ไตรเอทานอลเอมีน (Triethanolamine) MO Memoir : Thursday 23 October 2557

ไตรเอทานอลเอมีน (Triethanol amine - N-(CH₂CH₂-OH)₃) เป็นเบสอินทรีย์ (organic base) ตัวหนึ่งที่มีความเป็นเบสแรงกว่าแอมโมเนีย (ammonia - NH₃) หรือจะเรียกว่าเป็นอนุพันธ์ (derivative) ของแอมโมเนียก็ได้ ด้วยการแทนที่อะตอม H ทั้งสามอะตอมของแอมโมเนียด้วยหมู่ -CH₂CH₂-OH

รูปที่ ๑ (บน) ฉลากจากเจลใส่ผมและโฟมโกนหนวด (ล่าง) ครีมทาผิว ต่างก็ใช้ไตรเอทานอลเอมีนในส่วนประกอบ

ไตรเอทานอลเอมีนมีการนำมาใช้เป็นส่วนผสมในเครื่องสำอาง ที่ผมเอามาให้ดูในรูปข้างบนก็มี เจลใส่ผม โฟมโกนหนวด และโลชันทาผิว นอกจากนี้ด้วยการที่มันมีฤทธิ์เป็นเบสที่แรงกว่าแอมโมเนีย (NH₃) จึงถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมในการกำจัดแก๊สกรด (พวก CO₂ และ H₂S) ออกจากแก๊สธรรมชาติก่อนเข้ากระบวนการกลั่นแยก (แก๊สสองตัวนี้มันมีอุณหภูมิจุดเยือกแข็งสูงกว่าสารอื่นในแก๊ส ดังนั้นจะทำให้เกิดการอุดตันขึ้นได้ในระบบเมื่อทำการลดอุณหภูมิแก๊สให้ต่ำลงก่อนทำการกลั่นแยก และยังมีฤทธิ์กัดกร่อนด้วย)
 

ในระดับอุตสาหกรรมผลิตไตรเอทานอลเอมีนจากปฏิกิริยาระหว่างเอทิลีนออกไซด์ (C₂H₄O) กับแอมโมเนีย (โดยมีน้ำร่วมด้วย) ดังสมการในรูปที่ ๒ ข้างล่าง (หาอ่านรายละเอียดเพิ่มเติมได้ในสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกา เช่นสิทธิบัตรเลขที่ US 1,904,013, US 4,355,181 และ US 6,696,610) ในบ้านเราเองก็มีโรงงานอุตสาหกรรมผลิตไตรเอทานอลเอมีนนี้

รูปที่ ๒ จากเอทิลีนสู่ไตรเอทานอลเอมีน เอทิลีนออกไซด์เตรียมได้จากปฏิกิริยาการออกซิไดซ์เอทิลีนด้วยออกซิเจนโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาตระกูลโลหะเงิน (Ag) ปฏิกิริยาระหว่างเอทิลีนออกไซด์กับแอมโมเนียจะได้สารผสมที่เป็นโมโนเอทานอลเอมีน (Monoethanolamine - MEA) ไดเอทานอลเอมีน (Diethanolamine - DEA) และไตรเอทานอลเอมีน (Triethanolamine - TEA) ส่วนจะได้สารใดมากน้อยเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับสัดส่วนระหว่างเอทิลีนออกไซด์กับแอมโมเนียที่ใช้ทำปฏิกิริยา ถ้าปริมาณแอมโมเนียมีมากกว่าเอทิลีนออกไซด์มาก ก็จะได้ MEA เป็นตัวหลัก แต่ถ้ามีเอทิลีนออกไซด์มากก็จะได้ TEA เป็นตัวหลัก

- การเปลี่ยนหมู่ไฮดรอกซิล (hydroxyl -OH) ให้กลายเป็นเฮไลด์ (-X)

ในตำราเคมีอินทรีย์ในบทแอลกอฮอล์หรืออัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) จะมีการกล่าวถึงปฏิกิริยาการเตรียมสารประกอบอัลคิดเฮไลด์ด้วยการแทนที่หมู่ไฮดรอกซิล -OH ของแอลกฮอลฮอล์ด้วยเฮไลด์ (Cl, Br หรือ I) ด้วยการทำปฏิกิริยากับสารประกอบ PX₃, HX (hydrogen halide) หรือ SOCl₂ (ไธโอนิลคลอไรด์ - Thionyl chloride) ดังตัวอย่างเช่น

รูปที่ ๓ ปฏิกิริยาการเปลี่ยนหมู่ไฮดรอกซิล -OH ให้กลายเป็นเฮไลด์ -X

ปฏิกิริยาระหว่างแอลกอฮอล์กับ PX₃ นั้นใช้ได้ดีกับ PBr₃ และ PI₃ ส่วน PCl₃ นั้นจะให้ HCl กับ P(OR)₃ เป็นหลัก
 

ในกรณีของปฏิกิริยากับ HX นั้น ความว่องไวจะเรียงตามลำดับ HI > HBr > HCl >> HF และความว่องไวของแอลกอฮอล์ในการทำปฏิกิริยาดังกล่าวจะเรียงตามลำดับ tertiary > secondary > primary > CH₃OH ดังนั้นในกรณีของแอลกอฮอล์ตติภูมิ (tertiary alcohol) นั้นปฏิกิริยาสามารถเกิดได้ที่อุณหภูมิห้อง แต่ถ้าเป็นแอลกอฮอล์ทุติยภูมิ (secondary alcohol) หรือแอลกฮอล์ปฐมภูมิ (primary alcohol) จำเป็นต้องมีการให้ความร้อนช่วย และถ้าเป็นการทำปฏิกิริยากับ HCl ก็มักจะต้องการตัวเร่งปฏิกิริยา (เช่น ZnCl₂) ช่วยในการทำปฏิกิริยาอีก
 

- The Australia Group (AG)

The Australia Group (ย่อว่า AG) เป็นกลุ่มประเทศที่มีการรวมตัวกันอย่างไม่เป็นทางการเพื่อหามาตรการควบคุมการนำเข้าและการส่งออก โดยเฉพาะสารเคมีที่เป็นหรือสามารถใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตอาวุธเคมีและชีวภาพ กลุ่มนี้ได้จัดทำคู่มือรายชื่อสารเคมีที่เป็นหรือสามารถใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตอาวุธเคมีและชีวภาพ และคู่มือดังกล่าวได้รับการยอมรับจากคณะมนตรีความมั่นคงขององค์การสหประชาชาติเพื่อใช้ในการควบคุมการแพร่ขยายอาวุธที่มีอำนาจทำลายล้างสูง รายละเอียดเพิ่มเติมของ AG และรายการสารเคมีต่าง ๆ (ดาวน์โหลดไฟล์ pdf ได้) ที่เข้าข่ายที่ต้องทำการควบคุมสามารถอ่านได้จาก http://www.australiagroup.net/en/index.html
 

ไตรเอทานอลเอมีนตัวหนึ่งที่อยู่ภายใต้การควบคุมของ AG list โดยประเทศไทยเองก็เป็นผู้ผลิตรายใหญ่รายหนึ่งของโลกด้วย (รูปที่ ๔ และ ๕)

รูปที่ ๔ รายละเอียดของไตรเอทานอลเอมีนที่ปรากฏใน Autralia Group Common Control List Handbook - Vol I เล่มนี้จะเกี่ยวกับสารเคมีและอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ใช้ในการผลิตอาวุธเคมี ถ้าเป็น Vol II จะเป็นส่วนของอาวุธชีวภาพ

 รูปที่ ๕ หน้าที่สองของรายละเอียดของไตรเอทานอลเอมีนที่ปรากฏใน Autralia Group Common Control List Handbook - Vol I หน้านี้มีการระบุรายชื่อประเทศที่เป็นผู้ผลิตไตรเอทานอลเอมีน
  

- Nitrogen mustard

มัสตาร์ด (mustard) เป็นชื่อพืช แต่ในที่นี้ไม่ได้หมายความถึงพืช แต่เป็นสารเคมีที่มีกลิ่นคล้ายกลิ่นของพืชดังกล่าว สารเคมีตระกูลนี้ถูกนำมาใช้เป็นอาวุธเคมีตั้งแต่สงครามโลกครั้งที่ ๑ โดยออกฤทธิ์ทำให้เกิดแผลบวมพองบนผิวหนัง (ที่เรียกว่า Blister agent) สารกลุ่มนี้แบ่งได้เป็น ๒ กลุ่มคือ Sulphur mustard และ Nitrogen mustard ลักษณะโครงสร้างทั่วไปคือมีอะตอม S หรือ N เป็นศูนย์กลาง และมีหมู่อัลคิลเฮไลด์เกาะอยู่กับอะตอม S หรือ N ดังกล่าว ในกรณีของ Sulphur mustard ก็จะมีหมู่มาเกาะกับอะตอม S ได้ ๒ หมู่ ส่วนกรณีของ Nitrogen mustard ก็จะมีหมู่มาเกาะกับอะตอม N ได้ ๓ หมู่ (หมู่ที่มาเกาะไม่จำเป็นต้องเหมือนกันทั้งหมด และไม่จำเป็นต้องเป็นหมู่อัลคิลเฮไลด์ทุกหมู่ด้วย)
  

สารประกอบตระกูล Sulphur mustard นอกจากจะใช้เป็นอาวุธเคมีแล้วก็ดูเหมือนว่าจะใช้ทำประโยชน์อย่างอื่นไม่ได้ ส่วนสารประกอบตระกูล Nitrogen mustard นั้นบางตัวก็ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้เป็นอาวุธเคมี และหลายตัวก็ได้รับการพัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้เป็นยารักษาโรคมะเร็ง (ที่เราเรียกว่ารักษาด้วยคีโม)

แล้วไตรเอทานอลเอมีนมันไปเกี่ยวข้องอะไรกับอาวุธเคมีล่ะ คำตอบก็คือมันไปเกี่ยวข้องตรงที่ถ้าเราไปเปลี่ยนหมู่ -OH ของมันให้กลายเป็น -Cl มันก็จะกลายเป็นสารประกอบที่เรียกว่า Tris(2-chloroethyl)amine ที่มีรหัสว่า HN3 ที่จัดว่าเป็น blister agent ตัวหนึ่ง (รูปที่ ๖)

รูปที่ ๖ Tris(2-chloroethyl)amine (ชื่อรหัส HN3) เตรียมได้จากการเปลี่ยนหมู่ -OH ของไตรเอทานอลเอมีด้วยอะตอม Cl

แล้วการเปลี่ยนหมู่ -OH ให้กลายเป็น -Cl นั้นทำได้อย่างไรล่ะ คำตอบมันก็มีอยู่ในตำราเคมีอินทรีย์อยู่แล้ว