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氯化氫/甲醇爆炸事故如何發生

* 來源: * 作者: admin * 發表時間: 2021-08-19 12:39:00 * 瀏覽: 29

氯化氫的甲醇溶液是有機合成中廣泛使用的試劑,可用于胺的純化、羧酸酯化等。其制備方法一般是通過原位生成HCl,例如將氯代三甲基硅烷(TMSCl)添加到各種醇中或將酰氯添加到乙醇中,或將氣態HCl鼓入醇中。因為是實驗室常用試劑,所以關于HCl/甲醇的潛在危險一直沒有引起化學工作者的注意。


近日,德國奧里爾工業公司研究人員在美國化學會Org. Process Res. Dev. 上發表了一篇題為:Safety Case Study. Intrinsic Instability of Concentrated Solutions of Alcoholic Hydrogen Chloride: Potential Hazards Associated with Methanol,文章描述了一起鹽酸/甲醇溶液引起的實驗室安全事件,旨在引起有機合成人員對此類試劑的重視。



奧里爾工業公司一個抗腫瘤藥物的合成項目中,常常用到4M的無水氯化氫/甲醇溶液,用來將中間體1酯化和形成鹽酸鹽,以及脫去中間體3的亞磺?;玫绞中园?。因為要避免使用水性介質,所以要使用鹽酸甲醇溶液。



在一次實驗過程中,研究人員打開了一個裝有約0.5 L濃縮氯化氫溶液的1 L瓶子,該溶液是在4個月前制備的,并在室溫下保存。打開瓶子時研究人員就聽到了嘶嘶聲,并注意到溶液里有小氣泡產生。這一現象可能不足為奇,所以沒有引起實驗員過多的警惕。但當實驗員用吸管接觸到液體表面時,意外發生了!溶液突然從瓶中大量噴出。幸運的是,由于使用了個人防護設備,沒有造成人員受傷,僅發生了通風櫥內泄漏的情況。

這次事件促使奧里爾工業公司對事故根本原因展開調查。


已知氯化氫與醇反應生成相應的氯化物,比如甲醇氯化氫是生產甲基氯的首選方法,在甲醇溶液制備胺鹽酸鹽的過程中還會產生氯甲烷。由于氯甲烷被認為是一種基因毒素,因此這是制藥行業的主要關注點。




研究人員通過在MeOH中鼓入氣態HCl來制備濃度為2-4 mol/L的鹽酸甲醇溶液。第一組的3個瓶子在20–25°C下存儲,第二組的3個瓶子在0–5°C下存儲。分別保存1、2和3個月后,小心地打開每個組的一瓶瓶子,并滴定濃度。


通過觀察瓶內液體脫氣(degassing,開蓋時的嘶嘶聲)和鼓泡(bubbling,開蓋后的產生的氣泡)來衡量鹽酸甲醇的穩定程度。結果表明,溶液的行為與其濃度、保存期限和儲存溫度有關。新鮮制備的溶液被認為是安全處理的(entry1,表1和2)。作者強烈建議在0–5°C下儲存,因為打開塞子后的溶液表現溫和(表2)。但是,處理儲存在20–25°C,特別是4 mol/L的溶液時,必須采取適當的預防措施(表1,紅色)。在那種情況下,可以隨時觀察到大量的脫氣和大量的氣泡。使用2 mol/L和3 mol/L的溶液可以稍微降低風險,但在儲存1個月后會發生大量的意外脫氣(表1,entry 2)。


表1.儲存在20–25°C的鹽酸甲醇的行為



表2.儲存在0-5°C的鹽酸甲醇的行為



同時,作者對每種溶液的HCl濃度進行了定量,結果與觀察到的行為相關(圖1)。儲存在20–25°C時,濃度會在1個月后大幅下降,然后在2和3個月后略有下降。當溶液在0–5°C下儲存時,這種現象會減弱。


圖1.在不同條件下,甲醇中的HCl濃度隨時間變化


然后,在室溫下保存3個月后,對裝有4 mol/L氯化氫MeOH溶液的瓶子內的氣氛進行定性質譜分析。檢測到的主要成分是氯甲烷,還有一些二甲醚。沒有觀察到氣態HCl。同時,根據觀察到反應生成的水(通過Karl Fisher分析法測量為8%w/w)。


最后,作者監測了20–25°C下儲存的5-10%w/w氯化氫MeOH溶液的甲基氯含量和水含量(圖2)。溶液中的氯甲烷含量在1個月內增加,之后的幾個月降低,這可能是因為氯甲烷沸點低而蒸發(-23.7°C)。儲存1個月后,水含量明顯增加,然后趨于穩定。


圖2.存儲在20°C的5-10%w/w的氯化氫甲醇溶液隨時間監測MeCl含量


為了解釋為什么在移液過程中發生噴發,作者假設在室溫下存放幾個月后,鹽酸甲醇溶液的平衡處于不穩定狀態。當移液器撞擊溶液表面時,由于過飽和,溶解在甲醇中的氯甲烷突然釋放,導致噴霧。


然后,作者決定對鹽酸乙醇應用相同的方法(表3和表4)。就安全性而言,迄今為止,乙醇中的HCL是最佳選擇,因為即使在室溫下也未觀察到脫氣或鼓泡。


表3.在20–25°C下儲存的乙醇/HCl的行為


表4. 0–5°C下儲存的乙醇/HCl的行為



隨著時間的推移,作者還監測了HCl的濃度,結果如圖3所示。對于2 mol/L的溶液,在20-25℃下觀察到輕微的降低,對于濃度更高的溶液,這種降低更為明顯。儲存3個月后,僅損失約20%的HCl,而在甲醇中損失約60%。當溶液在0–5°C下儲存時,摩爾濃度非常穩定,幾乎沒有損失。這些結果與在乙醇中沒有觀察到的任何重大事件有關。


圖3.在不同條件下,乙醇中的HCl濃度隨時間變化。

通過這項研究,作者提供了有關鹽酸/甲醇溶液穩定性的數據。儲存后,HCl的濃度會根據時間和溫度以及溶劑的性質而變化。如果非要使用鹽酸甲醇,作者建議在制備后立即使用此溶液,并且出于安全原因,高濃度溶液應避免長時間保存。由于未觀察到起泡和脫氣事件,作者認為HCl/乙醇溶液是目前較優選的。當該溶液在0-5°C下儲存時,HCl濃度的變化可以忽略不計。

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