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氯乙烯

化合物

氯乙烯（亦可稱作乙烯基氯，VCM[註 1]）是一種簡單的鹵代烯烴，結構簡式為H2C=CHCl，在工業上主要作為生產聚氯乙烯（PVC）的單體所使用。氯乙烯室溫下為無色有毒的可燃氣體，微溶於水，有醚樣的、刺激性的甜氣味。

氯乙烯
氯乙烯的結構式
IUPAC名
Chloroethene
別名 乙烯基氯
識別
CAS號 75-01-4  checkY
PubChem 6338
ChemSpider 6098
SMILES
 
  • ClC=C
InChI
 
  • 1/C2H3Cl/c1-2-3/h2H,1H2
InChIKey BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYAW
Beilstein 1731576
Gmelin 100541
UN編號 1086
ChEBI 28509
RTECS KU9625000
KEGG C06793
性質
化學式 C2H3Cl
摩爾質量 62.5 g·mol−1
外觀 無色有醚味的氣體
氣味 香甜[1]
密度 0.911 g/ml
熔點 −153.8 °C（119 K）
沸點 −13.4 °C（260 K）
溶解性（水） 2.7 g/L (0.0432 mol/L)
蒸氣壓 2580 mmHg （20 °C或68 °F）
磁化率 -35.9·10−6 cm3/mol
熱力學
ΔfHm⦵298K −94.12 kJ/mol (s)
熱容 0.8592 J/K/g (g)
0.9504 J/K/g (s)
危險性
GHS危險性符號
《全球化學品統一分類和標籤制度》（簡稱「GHS」）中易燃物的標籤圖案《全球化學品統一分類和標籤制度》（簡稱「GHS」）中對人體有害物質的標籤圖案
GHS提示詞 Danger
H-術語 H220, H350
P-術語 P201, P202, P210, P281, P308+313, P377, P381, P403, P405, P501
NFPA 704
4
3
2
 
爆炸極限 3.6–33%[1]
PEL TWA 1 ppm C 5 ppm [15分鐘][1]
附加數據頁
結構和屬性 折射率、介電係數等
熱力學數據 相變數據、固、液、氣性質
光譜數據 UV-Vis、IR、NMR、MS等
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

氯乙烯是世界上生產量排名前20的石油化工產品之一[2]，美國是世界上最大的氯乙烯生產國，中國也是氯乙烯的主要生產國之一，並且是最大的氯乙烯消費國[3]。氯乙烯是致癌物，工業排放的氯乙烯或其他含氯有機物分解所產生的氯乙烯可能會進入並污染空氣和飲用水，氯乙烯是垃圾填埋場附近的常見污染物[4]。曾經，氯乙烯被用作製冷劑 [5]。

歷史

氯乙烯最早在1835年由李比希和他的學生勒尼奧發現，他們利用氫氧化鉀的乙醇溶液處理1,2-二氯乙烷得到了氯乙烯[6]。1912年，德國Griesheim-Elektron公司的Fritz Klatte獲得了一項以氯化汞為催化劑、乙炔和氯化氫為原料生產氯乙烯的專利。這一方法在20世紀30至40年代的西方被廣泛採用，隨後才被以乙烯為原料的、更經濟的工藝所取代[2]。中國的氯乙烯與聚氯乙烯生產主要是基於含劇毒汞化合物觸媒的電石法[7]，在關於汞的水俁公約生效後，相關低汞或非汞研究因效益提升而逐漸被採用[8]。

結構

 
氯乙烯的分子結構

與氯乙烷相比，氯乙烯分子中的C-Cl鍵更短、極性更強，分子軌道理論中以氯孤電子對和雙鍵的p-π共軛來解釋這一現象[9]。

由於共軛效應（+M），氯原子上的電子密度被分散到雙鍵上，同時氯原子的強電負性的誘導效應（-I）使電子云偏向氯一側，普遍情況下誘導效應更強（-I > +M），因此氯原子上帶部分負電荷[10]。

製備

氯乙烯可通過以下方法製取：

  1. 乙烯與氯氣在三氯化鐵催化下加成生成1,2-二氯乙烷：[11]
    CH2=CH2 + Cl2 → ClCH2CH2Cl
  2. 精製後的1,2-二氯乙烷發生裂解，生成氯乙烯和氯化氫：
    ClCH2CH2Cl → CH2=CHCl + HCl
  3. 以載於氧化鋁上的氯化銅作催化劑，副產物乙烯、空氣及氯化氫反應生成1,2-二氯乙烷和水：
    CH2=CH2 + 2 HCl + ½ O2 → ClCH2CH2Cl + H2O
  4. 精製後的二氯乙烷於管式爐中裂解為氯乙烯和氯化氫，副產物氯化氫繼續成為第三步中的反應物。
  5. 另一個副產物氯乙烷從蒸餾中回收，用作麻醉劑。

用途

氯乙烯由於其毒性，工業上專門用作生產PVC的前體。聚氯乙烯的性質較為穩定，也可儲存，無毒性[2]。氯乙烯可以通過根岸偶聯反應，在鈀催化劑催化下偶聯芳基或烷基[12]。

注釋

  1. ^ vinyl chloride monomer，即氯乙烯單體

參見

參考資料

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. #0658. NIOSH. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 Dreher, Eberhard-Ludwig; Torkelson, Theodore R.; Beutel, Klaus K., Chlorethanes and Chloroethylenes, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005, doi:10.1002/14356007.o06_o01 
  3. ^ 3.0 3.1 Vinyl Chloride Monomer (VCM) – Chemical Economics Handbook (CEH) – IHS Markit. www.ihs.com. [5 April 2018]. （原始內容存檔於2014-08-18）. 
  4. ^ Vinyl Chloride. Wisconsin Department of Health Services. 2018-01-30 [2023-02-07]. （原始內容存檔於2023-02-07） （英語）. 
  5. ^ Vinyl Chloride Monomer (VCM). Department of Climate Change, Energy, the Environment and Water. （原始內容存檔於2023-03-06）. 
  6. ^ Regnault, H.V. Sur la Composition de la Liqueur des Hollandais et sur une nouvelle Substance éthérée.. Annales de Chimie et de Physique (Gay-Lussac & Arago). 1835, 5858: 301–320 [2023-02-15]. （原始內容存檔於2019-07-11）. 
  7. ^ 薛祖源. 电石法/乙烯法生产聚氯乙烯技术经济分析、建议和展望. 現代化工. 2009, 29 (12): 12–19. doi:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2009.12.023. 
  8. ^ 昌敦虎; 張澤陽; 周繼. 电石法聚氯乙烯行业履约的成本效益分析. 中國環境科學. 2022, 42 (06): 2931–2941. doi:10.19674/j.cnki.issn1000-6923.2022.0127. 
  9. ^ Травень В. Ф. В. Ф. Травень , 編. Органическая химия: Учебник для вузов: В2т 1. Москва: ИКЦ «Академкнига». 2004: 583; 640—641. ISBN 5-94628-171-2. 
  10. ^ Нейланд О. Я. Органическая химия: Учеб. для хим. вузов. Москва: Высшая школа. 1990: 240. ISBN 5-06-001471-1. 
  11. ^ Allen, D. T. Chapter 4 - Industrial Ecology. Green Engineering. EPA. [2008-07-09]. （原始內容存檔於2010-12-30）. 
  12. ^ Dai, C; Fu, G. C. The first general method for palladium-catalyzed Negishi cross-coupling of aryl and vinyl chlorides: use of commercially available Pd(P(t-Bu)3)(2) as a catalyst.. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123 (12): 2719–2724. doi:10.1021/ja003954y. 
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