Χλωρομεθάνιο

Ονοματολογία

Κατά τη συστηματική ονοματολογία κατά IUPAC, η ένωση θεωρείται υποκατεστημένο μεθάνιο, δηλαδή μεθάνιο, ένα άτομο υδρογόνου του οποίου, έχει αντικατασταθεί από άτομο χλωρίου. Πιο αναλυτικά, το πρόθεμα «μεθ-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες που έχουν χαρακτηριστικές καταλήξεις. Το αρχικό πρόθεμα «χλωρο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου χλωρίου ανά μόριο της ένωσης.
Ο κωδικός HCC-40 παράγεται ως εξής: Το HCC προέρχεται από την αγγλόφωνη λέξη HydroChloroCarbon. Το πρώτο ψηφίο (4) σημαίνει ότι η ένωση περιέχει 4 - 1 = 3 άτομα υδρογόνου (ανά μόριο). Και, τέλος, το τελευταίο ψηφίο (0), σημαίνει (εμμέσως) ότι η ένωση περιέχει ένα (1) άτομο χλωρίου, γιατί δηλώνει 0 άτομα φθορίου, ενώ λείπει ένα (1) άτομο υδρογόνου (το μεθάνιο έχει 4).

Φυσική παρουσία

Το χλωρομεθάνιο είναι η πιο άφθονη αλογονούχα οργανκή ένωση, συνυπολογίζοντας όλες τις φυσιογενείς και τις ανθρωπογενείς οργανικές ενώσεις, στην ατμόσφαιρα της Γης.
Εργαστηριακές καλλιέργειες θαλάσσιου φυτοπλαγκτόν (πιο συγκεκριμένα των ειδών Phaeodactylum tricornutum, Phaeocystis sp., Thalassiosira weissflogii, Chaetoceros calcitrans, Isochrysis sp., Porphyridium sp., Synechococcus sp., Tetraselmis sp., Prorocentrum sp., και Emiliana huxleyi) έδειξαν παραγωγή χλωρομεθανίου, αλλά σε σχετικά ασήμαντες ποσότητες. Μια επέκταση της έρευνας σε 30 είδη πολικών μακραλγών, όμως, αποκάλυψε την έκλυση σημαντικών ποσοτήτων του αλκυλαλογονιδίου μόνο από τα είδη Gigartina skottsbergii και Gymnogongrus antarcticus.
Το φυτό Batis maritima, που φύεται σε αλατούχα έλη, περιέχει το ένζυμο τρανσφεράση του χλωρομεθυλίου, που καταλύει τη βιοσύνθεση του χλωρομεθανίου από S-αδενοσυλ-L-μεθειονίνη και χλωριούχα ιόντα (Cl⁻). Αυτή η πρωτεΐνη, που έχει απομονωθεί από το κολοβακτηρίδιο E. coli, φαίνεται ότι υπάρχει και σε άλλους ζωντανούς οργανισμούς, όπως τα άλγη Phellinus pomaceus και Endocladia muricata και τη λειχήνα Mesembryanthemum crystallium, που είναι όλα γνωστά ως παραγωγοί χλωρομεθανίου.

Παραγωγή

Μεγάλες ποσότητες χλωρομεθανίου παράγονται με φυσικό τρόπο στους ωκεανούς, από το συνδυασμό δράσεων του ηλακού φωτός, του χλωρίου και της βιομάζας στον αφρό της θάλασσας. Παρόλα αυτά όλο το χλωρομεθάνιο που χρησιμοποιείται από τη βιομηχανία παράγεται συνθετικά.

Υποκατάσταση φθορίου από χλώριο

Με επίδραση χλωριούχου ασβεστίου σε φθορομεθάνιο παράγεται χλωρομεθάνιο:

Υποκατάσταση από υδροξύλιο

Το χλωρομεθάνιο υδρολύεται με αραιό  διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (NaOH), σχηματίζοντας μεθανόλη (CH₃OH):

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  αλκοολικά άλατα (RONa),  σχηματίζοντας αλκυλμεθυλαιθέρα (CH₃OR):

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  αλκινικά άλατα (RC≡CNa), σχηματίζοντας 2-αλκίνιο  (RC≡CCH₃):

Υποκατάσταση από ακύλιο

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  καρβοξυλικά άλατα (RCOONa), σχηματίζοντας καρβοξυλικό μεθυλαλκυλεστέρα (RCOOCH₃):

Υποκατάσταση από κυάνιο

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  κυανιούχο νάτριο (NaCN), σχηματίζοντας αιθανονιτρίλιο (CH₃CN):

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  αλκυλολίθιο (RLi), σχηματίζοντας μεθυλαλκάνιο:

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  όξινο θειούχο νάτριο (NaSH), σχηματίζοντας μεθανοθειόλη (CH₃SH):

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  θειολικό νάτριο (RSNa), σχηματίζοντας αλκυλμεθυλοθειαιθέρα (RSCH₃):

Υποκατάσταση από ιώδιο

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  ιωδιούχο νάτριο (NaI) , σχηματίζοντας μεθυλοϊωδίδιο (CH₃I):

Υποκατάσταση από φθόριο

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  φθοριούχο υφυδράργυρο (Hg₂F₂), σχηματίζοντας  φθορομεθάνιο:

Περιφθορίωση

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με το τριφθοριούχο κοβάλτιο, αντικαθιστώντας όλα τα άτομα υδρογόνου με άτομα φθορίου. Έτσι παράγεται (κυρίως) τριφθοροχλωρομεθάνιο:

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  αμμωνία (NH₃), σχηματίζοντας μεθαναμίνη (CH₃NH₂):

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  πρωτοταγείς αμίνες (RNH₂), σχηματίζοντας αλκυλμεθυλαμίνη (RNHCH₃):

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  δευτεροταγείς αμίνες (R'NHR), σχηματίζοντας διαλκυλμεθυλαμίνη [R'N(CH₃)R]:

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  τριτοταγείς αμίνες [R'N(R)R"], σχηματίζοντας χλωριούχο τριαλκυλομεθυλαμμώνιο {[R'N(CH₃)(R)R"]Cl}:

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με  φωσφίνη, σχηματίζοντας μεθανοφωσφαμίνη:

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με   νιτρώδη άργυρο (AgNO₂), σχηματίζοντας  νιτρομεθάνιο (CH₃NO₂):

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζόλιο, σχηματίζοντας τολουόλιο:

Παραγωγή οργανομεταλλικών ενώσεων

1. Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με μεταλλικό λίθιο (Li), σχηματίζοντας μεθυλολίθιο:
2. Το χλωρομεθάνιο αντιδρά με μεταλλικό  μαγνήσιο (Mg) (αντιδραστήριο Grignard), σχηματίζοντας μεθυλοχλωρομαγνήσιο:

Αναγωγή

1. Το χλωρομεθάνιο ανάγεται με λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο (LiAlH₄), σχηματίζοντας μεθάνιο:
2.  Το χλωρομεθάνιο ανάγεται με  «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ, σχηματίζοντας μεθάνιο :
3. Το χλωρομεθάνιο ανάγεται με  σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, σχηματίζοντας μεθάνιο:
4.  Το χλωρομεθάνιο ανάγεται με  αλκυλοκασσιτεράνιο,  αρκεί να περιέχει έναν τουλάχιστον δεσμό Sn-H, σχηματίζοντας μεθάνιο :

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει προπυλοχλωρίδιο (CH₃CH₂CH₂Cl):
2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1-χλωροπροπένιο (CH₃CH=CHCl):
3. Η αντίδραση του χλωρομεθανίου με συζυγή αλκαδιένια αντιστοιχεί κυρίως σε 1,4-προσθήκη, αν και είναι επίσης δυνατές η 1,2-προσθήκη και η 3,4-προσθήκη, με τη χρήση κατάλληλων συνθηκών. Π.χ:
4. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει βουτυλοχλωρίδιο:
5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει μεθοξυ-2-χλωραιθάνιο:

Eφαρμογές

Το χλωρομεθάνιο χρησιμοποιούνταν ευρύτατα ως ψυκτικό υγρό σε ψυγεία, αλλά η εφαρμογή αυτή εγκαταλείφθηκε, εξαιτίας της μεγάλης τοξικότητας και ευφλεκτότητας που έχει, με αποτέλεσμα την εξαιρετικά μειωμένη ασφάλεια που παρείχε. Xρησιμοποιήθηκε επίσης παλιά για τη παραγωγή του τετραχλωριούχου μολύβδου, ενός από τα αντικροτικά συστατικά της πρώην «Super» βενζίνης, πριν από την αντικατάσταση της τελευταίας από την «αμόλυβδη».
Η πιο σημαντική σύγχρονη χρήση του χλωρομεθάνιου είναι ως χημικό ενδιάμεσο στην παραγωγή πολυμερών σιλικόνης. Σε μικρότερες ποσότητες χρησιμοποιείται σαν διαλύτης στην επεξεργασία συνθετικού ελαστικού και στη διύλιση πετρελαίου.
Το χλωρομεθάνιο χρησιμοποιείται ακόμη ως μεθυλιωτικό και χλωριωτικό αντιδραστήριο στην Οργανική Χημεία. Επίσης χρησιμοποιήθηκε σε μια ποικιλία άλλων εφαρμογών, όπως για την εκχύλιση γράσων, ελαίων και ρητινών, ως ένα προωθητικό αέριο σε αεροζόλ, ως αφριστικό μέσο σε παραγή πολυεστερικού αφρού, ως ένα τοπικό αναισθητικό, ως ένα ενδιάμεσο στην παραγωγή φαρμάκων, ως ένας μεταφορέας καταλυτών για πολυμερισμό σε χαμηλές θερμοκρασίες, ως ένα υγρό για θερμόμετρα και θερμοστάτες και ως ένα ζιζανιοκτόνο.

Υγιεινή και ασφάλεια

Η εισπνοή αερίου χλωρομεθάνιου προκαλεί τοξικές επιδράσεις στο νευρικό σύστημα. Τα θύματα μπορεί να αισθανθούν ναυτία, ζαλάδα ή σύγχυση, να έχουν αναπνευστικές δυσκολίες, με παραπάτημα και βήχα, καθώς περπατούν ή μιλούν. Σε υψηλότερες συγκεντρώσεις μπορούν να παρατηρηθούν παράλυση, λιποθυμία ή και κατάσταση κώμα. Η επαφή του με το δέρμα μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα κρυοπαγήματα. Η επαφή με τα μάτια προκαλεί προβλήματα στην όραση και μειωμένη αντίδραση στις αλλαγές του φωτός. Η χρόνια έκθεση σε χλωρομεθάνιο έχει συνδεθεί με θανάτους εμβρύων σε ποντίκια. Σε ανθρώπους, η έκθεση στο χλωρομεθάνιο, κατά τη διάρκεια κύησης μπορεί να προκαλέσει βλάβη στην ανάπτυξη του κάτω μέρους της σπονδυλικής στήλης, της λεκάνης και των ποδιών του εμβρύου, αλλά αυτό δεν έχει αποδειχθεί με πειστικό τρόπο.
Το 1997, έγινε μια επανεκτίμηση έρευνας της τραγωδίας του 1942, στο νυχτερινό κέντρο «Boston's Cocoanut», και έδειξε ότι η αιτίας της (τραγωδίας) ήταν η ανάφλεξη χλωρομεθανίου που προερχόταν από διαρροή ψυγείου.