worden gebruikt bij de synthese van pesticiden en farmaceutica.
Chlooraceetaldehyde-dimethylacetaal reageert met natriummethoxide tot 1,1,2-trimethoxyethaan (een farmaceutisch tussenproduct).
2.3. Gecombineerde reacties
Chlooraceetaldehyde (hemihydraat of acetaal) is een belangrijk uitgangsmateriaal voor de synthese van heterocyclische verbindingen; een voorbeeld is de reactie met thioureum om 2-aminothiazool te vormen, dat wordt gebruikt bij de productie van farmaceutische producten en kleurstoffen.
De cyclocondensatie met methylacetoacetaat levert 2-methyl-3-carbomethoxyfuran (een zaadontsmettingsmiddel) op.
De reactie van chlooraceetaldehyde met carboethoxyhydrazine, gevolgd door cyclisatie met thionylchloride, produceert 5-chloorthiadiazol, een katoenontbladeringsmiddel en plantengroeiregulator.
Stilbenen worden gevormd door reacties met aromatische koolwaterstoffen, fenolen of fenolethers. Vinyldialkylfosfaten worden geproduceerd door de Perkow-reactie met trialkylfosfieten. 1,1,2-Triacetoxyethaan (d,l-serineprecursor) wordt bereid door chlooraceetaldehyde te laten reageren met natriumacetaat en azijnzuuranhydride.
2.4. Chlooraceetaldehydepolymeren
1. Trichloroparaldehyde (C6H9Cl3O3)
- Eigenschappen: kleurloze kristallen, smeltpunt 88–89 °C, kookpunt 140–144 °C, oplosbaar in gangbare organische oplosmiddelen.
- Vorming:
- Reactie van geconcentreerd zwavelzuur met chlooraceetaldehyde-hemihydraat.
- Residu van de azeotropische destillatie van chlooraceetaldehyde hemihydraat.
- Ontleding van 1,2-dichloorethylnitraat in aanwezigheid van Lewiszuren.
Het wordt omgezet in chlooraceetaldehyde bij verhitting met zuren.
2. Tetrachloormethaan (C8H12Cl4O4)
- Eigenschappen: kleurloze kristallen, smeltpunt 65–67 °C, kookpunt 127–130 °C.
- Vorming: Residu van azeotropische dehydratie van chlooraceetaldehyde hemihydraat.
3. Polychlooraceetaldehyden (C2H3ClO)n
- Eigenschappen: amorfe, elastische producten met polyacetaalstructuur. Kristallijne vormen beschikbaar bij lagere temperaturen met specifieke katalysatoren.
- Vorming: polymerisatie van watervrij chlooraceetaldehyde bij -40 tot -78 °C, met name met Lewiszuren.
3. Productie van chlooraceetaldehyde
Chlooraceetaldehyde wordt geproduceerd door de reactie van aceetaldehyde of paraldehyde met chloor, met dichlooraceetaldehyde en trichlooraceetaldehyde als onzuiverheden. Deze boomproducten worden ook verkregen als bijproducten in het Wacker-proces voor aceetaldehydeproductie.
Een andere productiemethode is de chlorering van vinylchloride in water bij 20 °C, wat een opbrengst van bijna 100% chlooraceetaldehyde oplevert als de concentratie in het reactiemedium onder de 5% blijft. Hogere concentraties bevorderen de vorming van 1,1,2-trichloorethaan.
De reactie van chloor met vinylacetaat in water bij kamertemperatuur vormt een geconcentreerde chlooraceetaldehydeoplossing, die kan worden gedestilleerd om de zuivere verbinding te produceren. Bijproducten zijn kleine hoeveelheden gechloreerde aceetaldehyden, aceetaldehyde en condensatieproducten.
Synthese van chlooraceetaldehydeacetalen met hoge opbrengsten en zuiverheid wordt bereikt door de bovenstaande reacties uit te voeren in alcoholen.
Productie van watervrij chlooraceetaldehyde door chlorering van droge aceetaldehyde of paraldehyde geeft een lage opbrengst. Echter, azeotrope dehydratie van het hemihydraat met chloroform, tolueen of koolstoftetrachloride gevolgd door destillatie over een dehydratiemiddel biedt betere resultaten.
Watervrij chlooraceetaldehyde wordt verkregen met hoge opbrengsten door depolymerisatie van trichloroparaldehyde of polychloroacetaldehyde bij 145 °C met oxaalzuur of trichloorazijnzuur. Pyrolyse van chloorethyleencarbonaat in aanwezigheid van quaternaire ammoniumzouten geeft ook hetzelfde resultaat.
4. Toepassingen van chlooraceetaldehyde
Chlooraceetaldehyde wordt gebruikt als bouwsteen bij de productie van tussenproducten voor statinegeneesmiddelen, die het cholesterolgehalte verlagen, en voor anti-AIDS-medicijnen. Het mercaptoderivaat, 2,5-dihydroxy-1,4-dithiane, wordt gebruikt bij de synthese van medicijnen tegen HIV/AIDS.
Chlooraceetaldehyde wordt ook gebruikt bij de synthese van verschillende kleurstoffen. De dialkylacetalderivaten, zoals chlooraceetaldehydedimethylacetal, zijn belangrijke uitgangsmaterialen voor de productie van landbouwchemicaliën en de acetalen worden gebruikt bij de productie van geuren.
Het kan polymeren vormen, die commercieel niet belangrijk zijn.
5. Toxicologie van chlooraceetaldehyde
Acute toxiciteit:
- Zeer giftig bij inademing, wat leidt tot een snelle tot vertraagde dood bij dieren. Letale dosis (LD50) waarden zijn:
- Rat (oraal): 89 mg/kg
- Konijn (dermaal): 267 mg/kg
- Rat (inhalatie, 1u): 650 mg/m³
- Irriterend voor huid en ogen, zelfs bij lage concentraties (0,03% oplossing).
- Geen huidsensibilisator bij cavia’s.
Chronische toxiciteit:
- Er werden geen tekenen van toxiciteit waargenomen in chronische inhalatiestudies onder 5,2 mg/m³.
- Mutageen in verschillende organismen en menselijke cellen.
- Er werd geen toename van huidtumoren waargenomen in muizenstudies.
- Levertumoren werden waargenomen bij mannelijke muizen die water dronken met 0,1 g/L chlooraceetaldehyde.
Menselijk Blootstelling:
- Chlooraceetaldehyde is een irriterend middel voor de huid, slijmvliezen en luchtwegen.
- Het veroorzaakt branderige blaren en weefselschade bij huidcontact.
- Tranenvloed en neusirritatie bij blootstelling aan 32,6 mg/m³ lucht.
Aanbevelingen:
- TLV-STEL (VS): 1 ppm (maximaal toegestane lucht concentratie).
- EU-classificatie: “Zeer giftig” en “gevaarlijk voor het milieu.”
- Vereist volledige persoonlijke beschermingsmiddelen (bril, handschoenen en masker).
Referentie
- Chlooracetaldehyden; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a06_527.pub2
