เอา 2,2-dimethylbutane (neohexane) ไปทำอะไรดี MO Memoir : Sunday 27 January 2556

2,2-dimethylbutane หรือ neohexane ตัวนี้แตกต่างจาก isopentane ตรงที่อะตอม H ของ tertiary carbon atom ถูกแทนที่ด้วยหมู่ -CH₃ ดังนั้นถ้าจะนำสารตัวนี้ไปทำปฏิกิริยา ก็คงต้องเล่นที่หมู่ -CH₂- ที่เหลืออยู่เพียงหมู่เดียว
  

ถ้านำ 2,2-dimethylbutane ไปออกซิไดซ์ (ที่ภาวะและ/หรือมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม) ปฏิกิริยาก็ควรที่จะเกิดที่หมู่ methylene -CH₂- โดยหมู่นี้น่าจะถูกเปลี่ยนให้กลายเป็นหมู่ carbonyl C=O ทำให้ได้สารประกอบ isobutyl methyl ketone ที่สามารถใช้เป็นตัวทำละลายและสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมอื่นได้ (รูปที่ ๑)^(๑)

  
 ถ้านำ 2,2-dimethylbutane ไปทำปฏิกิริยา dehydrogenation จะมีตำแหน่งให้เกิดปฏิกิริยาดังกล่าวเพียงตำแหน่งเดียว คือที่อะตอม C ตัวที่ 3 (หมู่ -CH₂-) และ 4 (หมู่ -CH₃ ที่อยู่ที่ปลายโซ่) จะได้ 3,3-dimethyl-1-butene จากนั้นถ้านำ 3,3-dimethyl-1-buteneไปทำปฏิกิริยา hydration (เติมน้ำ) จะได้ 3,3-dimethyl-2-butanol หรือ pinacolyl alcohol (ถ้าสงสัยว่าทำไมไม่ได้ 3,3-dimethyl-1-butanol ก็ขอให้ไปอ่านเรื่อง Markovnikov's rule ในหนังสือเคมีอินทรีย์ดูเอาเอง)

 

รูปที่ ๑ ปฏิกิริยาที่น่าจะเป็นไปได้ที่เกี่ยวข้องกับ 2,2-dimethylbutane หรือ neohexane

pinacolyl alcohol สามารถทำปฏิกิริยากับ methylphosphonyl difluoride ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ 3,3-dimethylbutan-2-yl methylphosphonofluoridate หรือซึ่งมีชื่อเรียกสั้น ๆ ว่า "Soman" (รูปที่ ๒)^(๒)

รูปที่ ๒ ปฏิกิริยาระหว่าง 3,3-dimethyl-2-butanol กับ methylphosphonyl difluoride

methylphosphonyl difluoride ทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ได้ง่ายและหลากหลายชนิด เช่นถ้าเราเปลี่ยนจาก pinacolyl alcohol เป็น isopropanol ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ 2-(Fluoro-methylphosphonyl)oxypropane ซึ่งมีชื่อเรียกสั้น ๆ ว่า "Sarin" (รูปที่ ๓)^(๓)

รูปที่ ๓ ปฏิกิริยาระหว่าง isopropanol กับ methylphosphonyl difluoride

ในทำนองเดียวกัน ถ้าเราเปลี่ยนมาใช้ cyclohexanol แทน ก็จะได้ Cyclohexyl methylphoshonofluoridate ซึ่งมีชื่อเรียกสั้น ๆ ว่า "Cyclosarin" (รูปที่ ๔)^(๔)

รูปที่ ๔ ปฏิกิริยาระหว่าง cyclohexanol กับ methylphoponyl difluoride

cyclohexanol ได้จากการเติมไฮโดรเจน (hydrogenation) ไปที่วงแหวนเบนซีนจะได้ cyclohexane จากนั้นจึงทำการออกซิไดซ์ cyclohexane จะได้ cyclohexanol และ cyclohexanone ที่เป็นสารต้นทางของกระบวนการผลิตเส้นใยไนลอน (ดู Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๐๕ วันเสาร์ที่ ๑๕ กันยายน ๒๕๕๕ เรื่อง "เอา pentane ไปทำอะไรดี")

ทั้ง Soman Sarin และ Cyclosarin เป็นอาวุธเคมี จัดอยู่ในกลุ่มของ nerve agent (สารที่ออกฤทธิ์ต่อระบบประสาท)

เนื่องจากสารเหล่านี้มีความเป็นพิษสูงมาก ดังนั้นการผลิตและเก็บรักษาเอาไว้รอการใช้งานจึงยุ่งยากและมีโอกาสเกิดอันตรายสูง แต่เนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างแอลกอฮอล์กับ methylphosphonyl difluoride นั้นเกิดได้ง่าย ในทางปฏิบัติจึงใช้การ "ผลิตขึ้นมาเมื่อต้องการใช้งาน"
  

การผลิตขึ้นมาเมื่อต้องการใช้งานนี้ไม่ได้มีรูปแบบว่าเมื่อต้องการใช้งานก็ผลิตสารดังกล่าวขึ้นมา และนำไปบรรจุในอาวุธต่าง ๆ ก่อนยิงใส่เป้าหมาย แต่ใช้การบรรจุสารตั้งต้นลงไปในอาวุธก่อน และเมื่อยิงอาวุธออกไปก็ให้สารตั้งต้นเหล่านั้นทำปฏิกิริยากันเกิดเป็นสารพิษต่าง ๆ ก่อนที่อาวุธนั้นจะเดินทางถึงเป้าหมาย ตัวอย่างของอาวุธเช่นนี้ได้แก่หัวกระสุนปืนใหญ่ M687 ของกองทัพสหรัฐที่ใช้ยิงจากปืนใหญ่ขนาด 155 mm (ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางปากลำกล้อง) ที่แสดงในรูปที่ ๕
  

ในหัวกระสุนปืนใหญ่ชนิดนี้จะมีกระป๋องบรรจุสารเคมีอยู่ ๒ กระป๋องที่แยกจากกันด้วย bursting disc (ซึ่งอาจเรียกว่า burst disc หรือ rupture disc ก็ได้) แต่ละกระป๋องจะบรรจุสารตั้งต้นเอาไว้ประมาณ 90% ของปริมาตรกระป๋อง โดยใบหนึ่งจะบรรจุ methylphosphonyl difluoride ส่วนอีกใบหนึ่งจะบรรจุแอลกอฮอล์ (จะเป็น isopropyl, cyclohexanol หรือ pinaconyl ก็ขึ้นกับว่าต้องการผลิตแก๊สอะไร และมี isopropyl amine เพื่อไว้สะเทิน HF ที่เกิดขึ้นด้วย (ไม่รู้เหมือนกันว่าจะอยู่ในกระป๋องใบไหน)

 รูปที่ ๕ กระสุนปืนใหญ่ M687 ขนาด 155 mm (เส้นผ่านศูนย์กลางปากลำกล้อง) สำหรับยิงอาวุธเคมี ภายในจะมีกระป๋องบรรจุสารเคมี สองกระป๋อง (forward canister และ rear cansiter) ที่แยกจากกั้นด้วย burst disc^(๕)

เมื่อทำการยิงกระสุนนี้ ตัว bursting disc จะแตกออกเนื่องจากความเร่งของหัวกระสุน สารเคมีในหัวกระสุนจะผสมรวมกันโดยอาศัยการหมุนรอบตัวเองของหัวกระสุน และทำปฏิกิริยากันกลายเป็นสารพิษที่จะกระจายออกเมื่อหัวกระสุนระเบิดเมื่อถึงเป้าหมาย

ในบรรดาสารตั้งต้นนั้น isopropanol เป็นตัวที่หาได้ง่ายสุด (แอลกอฮอล์ล้างแผลบางยี่ห้อก็เป็น isopropanol ไม่ใช่เอทานอลนะ) ในขณะที่ methylphosphonyl difluoride เป็นตัวที่จัดหาได้ยากที่สุด ดังนั้นถ้าใครก็ตามสามารถจัดหา methylphosphonyl difluoride ก็จะไม่ยากที่จะผลิต Sarin
  

สาร Sarin เองมีการนำมาใช้ในการก่อการร้ายในรถไฟใต้ดินของกรุงโตเกียวในช่วงชั่วโมงเร่งด่วนของเช้าวันที่ ๒๐ มีนาคม พ.ศ. ๒๕๓๘ (หรือเมื่อ ๑๘ ปีที่แล้ว) โดยกลุ่มที่เรียกตนเองว่า Aum Shinirkyo รถไฟที่ถูกโจมตีมีอยู่ด้วยกัน ๕ ขบวน ทำให้มีผู้เสียชีวิตกว่าสิบรายและได้รับบาดเจ็บอีกนับพันราย โดยผู้ต้องหาที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ดังกล่าวรายล่าสุดนั้นเพิ่งจะถูกจับกุมไปเมื่อเดือนมิถุนายน พ.ศ. ๒๕๕๕ ที่ผ่านมานี่เอง ถ้าต้องการทราบรายละเอียดมากกว่านั้นก็ลองค้นหาโดยใช้คำว่า Tokyo gas attack ดูเอาเอง

หมายเหตุ

(๑) ดูเพิ่มเติมที่ http://en.wikipedia.org/wiki/Isobutyl_methyl_ketone

(๒) ดูเพิ่มเติมที่ http://en.wikipedia.org/wiki/Soman)

(๓) ดูเพิ่มเติมที่ http://en.wikipedia.org/wiki/Sarin)

(๔) ดูเพิ่มเติมที่ http://en.wikipedia.org/wiki/Cyclosarin)

(๕) ดูเพิ่มเติมที่ http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a089646.pdf และ http://en.wikipedia.org/wiki/M687