ไทโอนีลคลอไรด์ (Thionyl chloride) MO Memoir : Sunday 17 September 2560

ไทโอนีลคลอไรด์ (Thionyl chloride SOCl₂) เป็น chlorinating agent (สารที่ใช้เติมอะตอม Cl เข้าไปในโครงสร้างโมเลกุล) ตัวหนึ่งที่มีปรากฏอยู่ในตำราเรียนเคมีอินทรีย์ โดยเฉพาะในปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการแทนที่หมู่ -OH ด้วยอะตอม -Cl ในกรณีของแอลกอฮอล์ก็จะได้สารประกอบ organic chloide ส่วนในกรณีของกรดคาร์บอกซิลิกก็จะได้โครงสร้าง acyl chloride (R-C(O)-Cl) ที่มีความว่องไวในการทำปฏิกิริยาสูงกว่าหมู่คาร์บอกซิล (R-C(O)-OH)

รูปที่ ๑ เส้นทางการสังเคราะห์ thionyl chloride โดยเริ่มต้นจากกำมะถันและคลอรีน

รูปที่ ๒ ตัวอย่างสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาที่เกี่ยวข้องกับการผลิต thionyl chloride

รูปที่ ๓ กระบวนการผลิต thionyl chloride จากสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 2,431,823
  

ไฮโดรเจนซัลไฟล์ (hydrogen sulphide หรือ hydrogen sulfide - H₂S) หรือที่เรียกว่าแก๊สไข่เน่านั้น ในธรรมชาติพบได้ในปริมาณมากโดยปะปนอยู่กับแก๊สธรรมชาติในบางแหล่ง เช่นแก๊สในอ่าวไทย แก๊สธรรมชาติที่มีแก๊สกรด (CO₂ และ/หรือ H₂S) ปนอยู่ด้วยนั้นเรียกว่า "sour gas" ในกรณีที่มีเฉพาะ CO₂ นั้นก็อาจมีการนำไปใช้งานเป็นเชื้อเพลิงโดยตรงโดยไม่มีการกำจัดออก (เช่นกรณีของแก๊ส CNG เติมรถยนต์ที่จัดจำหน่ายในบ้านเรา) แต่ในกรณีของ H₂S นั้นจะต้องมีการกำจัดออกก่อนเพราะมันทำให้เกิดแก๊ส SO₂ ในการเผาไหม้
 

แหล่งผลิต H₂S ขนาดใหญ่อีกแหล่งในอุตสาหกรรมได้แก่กระบวนการ desulphurisation หรือการกำจัดกำมะถันที่ใช้ในการดึงเอาสารประกอบกำมะถันอินทรีย์ออกจากน้ำมันเชื้อเพลิง โดยใช้แก๊สไฮโดรเจนและตัวเร่งปฏิกิริยาช่วย เพื่อผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงที่มีกำมะถันต่ำ (พวกดีเซลและน้ำมันเตา) กำมะถันที่ดึงออกมาจะออกมาในรูปแก๊ส H₂S 
  

กระบวนการเผาไหม้ CH₄ กับกำมะถัน (S) เพื่อผลิตคาร์บอนไดซัลไฟล์ (carbon disulphide - CS₂) ก็เป็นกระบวนการทำให้เกิด H₂S ด้วย ในบ้านเราก็มีกระบวนการดังกล่าวเพื่อนำเอา CS₂ ที่ได้ไปใช้ในการผลิตเส้นใย rayon ที่เรียกว่า xanthane ด้วยกระบวนการที่เรียกว่า viscose process ข้อดีของกระบวนการนี้คือสามารถเปลี่ยน cellulose ในรูปของเนื้อไม้ให้กลายเป็นเส้นใยได้
  

แก๊ส H₂S ที่ได้มาจากกระบวนการเหล่านี้มักไม่ได้นำไปใช้เป็นสารตั้งต้นในการทำปฏิกิริยาใด ๆ และต้องได้รับการเปลี่ยนสภาพให้อยู่ในรูปสารประกอบที่ปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม และกระบวนการหนึ่งที่มีการนำมาใช้กันคือ Claus process ที่ทำการเปลี่ยน H₂S ให้กลายเป็นธาตุกำมะถันด้วยการออกซิไดซ์ H₂S ส่วนหนึ่งกับ O₂ เพื่อเปลี่ยนให้กลายเป็น SO₂ ก่อน จากนั้นจึงนำ SO₂ ที่เกิดขึ้นไปทำปฎิกิริยากับ H₂S ส่วนที่เหลือ ก็จะได้ธาตุกำมะถันออกมา

รูปที่ ๔ ตัวอย่างสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาที่เกี่ยวข้องกับการผลิต thiodiglycol
  

รูปที่ ๕ อีกตัวอย่างหนึ่งของสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาที่เกี่ยวข้องกับการผลิต thiodiglycol
  

รูปที่ ๖ อีกตัวอย่างหนึ่งของสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาที่เกี่ยวข้องกับการผลิต thiodiglycol
  

ในอุตสาหกรรมมีการใช้ H₂S เป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารประกอบ organosulphur อยู่บ้าง สารประกอบกลุ่มนี้ตัวหนึ่งได้แก่ไทโอไดไกลคอล (Thiodiglycol HO-CH₂CH₂-S-CH₂CH₂-OH) ที่ได้จากการทำปฏิกิริยาระหว่าง H₂S กับ ethylene oxide (รูปที่ ๔-๗) Thiodiglycol นี้ใช้ในอุตสาหกรรมผลิต น้ำหมึก (water based) สีที่ใช้ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ ใช้ในอุตสาหกรรมพลาสติกและการเคลือบผิว และยังสามารถใช้เป็นตัวทำละลายให้กับน้ำหมึกที่ใช้กับปากกาลูกลื่น
 

แต่ทั้งไทโอนีลคลอไรด์และไทโอไดไกลคอลต่างเป็นสารเคมีที่อยู่ภายใต้การควบคุม ในรายการที่ ๑ และ ๙ ของ Autralia group : Common control list handbook. Volume I: Chemical weapons-related common control lists ในฐานะที่สามารถนำไปใช้เป็นสารตั้งต้น (precursor) เพื่อผลิตอาวุธเคมี (แก๊สมัสตาร์ดหรือ sulphur mustard) ได้ด้วยการแทนที่หมู่ -OH ของไทโอไดไกลคอลด้วยอะตอม Cl ดังสมการในรูปที่ ๗ ข้างล่าง
  

รูปที่ ๗ จาก thiodiglycol ไปเป็น sulphur mustard

ทั้งไทโอไดไกลคอลและไทโอนีลคลอไรด์ต่างถูกจัดเป็นวัตถุอันตรายตามพระราชบัญญัติวัตถุอันตราย พ.ศ. ๒๕๓๕ โดยไทโอไดไกลคอลถูกจัดให้เป็นวัตถุอันตรายชนิดที่ ๓ (การผลิต นำเข้า ส่งออก ครอบครอง ต้องได้รับอนุญาต) ในขณะที่ไทโอนีลคลอไรด์ถูกจัดให้เป็นวัตถุอันตรายชนิดที่ ๔ (ห้ามมิให้มีการผลิต นำเข้า ส่งออก หรือมีไว้ครอบครอง) (รายการที่ ๒๒๒ และ ๒๒๓ บัญชี ๕.๑ ที่กรมโรงงานอุตสาหกรรมเป็นผู้ควบคุม ตามประกาศกระทรวงอุตสาหกรรม เรื่อง บัญชีรายชื่อวัตถุอันตราย พ.ศ. ๒๕๕๖)
 

ไทโอนีลคลอไรด์ไม่เพียงแต่สามารถใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตอาวุธเคมีได้เท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารแอมเฟตามีน (amphetamine) ได้ด้วย (รูปที่ ๘)

รูปที่ ๘ รูปจากสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 6,399,828 ลงวันที่ ๔ มิถุนายน ค.ศ. ๒๐๐๒ ในหัวข้อ "Preparation of amphetamines from phenylpropanolamines"