เมทานอลกับเจลล้างมือ MO Memoir : Monday 30 March 2563

"อาจารย์คะ หนูมีคำถามค่าาา

อันนี้ไม่เกี่ยวกับเรื่องเรียนนะคะ

เหมือนกับว่าก่อนหน้านี้มันมีข่าวว่าพบว่ามีการแอบใช้เมทานอลในการทำเจลล้างมือ

แล้วหนูกับพวกรุ่นพี่บางกลุ่มกำลังคิดว่าอาจทำ infographic มาให้ความรู้

คือที่เมทานอลมันไม่สามารถใช้ได้ นอกจากเรื่องที่มันกินไม่ได้

แล้วมีเรื่องอะไรอีกหรอคะ คือมัน toxic ไรงี้หรอคะ"

เย็นวันวานมีสาวน้อยรายหนึ่งส่งข้อความถามมาเรื่องเกี่ยวกับการเอาเมทานอลมาทำเจลล้างมือ อันที่จริงผมก็ได้ให้ความเห็นส่วนตัวของผมกับเขาไปแล้ว แต่เห็นว่ามันน่าจะมีประโยชน์กับผู้อื่นอยู่บ้าง ก็เลยขอนำมาขยายความเพิ่มเติมบันทึกไว้ในที่นี้

  

ปัจจุบันมีการนำเสนอข้อมูลในรูปของ Infographic กันมากขึ้น ซึ่งวิธีการนี้ในความเห็นส่วนตัวของผมแล้ว มันเหมาะมากสำหรับการนำเสนอให้ผู้ที่รับสื่อนั้น "เชื่ออย่างรวดเร็ว โดยไม่คิดพิจารณา" ซึ่งในบางงานนั้นมันก็ใช้ได้ดี เช่นการเผยแพร่ คำเตือน ข้อห้าม อันตราย ฯลฯ แต่ถ้าเป็นการให้ความรู้ที่ถูกต้อง ก็ต้องพิจารณาให้ดี เพราะด้วยเนื้อที่จำกัดนั้น ทำให้มันไม่สามารถใช้รายละเอียดที่จำเป็นบางประการเพิ่มเติมเข้าไปได้ เช่น ข้อยกเว้น ข้อจำกัด ข้อควรระวัง เป็นต้น บ่อยครั้งที่เห็นว่าข้อมูลที่ Infographic ให้มานั้น "ไม่ผิด" แต่คนที่รับข้อมูลนั้นเอาไป "ขยายความ" แบบไม่ถูกต้อง มันก็เลยก่อให้เกิดปัญหาอื่น ๆ ตามมา

  

สำหรับเรื่องนี้ สิ่งแรกที่ผมบอกเขาไปว่า จะกล่าวถึงอะไรที่ไม่ใช่ศาสตร์ของเรา (ก็คือทางด้านวิศวกรรมเคมี) ก็ต้องหาแหล่งอ้างอิงหน่อย และควรเป็นแหล่งที่เชื่อถือได้ โดยในที่นี้ผมขอยกเอาข้อมูลมาจาก 

  

- Center for Disease Control (CDC) หรือหน่วยงานควบคุมและป้องกันโรคติดต่อของสหรัฐอเมริกา (รูปที่ ๑)

  

- "Infection prevention and control of epidemic- and pandemic-prone acute respiratory infections in health care" WHO Guidelines เป็นเอกสารที่จัดทำโดยองค์การอนามัยโลกเมื่อปีค.ศ. ๒๐๑๔ เกี่ยวกับการรับมือโรคที่เกิดกับระบบทางเดินหายใจ ซึ่งตอนนั้นตัวสำคัญที่รู้จักกันก็มีไข้หวัดจากเชื้อไวรัส H5N1, H1N1, H7N9, MERSE และ SARS เอกสารนี้ดาวน์โหลดมาจาก https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK214356/ ซึ่งเป็นเว็บของNational Institute of Health (NIH) หรือหน่วยงานด้านสุขภาพของสหรัฐอเมริกา (รูปที่ ๒)

  

- หน้าที่ ๒๔๐ และ ๒๔๑ ของหนังสือ "Disinfection, Sterilization, and Preservation" โดย Seymour Stanton Block ที่ค้นผ่านทาง Google book (รูปที่ ๓ และ ๔) โดยจับภาพหน้าจอสองหน้านี้มาให้อ่านกัน

  

เนื้อหาใน Memoir ฉบับนี้ไม่ได้ต้องการจะบอกว่าเอาเมทานอลมาทำเจลล้างมือแล้วจะมีปัญหาไหม แต่อยากให้ตั้งคำถามแยกเป็นประเด็นดังนี้

ข้อ ๑ สารดังกล่าวมีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อที่ต้องการหรือไม่

ข้อ ๒ สารดังกล่าวก่อให้เกิดปัญหาอะไรกับพื้นผิวที่มันสัมผัสหรือกับผู้ใช้งานหรือไม่

ข้อ ๓ การตกค้างของสารดังกล่าวบนพื้นผิวก่อให้เกิดปัญหาหรือไม่

   

เชื้อจุลชีพที่ทำให้เกิดโรคนั้น ในทางจุลชีววิทยาจะแบ่งออกเป็นกี่กลุ่มผมก็ไม่รู้ เท่าที่พอรู้ก็มีพวก แบคทีเรีย ไวรัส เชื้อรา และพาราสิต (เช่นเชื้อที่ทำให้เกิดมาลาเรีย) และในแต่ละกลุ่มนั้นมันก็แยกกลุ่มย่อยออกไปอีก สารที่มีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อโรคก็ไม่ได้หมายความว่ามันฆ่าได้ทุกกลุ่ม หรือแม้แต่ในแต่ละกลุ่ม ก็ไม่ได้หมายความว่ามันฆ่าได้ทุกกลุ่มย่อย อย่างเช่นเอทานอลที่เรารู้กันว่าฆ่าเชื้อโรคบนผิวหนังได้ แต่มันฆ่าเชื้อราที่ทำให้เกิดโรคผิวหนังไม่ได้ เวลาที่เราเป็นโรคผิวหนังที่เกิดจากเชื้อรา เอาเอทานอลทามันก็ไม่หาย ต้องใช้ยาฆ่าเชื้อราต่างหาก หรือแม้แต่เราไม่สบายเนื่องจากติดเชื้อแบคทีเรีย หมอก็ยังต้องดูว่าเกิดจากเชื้อแบคทีเรียประเภทไหน จะได้ใช้ยาปฏิชีวนะได้ถูกชนิด

  

รูปที่ ๑ ข้อมูลเกี่ยวกับประสิทธิภาพการฆ่าเชื้อของแอลกอฮอล์ที่ปรากฏในหน้าเว็บของ CDC เรื่อง "Guideline for Disinfection and Sterilization in Healthcare Facilities (2008)" ผมจับภาพหน้าจอเฉพาะเนื้อหาตรงส่วนนี้มาแสดง (จาก https://www.cdc.gov/infectioncontrol/guidelines/disinfection/disinfection-methods/chemical.html)

ข้อมูลในย่อหน้าแรกของรูปที่ ๑ กล่าวถึงบทบาทของแอลกอฮอล์ในการฆ่าเชื้อ "แบคทีเรีย" โดยกล่าวว่าเมทานอลมีฤทธิ์อ่อนสุด (คิดว่าเป็นการเทียบกันระหว่าง เมทานอล เอทานอล และไอโซโพรพานอล) แม้แต่เอทานอลและไอโซโพรพานอลเองก็ยังมีความสามารถในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่แตกต่างกัน

   

ย่อหน้าที่สองของรูปที่ ๒ กล่าวถึงความสามารถในการฆ่าเชื้อ "ไวรัส" ของเอทานอลและไอโซโพรพานอล (ไม่มีการกล่าวถึงเมทานอล) ที่แม้ว่าแอลกอฮอล์ทั้งสองชนิดจะมีความสามารถในการฆ่าเชื้อไวรัสได้อย่างกว้างขวาง แต่ก็มีฤทธิ์ในการฆ่าที่แตกต่างกัน และก็มีข้อยกเว้นด้วย เช่นเอทานอลไม่สามารถจัดการกับเชื้อไวรัสที่ทำให้เกิดโรคตับอักเสบชนิด A และโรคปอลิโอได้ แต่จัดการกับไวรัสไข้หวัดใหญ่ (influenza ได้)

   

รูปที่ ๒ จากเอกสาร "Infection prevention and control of epidemic- and pandemic-prone acute respiratory infections in health care" WHO Guidelines จัดทำโดยองค์การอนามัยโลก

ข้อมูลในหัวข้อ G.1 ของรูปที่ ๒ กล่าวว่าแอลกอฮอล์เป็นสารที่มีประสิทธิผลในการฆ่าเชื้อไวรัสไข้หวัดใหญ่ โดยเอทานอลเข้มข้น 70% จัดว่ามีประสิทธิผลสูงกว่าไอโซโพรพานอล สารอีกตัวหนึ่งที่มีประสิทธิผลสูงเช่นกันคือโซเดียมไฮโปคลอไรต์ (NaOCl) สารตัวนี้เป็นตัวออกซิไดซ์ ในชีวิตประจำวันเราใช้เป็นน้ำยาซักผ้าขาว คือให้มันทำความสะอาดคราบสกปรก แต่สารตัวนี้ค่อนข้างจะระคายเคือง ทำให้มันเหมาะสำหรับการทำความสะอาดพื้นผิว (ที่ไม่ใช่ผิวหนังคน) มากกว่า และสิ่งที่ต้องคำนึงถึงด้วยก็คือ มันสามารถออกซิไดซ์สารอื่นนอกเหนือไปจากเชื้อโรคได้เช่นกัน

  

รูปที่ ๓ หน้า ๒๔๐ จากหนังสือ "Disinfection, Sterilization, and Preservation" โดย Seymour Stanton Block

รูปที่ ๓ และ ๔ ได้จากการใช้ google ค้นหาว่าเมทานอลสามารถฆ่าไวรัสได้หรือไม่ ซึ่งมันก็พาไปยังหน้า ๒๔๐ และ ๒๔๑ ของหนังสือชื่อ "Disinfection, Sterilization, and Preservation" โดย Seymour Stanton Block ที่กล่าวถึงประสิทธิผลของแอลกอฮอล์โมเลกุลเล็ก (C₁ - C₄) ในการฆ่าเชื้อไวรัสชนิดต่าง ๆ ข้อมูลในตารางที่ 12.12 (รูปที่ ๔) นั้นก็รายงานประสิทธิผลของเมทานอลในการฆ่าเชื้อไวรัสบางชนิดเทียบกับแอลกอฮอล์ตัวอื่น ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามันก็ฆ่าได้เช่นกัน ส่วนที่ว่าเชื้อไวรัสที่ทำให้เกิดโรคไข้หวัดใหญ่นั้น อยู่ในกลุ่มไหนของเชื้อไวรัสที่เขาใช้ทดสอบ หรืออยู่ในกลุ่มเชื้อที่เขาทดสอบหรือไม่นั้น อันนี้ผมไม่รู้

   

รูปที่ ๔ หน้า ๒๔๑ จากหนังสือ "Disinfection, Sterilization, and Preservation" โดย Seymour Stanton Block

ประเด็นถัดมาก็คือสารที่มีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อนั้น มันก่อให้เกิดปัญหากับพื้นผิวที่มันสัมผัสหรือไม่ พื้นผิวสัมผัสนั้นมันมีตั้งแต่ผิวหนังคนไปจนถึงเครื่องเรือนเครื่องใช้และอุปกรณ์ทางการแพทย์ต่าง ๆ ที่มีทั้งส่วนที่เป็นโลหะ แก้ว และพอลิเมอร์(ไม่ว่าจะเป็นพอลิเมอร์สังเคราะห์หรือวัสดุที่ทำจากยางธรรมชาติ) สารบางตัวฆ่าเชื้อได้ดีมาก แต่ระคายเคืองต่อผิวหนัง ดังนั้นเราอาจใช้มันทำความสะอาดพื้นผิวได้ แต่อย่าให้สัมผัสกับผิวหนังก็แล้วกัน บางตัวอาจไม่มีปัญหากับผิวหนัง (เช่นเอทานอล) แต่มีปัญหากับชิ้นส่วนที่เป็นพอลิเมอร์หรือทำจากยาง ที่อาจทำให้วัสดุเหล่านี้เสื่อมสภาพได้

   

รูปที่ ๕ ป้ายคำเตือน กรุณารอให้แอลกอฮอล์เจลแห้งก่อนที่จะจับต้องชิ้นส่วนต่าง ๆ ของรถยนต์ เพราะอาจมีผลเสียได้ รูปนี้ถ่ายมาจากศูนย์บริการรถยนต์แห่งหนึ่ง

ทีนี้ก็มาถึงประเด็นที่ว่าการตกค้างของสารฆ่าเชื้อบนพื้นผิวนั้นก่อให้เกิดปัญหาหรือไม่ แอลกอฮอล์โมเลกุลเล็กมันมีข้อดีคือมันระเหยง่าย ดังนั้นมันจึงไม่ตกค้างบนพื้นผิว แต่การที่มันระเหยง่ายก็เป็นข้อเสียของมันที่ควรพึงระวังก็คือ มันเป็นสารไวไฟ ดังนั้นในการใช้งานจึงต้องระวังไม่ให้มีไอระเหยของแอลกอฮอล์สะสมในปริมาณมากเกินไป และไม่ควรใช้ในบริเวณที่มีเปลวไฟหรือแหล่งความร้อนที่สามารถจุดระเบิดไอระเหยของแอลกอฮอล์ได้ นอกจากนี้การระเหยของมันยังอาจทำให้ผู้ใช้รับมันเข้าสู่ร่างกายผ่านทางการสูดดมได้ด้วย

  

ปัญหาของแอลกอฮอล์ที่จะเอามาทำเจลล้างมือ มันไม่ได้อยู่ตรงที่ว่าแอลกอฮอล์นั้นมันกินได้หรือไม่ (มีใครเอาไอโซโพรพานอลที่ฆ่าเชื้อโรคได้เช่นกันมากินไหมครับ) แต่อยู่ตรงที่มัน "สัมผัส" ผิวหนังได้หรือไม่และ "สูดดม" เข้าไปจะเป็นอันตรายไหม โดยเฉพาะประเด็นหลังคือ "สูดดม" เมื่อเราเอาเจลล้างมือทามือ แอลกอฮอล์มันจะระเหยออกมา ตัวนี้แหละที่เป็นปัญหา เพราะไอระเหยของเมทานอลนันเป็นอันตรายกว่าเอทานอลมาก 

  

ทีนี้กลับมาที่มีการเอา "เมทานอล" มาทำเจลล้างมือ คำถามหนึ่งที่น่าตั้งก็คือคนทำเขารู้หรือเปล่าว่าแอลกอฮอล์มันมีหลายชนิด (เขาอาจไม่ได้มีความรู้เคมีที่ดีก็ได้) เมทานอลที่ขายสำหรับใช้เป็นตัวทำละลายมันก็เขียนไว้ข้างกระป๋องว่าแอลกอฮอล์เหมือนกัน ก่อนหน้านี้เคยลองค้นในเว็บ Shopee ใช้คำค้นหา "แอลกอฮอล์" จะเห็นเมทานอลสำหรับใช้เป็นตัวทำละลายปรากฏขึ้นมาเป็นรายการแรก ๆ เลย แต่ตอนนี้มันโดนพวกเจลล้างมือเบียดออกไป และพอเข้าไปดูรายละเอียดฉลากที่เห็นในรูป มันก็ไม่ได้ระบุว่าเป็นเมทานอลหรือเอทานอล รู้แต่ว่ามันราคาถูกกว่าแอลกอฮอล์ล้างแผลมาก ดังนั้นการเอาเมทานอลมาใช้จึงอาจเกิดจากความเข้าใจที่ผิดก็ได้ เพราะคิดว่าแอลกอฮอล์ไหน ๆ ก็เหมือนกันหมด

ปัจจัยที่ส่งผลต่อค่า autoignition temperature (๒) MO Memoir : Sunday 20 August 2560

ในตอนที่ ๑ ของเรื่องนี้ ได้นำเสนอผลการทดลองที่แสดงให้เห็นว่าค่า "อุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเอง" (ที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า Autoignition temperature (AIT) หรือ Self-ignition temperature (SIT)) ที่วัดได้นั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ไม่ว่าจะเป็นวิธีการวัดหรือวัสดุที่ใช้ทำอุปกรณ์ ส่วนตอนที่ ๒ ที่นำเสนอในวันนี้จะกล่าวถึงผลของออกซิเจนและสัดส่วนการผสมระหว่าง เชื้อเพลิง + อากาศ ที่ส่งผลต่อค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองที่วัดได้
 

ความสนใจผลของความเข้มข้นและชนิดของสารออกซิไดซ์ที่มีต่อค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองของสารต่าง ๆ นั้นมีมานานแล้ว ดังเช่นบทความของ Furno และคณะ (รูปที่ ๘) ที่ใช้เป็นต้นเรื่องของ Memoir ฉบับนี้ ได้ศึกษาผลของออกซิเจนบริสุทธิ์และไนโตรเจนเททรอกไซด์ที่มีต่อค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเอง นอกนี้ยังได้ศึกษาผลของขนาดปริมาตรอุปกรณ์ (ที่เป็นตัวกำหนดปริมาตรไอผสม) ที่มีต่อค่าที่วัดได้ด้วย อุปกรณ์ที่เขาใช้ในการทดลองนั้นแสดงไว้ในรูปที่ ๙ ส่วนผลการทดลองที่รายงานไว้นั้นแสดงไว้ในรูปที่ ๑๐

รูปที่ ๘ บทความของ Furno และคณะที่ตีพิมพ์ในวารสาร Journoal of Chemical and Engineering data vol. 13 no. 2 เดือนเมษายนปีค.ศ. ๑๙๖๘ (พ.ศ. ๒๕๑๑) หน้า ๒๔๓-๒๔๙ บทความนี้วัดค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองของสารต่าง ๆ ที่ความดันต่ำกว่าความดันบรรยากาศ (ความดันบรรยากาศคือ 760 mm.Hg) ในบรรยากาศของสารออกซิไดซ์ต่างชนิดกัน และผลของปริมาตรไอผสมที่ใช้ทดสอบ (ขนาดปริมาตรภาชนะบรรจุ) หมายเลขรูปในบทความชุดนี้เรียงต่อมาจากตอนที่ ๑

(หมายเหตุ : แก๊ส nitrogen tetroxide หรือ dinitrogen tetroxide - N₂O₄ แก๊สตัวนี้จะอยู่ในสภาพสมดุลกับ NO₂ โดยที่อุณหภูมิต่ำ สมดุลจะมีแนวโน้มมาอยู่ทาง N₂O₄ แต่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นสมดุลจะมีแนวโน้มไปอยู่ทาง NO₂ แก๊สตัวนี้เคยได้รับความนิยมในการใช้เป็นสารออกซิไดซ์ให้กับเชื้อเพลิงขับเคลื่อนจรวดเนื่องจากมีจุดเดือดสูง (ประมาณ 21.7ºC ทำให้สามารถเก็บในรูปของเหลวได้ง่ายโดยไม่ต้องใช้อุณหภูมิที่ต่ำหรือความดันที่สูงช่วย)

รูปที่ ๙ อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลองของ Furno และคณะ (บทความในรูปที่ ๘) มาตรฐาน ASTM E659 Standard Test Method for Autoignition Temperature of Liquid Chemicals ก็ใช้อุปกรณ์หน้าตาทำนองเดียวกันนี้ แตกต่างกันหน่อยตรงที่ขนาดและวัสดุที่ใช้ทำ vessel ที่ใช้ในการทดลอง โดย ASTM E659 นั้นใช้ฟลาสค์ก้นกลมทำจากแก้ว borosilicate (และยังมีการกำหนดปริมาตรภาชนะไว้ที่ปริมาตรเดียว) แต่เนื่องจากวัสดุและรูปทรงภาชนะดังกล่าวไม่เหมาะกับการทดลองที่ความดันต่ำ Furno และคณะก็เลยจำเป็นต้องเปลี่ยนชนิด vessel ที่ใช้ในการทดลอง

ผลการทดลองของ Furno และคณะในรูปที่ ๑๐ แสดงให้เห็นว่า 
 

(ก) ใน vessel ขนาดเล็ก (200 ml) ค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองนั้นสูงกว่าใน vessel ขนาดใหญ่ (4900 ml)

(ข) ค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองของสารต่าง ๆ ในบรรยากาศออกซิเจนหรือ N₂O₄ นั้นต่ำกว่ากรณีของอากาศ

แต่ขนาดที่ลดลงของอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองเมื่อเทียบระหว่างในอากาศและในออกซิเจนนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของสารและขนาดของ vessel ที่ใช้ในการทดลอง เช่นในกรณีของนอร์มัลบิวเทน (n-Butane) ที่ความดัน 740 mmHg ในกรณีของ vessel ปริมาตร 200 ml นั้นในอากาศจะมีอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองที่ 372ºC แต่ถ้าเป็นในบรรยากาศออกซิเจนค่า อุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองจะลดลงเหลือ 286ºC หรือลดลงถึง 86ºC แต่พอทำการทดลองด้วย vessel ปริมาตร 4900 ml พบว่าเมื่อเปลี่ยนจากอากาศมาเป็นออกซิเจน ค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองลดลงจาก 288ºC เพียงแค่ 10ºC เท่านั้นมาเป็น 278ºC พอมาเป็นกรณีของนอร์มัลเฮปเทน (n-Heptane) ที่ความดัน 740 mmHg เช่นกัน ในกรณีของ vessel ปริมาตร 200 ml พบว่าเมื่อเปลี่ยนจากอากาศมาเป็นออกซิเจน ค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองลดลงจาก 232ºC เพียงแค่ 6ºC เท่านั้นมาเป็น 226ºC และในกรณีของ vessel ปริมาตร 4900 ml พบว่าเมื่อเปลี่ยนจากอากาศมาเป็นออกซิเจน ค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองลดลงเพียงแค่ 2ºC เท่านั้นคือจาก 204ºC มาเป็น 202ºC

รูปที่ ๑๐ ผลการทดลองที่ Furno และคณะรายงานไว้ในบทความ (UDMH คือ Unsymmetrical dimethyl hydrazine)

ตรงนี้ต้องขอย้ำเตือนเอาไว้หน่อยว่า ค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองเป็นตัวเลขที่บอกให้ทราบว่าเชื้อเพลิงชนิดนั้น (เมื่อผสมกับสารออกซิไดซ์ในสัดส่วนที่พอเหมาะ) สามารถเริ่มเกิดปฏิกิริยาการเผาไหม้ได้เองได้ยากง่ายเพียงใด แต่ไม่ได้บอกถึงความรุนแรงของการเผาไหม้ ที่มันขึ้นกับอัตราการเกิดปฏิกิริยา ในบรรยากาศของออกซิเจนบริสุทธิ์นั้นเชื้อเพลิงจะเผาไหม้ได้รวดเร็วมาก อาจมีการคายพลังงานในปริมาณมากออกมาในระยะเวลาสั้น ๆ ดังนั้นสำหรับเชื้อเพลิงที่มีปริมาณเท่ากัน การเผาไหม้ในอากาศอาจจะเป็นเพียงแค่ flash fire (คือเปลวไฟลุกแล้ววิ่งแผ่อออกไป) แต่ถ้าเป็นการเผาไหม้ในออกซิเจน อาจจะเป็นการระเบิดได้ (มีการเกิด shock wave)

บทความที่สองที่นำมาเล่าใน Memoir ฉบับนี้เป็นบทความของ Chen และคณะที่ตีพิมพ์ในวารสาร J. Chem. Eng. Data ปีค.ศ. ๒๐๑๐ (รูปที่ ๑๑) ที่เลือกเอาบทความนี้มาก็เพราะเป็นการทดลองเกี่ยวกับการวัดค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองของแอลกอฮอล์ชนิดต่าง ๆ (รวมทั้งเอทานอลที่เป็นตัวการการเกิดระเบิดในห้องปฏิบัติการที่กลุ่มเราทำงานอยู่ ที่เป็นต้นเรื่องทำให้เกิดบทความชุดนี้ขึ้น) งานวิจัยนี้เริ่มมาจากการเห็นปัญหาค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนที่รายงานไว้ในแหล่งอ้างอิงต่าง ๆ นั้นมีความแตกต่างกัน ทำให้เกิดความสับสนแก่ผู้ใช้ว่าค่าไหนเป็นค่าที่ถูกต้อง การทดลองของบทความนี้ใฃ้อุปกรณ์อิงตามมาตรฐาน ASTM E659-78 (2005) (รูปที่ ๑๒) ส่วนหนึ่งของผลการทดลองที่รายงานไว้นำมาแสดงในรูปที่ ๑๓ ซึ่งจะเห็นได้ว่าค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองนั้นขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอเชื้อเพลิงในอากาศ (ความเข้มข้นไอเชื้อเพลิงในอากาศขึ้นอยู่กับปริมาตรแอลกอฮอล์ที่ฉีดเข้าไป) โดยความเข้มข้นที่เข้าหา lower limit หรือ upper limit นั้นจะให้ค่าค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองสูงกว่าความเข้มข้นในช่วงกลาง

รูปที่ ๑๑ บทความของ Chen และคณะที่ตีพิมพ์ในวารสาร J. Chem. Eng. Data ปีค.ศ. ๒๐๑๐ หน้า ๕๐๕๙-๕๐๖๔

รูปที่ ๑๒ อุปกรณ์วัดค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเอง (จาก ASTM E659-78 (2005))

รูปที่ ๑๓ ส่วนหนึ่งของผลการทดลองที่ Chen และคณะรายงานไว้ โดยในการทดลองนั้นใช้การตั้งอุณหภูมิฟลาสค์ไว้ที่ค่าหนึ่งก่อน จากนั้นจะทำการฉีดแอลกอฮอล์ที่ปริมาตรหนึ่ง (สมมุติว่าเป็น 100 ไมโครลิตร) เข้าไปในอุปกรณ์ฟลาสค์ที่ตั้งค่าไว้ที่อุณหภูมิหนึ่ง ถ้าพบว่าแอลกอฮอล์ที่ฉีดเข้าไปนั้นเกิดการลุกไหม้ (จุดวงกลมสีแดง) ก็จะลดอุณหภูมิฟลาสค์ให้ต่ำลงก่อนจะทำการฉีดแอลกอฮอล์เข้าไปใหม่อีกครั้ง (ที่ปริมาตรเดิมคือ 100 ไมโครลิตร) ถ้าพบว่าเกิดการลุกติดไฟก็จะลดอุณหภูมิฟลาสค์ให้ต่ำลงไปอีก จนกว่าจะถึงอุณหภูมิที่พบว่าแอลกอฮอล์ที่ฉีดเข้าไปนั้นไม่ลุกติดไฟ (จุดเครื่องหมายกากบาทสีดำ) จากนั้นก็ทำการทดลองซ้ำใหม่โดยเปลี่ยนปริมาตรแอลกอฮอล์ที่ฉีด (เช่น 120, 130, ..., 250 ไมโครลิตร) ข้อมูลผลการทดลองของบทความนี้แสดงให้เห็นว่าค่า autoignition temerature ที่วัดได้นั้นขึ้นอยู่กับปริมาตรแอลกอฮอล์ที่ฉีดเข้าไป (หรือความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ในอากาศ)

Memoir ฉบับนี้ก็ขอจบเพียงแค่นี้ ตอนต่อไปก็จะเป็นเรื่องของเหตุการณ์การระเบิดที่เกิดขึ้นเมื่อปลายเดือนที่แล้ว

การทำปฏิกิริยาของโพรพิลีนออกไซด์ (1,2-Propylene oxide) ตอนที่ ๒ MO Memoir : Thursday 20 July 2560

ในสภาวะที่มีกรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยานั้น หมู่ไฮดรอกซิล (hydroxyl -OH) สามารถเกิดปฏิกิริยา dehydration หรือการกำจัดน้ำได้สองรูปแบบ แบบแรกเป็นการเกิดขึ้นในตัวโมเลกุลของมันเองกับอะตอม H ของอะตอม C ที่อยู่เคียงข้างที่นำไปสู่การเกิดพันธะ C=C แบบที่สองเป็นการเกิดขึ้นระหว่างหมู่ -OH อีกหมู่หนึ่ง (ที่อาจเป็นของอีกโมเลกุลหนึ่งหรืออยู่ในโมเลกุลเดียวกัน) ที่นำไปสู่โครงสร้างอีเทอร์ -O- ส่วนจะเกิดในรูปแบบไหนนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการทำปฏิกิริยา ดังเช่นในกรณีของเอทานอลที่ใช้กรดกำมะถันเป็นตัวเร่งปฏิกิริยานั้น ที่อุณหภูมิต่ำนั้นจะเน้นไปทางการเกิดโครงสร้าง -O- เป็นหลัก (เกิดเป็นไดเมทิลอีเทอร์ H₅C₂-O-C₂H₅) แต่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจะเน้นไปทางการเกิดพันธะ C=C ขึ้นแทน (เกิดเป็นเอทิลีน H₂C=CH₂) ในกรณีนี้หมู่ -OH ตรงอะตอม O จะทำหน้าที่เป็นเบสลิวอิส (มีอิเล็กตรอนคู่โดยเดี่ยว) ที่รับเอา H⁺ เข้ามา
 

ที่ต้องเกริ่นเรื่องนึ้ขึ้นมาก่อนก็เพราะในกรณีของปฏิกิริยาระหว่างโพรพิลีนออกไซด์กับเอทานอล (ที่ยกมาเป็นตัวอย่างในรูปที่ ๒ ของ Memoir ฉบับเมื่อวาน) ที่ใช้เป็นกรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยานั้น จะคาดหวังไม่ได้ว่าจะมีเฉพาะปฏิกิริยาระหว่างโพรพิลีนออกไซด์กับเอทานอลเท่านั้นที่เกิดขึ้น เพราะกรดที่ใส่เข้าไปก็สามารถเร่งปฏิกิริยา dehydration ของโมเลกุลแอลกอฮอล์ได้ด้วย และยังสามารถไปกระตุ้นการทำปฏิกิริยาระหว่างเอทิลีนออกไซด์ด้วยกันเองด้วย ดังจะเห็นได้จากตัวอย่างในรูปที่ ๒ ที่ยกมาที่เมื่อใช้กรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา จะมีสัดส่วนการเกิดสารประกอบอีเทอร์ (ปฏิกิริยาระหว่างแอลกอฮอล์ด้วยกันเอง) และไกลคอล (ปฏิกิริยาระหว่างโพรพิลีนออกไซด์ด้วยกันเอง) ในปริมาณที่สูง (ประมาณ 1 ใน 5) ในขณะที่เมื่อใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจะเกิดสารประกอบข้างต้นนั้นน้อยกว่ามาก
 

อีกเรื่องหนึ่งที่น่าสนใจคือ ทำไมเมื่อใช้กรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (ไม่ว่าจะเป็น H₂SO₄ หรือกรดลิวอิส BF₃) จึงเกิดสารประกอบที่เกิดจากการแทนที่ตรงตำแหน่งอะตอม C ตัวกลางของโพรพิลีนออกไซด์ (คือ 2-Ethoxy-1-propanol) เพิ่มมากขึ้นกว่าเมื่อไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา หรือเมื่อใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา และดูเหมือนว่าจะเกิดมากขึ้นตามความเข้มข้นของกรด H₂SO₄ ที่ใช้ด้วย

รูปที่ ๒ สัดส่วนการกระจายตัวของผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างโพรพิลีนออกไซด์กับเอทานอล เมื่อไม่มีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด (ที่ความเข้มข้นต่างกัน) และตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเบส อุณหภูมิการทำปฏิกิริยา 245ºC (จากบทความเรื่อง The reaction of propylene oxide with alcohols โดย H.C. Chitwood และ B.T. Freure ตีพิมพ์ในวารสาร J. Am. Chem. Soc., 1946, 68 (4), หน้า 680–683 (นำมาจากบทความฉบับเมื่อวาน นำมาลงซ้ำใหม่)
 

อะตอม O ของวงอีพอกไซด์ก็มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอยู่ ทำให้มันมีคุณสมบัติเป็นเบสลิวอิส (Lewis base) ที่อาจรับโปรตอนเข้ามา หรือจับเข้ากับไอออนบวก (ที่เป็นเสมือนกรดลิวอิสหรือ Lewis acid) จากทฤษฎีพื้นฐานที่มีอยู่ ถ้าหากอะตอม O ของโพรพิลีนออกไซด์รับเอา H⁺ เข้าไป สิ่งที่เราสามารถตั้งสมมุติฐานได้ว่าจะเกิดขึ้นกับโมเลกุลโพรพิลีนออกไซด์น่าจะเป็นดังแสดงในรูปที่ ๗ ข้างล่างคือ

รูปที่ ๗ สิ่งที่อาจเกิดขึ้นได้เมื่อโพรพิลีนออกไซด์รับ H⁺ เข้ามา

(ก) พันธะระหว่างอะตอม O กับอะตอม C ทั้งสองอะตอมนั้นยังคงอยู่เหมือนเดิม แต่ความเป็นขั้วจะรุนแรงขึ้น เนื่องจากประจุบวกที่เข้ามาเกาะกับอะตอม O ทำให้ความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนของอะตอม O จากอะตอม C ทั้งสองที่มันเกาะอยู่นั้นเพิ่มขึ้น ในกรณีนี้จะทำให้เกิดการเข้าทำปฏิกิริยาได้ทั้งอะตอม C ที่อยู่ปลายสายโซ่และตรงกลาง แต่เนื่องจากอะตอม C ตัวที่อยู่ที่ปลายสายโซ่นั้นมีความเป็นขั้วที่แรงกว่าและเข้าถึงได้ง่ายกว่า (เพราะไม่มีหมู่ -CH₃ จ่ายอิเล็กตรอนเข้ามาชดเชยและกีดขวางการเข้าถึง) ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเข้าทำปฏิกิริยาที่อะตอม C ที่อยู่ที่ปลายโซ่จะมีสัดส่วนที่สูงกว่าผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเข้าทำปฏิกิริยาที่อะตอม C ที่อยู่ที่กลางสายโซ่
 

(ข) มีการแตกพันธะ C-O กับอะตอม C ตัวที่อยู่ตรงกลาง เกิดเป็น 2º carbocation ในกรณีนี้จะเกิดเฉพาะผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเข้าทำปฏิกิริยาที่อะตอม C ที่อยู่ที่กลางสายโซ่
 

(ค) มีการแตกพันธะ C-O กับอะตอม C ตัวที่อยู่ที่ปลายสายโซ่ เกิดเป็น 1º carbocation ในกรณีนี้จะเกิดเฉพาะผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเข้าทำปฏิกิริยาที่อะตอม C ที่อยู่ที่ปลายสายโซ่ 
  

แต่เนื่องจาก 1º carbocation มีเสถียรภาพต่ำกว่า (หรือมีพลังงานในตัวสูงกว่า) 2º carbocation ดังนั้นถ้าสภาวะการทำปฏิกิริยาไม่ได้รุนแรง โอกาสที่จะเกิด 1º carbocation (ตามข้อ (ค)) ก็จะต่ำกว่าการเกิด 2º carbocation (ตามข้อ (ข)) ดังนั้นถ้าจะว่ากันตามนี้ ถ้าเป็นสถาวะการทำปฏิกิริยาที่ไม่รุนแรง เมื่อโมเลกุลโพรพิลีนออกไซด์รับเอา H⁺ เข้าไป จะเกิดสารมัธยันต์ตามรูปแบบ (ก) เป็นส่วนใหญ่ ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเข้าทำปฏิกิริยาที่อะตอม C ที่อยู่ที่ปลายสายโซ่มากกว่า แต่ถ้าเป็นสภาวะการทำปฏิกิริยาที่รุนแรง โอกาสที่พันธะ C-O จะแตกออกก็จะเพิ่มขึ้น และโครงสร้างแบบแรกที่เกิดจากการแตกพันธะ C-O ก็ควรจะเป็นตามรูปแบบ (ข) ทำให้การเข้าทำปฏิกิริยาที่อะตอม C ตัวที่อยูตรงกลางเพิ่มมากขึ้น ซึ่งผลการทดลองที่อุณหภูมิสูง (245ºC) ในรูปที่ ๒ แสดงให้เห็นว่า เมื่อเพิ่มความเข้มข้นกรดกำมะถันจาก 0.83% เป็น 1.2% พบว่าเกิดผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเข้าทำปฏิกิริยาที่ตำแหน่งอะตอม C ตัวกลาง (คือ 2-Ethoxy-1-propanol) สูงกว่าผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเข้าทำปฏิกิริยาที่ตำแหน่งอะตอม C ตัวที่อยู่ปลายสายโซ่ (คือ 1-Ethoxy-2-propanol)

ประเด็นเรื่องสภาวะการทำปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน อาจเป็นจุดหนึ่งที่ทำให้แต่ละบทความให้ข้อสรุปที่แตกต่างกันเมื่อนำโพรพิลีนออกไซด์มาทำปฏิกิริยาการเติมด้วยกรด HA เช่นในกรณีของแบบจำลองในรูปที่ ๘ ที่ชื่อบทความมีการใช้คำว่า "Textbook error" นั้น มาจากการทดลองที่คาดว่าน่าจะเป็นอุณหภูมิห้อง (ในบทความไม่ได้กล่าวไว้ บอกแต่เพียงว่าในการทำปฏิกิริยานั้นอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเองจนอยู่ในช่วง 50-70ºC อันเป็นผลจากความร้อนที่คายออกมาจากปฏิกิริยา) ด้วยการหยดโพรพิลีนออกไซด์ลงในสารละลายกรด HCl เข้มข้น และแบบจำลองในรูปที่ ๙ นั้นมาจากการใช้โพรพิลีนออกไซด์เป็นตัวกำจัดกรดที่เกิดขึ้นในระหว่างการเกิดเจล (ที่ไม่ได้เกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง) ที่ต่างกล่าวว่าไอออนลบ A^- เกือบทั้งหมดจะเข้าเกาะที่อะตอม C ที่อยู่ที่ปลายโซ่

รูปที่ ๘ แบบจำลองการเติม HCl ไปยังโมเลกุลโพรพิลีนออกไซด์ ที่พบว่าผลิตภัณฑ์หลักที่เกิดคือ Cl เข้าทำปฏิกิริยาที่อะตอม C ที่อยู่ที่ปลายโซ่เป็นหลัก (เส้นทาง a) แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างตามรูปซ้ายน่าจะเป็นโครงสร้างหลักในขณะเกิดปฏิกิริยา (จากบทความเรื่อง Propylene oxide addition to hydrochloric acid : A textbook error โดย Rebecca E. Phillips และ Robert L. Soulen ในวารสาร Journal of Chemical Education vol. 72 no. 7 July 1995)

รูปที่ ๙ แบบจำลองการทำปฏิกิริยาระหว่างโพรพิลีนออกไซด์กับกรด HA ที่อธิบายว่าทำไปไอออน A^- จึงเข้าไปเกาะที่อะตอม C ตัวที่อยู่ปลายสายโซ่เป็นหลัก แบบจำลองนี้เหมือนกับแบบจำลองในรูปที่ ๗ (จากบทความเรื่อง Synthesis of aerogels : from molecular routes to 3-dimensional nanoparticle assembly โดย Felix Rechberger และ Markus Niederberger ในวารสาร Nanoscale Horiz., 2017, vol 2, 6-30.)
 

จากบทความที่นำมาแสดงในรูปที่ ๘ นั้นโดยส่วนตัวแล้วผมมองว่าการที่บทความดังกล่าวชี้ว่าเนื้อหาในตำรามีความขัดแย้งกันนั้น อาจเป็นเพราะบทความดังกล่าวไม่ได้มีการพิจารณาสภาวะการทำปฏิกิริยาเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย โดยเฉพาะกับหมู่ฟังก์ชันที่สามารถเกิดปฏิกิริยาได้หลายรูปแบบ ขึ้นอยู่กับสภาวะการทำปฏิกิริยาและตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้

หมายเหตุ : ปรกติเวลาเราผสมน้ำเข้ากับกรดเข้มข้น เราจะเติมกรดลงไปในน้ำ เพื่อป้องกันอันตรายที่เกิดจากความร้อนที่คายออกมาจนทำให้ของเหลวนั้นเดือดกระเด็นขึ้นมา (คือเมื่อหยดกรดเข้มข้นลงน้ำ น้ำช่วยในการระบายความร้อนที่เกิดขึ้นจากการละลาย และถ้าการทำปฏิกิริยานั้นทำให้น้ำกระเด็นขึ้นมา ก็ยังถือว่าปลอดภัยกว่าการที่กรดเข้มข้นกระเด็นขึ้นมาถ้าเราใช้การเติมน้ำลงไปในกรดเข้มข้น) แต่ในกรณีของโพรพิลีนออกไซด์นี้จะทำกลับกันเพราะโพรพิลีนออกไซด์ไม่เสถียร ความร้อนที่เกิดขึ้นสามารถทำให้โพรพิลีนออกไซด์สลายตัว (วงอีพอกซีแตกออก) เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ต่อเนื่อง และคายพลังงานออกมาได้สูง ดังนั้นบทความที่นำมาแสดงในรูปที ๘ จึงมีการกล่าวย้ำว่า ในการทำปฏิกิริยานั้นต้องเติมโพรพิลีนออกไซด์ลงไปในสารละลายกรดเข้มข้นแทน ห้ามทำสลับกัน

เรื่องนี้ยังไม่จบ ยังมีตอนที่ ๓ (ซึ่งคิดว่าจะเป็นตอนสุดท้าย) ต่ออีกหนึ่งตอน ที่จะมีการกล่าวถึงการเกิดปฏิกิริยาของ อีพิคลอโรไฮดริน (epichlorohydrin) ที่เป็นต้นเรื่องของบทความชุดนี้ และขอปิดท้ายที่ว่างของหน้ากระดาษด้วยรูปบรรยากาศเมื่อ ๙ โมงเศษที่ผ่านมาที่ถ่ายจากหน้าต่างห้องที่นั่งพิมพ์บทความนี้

การทำปฏิกิริยาของโพรพิลีนออกไซด์ (1,2-Propylene oxide) ตอนที่ ๑ MO Memoir : Wednesday 19 July 2560

ถ้ามีใครสักคนเอ่ยคำว่าโพรพิลีนออกไซด์ (Propylene oxide) ก็มักจะหมายความถึงสารประกอบ 1,2-Propylene oxide แม้ว่าในความเป็นจริงนั้นยังมีอีกไอโซเมอร์หนึ่งคือ 1,3-Propylene oxide (หรือ Oxetane) แต่ตัวหลังนี้มีการใช้งานน้อยกว่าตัวแรกมาก (รูปที่ ๑) และในบทความนี้คำว่า Propylene oxide จะจำกัดอยู่ที่ 1,2-Propylene oxide เท่านั้น

รูปที่ ๑ รูปซ้ายคือโครงสร้างโมเลกุลของ 1,2-Propylene oxide ที่เวลาใครต่อใครเรียกเพียงว่า Propylene oxide จะหมายถึงสารตัวนี้ ส่วนรูปขวาคือ 1,3-Propylene oxide หรือ Oxetane ที่เป็นอีกไอโซเมอร์หนึ่ง (มีการใช้งานน้อยกว่า)

โครงสร้างโมเลกุลของโพรพิลีนออกไซด์นั้น อะตอม O สร้างพันธะเดี่ยวกับอะตอม C สองอะตอมที่อยู่เคียงข้างกันกลายเป็นโครงสร้างวงสามเหลี่ยมที่มีชื่อว่าอีพอกไซด์ (epoxide) หรือ cyclic ether พันธะ C-O ของโครงสร้างนี้มีพลังงานสูง สามารถแตกได้ง่าย นอกจากนี้การที่อะตอม O มีค่า electronegativity ที่สูงกว่าอะตอม C จึงทำให้อะตอม C ที่มีอะตอม O เกาะอยู่นั้นมีความเป็นขั้วบวก ด้วยเหตุนี้จึงทำโพรพิลีนออกไซด์สามารถทำปฏิกิริยากับพวกนิวคลีโอไฟล์ (nucleophile ที่แปลตรงตัวว่าพวกที่ชอบนิวเคลียส ซึ่งในที่นี้คือพวกที่มีประจุลบหรือมีอิเล็กตรอนหนาแน่น จึงชอบที่จะมองหาประจุบวกหรือตำแหน่งที่เป็นขั้วบวกของโมเลกุล)
 

อะตอม C ตัวที่มีหมู่เมทิล (-CH₃) เกาะอยู่นั้น (ตัวที่ 2 ในรูปที่ ๑) จะมีความเป็นขั้วบวกที่ต่ำกว่าอะตอม C ตัวที่ 1 เพราะหมู่เมทิลนั้นเป็นหมู่จ่ายอิเล็กตรอนที่จ่ายอิเล็กตรอนเข้ามาชดเชยให้กับอะตอม C ตัวที่ 2 ได้ นอกจากนี้อะตอม C ตัวที่ 2 ยังมีหมู่เมทิลที่มีขนาดใหญ่กว่าอะตอม H เกาะอยู่ ซึ่งน่าจะส่งผลต่อการกีดขวางการเข้าทำปฏิกิริยาของนิวคลีโอไฟล์ ดังนั้นถ้าว่ากันตามนี้ถ้าเราเอาโพรพิลีนออกไซด์มาทำปฏิกิริยากับนิวคลีโอไฟล์ นิวคลีโอไฟล์ก็ควรที่จะเข้าทำปฏิกิริยากับอะตอม C ตัวที่ 1 ที่อยู่ที่ปลายสายโซ่เป็นหลัก แต่ในความเป็นจริงกลับพบว่านิวคลีโอไฟล์จะเข้าเกาะที่อะตอม C ตัวไหนนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการด้วยกัน 
  

บทความเรื่อง The reaction of propylene oxide with alcohols โดย H.C. Chitwood และ B.T. Freure ที่ตีพิมพ์ในเดือนเมษายน ปีค.ศ. ๑๙๔๖ (พ.ศ. ๒๔๘๙) ได้รายงานผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการทำปฏิกิริยาระหว่างโพรพิลีนออกไซด์กับเอทานอล ในสภาวะที่ ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด (ที่มีความเข้มข้นต่างกัน) และตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเบส พบว่าตำแหน่งอะตอม C ที่โมเลกุลเอทานอลเข้าทำปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับทั้งชนิดและความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ โดยในกรณีของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเบสนั้นพบว่าการเข้าทำปฏิกิริยาส่วนใหญ่เกิดที่ตำแหน่งอะตอม C ตัวที่อยู่ที่ปลายโซ่ ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ 1-Ethoxy-2-propanol ในขณะที่ถ้าใช้กรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา จะมีการเข้าทำปฏิกิริยาทั้งอะตอม C ที่อยู่ที่ปลายโซ่และตัวที่อยู่ตรงกลาง ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีทั้ง 2-Ethoxy-1-propanol และ 1-Ethoxy-2-propanol (รูปที่ ๒ และรูปที่ ๓) และยังมีการเกิดปฏิกิริยาข้างเคียงที่เกิดจากเอทานอลทำปฏิกิริยากันเองและโพรพิลีนออกไซด์ทำปฏิกิริยากันเอง 

รูปที่ ๒ สัดส่วนการกระจายตัวของผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างโพรพิลีนออกไซด์กับเอทานอล เมื่อไม่มีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด (ที่ความเข้มข้นต่างกัน) และตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเบส อุณหภูมิการทำปฏิกิริยา 245ºC (จากบทความเรื่อง The reaction of propylene oxide with alcohols โดย H.C. Chitwood และ B.T. Freure ตีพิมพ์ในวารสาร J. Am. Chem. Soc., 1946, 68 (4), หน้า 680–683

ตรงนี้ต้องขอเพิ่มเติมเรื่องการทำปฏิกิริยานิดนึง สมมุติว่าคุณต้องการทำปฏิกิริยาระหว่างสาร A กับสาร B โดยที่สาร A นั้นสามารถทำปฏิกิริยากับพวกเดียวกันเองได้ (เช่นเอทานอลสองโมเลกุลรวมกันกลายเป็นไดเอทิลอีเทอร์) ถ้าคุณทำปฏิกิริยาโดยการผสมสาร A กับ B เข้าเป็นเนื้อเดียวกันก่อนที่จะเริ่มทำปฏิกิริยา (เช่นด้วยการเพิ่มอุณหภูมิหรือเติมตัวเร่งปฏิกิริยา) โอกาสที่ A จะทำปฏิกิริยากับพวกเดียวกันเองจะสูง แต่ถ้าใช้วิธีการค่อย ๆ เติมสาร A อย่างช้า ๆ เข้าไปในสาร B ที่อยู่ที่สภาวะที่พร้อมจะทำปฏิกิริยาและมีการทำให้สาร A ที่เติมลงไปนั้นกระจายตัวอย่างรวดเร็วในสาร B โอกาสที่ A จะทำปฏิกิริยากันเองนั้นจะลดต่ำลง นอกจากนี้ในบางกรณีตัวทำละลายที่ใช้ในการทำปฏิกิริยายังอาจเข้ามามีส่วนร่วมในการเกิดปฏิกิริยาด้วย (เช่นน้ำอาจทำปฏิกิริยากับโพรพิลีนออกไซด์เกิดเป็นโพรพิลีนไกลคอลแทน) ดังนั้นในการอ่านผลการทดลองที่ได้จึงอาจต้องไปดูด้วยว่าเขาทำปฏิกิริยาอย่างไร เพราะมันส่งผลต่อชนิดและการกระจายตัวของผลิตภัณฑ์ที่เกิด

รูปที่ ๓ อะตอม O ของเอทานอลมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว ในขณะที่อะตอม C สองอะตอมของโพรพิลีนออกไซด์ที่เป็นโครงสร้างของวงอีพอกไซด์มีความเป็นขั้วบวก การทำปฏิกิริยาจะเกิดระหว่างอะตอม O ของหมู่ -OH ของเอทานอลกับอะตอม C สองอะตอมนี้ ถ้าอะตอม O ของเอทานอลเข้าทำปฏิกิริยาที่อะตอม C ที่อยู่ที่อยู่ที่ปลายสายโซ่ ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ 1-Ethoxyl-2-propanol แต่ถ้าเข้าทำปฏิกิริยาที่อะตอม C ที่อยู่กลางสายโซ่ ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ 2-Ethoxyl-1-propanol และเนื่องจากอะตอม C ที่อยู่ที่ปลายสายโซ่นั้นมีความเป็นขั้วบวกที่แรงกว่า และเข้าถึงได้ง่ายกว่า (คือไม่มีหมู่ -CH₃ เกะกะขวางทาง) จึงทำให้โมเลกุลเอทานอลมีโอกาสเข้าถึงได้มากกว่าและมีโอกาสที่จะเกิดปฏิกิริยาในการชนแต่ละครั้งสูงกว่า จึงทำให้การทำปฏิกิริยาในกรณีที่ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยานั้น เกิด 1-Ethoxy-2-propanol ในสัดส่วนที่สูงกว่า 
  

การเกิดปฏิกิริยาระหว่างสองโมเลกุล มีหลายเรื่องที่ต้องพิจารณา เช่น

(ก) โมเลกุลหนึ่งต้องมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างก่อนหรือไม่ (เช่นด้วยการใช้ความร้อน หรือตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อให้โมเลกุลหนึ่งมีประจุ หรือโครงสร้างแตกออก) ก่อนที่จะเข้าทำปฏิกิริยากับอีกโมเลกุลหนึ่ง หรือ

(ข) เป็นการชนกันระหว่างสองโมเลกุลโดยตรง โดยแต่ละโมเลกุลไม่จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างก่อนการชนกัน

และไม่ว่าจะเป็นแบบ (ก) หรือ (ข) โอกาสที่จะเกิดปฏิกิริยาได้หรือไม่นั้นยังขึ้นอยู่ด้วยกว่า

(ค) โอกาสที่จะเข้าถึงตำแหน่งที่จะเกิดปฏิกิริยา ซึ่งขึ้นอยู่กับ

- จำนวนของตำแหน่งที่สามารถจะเกิดปฏิกิริยาได้ และ

- ความยากง่ายในการเข้าถึง อันเป็นผลจากการกีดขวางของหมู่อื่นที่อยู่ข้างเคียง (ที่เรียกว่า steric effect) ถ้าหมู่ที่อยู่เคียงข้างตำแหน่งที่จะเกิดปฏิกิริยานั้นมีขนาดใหญ่มาก และ/หรือหมู่ที่จะเข้าทำปฏิกิริยานั้นมีขนาดใหญ่ แม้ว่าตำแหน่ง/หมู่นั้นจะมีความว่องไวในการทำปฏิกิริยาที่สูง โอกาสที่จะเกิดปฏิกิริยาก็จะต่ำ

(ง) โอกาสที่จะเกิดปฏิกิริยาในการชนแต่ละครั้ง ตรงนี้อุณหภูมิจะเข้ามามีบทบาทสำคัญ ตำแหน่งที่เฉื่อยกว่าในการเกิดปฏิกิริยาต้องการการชนที่รุนแรงกว่า ถ้าการเกิดปฏิกิริยา ณ ตำแหน่งที่เฉื่อยกว่านั้นเป็นสิ่งที่ไม่ต้องการ ก็อาจใช้การควบคุมอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาโดยคุมไว้ไม่ให้สูงเกินไป เพื่อลดโอกาสการเกิดปฏิกิริยา ณ ตำแหน่งนั้น
 

ในกรณีของการใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยานั้น หมู่ -OH ของเอทานอลจะจ่ายโปรตอนให้กับเบสทำให้โมเลกุลเอทานอลกลายเป็นไอออนอีทอกไซด์ (ethoxide C₂H₅O^-) ที่มีประจุลบตรงโมเลกุล O (รูปที่ ๔) ไอออนอีทอกไซด์นี้มีความว่องไวที่สูงกว่า จึงทำให้เกิดปฏิกิริยาได้รวดเร็วกว่าและสามารถใช้อุณหภูมิที่ต่ำกว่า 
  

ตัวอย่างเช่นบทความของ Shuguang Liang และคณะ (รูปที่ ๕) ที่ทดลองทำปฏิกิริยาระหว่างโพรพิลีนไกลคอลกับเมทานอลในช่วงอุณหภูมิ 50-70ºC (อุณหภูมิที่เพิ่มเป็นผลจากการคายความร้อนของปฏิกิริยา) พบว่าเมื่อใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา จะได้ค่า selectivity ของผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการแทนที่ที่ตำแหน่งปลายโซ่ (1-Methoxy-2-propanol) สูงกว่า 90% หรือในกรณีของเอกสารยื่นขอจดสิทธิบัตรสหภาพยุโรปเลขที่ EP 0 250 168 A1 ของบริษัท British Petroleum (รูปที่ ๖) ที่มีการกล่าวถึงการใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์ monoglycol ether ว่า การใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจะได้ผลิตหลักคือ secondary alcohol monoglycol ether (ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการที่แอลกอฮอล์เข้าทำปฏิกิริยาที่อะตอม C ที่ปลายโซ่ของโพรพิลีนไกลคอล) โดยอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาอยู่ในช่วง 80-160ºC

ยังไม่จบนะครับ ยังมีตอนที่ ๒ ที่เป็นเรื่องของการใช้กรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาต่ออีก

รูปที่ ๔ ปฏิกิริยาระหว่างเอทานอลกับโพรพิลีนออกไซด์เมื่อใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจะเกิดตามเส้นทาง 1 เป็นหลัก

รูปที่ ๕ แบบจำลองการเกิดปฏิกริยาระหว่างโพรพิลีนออกไซด์กับเมทานอล เมื่อใช้กรดหรือเบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (จากบทความเรื่อง The tetramethylguanidine-based ionic liquid-catalyzed synthesis of propylene glycol methyl ether โดย Shuguang Liang, Huizhen Liu, Yinxi Zhou, Tao Jiang และ Buxing Han ในวารสาร New J. Chem., 2010, 34, 2534-2536.

รูปที่ ๖ การสังเคราะห์ไกลคอลอีเทอร์จากปฏิกิริยาระหว่างเอทีลีนออกไซด์หรือโพรพิลีนออกไซด์กับแอลกอฮอล์ (จากเอกสารยื่นขอจดสิทธิบัตรสหภาพยุโรปเลขที่ EP 0 250 168 A1 ของบริษัท British Petroleum