จากเบนซาลดีไฮด์ (Benzaldehyde) ไปเป็นกรดเบนซิลิก (Benzilic acid) MO Memoir : Tuesday 27 December 2559

Memoir ฉบับนี้ยังคงเกี่ยวกับรายชื่อของสารเคมีควบคุมที่ปรากฏอยู่ในรายการของ Australia Group (AG) ฉบับปรับปรุง (Revision 2 January 2016) คราวนี้เป็นของสารอีก ๔ ตัวคือ

รายการที่ ๑๓ 3-Quinuclidinol รหัส EU List 1C350.13

รายการที่ ๒๕ Methyl benzilate รหัส EU List 1C350.25

รายการที่ ๓๒ Benzilic acid รหัส EU List 1C350.32

รายการที่ ๓๗ 3-Quinuclidone รหัส EU List 1C350.37

รูปที่ ๑ แผนผังการทำปฏิกิริยาในการเปลี่ยนเบนซาลดีไฮด์ (Benzaldehyde) ไปเป็นกรดเบนซิลิก (Benzilic acid) ที่ลองไล่แกะเอาจากตำราอินทรีย์เคมี
 

สารตระกูลอัลดีไฮด์ (aldehyde) และคีโตน (ketone) ถูกนำมาใช้เป็น building block ในการสร้างโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นมานานแล้ว ปฏิกิริยาหนึ่งที่ใช้กันคือ Aldol condensation ที่เป็นการควบแน่นของโมเลกุลอัลดีไฮด์/คีโตนสองโมเลกุลเข้าด้วยกัน โดยที่โมเลกุลอัลดีไฮด์/คีโตนโมเลกุลหนึ่งนั้นต้องมี alpha hydrogen atom (ดู Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๐๖๐ วันศุกร์ที่ ๙ ตุลาคม ๒๕๕๘ เรื่อง "Aldol condensation และ Cannizzaro reaction")
 

แต่ใช่ว่าถ้าโมเลกุลสารตั้งต้นนั้นไม่มี alpha hydrogen atom แล้วจะเกิดปฏิกิริยาการควบแน่นไม่ได้ มันมีสิทธิ์ที่จะเกิดปฏิกิริยาการควบแน่นเป็นโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นเช่นกัน ด้วยปฏิกิริยาที่มีชื่อว่า "Benzoin condensation" ที่เป็นปฏิกิริยาการควบแน่นที่สำคัญของสารประกอบ aromatic aldehyde โดยเฉพาะเบนซาลดีไฮด์ (พวก aromatic aldehyde มันไม่มี alpha hydrogen atom อยู่แล้ว)
 

ตัวอย่างเช่นกรณีของเบนซาลดีไฮด์ (benzaldehyde) ที่แสดงในรูปที่ ๑ ในสภาวะที่มีไอออนไซยาไนด์ (CN^-) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โมเลกุลเบนซาลดีไฮด์สองโมเลกุลสามารถเชื่อมต่อเข้าด้วยกันผ่านหมู่อัลดีไฮด์ กลายเป็นสารประกอบ alpha hydroxy ketone ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาที่ผันกลับได้
 

แต่โมเลกุลเบนซาลดีไฮด์มีความเป็นขั้วต่ำ ละลายน้ำได้น้อย ในขณะที่เกลือไซยาไนด์จำเป็นต้องอยู่ในตัวทำละลายที่มีขั้วจึงจะแตกตัวให้ไอออน CN^- ได้ ดังนั้นการทำปฏิกิริยาจึงต้องทำในตัวทำละลายที่ละลายได้ทั้งเบนซาลดีไฮด์และเกลือไซยาไนด์ และสารผสมระหว่างน้ำ + แอลกอฮอล์ก็เป็นทางเลือกหนึ่ง
 

การออกซิไดซ์หมู่ -OH ของสารประกอบ alpha hydroxy ketone ที่เกิดขึ้นด้วยสารออกซิไดซ์อย่างอ่อน (เช่น Fehling's reagent ที่ใช้ทดสอบอัลดีไฮด์และคีโตน) จะเปลี่ยนหมู่ -OH ให้เป็นหมู่คาร์บอนิล สารประกอบตัวใหม่ที่ได้มีชื่อว่า "Benzil" ที่เป็นประกอบพวก 1,2-Diketones (คือมีหมู่คาร์บอนิลสองหมู่อยู่ที่อะตอม C ที่อยู่ติดกัน)
 

ถ้าเอา Benzil นี้ไปทำปฏิกิริยาในสภาวะที่มีสารละลาย KOH เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (โดยมีแอลกอฮอล์เป็นตัวทำละลาย) โมเลกุล Benzil จะมีการจัดเรียงโมเลกุลใหม่ด้วยปฏิกิริยาที่มีชื่อว่า Benzilic acid rearrangement ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะเป็นเกลือของกรด Benzilic ซึ่งเมื่อนำเกลือนี้ไปทำปฏิกิริยาต่อกับ HCl ก็จะได้กรด Benzilic กรด Benzilic ที่ได้นี้ถ้านำไปทำปฏิกิริยา esterification ต่อด้วยการแทนที่อะตอม H ที่เป็นกรดด้วยหมู่ -CH₃ ก็จะได้สารประกอบ Methyl benzilate

รูปที่ ๒ สิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเกี่ยวกับกระบวนการผลิต 3-Quinuclidinyl benzilate วิธีการเตรียมตามสิทธิบัตรฉบับนี้ใช้ metyl หรือ ethyl ester ของ Benzilic acid มาทำปฏิกิริยากับ 3-Quinuclidinol ปฏิกิริยาที่เกิดจึงเป็นปฏิกิริยาทรานเอสเทอริฟิเคชัน (โดยหมู่เมทิลหลุดออกไป แล้วมี 3-Quinuclidinol เข้ามาแทนที่แทน) ส่วนที่ว่าทำไมถึงใช้ methyl ester แทนการใช้กรดก็เดาว่าคงเป็นเพราะถ้าใช้ methyl ester จะเกิด methanol ที่มีจุดเดือดต่ำกว่าน้ำ ทำให้ไล่ออกจากระบบได้ง่าย ปฏิกิริยาก็จะดำเนินไปข้างหน้าได้ดีขึ้น
 

ตอนนี้เราก็ได้ผู้เล่นสองรายจากรายชื่อ EU List แล้ว คำถามที่เกิดขึ้นตามมาก็คือทำไมต้องมีการควบคุมสารเคมีสองรายการนี้ เท่าที่ลองสืบค้นดูก็ขอเดาว่าสาเหตุหนึ่งคงเป็นเพราะถ้านำสารสองตัวนี้ไปทำปฏิกิริยากับ 3-Quinuclidinol (สารเคมีควบคุมในรายชื่อของ EU List เช่นกัน) ก็จะได้สารประกอบที่มีชื่อว่า 3-Quinuclidinyl benzilate ส่วนที่ว่าจะทำปฏิกิริยากันอย่างไรนั้น ก็สามารถไปอ่านได้ในสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาฉบับที่นำมาแสดงเป็นตัวอย่างในรูปที่ ๒ ก็ได้ ส่วนเหตุผลที่ว่าต้องควบคุม 3-Quinuclidone ก็เดาว่าน่าจะเป็นเพราะสามารถทำการรีดิวซ์หมู่คาร์บอนนิลของสารนี้เพื่อเปลี่ยนเป็น 3-Quinuclidinol ได้
 

3-Quinuclidinyl benzilate จัดเป็นสารเคมีในกลุ่ม incapacitating agent ในชื่อรหัส BZ คือเป็นสารกลุ่มที่ส่งผลต่อร่างกายและ/หรือจิตใจเพียง "ชั่วขณะ" หรือเรียกว่าทำให้หมดสภาพที่จะทำการต่อสู้ก็ได้ ่โดยไม่มีวัตถุประสงค์จะให้ถึงขั้นเสียชีวิต (แต่ถ้าได้รับเข้าไปมาก ๆ ก็มีสิทธิ์ตายได้เหมือนกัน) หมดสภาพที่จะต่อสู้ตรงนี้ไม่ได้หมายความว่าถึงขั้นหมดสติแบบยาสลบ (คือไม่รับรู้ความรู้สึกใด ๆ แม้แต่ความเจ็บปวด) อาจเป็นเพียงแค่สติยังพอมีอยู่หรือเลือนลาง แต่ไม่สามารถสั่งการกล้ามเนื้อได้

รูปที่ ๓ สิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเกี่ยวกับวิธีการหนึ่งสำหรับผลิต Benzilic acid กระบวนการในสิทธิบัตรฉบับนี้ไม่ได้เริ่มต้นจากเบนซาลดีไฮด์ แต่ใช้สารประกอบที่มีหมู่อัลดีไฮด์ทำการเชื่อมต่อวงแหวนสองวงเข้าด้วยกัน จากนั้นจึงทำการแทนที่อะตอม H ของอะตอม C ที่เป็นตัวเชื่อมวงแหวนทั้งสองด้วยเฮไลด์ (ในรูปคือ Br) ก่อนที่จะทำการเปลี่ยนเฮไลด์นั้นให้กลายเป็นหมู่ไฮดรอกซิล -OH
 

ส่วนเรื่องที่ว่า 3-Quinuclidinol ใช้สารใดเป็นสารตั้งต้นและผลิตได้อย่างไรนั้น คงต้องขอเก็บเอาไว้ก่อน เพราะยังค้นข้อมูลไม่เจอ

ในเว็บ https://en.wikipedia.org/wiki/3-Quinuclidinyl_benzilate ยังให้ข้อมูลด้วยว่าถ้านำเอา Benzilic acid ไปทำปฏิกิริยากับไดเอทิลเอทานอลเอมีน (สารตัวนี้ก็อยู่ใน EU List เช่นกัน) จะได้สารเคมีมีชื่อการค้าว่า Benactyzine ที่เคยใช้เป็นยารักษาอาการซึมเศร้าในอดีต (ปัจจุบันเลิกใช้แล้ว)

รูปที่ ๔ Benactyzine ที่เตรียมได้จาก Benzilic acid กับไดเอทิลเอทานอลเอมีน

ปิดท้ายที่ว่างของหน้านี้ด้วยรูปตึกจักรพงษ์ที่ถ่ายเอาไว้เมื่อวันศุกร์ที่ผ่านมาก็แล้วกัน