เมธีนามีน
เมธีนามีน หรือ เฮกซะเมทิลีนเตตรามีน (English: Methenamine หรือ Hexamethylenetetramine) เป็นสารประกอบอินทรีย์เฮเทอโรไซคลิก มีสูตรโครงสร้างคือ (CH2)6N4 ลักษณะเป็นผลึกสีขาว ละลายได้ดีในน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีขั้ว โครงสร้างโมเลกุลมีลักษณะคล้ายกรงเหมือนกับอะดาแมนแทน เมธีนามีนถูกนำมาใช้ประโยชน์ในการสังเคราะห์สารประกอบเคมีอื่น เช่น พลาสติก ยา สารเติมแต่งยาง สารนี้มีจุดระเหิด ณ สภาวะสุญญากาศที่ 280องศาเซลเซียส[2]
เมธีนามีนเป็นสารที่ได้จากการเกิดปฏิกิริยาระหว่างงฟอร์มาลดีไฮด์กับแอมโมเนีย[3] ถูกค้นพบโดยอเล็กซานเดอร์ บัทเลรอฟ เมื่อ ค.ศ. 1859[4] มีการนำเมธีนามีนมาใช้ประโยชน์ในหลายวัตถุประสงค์ ทั้งใช้เป็นส่วนผสมในการผลิตวัสดุคอมโพสิต[3] ใช้เป็นยาปฏิชีวนะ[5] เป็นสีย้อมในการศึกษาทางมิญชวิทยา[6] เชื้อเพลิงแข็ง[7] สารกันเสีย[8] ตัวทำปฏิกิริยา[9] รวมไปถึงการผลิตวัตถุระเบิด[3]
ถึงแม้ว่าเมธีนามีนจะสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างหลากหลาย แต่เนื่องด้วยความต้องการของตลาดที่มีน้อยลง ประกอบกับการมีสารตัวเลือกอื่นที่เพิ่มมากขึ้น ทำให้ปริมาณการผลิตสารนี้ลดลงอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ช่วงปี ค.ศ. 1990 เป็นต้นมา ในปัจจุบันยังมีการผลิตสารนี้อยู่ในเยอรมนี เนเธอร์แลนด์ อิตาลี ออสเตรเลีย สหรัฐอเมริกา และเม็กซิโก[7]
เมธีนามีน หรือที่เรียกกันเป็นทางการว่า เฮกซะเมทิลีนเตตรามีน ถูกค้นพบโดยนักเคมีชาวรัสเซีย อเล็กซานเดอร์ บัทเลรอฟ เมื่อ ค.ศ. 1859[4][10][11] โดยถูกเตรียมขึ้นได้จากการทำปฏิกิริยากันระหว่างฟอร์มาลดีไฮด์กับแอมโมเนีย[3] โดยการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถถูกเหนี่ยวนำได้ทั้งในกรณีที่สารตั้งต้นทั้งสองอยู่ในสถาะแก๊สและสารละลาย
โมเลกุลของเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนมีความคล้ายคลึงกันเป็นอย่างมากกับโครงสร้างของอะดาแมนแทน โดยจะมีโครงสร้างเป็นแบบสมมาตรทรงสี่หน้ารูปร่างคล้ายกรง มุมทั้งสี่มุมเป็นอะตอมของไนโตรเจน เชื่อมต่อกับอะตอมไนโตรเจนอื่นในโมเลกุลด้วยสะพานเมทิลีน (methylene bridge) ถึงแม้ว่าโมเลกุลของเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนจะมีรูปร่างคล้ายกรง แต่ก็ไม่มีตำแหน่งด้านหน้าใดๆในโมเลกุลที่จะสามารถเข้าจับกับอะตอมหรือโมเลกุลอื่นเพิ่มเติมได้ เช่นที่พบได้ในอีเทอร์มงกุฏ หรือโครงสร้างคริปแทนด์ขนาดใหญ่
โมเลกุลของเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนจะแสดงคุณสมบัติคล้ายคลึงกับโมเลกุลของกรดอะมิโน โดยสามารถเกิดโปรโตเนชันและ N-อัลคิเลชันได้ (เช่น ควอเทอร์เนียม-15)
ส่วนใหญ่แล้วเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนมักถูกนำมาใช้ในการผลิตผงหรือยางฟีนอลฟอร์มาลดีไฮด์ชนิดเหลว และวัสดุคอมโพสิตชนิดยางฟีนอลิคโดยใช้แม่พิมพ์ (phenolic resin moulding compound) เพื่อเป็นสารทำให้คอมโพสิตแข็งตัว โดยผลิตภัณฑ์ต่างๆที่ผลิตได้เหล่านี้มักเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องอาศัยการยึดเกาะ เช่น เบรกรถ ผ้าคลัตช์ ผ้าทราย ผ้าใยสังเคราะห์ วัสดุทนไฟ เป็นต้น[3]
นอกจากนี้ยังพบว่าเฮกซะเมทิลีนเตตราอาจสามารถทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์โครงร่างโมเลกุล (molecular building block) สำหรับการสังเคราะห์ผลึกโครงสร้างนาโนโดยจัดวางโมเลกุลอย่างเป็นระเบียบได้ด้วยตนเอง (self-assembly) ได้ด้วย[12][13]
ในวงการแพทย์ได้ริเริ่มการนำเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนมาใช้ในการฆ่าเชื้อในระบบทางเดินปัสสาวะเป็นครั้งแรกเมื่อปี ค.ศ. 1899[14] แต่ใช้ได้ผลในผู้ป่วยที่มีค่าพีเอชของสารละลายในทางเดินปัสสาวะเป็นกรดเท่านั้น ส่วนในผู้ป่วยที่มีสารละลายในทางเดินปัสสวะเป็นด่างมักพิจารณาใช้กรดบอริกแทนสำหรับข้อบ่งใช้ข้างต้น[15] โดยนักวิทยาศาสตร์พบว่ามีสหสัมพันธ์แบบแปรผันตรงระหว่างความเป็นกรดของสภาพแวดล้อมรอบเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนกับการสลายตัวของสารดังกล่าว[14] ดังนั้น ประสิทธิภาพในการรักษาของเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนจึงขึ้นอยู่กับความเป็นกรดของปัสสาวะมากกว่าปริมาณยาทั้งหมดที่ผู้ป่วยได้รับในการรักษา[15] ในทางตรงกันข้าม หากสภาพแวดล้อมภายนอกมีสภาวะเป็นด่างนั้น เฮกซะเมทิลีนเตตรามีนแทบจะไม่สามารถออกฤทธิ์ฆ่าเชื้อก่อโรคใดๆ ได้เลย[15]
นอกจากนี้ เฮกซะเมทิลีนเตตรามีนยังเคยถูกนำมาใช้ในกระบวนการการรักษาทหารได้รับบาดเจ็บจากการสูดก๊าซพิษฟอสจีนในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 ซึ่งการศึกษาทางคลินิกในภายหลังพบว่า การได้รับเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนในขนาดสูงก่อนการสูดดมก๊าซพิษดังกล่าวจะช่วยป้องกันการเกิดพิษจากก๊าซนั้นได้ ในทางตรงกันข้าม การได้รับเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนภายหลังจากการสัมผัสก๊าซพิษฟอสจีนแล้ว พบว่าไม่ก่อให้เกิดผลในการรักษาอาการพิษแต่อย่างใด[16]
ในปัจจุบัน เฮกซะเมทิลีนเตตรามีนในรูปแบบเกลือของกรดแมนดีลิค (ชื่อสามัญตามเภสัชตำรับอังกฤษ คือ เมธีนามีน แมนดีเลท[17]) นั้นถูกนำมาใช้ในการรักษาการติดเชื้อแบคทีเรียในระบบทางเดินปัสสาวะ โดยสารดังกล่าวจะสลายตัวในกระเพาะปัสสาวะที่มีสภาวะเป็นกรด ได้ผลิตภัณฑ์เป็นฟอร์มาลดีไฮด์และแอมโมเนีย ซึ่งฟอร์มาลดีไฮด์ที่เกิดขึ้นนี้จะมีคุณสมบัติในการฆ่าแบคทีเรียก่อโรค ส่วนกรดแมนดีลิคที่ถูกเพิ่มเข้ามาในเภสัชตำรับนั้นมีจุดประสงค์เพื่อเสริมฤทธิ์ของฟอร์มาลดีไฮด์ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้มั่นใจว่าค่าพีเอชของสารละลายในกระเพาะปัสสาวะนั้นเอื้อต่อการออกฤทธิ์ของเฮกซะเมทิลีนเตตรามีน จึงมักมีการบริหารวิตามินซีหรือแอมโมเนียมคลอไรด์ให้กับผู้ป่วยร่วมด้วย เพื่อเพิ่มความเป็นกรดของสารละลายในกระเพาะปัสสาวะ อย่างไรก็ตาม การใช้เฮกซะเมทิลีนเตตรามีนเพื่อเป็นยาปฏิชีวนะนี้มีปริมาณการใช้ลดลงในช่วงปลายคริสต์ทศวรรตที่ 1990 เนื่องจากอาการไม่พึงประสงค์ที่เกิดขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเกิดกระเพาะปัสสาวะอักเสบรุนแรงชนิด hemorrhagic cystitis จากการเหนี่ยวนำของสารเคมีในผู้ที่ได้รับยาเกินขนาด[5] แต่ ณ ปัจจุบัน ยาดังกล่าวได้รับการรับรองใหม่อีกครั้งเพื่อใช้สำหรับข้อบ่งใช้ดังข้างต้น อันเป็นมาตรการตอบสนองต่อความชุกของการดื้อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรียที่มากขึ้นในปัจจุบัน โดยยานี้มีความเหมาะสมอย่างยิ่งที่จะนำมาใช้ต่อเนื่องระยะยาวเพื่อป้องกันการเกิดการติดเชื้อในระบบทางเดินปัสสาวะ เนื่องจากแบคทีเรียไม่สามารถปรับตัวให้ดื้อต่อฟอร์มาลดีไฮด์ได้ อย่างไรก็ดี ยานี้ไม่สามารถใช้ในผู้ป่วยที่มีการทำงานของไตบกพร่องได้ เนื่องจากจะทำให้อาการชองโรคแย่ลงและเกิดอาการไม่พึงประสงค์จากยาได้มากขึ้น นอกจากนี้แล้วยังมีการพัฒนาเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนให้อยู่ในรูปแบบยาครีมและสเปรย์เพื่อใช้ในการรักษาภาวะที่เหงื่อออกมากและกลิ่นตัวแรงเกินไป
อาการไม่พึงประสงค์ที่อาจเกิดขึ้นได้ในผู้ที่ได้รับการรักษาด้วยเฮกซะเมทิลีนเตตรามีน ได้แก่ เกิดผื่นคันตามผิวหนัง ระคายเคืองทางเดินอาหาร คลื่นไส้ อาเจียน กระเพาะอาหารอักเสบ ท้องเสีย เกิดตะคริวที่ท้อง ปัสสาวะไม่ออกหรือปัสสาวะขัด มีเลือดปนมากับปัสสาวะหรือปัสสาวะเป็นเลือด ปัสสาวะถี่และบ่อย การตรวจปัสสาวะอาจพบมีโปรตีนในปัสสาวะ[11] ซึ่งอาการไม่พึงประสงค์ที่เกิดขึ้นกับระบบทางเดินปัสสาวะเป็นสาเหตหลักที่ทำให้มีการใช้เฮกซะเมทิลีนเตตรามีนลดน้อยลงในปัจจุบัน[5]
ในการศึกษาทางมิญชวิทยานั้นมีการนำสีย้อมเมธีนามีนซิลเวอร์หลายชนิดมาใช้เพื่อย้อมติดสีแกรม ได้แก่:
สีย้อมเมธีนามีนซิลเวอร์ของโกรค็อตต์ ถูกนำมาใช้เพื่อคัดเลือกจุลชีพจำพวกราเส้นไยกันอย่างแพร่หลาย สีย้อมโจนส์ เป็นเมธีนามีนซิลเวอร์จำพวก Periodic acid-Schiff สำหรับย้อมเยื่อรองรับพื้นฐาน, หรือย้อมเพื่อดู "spiked" ของเยื่อรองรับพื้นฐานของไต ซึ่งมีความสัมพันธ์กับการเกิด membranous glomerulonephritis[6]
เช่นเดียวกันกับ 1,3,5-ไตรออกเซน, เฮกซะเมทิลีนเตตรามีนเป็นส่วนประกอบหนึ่งของเชื้อเพลิงเม็ดเฮกซะมีนที่นิยมใช้ในกลุ่มคนตั้งแคมป์, ออกค่าย, หน่วยทหาร เพื่อเป็นแหล่งความร้อนในการประกอบอาหารและการปันส่วนเชื้อเพลิงในหน่วยทหาร เชื้อเพลิงแข็งชนิดนี้มีข้อดีคือไม่ก่อให้เกิดควันเมื่อเกิดการเผาไหม้, มีปริมาณความร้อนจากการเผาไหม้ (Heat of combustion) ที่สูงมากถึง 30.0 เมกะจูลต่อกิโลกรัม (MJ/kg), ไม่กลายเป็นสาเหลวเมื่อเกิดการเผาไหม้ และไม่เหลือเถ้าจากการเผา นอกจากนี้ เชื้อเพลิงเมธีนามีน (เฮกซะมีน) มาตรฐาน 0.149กรัม ถูกนำมาใช้เป็นแหล่งกำเนิดไฟที่สะอาดและทำซ้ำได้ในห้องปฏิบัติกันไฟเพื่อทดสอบการติดไฟของพรมปูพื้น[7]
เฮกซะเมทิลีนเตตรามีน หรือเฮกซะมีนยังถูกนำมาใช้เป็นวัตถุเจือปนอาหารเพื่อป้องกันการเน่าเสีย (INS number 239) โดยได้รับการรับรองจากสหภาพยุโรปให้ใช้สารนี้เพื่อจุดประสงค์ดังกล่าวได้[8] ภายใต้เลขอี E239 อย่างไรก็ตาม เฮกซะเมทิลีนเตตรามีนไม่ได้รับการรับรองให้ใช้เป็นวัตถุเจือปนอาหารในสหรัฐอเมริกา, รัสเซีย, ออสเตรเลีย และนิวซีแลนด์[18]
เฮกซะเมทิลีนเตตรามีนเป็นตัวทำปฏิกิริยาอเนกประสงค์ในการสังเคราะห์อินทรีย์,[9] สารนี้ถูกนำมาใช้ในปฏิกิริยาดัฟฟ์ (ปฏิกิริยาฟอร์มิเลชันของเอรีน),[19] ปฏิกิริยาซอมเมเลต์ (การเปลี่ยนเบนซิลเฮไลด์ไปเป็นอัลดีไฮด์),[20] และปฏิกิริยาดีลีพีน (การสังเคราะห์เอมีนจากอัลคิลเฮไลด์)[21]
เฮกซะเมทิลีนเตตรามีนเป็นส่วนประกอบพื้นฐานในการสร้างระเบิด RDX และระเบิด C-4[3] รวมไปถึงระเบิดออคโตเจน, เฮกซามีนไดไนเตรท และ เฮกซะเมทิลีน ไตรเปอรอกไซด์ ไดเอมีน (HMTD) ตัวอย่างปฏิกิริยาการสร้างระเบิด RDX ดังแสดงต่อไปนี้[22]
เฮกซะมีน + 10 กรดไนตริก → RDX + 3 เมทิลีนไดไนเตรท + แอมโมเนียมไนเตรท + 3 น้ำ (CH2)6N4 + 10 HNO3 → (CH2-N-NO2)3 + 3 CH2 (NO3)2 + NH4NO3 + 3 H2O
ตั้งแต่ช่วงปี ค.ศ. 1990 เป็นต้นมา จำนวนผู้ผลิตเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนในยุโรปนั้นลดลงอย่างต่อเนื่อง อาทิ โรงงาน SNPE ของฝรั่งเศสที่ปิดกิจการไปในปี 1990, การผลิตในโรงงานที่ลอยนา ประเทศเยอรมนีได้หยุดลงในปี ค.ศ. 1993, ปี ค.ศ. 1996 โรงงานผลิตในอาโกรลิงซ์ได้ปิดกิจการลง, ปี ค.ศ. 2001 บอร์เดนผู้ผลิตเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนในสหราชอาณาจักรได้หยุดการดำเนินกิจการ, ปี ค.ศ. 2006 โรงงานเคมโค (Chemko) ในสาธารณรัฐสโลวักได้หยุดการผลิตยานี้ลงเช่นกัน โดยในปัจจุบัน โรงงานที่ยังคงมีการผลิตเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนอยู่ ได้แก่ INEOS ของเยอรมนี, Caldic ของเนเธอร์แลนด์, และ Hexion ของอิตาลี ส่วนในสหรัฐอมเริกา Eli Lilly and Company ได้หยุดการผลิตสารนี้ไปเมื่อปี ค.ศ. 2002[7] นอกเหนือจากยุโรปแล้ว ในออสเตรเลียและเม็กซิโกยังมีการผลิตเฮกซะเมทิลีนเตตรามีนเพื่อใช้เป็นเม็ดเชื้อเพลิงซึ่งดำเนินการโดย บริษัทธาลส์ ออสเตรเลีย จำกัด (Thales Australia) และ เอบิยา (Abiya) ตามลำดับ
เฮกซะเมทิลีนเตตรามีนมีจำหน่ายในประเทศไทยภายใต้ชื่อการค้า Hiprex (ฮิปเปร็กซ์) โดยบริษัท Aventis Pharmaceuticals, Urex (ยูเร็กซ์) ของบริษัท Vatring Pharmaceuticals และ Mandelamine (แมนเดลามีน) ของบริษัท Warner Chilcott Laboratories[11]
ครีซอล ฟอร์มาลดีไฮด์ ยาปฏิชีวนะ
หมวดหมู่:ยาปฏิชีวนะที่ไม่ได้จำแนกกลุ่ม หมวดหมู่:สารกันเสีย หมวดหมู่:ไนโตรเจนเฮเตอโรไซเคิล หมวดหมู่:เชื้อเพลิง หมวดหมู่:ตัวทำปฏิกิริยาในเคมีอินทรีย์ หมวดหมู่:สารยับยั้งการกัดกร่อน หมวดหมู่:สารประกอบอินทรีย์โพลีไซคลิก หมวดหมู่:โมเลกุลคล้ายอะดาแมนแทน