Хлоруксусная кислота (79-11-8) — физические и химические свойства

Химический профиль

Хлоруксусная кислота

Хлорсодержащая карбоновая кислота, применяемая в промышленности как алкилирующий промежуточный продукт и строительный блок для производства агрохимикатов, фармацевтических препаратов и специализированных химикатов.

Номер CAS	79-11-8
Класс веществ	Галоуксусные кислоты
Типичная форма	Кристаллическое твердое вещество или концентрированный водный раствор
Распространённые сорта	ACS Grade, BP, EP, JP, Technical Grade, USP

Используется как ключевой промежуточный продукт при производстве гербицидов, ПАВ и специализированных фармацевтических промежуточных соединений; при закупке важно указывать степень чистоты и сорт, соответствующие дальнейшему синтезу. Из-за коррозионной и реактивной природы контроль качества фокусируется на определении содержания основного вещества, галогеновидных и водных примесей, а хранение и транспортировка требуют использования совместимых материалов и средств индивидуальной защиты.

Хлоруксусная кислота — низкомолекулярная хлорсодержащая карбоновая кислота класса галоуксусных кислот; формально это 2-хлорзамещённая уксусная кислота с молекулярной формулой \(\ce{C2H3ClO2}\). По структуре она включает карбоксильную функциональную группу и расположенный в α-положении электроноакцепторный атом хлора. Хлор повышает кислотность по сравнению с уксусной кислотой, оттягивает электронную плотность от карбоксилата и делает α-углерод более электрофильным; эти электронные особенности обуславливают её реакционную способность в качестве алкилирующего агента и как субстрата для нуклеофильных замещений или реакций дегалогенирования.

В конденсированных состояниях хлоруксусная кислота представляет собой полярное твердое вещество с водородными связями, гигроскопична и дилисцентна; плавится в относительно плотную жидкость и хорошо растворяется в протонных и многих полярных апротонных органических растворителях. Константа кислотности достаточно низкая (\(\mathrm{p}K_a = 2.87\)), поэтому в водных растворах при нейтральном pH преобладает анионная форма. Вещество обладает низкой или средней липофильностью (лог P ≈ 0.2–0.34) и небольшой топологической полярной поверхностью (TPSA ≈ 37.3 Å^2), что соответствует хорошей растворимости в воде и умеренной проницаемости через биомембраны. При термическом воздействии материал разлагается с выделением кислотных и галогенсодержащих фрагментов (хлористого водорода и окисленных форм хлора); оказывает коррозионное действие на металлы и биологические ткани, а нейтрализация основаниями часто сопровождается выделением значительного количества тепла.

Хлоруксусная кислота — важный промышленный промежуточный продукт для производства карбоксиметилцеллюлоз, прекурсоров гербицидов и ряда тонкохимических и фармацевтических промежуточных веществ; её также можно встретить как побочный продукт дезинфекции в хлорированной воде и как реагент в лабораторной и промышленной химии. Коммерческие сорта обычно включают: ACS Grade, BP, EP, JP, Technical Grade, USP.

Основные физические свойства

Плотность

Экспериментальные значения плотности зависят от фазы и температуры. Представительные данные: - 1.58 при 20 °C/20 °C (твердое тело) — указано как "1.58 г/см³".
- 1.3703 при 65 °C/4 °C (жидкость).
- 1.4043 при 40 °C (указано как "1.4043 г/куб.см при 40 °C").
- 1.328 (без указания температуры).

Эти значения указывают, что плотность твердого и расплавленного вещества больше плотности воды; жидкость или расплав обычно тонут в воде. Единицы измерения: \(\mathrm{г\,см^{-3}}\).

Температура плавления

Известны несколько кристаллических форм (полиморфов). Экспериментальные данные: - Существует в α, β и γ формах с температурой плавления 63 °C (α), 55–56 °C (β) и 50 °C (γ). Коммерческая жидкость плавится при 61–63 °C.
- 52.5 °C (одиночное значение).
- 50–63 °C (диапазон).
- 145 °F (альтернативная единица, соответствует указанному диапазону).

Полиморфизм влияет на наблюдаемую температуру плавления; промышленный материал обычно специфицируется с учётом коммерческого диапазона плавления, указанного выше.

Температура кипения

Данные о кипении при атмосферном давлении: - От 187.00 до 190.00 °C при 760 мм рт. ст.
- 189.1 °C (типичное единичное значение).
- 372 °F при 760 мм рт. ст. (альтернативная единица).

Высокая температура кипения при нормальном давлении обусловлена сильным межмолекулярным водородным связыванием и низкой летучестью кислоты в её нейтральной форме при комнатной температуре.

Давление пара

Типичные экспериментальные значения: - 1 мм рт. ст. при 109.4 °F.
- 0.06 мм рт. ст. (условия не указаны).
- \(6.5\times10^{-2}\ \mathrm{мм\,рт.\,ст.}\) (\(8.68\times10^{-3}\ \mathrm{kПа}\)) при \(25\,^\circ\mathrm{C}\).

Давление пара низкое при комнатной температуре, и пар тяжелее воздуха; испарение в водных растворах ограничено, так как вещество преимущественно находится в ионизированной форме при типичных значениях pH окружающей среды.

Температура вспышки

Сообщаемые значения температуры вспышки (закрытая и открытая камера): - 126 °C (закрытая камера).
- 259 °F (эквивалент 126 °C).
- 302 °F (альтернативное значение).

Хлоруксусная кислота классифицируется как горючее вещество; пары при повышенных температурах способны образовывать взрывоопасные смеси, поэтому необходимо соблюдать осторожность при нагреве и работе с расплавленным веществом.

Химические свойства

Растворимость и фазовое поведение

Хлоруксусная кислота хорошо растворима в воде и смешивается со многими полярными органическими растворителями. Типичные данные растворимости: - "не менее 100 мг/мл при 68 °F" (растворимость в мг/мл).
- "В воде 8.58×10^5 мг/л при 25 °C" (эквивалентно ≈858 мг/мл после пересчёта).
- "858 мг/мл при 25 °C."
- Растворима в этаноле, диэтиловом эфире, бензоле, хлороформе; слабо растворима в тетрахлориде углерода.
- Вещество гигроскопично, поглощает воду из воздуха, часто образуя сиропообразную массу и дилисцентные кристаллы. В коммерческом обращении поставляется в виде хлопьев, концентрированных водных растворов (до ~80%) или расплава для транспортировки и обработки.

Из-за диссоциации кислоты (\(\mathrm{p}K_a = 2.87\)) в водных средах при нейтральном pH преобладает хлороацетат-анион, и растворимость определяется степенью ионизации и образованием солей.

Реакционная способность и стабильность

Хлоруксусная кислота — реакционноспособная галогенированная карбоновая кислота с несколькими типичными химическими свойствами: - Кислотно-основные свойства: ведет себя как типичная карбоновая кислота; нейтрализация основаниями экзотермична и приводит к образованию солей (например, хлорацетат натрия).
- Нуклеофильное замещение: α-хлорзаместитель доступен для нуклеофильного замещения (SN2), что приводит к замещённым ацетатам или дегалогенированию в восстановительных условиях. Эта электрофильность лежит в основе использования как алкилирующего промежуточного продукта.
- Коррозионность и совместимость: сильно коррозионен для металлов и биологических тканей; может реагировать с активными металлами с выделением водорода и образованием металлических солей. Контакт с цианидами, сульфитами, нитритами и другими активными анионами может приводить к образованию опасных газов.
- Термическое разложение: при нагревании или горении выделяет коррозионные и токсичные газы, включая хлористый водород и окисленные формы хлора; при крайних условиях разложения сообщалось о формировании фосгена.
- Окислительно-восстановительные реакции: сильные окислители и восстановители могут вызывать бурные реакции. Стабильность достаточна при рекомендуемых условиях хранения, но необходимо контролировать несовместимости.

В биологических и экологических условиях дегалогенирование и реакции конъюгации (в частности, конъюгация с глутатионом с образованием S-карбоксиэтиловых производных) являются важными путями метаболизма и детоксикации.

Термодинамические данные

Стандартные энтальпии и теплоёмкость

Доступные энергетические данные для конкретных термодинамических величин включают: - Теплота сгорания (сообщаемая): −715,9 кДж/моль (альфа‑хлороуксусная кислота).
- Теплота плавления при точке плавления: "Теплота плавления при точке плавления = 1,2285×10⁷ Дж/кмоль" (приведена в единицах Дж·кмоль⁻¹).
- Теплота испарения: "250 Btu/Lb = 139 cal/g = 5,82×10⁵ Дж/кг" (приведена в различных единицах).

Полный набор стандартных энтальпий образования или температурно-зависимых функций теплоёмкости не представлен в текущем контексте данных для комплексного термохимического моделирования. При необходимости точных калориметрических данных для проектирования процессов рекомендуется обращаться к специализированной технической литературе по продукту или проводить калориметрические определения.

Молекулярные параметры

Молекулярная масса и формула

Молекулярная формула (каноническая): \(\ce{C2H3ClO2}\).
Молекулярная масса (сообщаемая): 94,50 (единицы: \(\mathrm{г\,моль^{-1}}\)).
Точная масса / мономасса: 93,9821570 (сообщаемая).

Другие рассчитанные дескрипторы на основе анализа структуры: - XLogP: 0,2 (расчетное).
- Топологическая площадь полярной поверхности (TPSA): 37,3 Å².
- Количество тяжёлых атомов: 5.
- Формальный заряд: 0.

LogP и полярность

Отчётные параметры липофильности и распределения: - XLogP3 (расчетное): 0,2.
- Экспериментальные/расчетные значения log Kow: "log Kow = 0,22", "0,22" и "0,34" при различных измерениях/оценках.

Низкие положительные значения log P указывают на низкую-среднюю гидрофобность, что подтверждает хорошую водорастворимость и ограниченный потенциал биоаккумуляции.

Структурные особенности

Хлороуксусная кислота — это 2‑хлоро производное уксусной кислоты (IUPAC: 2‑хлороуксусная кислота). Основные структурные моменты: - Альфа‑хлоро заместитель оказывает сильный −I эффект, стабилизируя сопряжённое основание и снижая значение \(\mathrm{p}K_a\).
- Молекула содержит один донор водородной связи (карбоксильный ОН) и два акцептора водородной связи (кислород карбонильной группы и кислород гидроксильной группы, учитываемые раздельно во многих схемах дескрипторов).
- Количество вращающихся связей: 1 (сообщается).
- Электрофильный α‑углерод обеспечивает реакции замещения (образование эфиров, амидов, тиоэфиров) и определяет значительную часть её применения как химического промежуточного продукта и как гербицидной активной группы.

Представительные структурные идентификаторы: - SMILES: C(C(=O)O)Cl
- InChI: InChI=1S/C2H3ClO2/c3-1-2(4)5/h1H2,(H,4,5)
- InChIKey: FOCAUTSVDIKZOP-UHFFFAOYSA-N

Идентификаторы и синонимы

Номера реестров и коды

Номер CAS: 79-11-8
Номер EC (Европейское сообщество): 201-178-4 (сообщаемый)
UN номера для транспортных состояний (сообщаются в транспортном контексте): различные формы в твердом состоянии, растворе и расплавленном виде фигурируют в нормативных списках.
Другие идентификаторы реестров (сообщаемые): UNII 5GD84Y125G, многочисленные реестровые химические коды и внутренние каталожные номера приводятся в технических списках.

Синонимы и структурные названия

Распространённые синонимы, употребляемые в торговле и технической литературе: - 2‑хлороуксусная кислота
- монохлороуксусная кислота (MCA)
- хлороуксусная кислота
- хлороэтановая кислота
- ClCH2COOH
- альфа‑хлороуксусная кислота
- монохлороэтановая кислота

Коммерческие обозначения дополнительных сортов (аналитический, технический, фармацевтический сорт) используются в коммерции; см. список коммерческих сортов выше для общих наименований спецификаций.

Промышленные и коммерческие применения

Типичные сферы применения и отраслевые сектора

Хлороуксусная кислота производится и используется в промышленном масштабе как промежуточное вещество при химическом синтезе. Основные промышленные функции включают: - Производство карбоксиметилцеллюлозы (одна из основных масштабных применений).
- Производство гербицидов и прекурсоров гербицидов (производные арилгидроксиуксусной кислоты).
- Промежуточное соединение для синтеза глицина, тиогликолевой кислоты, прекурсоров ЭДТА и других тонких химикатов.
- Использование при производстве красителей, поверхностно-активных веществ и фармацевтических препаратов.
- Реализуется в техническом, реактивном и фармацевтическом сортах для лабораторной и промышленной химии.

Также встречается как побочный продукт дезинфекции в хлорированных или хлораминированных системах водоочистки и контролируется в питьевой воде и экологических пробах.

Роль в синтезе и препаратах

Химически хлороуксусная кислота функционирует как активированный производный уксусной кислоты: α‑хлоро заместитель позволяет протекать реакциям замещения по механизму SN2 для внедрения разнообразных функциональных групп (например, нуклеофильное замещение аминами, тиолами, спиртами), что обеспечивает формирование карбоксиметильных и связанных строительных блоков. Используется для введения карбоксиметильных функциональностей в полимеры (например, производство целлюлозных эфиров) и для получения эфиров, солей (например, хлороацетат натрия) и других промежуточных соединений в производстве агрохимикатов и специализированных химических продуктов. Доступна в концентрированных водных растворах, в расплавленном виде для транспортировки и в виде твердых хлопьев/порошков в зависимости от производственных и технологических требований.

Идентификаторы и синонимы

Номера реестров и коды

CAS: 79-11-8

Синонимы и структурные наименования

2‑хлороуксусная кислота; монохлороуксусная кислота; ClCH2COOH; хлороэтановая кислота; альфа‑хлороуксусная кислота.

Обзор безопасности и обращения

Острая и профессиональная токсичность

Хлороуксусная кислота — высококоррозионная и системно токсичная галогенированная органическая кислота. Ключевые характеристики безопасности и вопросы воздействия: - Пути воздействия: ингаляция, контакт с кожей и пероральное попадание значимы; вещество легко всасывается через кожу и может вызывать системную токсичность после контакта с кожей.
- Острые опасности: вызывает тяжелые ожоги кожи, повреждения глаз и раздражение дыхательных путей. Системная токсичность может проявляться угнетением центральной нервной системы, метаболическим ацидозом, нарушениями работы сердца и почек; при тяжелых отравлениях возможен летальный исход. Вероятная летальная доза при приёме внутрь указана в токсикологических отчётах; предельно допустимые концентрации в рабочей зоне низкие.
- Профессиональные нормативы: рекомендуемая среднесменная выдерживаемая концентрация (8‑часовой TWA) составляет 0,5 ppm (вдыхаемая фракция и пар), установлены аналогичные предельные уровни воздействия; предложены кратковременные пределы воздействия и уровни AEGL для аварийного планирования. Пар тяжелее воздуха и может накапливаться в низменностях.
- Токсикология и первая помощь: при оказании первой помощи важна быстрая дезактивация (обильное промывание кожи и глаз водой не менее 15 минут), снятие загрязнённой одежды, избегание вызова рвоты после проглатывания и срочная медицинская оценка состояния. Важны поддерживающая терапия и наблюдение за отложенными системными эффектами (метаболический ацидоз, аритмия, почечные нарушения).

Средства индивидуальной защиты при работе включают химически стойкие перчатки (например, неопрен/витон в зависимости от задачи), полную защиту лица и глаз, кислотоупорную одежду и средства защиты дыхания (фильтрующие или обеспечивающие подачу воздуха) при недостаточности инженерных средств. Для реагирования на крупные разливы или пожары рекомендованы аппараты с положительным давлением и полностью инкапсулирующие химически защитные костюмы.

Для детальной информации о рисках, транспортировке и нормативных требованиях рекомендуется ознакомиться с паспортом безопасности (SDS) продукта и местным законодательством.