อีเทอร์กับการเกิดสารประกอบเปอร์ออกไซด์ MO Memoir : Friday 27 March 2558

ตอนที่กลับมาทำงานใหม่ด้วยการรับหน้าที่ดูแลห้องปฏิบัติการเคมีพื้นฐานที่ใช้สอนนิสิตปี ๒ นั้น งานแรกที่กระทำคือจัดการกับสารเคมีต่าง ๆ ที่ไม่มีการใช้งาน และจัดระเบียบการเก็บสารเคมี และสารตระกูลหนึ่งที่มีการพิจารณาการใช้งานเป็นพิเศษคือสารตระกูล "อีเทอร์ - Ether"
  

เมื่อพิจารณาจากจำนวนอะตอม C H และ O ที่มีอยู่ในโมเลกุล สามารถจัดได้ว่าอีเทอร์ R-O-R' เป็นไอโซเมอร์กับแอลกอฮอล์ R-OH จึงไม่แปลกที่ตำราเคมีอินทรีย์หลายเล่มจะรวมเรื่องของอีเทอร์ไว้กับหัวข้อแอลกอฮอล์ ทั้ง ๆ ที่สารทั้งสองมีพฤติกรรมการทำปฏิกิริยาเคมีที่แตกต่างกัน (ค่อนข้างจะมากซะด้วย)
  

อีเทอร์จัดว่าเป็นสารประกอบที่ค่อนข้างเฉื่อย (ทำนองเดียวกับอัลเคน) แต่เนื่องด้วยโครงสร้างโมเลกุลอีเทอร์มีทั้งส่วนที่ไม่มีขั้ว (หมู่ R และ R') และส่วนที่มีขั้วอยู่เล็กน้อย (ตรงอะตอม O) ทำให้สารอินทรีย์จำนวนมากสามารถละลายได้ในอีเทอร์ จึงทำให้นิยมใช้อีเทอร์ในการสกัดสารอินทรีย์ และประกอบกับการที่อีเทอร์มีจุดเดือดต่ำ ทำให้สามารถแยกอีเทอร์ออกจากสารอินทรีย์ที่มันสกัดออกมาได้โดยไม่ต้องใช้อุณหภูมิสูง (ซึ่งอาจทำให้สารอินทรีย์ที่สกัดออกมานั้นเสื่อมสภาพได้) เพียงแค่ใช้อุณหภูมิไม่มากกับสุญญากาศช่วย ก็สามารถแยกอีเทอร์ออกจากสารที่สกัดออกมาได้ง่าย
  

แต่ถึงกระนั้นก็ตามอีเทอร์ในสภาพที่เก็บรักษาเอาไว้ในขวดนั้น สามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ (ซึ่งมักจะเริ่มการสัมผัสเมื่อเปิดขวดใช้ครั้งแรก) ได้อย่างช้า ๆ เกิดเป็นสารประกอบไฮโดรเปอร์ออกไซด์ (hydroperoxide - ดูรูปที่ ๑ ข้างล่าง) ซึ่งสารประกอบไฮโดรเปอร์ออกไซด์นี้สามารถเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์เป็นโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นของสารประกอบเปอร์ออกไซด์ (peroxide)

รูปที่ ๑ การเกิดสารประกอบเปอร์ออกไซด์ของไดเอทิลอีเทอร์ (Diethyl ether H₃C-CH₂-O-CH₂-CH₃)

สารประกอบเปอร์ออกไซด์ของอีเทอร์ตัวนี้แหละที่เป็นปัญหา เพราะมันเป็นสารประกอบที่ไม่เสถียรและไวต่อการเสียดสี ในกรณีของอีเทอร์ที่บรรจุขวดมานั้น บริเวณที่มีการสัมผัสกันระหว่างอีเทอร์กับออกซิเจนในอากาศก็คือบริเวณฝาขวดที่จะเริ่มมีการสัมผัสกันครั้งแรกเมื่อมีการเปิดขวดอีเทอร์ขวดนั้นครั้งแรก ดังนั้นบริเวณนี้จะเป็นที่สะสมของสารประกอบเปอร์ออกไซด์ที่เกิดขึ้น แรงเสียดสีที่เกิดขึ้นเมื่อทำการเปิดฝาขวดนั้นมากเพียงพอที่จะทำให้สารประกอบเปอร์ออกไซด์ที่สะสมอยู่นั้นสลายตัวและเกิดการระเบิดขึ้นมาได้
  

ด้วยเหตุนี้สำหรับผู้ที่ต้องใช้อีเทอร์ในการทำการทดลองนั้น จึงควรที่จะต้องทำการบันทึกเอาไว้ว่าขวดอีเทอร์ที่ใฃ้นั้นมีการเปิดใช้ครั้งแรกเมื่อใด และถ้าหากใช้ไม่หมดภายใน ๖ เดือนก็ต้องทำการกำจัดเปอร์ออกไซด์ที่เกิดขึ้น (ถ้ายังต้องการเก็บอีเทอร์ขวดนั้นไว้ใช้ต่อ) หรือกำจัดอีเทอร์ขวดนั้นทิ้งไป (ถ้าไม่ต้องการใช้อีเทอร์ขวดนั้นอีกแล้ว) แต่การระเบิดนั้นก็ไม่จำเป็นต้องเกิดขณะเปิดฝาขวด แม้ว่าจะเก็บขวดอีเทอร์ดังกล่าวไว้ในตู้เย็น ก็ยังสามารถเกิดการระเบิดขึ้นมาได้ (ดูรูปที่ ๒ ข้างล่าง)
  

รูปที่ ๒ ภาพตู้เย็นเก็บสารเคมี (ตัวซ้าย) เสียหายจากการระเบิดของอีเทอร์อันเนื่องมาจากการเกิดสารประกอบเปอร์ออกไซด์ (จากหนังสือ A Short Course in Organic Chemistry โดย Edward E. Burgoyne พิมพ์ครั้งที่ 3 ปีค.ศ. 1985)

แต่ไม่ได้หมายความนะว่าสารประกอบอีเทอร์ทุกตัวจะมีปัญหาเรื่องการเกิดสารประกอบเปอร์ออกไซด์ อีเทอร์บางตัวก็ไม่ค่อยมีปัญหาดังกล่าว (เรียกได้ว่าเป็นข้อยกเว้น) เมทิลเทอร์เชียรีบิวทิลอีเทอร์ (Methyl tertiary butyl ether - MTBE) ที่ใช้เป็นสารเพิ่มเลขออกเทนในน้ำมันเบนซิน (มีผสมอยู่ในน้ำมันเบนซิน 10%) ที่มีการผลิตใช้กันมากในอุตสาหกรรมจากปฏิกิริยาระหว่างไอโซบิวทิลีนกับเมทานอล (รูปที่ ๓) ก็สามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงได้อย่างปลอดภัย ไดเมทิลอีเทอร์ (Dimethyl ether H₃C-O-CH₃) ที่มีความพยายามคิดจะนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงแทนแก๊สหุงต้มหรือน้ำมันดีเซลก็เป็นอีกตัวหนึ่งที่ทนต่อการเกิดสารประกอบเปอร์ออกไซด์
  

รูปที่ ๓ ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ Methyl tertiary butyl ether หรือ MTBE ที่ใช้เป็นสารเพิ่มเลขออกเทนหลักในน้ำมันเบนซินจากปฏิกิริยาระหว่างไอโซบิวทิลีนกับเมทานอล

ส่วนไดเอทิลอีเทอร์ (Diethyl ether H₃C-CH₂-O-CH₂-CH₃) หรือไดไอโซโพพิลอีเทอร์ (Diisopropyl ether (H₃C)₂-CH-O-CH-(CH₃)₂) จะมีปัญหาการเกิดเปอร์ออกไซด์ที่สูงกว่า และมักจะได้รับการกล่าวถึงอยู่เสมอ

รูปที่ ๔-๖ เป็นภาพข่าวที่ค้นมาให้ดูเป็นตัวอย่าง เป็นกรณีของอุบัติเหตุที่เกิดจากการระเบิดของสารประกอบเปอร์ออกไซด์ที่เกิดจากการทำปฏิกิริยาระหว่างสารที่ต้องการใช้ (ไดเอทิลอีเทอร์ในรูปที่ ๔ และเททระไฮโดรฟูรานในรูปที่ ๕ และ ๖) กับออกซิเจนในอากาศ ซึ่งปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดขึ้นหลังจากที่มีการเปิดขวดสารเคมีใช้ ตัวอย่างที่ยกมานี้มีผู้ได้รับบาดเจ็บทั้งสิ้น และดูเหมือนว่าผู้ที่ได้รับบาดเจ็บนั้นไม่ใช่อาจารย์ แต่เป็น "นิสิต" ผู้ทำการทดลอง ในทั้งสองกรณีนั้นการระเบิดไม่ได้เกิดขึ้นในขณะพยายามเปิดขวด แต่เป็นในระหว่างที่มีการนำสารเคมีดังกล่าวนั้นมาใช้งาน อุบัติเหตุทั้งสองกรณีมีรูปแบบการเกิดที่เหมือนกันคือใช้ตัวทำละลายที่มีเปอร์ออกไซด์ปนเปื้อนอยู่ และเมื่อระเหยตัวทำละลายออกไป ความเข้มข้นของเปอร์ออกไซด์ในสารละลายที่เหลือก็เพิ่มสูงขึ้น ประกอบกับอุณหภูมิที่ใช้ในการระเหย (ดูแล้วไม่น่าจะมากเท่าใด) ก็เลยทำให้เกิดการระเบิดของสารประกอบเปอร์ออกไซด์นั้น
  

รูปที่ ๔ ข่าวการระเบิดที่การสอบสวนคาดว่าน่าจะเกิดจากการใช้ไดเอทิลอีเทอร์ที่มีสารประกอบเปอร์ออกไซด์ปนเปื้อนอยู่ (จาก http://www.ab.ust.hk/hseo/Lesson/Diethyl%20ether%20explosion.htm)
  

รูปที่ ๕ ข่าวการระเบิดจากการเกิดเปอร์ออกไซด์ของเททระไฮโดรฟูราน (tetra hydrofuran)

รูปที่ ๖ จดหมายข่าวเหตุการณ์ระเบิดในรูปที่ ๕

(รูปที่ ๕ นำมาจาก https://www.ehs.uci.edu/salerts/Lesson%20Learned_Peroxide.pdf)

(รูปที่ ๖ นำมาจาก http://www2.lbl.gov/msd/assets/docs/safety/Mat_Safety_january07.pdf)

อันที่จริงการระเบิดที่ (เชื่อว่าน่าจะเกิดจาก) สารประกอบเปอร์ออกไซด์ก็เคยเกิดขึ้นในห้องแลปที่กลุ่มของเราทำการทดลองร่วมกับกลุ่มอื่น ซึ่งเคยเล่าเอาไว้เมื่อกว่า ๔ ปีที่แล้วใน Memoir ๒ ฉบับก่อนหน้านี้คือ

ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๐๕ วันจันทร์ที่ ๒๐ กันยายน ๒๕๕๓ เรื่อง "เมื่อขวดทิ้งสารระเบิด" (ฉบับนี้มีภาพประกอบ) และ

ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๓๒ วันอังคารที่ ๑๔ ธันวาคม ๒๕๕๓ เรื่อง "ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และคีโตน"

กรณีที่เกิดขึ้นในห้องแลปเรานั้นเป็นกรณีของการเกิดสารประกอบเปอร์ออกไซด์จากการผสมสารเคมีสองชนิดที่ไม่ควรนำมาผสมกัน (หรือต้องกระทำด้วยความระมัดระวังถ้าต้องการผสมกันจริง และต้องรู้ด้วยว่ากำลังเล่นกับอะไรอยู่) แต่มีการนำมาผสมเข้าด้วยกันอย่างตั้งใจโดยที่ "ไม่รู้" ว่ามันมีสิทธิเกิดปฏิกิริยาอะไรขึ้นมาบ้าง
  

ที่เขียนเรื่องนี้ก็ไม่ใช่อะไรหรอก ใครทำแลปอยู่ก็ควรลองชำเลืองดูรอบข้างหน่อยด้วย ว่ามีใครใช้สารอะไรกันบ้าง เพราะเวลาที่มันเกิดเรื่องแต่ละที คนที่ไม่รู้อิโหน่อิเหน่ที่อยู่รอบข้างจะเจ็บตัวไปด้วย