クロロ酢酸（79-11-8）の物理的および化学的性質
クロロ酢酸
工業的にアルキル化中間体および農薬、医薬品、特殊化学品の構築ブロックとして用いられる、塩素置換カルボン酸です。
| CAS番号 | 79-11-8 |
| ファミリー | ハロ酢酸類 |
| 主な形態 | 結晶性固体または濃縮水溶液 |
| 一般的なグレード | ACSグレード, BP, EP, JP, 技術グレード, USP |
クロロ酢酸はハロ酢酸構造クラスに属する低分子量塩素置換カルボン酸であり、正式には2-クロロ酢酸として知られ、分子式は\(\ce{C2H3ClO2}\)です。構造的にはカルボキシル官能基に隣接して電子吸引性の塩素原子がα炭素に結合しています。塩素置換基は酢酸に比べて酸性度を増強し、カルボキシラートから電子密度を奪い、α炭素をより求電子的にするため、アルキル化剤としての反応性および求核置換や脱ハロゲン反応の基質としての性質を支えています。
凝縮相では、クロロ酢酸は極性を持つ水素結合性の固体であり、吸湿性および潮解性を示します。融解すると比較的密度の高い液体となり、プロトン性および多くの極性非プロトン性有機溶媒に良好に溶解します。酸解離定数は低く（\(\mathrm{p}K_a = 2.87\)）、中性pHでは水溶液中で主にアニオン型が優勢です。脂溶性は低〜中程度（log P ≈ 0.2–0.34）で、トポロジカル極性表面積（TPSA）は約37.3 Å^2と小さく、水溶性が良好で膜透過性は適度です。熱的ストレス下では酸およびハロゲン化分解生成物（塩化水素および酸化塩素種）を放出して分解し、金属および生体組織に対して腐食性が高く、塩基との中和反応では多量の熱を発生します。
クロロ酢酸は工業的にカルボキシメチルセルロース、除草剤前駆体、および各種精密化学品・医薬品中間体の製造に重要な中間体です。また、塩素処理水中の消毒副生成物としても認識されており、実験室およびプロセス化学の試薬としても利用されます。一般的な商業用グレードにはACSグレード、BP、EP、JP、技術グレード、USPがあります。
基本的な物理的性質
密度
実験値は相および温度により異なります。代表的な値は以下の通りです：
- 20 °C/20 °C（固体）で1.58 — 「1.58 g/cm³」として報告。
- 65 °C/4 °C（液体）で1.3703。
- 40 °Cで1.4043（「40 °Cにおける1.4043 g/cu cm」として報告）。
- 温度注記なしで1.328。
これらの値は固体および融解液体が水より密度が高いことを示しており、融解または液体状態では通常、水中で沈みます。単位は\(\mathrm{g\,cm^{-3}}\)です。
融点
複数の結晶多形が報告されています。実験値は以下の通りです：
- α、β、γ型が存在し、それぞれ融点は63 °C（α）、55–56 °C（β）、50 °C（γ）。市販品の融点は61–63 °Cの範囲。
- 52.5 °C（一つの報告値）。
- 50–63 °C（範囲）。
- 145 °F（代替単位；概ね同じ範囲）。
多形性は観察される融点に影響を与え、工業用材料は通常、上記の市販品融点範囲で規格化されます。
沸点
常圧における報告沸点：
- 760.00 mm Hgで187.00～190.00 °C。
- 典型的な単一値は189.1 °C。
- 760 mmHgで372 °F（代替単位）。
この比較的高い常圧沸点は、中性状態での強い分子間水素結合および低揮発性を反映しています。
蒸気圧
代表的な実験値：
- 109.4 °Fで1 mmHg。
- 条件不明で0.06 mmHg。
- 25 °Cで\(6.5\times10^{-2}\ \mathrm{mmHg}\)（\(8.68\times10^{-3}\ \mathrm{kPa}\)）。
蒸気圧は常温で低く、蒸気は空気より重いです。環境中の典型的pH条件ではイオン化が優勢であるため、揮発は限定的です。
引火点
報告された引火点（閉カップおよび開放カップレポート）：
- 126 °C（閉カップ126 °Cとして報告）。
- 259 °F（126 °Cに相当として報告）。
- 302 °F（別の報告値）。
クロロ酢酸は可燃性に分類されます。高温での蒸気は可燃性混合気を形成するため、融解物の加熱や取り扱いには注意が必要です。
化学的性質
溶解性および相挙動
クロロ酢酸は水に高度に溶解し、多くの極性有機溶媒と混和性があります。代表的な実験溶解度データ：
- 68 °Fで100 mg/mL以上（mg/mL単位）。
- 25 °Cで\(8.58\times10^{5}\) mg/L（水中、換算すると約858 mg/mL）。
- 25 °Cで858 mg/mL。
- エタノール、ジエチルエーテル、ベンゼン、クロロホルムに溶解し、四塩化炭素にはわずかに溶解。
- 吸湿性が強く、空気中の水分を吸収して糖液や潮解結晶を形成することが多い。商業的にはフレーク状、濃縮水溶液（約80％程度まで）または融解物として取り扱われることが多い。
酸が解離するため（\(\mathrm{p}K_a = 2.87\)）、中性pHの水飲み媒体中ではクロロ酢酸アニオンが優勢であり、溶解度挙動はイオン化および塩形成により制御されます。
反応性および安定性
クロロ酢酸は反応性の高いハロゲン化カルボン酸で、以下の特徴的な化学反応性を有します：
- 酸塩基反応：典型的なカルボン酸としての振る舞いで、塩基との中和は発熱し、塩（例：クロロ酢酸ナトリウム）を生成します。
- 求核置換：α-クロロ基は求核置換反応（SN2）を受けやすく、置換アセテートを形成したり、還元条件下で脱ハロゲン化されます。この求電子性こそがアルキル化中間体としての利用基盤です。
- 腐食性および適合性：金属および組織に強い腐食性があり、活性金属と反応して水素ガスおよび金属塩を生成します。シアン化物、亜硫酸塩、亜硝酸塩その他の反応性陰イオンとは有害気体を生成することがあります。
- 熱分解：加熱または燃焼により塩化水素や酸化塩素種などの腐食性・有害ガスを発生し、重篤な分解条件下ではホスゲンの生成例も報告されています。
- 酸化還元：強酸化剤や強還元剤と激しい反応を示すことがあります。推奨保管条件下では安定性は十分ですが、不適合物質との接触は注意が必要です。
生物学的および環境的文脈では、脱ハロゲン化および抱合反応（特にグルタチオン抱合によるS-カルボキシメチル誘導体形成）が重要な代謝および解毒経路となっています。
熱力学データ
標準エンタルピーおよび熱容量
特定の熱力学量に関して報告されているエネルギーデータは以下の通りです：
- 燃焼熱（報告値）：−715.9 kJ/mol（α‑クロロ酢酸）。
- 融点における融解熱：「融点における融解熱 = 1.2285×107 J/kmol」（J·kmol−1単位で報告）。
- 蒸発熱：「250 Btu/Lb = 139 cal/g = 5.82×105 J/kg」（複数の単位表現で報告）。
包括的な標準生成エンタルピーや温度依存熱容量関数の完全なセットは、現状のデータでは熱化学的モデリングに対して提供されていません。精密な熱量測定データがプロセス設計に必須の場合は、製品固有の技術文献または熱量測定の結果を参照してください。
分子パラメーター
分子量および式
- 分子式（正準式）：\(\ce{C2H3ClO2}\)。
- 分子量（報告値）：94.50（単位：\(\mathrm{g\,mol^{-1}}\)）。
- 正確質量 / 単一同位体質量：93.9821570（報告値）。
構造解析によるその他の計算記述子：
- XLogP：0.2（計算値）。
- 位相的極性表面積（TPSA）：37.3 Å2。
- 重原子数：5。
- 形式上の電荷：0。
LogPおよび極性
報告されている脂溶性および分配係数パラメーター：
- XLogP3（計算値）：0.2。
- 実験または計算によるlog Kowの報告値：「log Kow = 0.22」、「0.22」、および「0.34」が異なる測定・推定によって示されている。
これらの低めの正のlog P値は、低〜中程度の疎水性を示し、高い水溶性および生物蓄積の可能性の低さを示唆します。
構造的特徴
クロロ酢酸は2-クロロ置換された酢酸（IUPAC名：2-クロロ酢酸）です。主な構造的ポイント：
- α-クロロ置換基は強い−I効果（電子求引効果）を及ぼし、共役塩基を安定化させ\(\mathrm{p}K_a\)を低下させます。
- 分子には1つの水素結合供与体（カルボキシル基のOH）と2つの水素結合受容体（カルボニル酸素およびヒドロキシル酸素を多くの記述子体系では別々にカウント）があります。
- 回転可能結合数：1（報告値）。
- 求電子性のあるα-炭素は置換反応（エステル、アミド、スルホエーテル形成）を可能にし、これが化学中間体や除草剤構造部位としての多くの用途の基盤となっています。
代表的な構造識別子：
- SMILES: C(C(=O)O)Cl
- InChI: InChI=1S/C2H3ClO2/c3-1-2(4)5/h1H2,(H,4,5)
- InChIKey: FOCAUTSVDIKZOP-UHFFFAOYSA-N
識別子および別名
登録番号およびコード
- CAS番号：79-11-8
- EC（欧州共同体）番号：201-178-4（報告値）
- 輸送状態に関するUN番号（輸送文脈で報告）：固体、溶液、融解物の各形態で規制リストに記載あり。
- その他登録識別子（報告値）：UNII 5GD84Y125G、複数の化学登録IDおよび内部カタログ番号が技術文献に登場。
別名および構造名称
商業および技術文献で一般的な別名：
- 2-クロロ酢酸
- 一塩化酢酸（MCA）
- クロロ酢酸
- クロロエタン酸
- ClCH2COOH
- α-クロロ酢酸
- 一塩化エタン酸
さらに、分析用、工業用、医薬用等の商業グレード名称が使用されています。一般的な仕様名は上記の商業グレードを参照してください。
産業および商業用途
代表的用途および産業分野
クロロ酢酸は化学製造の中間体として大量に生産・使用されています。主な産業用途は以下の通りです：
- カルボキシメチルセルロースの製造（大規模用途の主要例）。
- 除草剤および除草剤前駆体（アリールヒドロキシ酢酸誘導体）の製造。
- グリシン、チオグリコール酸、EDTA前駆体、その他のファインケミカル合成の中間体。
- 染料、界面活性剤、医薬品の合成に使用。
- 技術用、試薬用、医薬品グレードとして研究室およびプロセス化学で販売。
また、塩素処理またはクロラミン処理された水処理環境における消毒副生成物としても検出され、飲料水および環境マトリックスで監視されています。
合成や製剤における役割
化学的には、クロロ酢酸は活性化された酢酸誘導体として機能します：α-クロロ置換基によりSN2置換反応が可能で、多様な官能基（アミン、チオール、アルコールなどによる求核置換）導入が可能となり、カルボキシメチル化その他の構築単位形成を促進します。ポリマー（例：セルロースエーテル）へのカルボキシメチル基導入や、エステル、塩（例：クロロ酢酸ナトリウム）、その他の中間体の製造に使用されます。製品形態は製造および下流処理の要件に応じて、濃縮水溶液、輸送用融解物、固体フレーク/粉末形態で供給されます。
識別子および別名
登録番号およびコード
- CAS：79-11-8
別名および構造名称
- 2-クロロ酢酸；一塩化酢酸；ClCH2COOH；クロロエタン酸；α-クロロ酢酸。
安全性および取り扱い概要
急性および職業性毒性
クロロ酢酸は強い腐食性と全身毒性を持つハロゲン化有機酸です。主な安全性特徴と曝露評価：
- 曝露経路：吸入、皮膚接触、経口摂取のすべてが重要であり、皮膚からも容易に吸収され全身毒性を引き起こします。
- 急性危険性：重篤な皮膚炎症、眼損傷、呼吸器刺激を引き起こします。全身毒性は中枢神経抑制、代謝性アシドーシス、心臓および腎機能障害を含み、重篤な曝露は致死的となる場合があります。経口致死量の推定値は毒性報告に掲載されており、職業的曝露限度は低く設定されています。
- 職業曝露指針では、8時間時間加重平均（TWA）が0.5 ppm（吸入可能分画および蒸気）と推奨され、類似の職場閾値が策定されています。短期曝露限度やAEGL値も緊急対応計画用に提案されています。蒸気は空気より重く低所に滞留しやすい特徴があります。
- 毒性学および緊急対応：応急処置は速やかな除染（少なくとも15分間の皮膚・眼の大量流水洗浄）、汚染衣類の除去、誤飲後の催吐回避および速やかな医療評価が重要です。支持療法および遅発性全身影響（代謝性アシドーシス、心調律障害、腎機能障害）のモニタリングが必須です。
取り扱いに際しては化学耐性手袋（作業に応じてネオプレン/ビトン等）、全面保護眼鏡またはフェイスシールド、耐酸性衣服、換気が不十分な場合は空気浄化式または送気式呼吸保護具の使用が推奨されます。大規模漏洩や火災時の緊急対応には正圧式自己完結型呼吸器および全面被覆タイプの化学防護服が推奨されます。
詳細な危険性、輸送および規制情報については製品固有の安全データシート（SDS）および現地法令を参照してください。
保管および取り扱い上の注意
化学クラスおよび報告されている産業慣行に基づく実務上の保管・取り扱い指針：
- 密閉容器にて、冷涼、乾燥、換気良好な場所に保管し、強塩基、強酸化剤、強還元剤、反応性金属などの不適合物質から隔離してください。腐食耐性のある容器（例：ガラスライニング容器、PTFEコーティング容器）を使用。
- 融解物や濃縮溶液を扱う際は、熱源や引火源を避けてください。輸送時には一部のサプライチェーンで高温状態の融解物を利用します。閉鎖系搬送設備と非火花工具を使用。
- 食品や飼料とは分離し、環境への放出を防止するために貯蔵タンクや処理設備には二次遮蔽を推奨。
- 漏洩時の対応：区域を隔離し引火源を除去、排水路への流入防止、適切な耐酸吸収材や中和剤を慎重に使用（中和反応は発熱性がある）、回収廃棄物は許可を受けた有害廃棄物処理業者へ委託。適切なPPE装備と訓練を受けた人員なしでの清掃は絶対に行わないでください。
注：本概要は説明的かつ網羅的でないものです。施設固有の取り扱い、保管、緊急対応、輸送指示については製造元のSDSおよび適用される規制ガイドラインを必ず参照してください。
