World Chemical Group

Hydrazine ใช้ทำอะไรได้บ้าง ? สารละลายไฮดราซีน (Hydrazine) 40% เป็นสารเคมีที่มีฤทธิ์เป็นตัวรีดิวซ์ (Reducing agent) ที่รุนแรงและมีปฏิกิริยาไวสูง มักอยู่ในรูปของสารไฮดราซีนไฮเดรต (Hydrazine hydrate) โดยหลักๆ ถูกนำไปใช้ประโยชน์ในเชิงอุตสาหกรรม และในทางเคมีอินทรีย์ ดังนี้

Hydrazine ใช้ทำอะไรได้บ้างในวงการเคมีอินทรีย์ ?

1. Wolff-Kishner Reduction

ใช้เพื่อเปลี่ยน aldehyde หรือ ketone เป็น alkane (corresponding alkane) โดยใช้ hydrazine และเบสแก่ เช่น Potassium hydroxide (KOH) ในอุณหภูมิประมาณ 200 องศาเซลเซียส ใน protic solvents ที่มีจุดเดือดสูง เช่น Ethylene glycol เป็นต้น โดยมีสารโปรตอนสูงอื่นๆ ในระบบเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

ขอบคุณภาพจาก: https://chemistrytalk.org/wolff-kishner-reduction-reaction/

ขอบคุณภาพจาก: https://chemistrytalk.org/wolff-kishner-reduction-reaction/

เริ่มแรก Hydrazine จะทำปฏิกิริยากับ Aldehyde หรือ Ketone เกิดเป็น Hydrazone โดย อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว (Lone Pair) ของ Hydrazine’s Nitrogen ทำการ nucleophilic attack ไปที่ตำแหน่ง Carbonyl ของ Aldehyde หรือ Ketone ทำให้ Carbonyl Oxygen กลายเป็นประจุลบ เรียกว่า Alkoxide ion ซึ่งมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูง จึงต้องมีสารให้โปรตอน มารับความหนาแน่นของอิเล็กตรอนนั้นไว้ (Protonated) ให้ Alkoxide เปลี่ยนเป็น Hydroxyl จึงเป็นเหตุผลที่ปฏิกิริยาต้องมีสารโปรตอนเป็นตัวเร่ง จากนั้น Nitrogen ที่เพิ่งเข้ามาทำพันธะกับ Carbonyl ที่ติดประจุบวกอยู่ จึงถูก คู่พันธะของสารที่เคยให้โปรตอนเข้ามา Deprotonated กลับไป เกิดเป็น Carbinolamine จากนั้น อิเล็กทรอนคู่โดดเดี่ยวของ หมู่ Hydroxyl ที่เพิ่งถูกสร้างก็จะถูก Protonated ด้วยสารโปรตอนอีกครั้ง เกิดเป็น H2O ซึ่งเป็น Good Leaving Group และได้ Side Product เป็นน้ำออกมา เกิดเป็น intermediate พันธะ C=N ที่มีประจุบวกติดอยู่ และถูกคู่พันธะของสารที่เคยให้โปรตอนเข้ามา Deprotonated กลับไปอีกครั้งจนเกิด Hydrazone

ขอบคุณภาพจาก: https://chemistrytalk.org/wolff-kishner-reduction-reaction/

จากนั้น Hydrazone ในสภาพแวดล้อมที่เป็นเบสแก่ และมีความร้อนสูง จะกลายเป็น alkane ในที่สุด

ขอบคุณภาพจาก: https://chemistrytalk.org/wolff-kishner-reduction-reaction/

เริ่มจากอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของ Hydroxide ion เข้าไป Deprotonate ที่ Hydrazone’s Nitrogen ตัวปลาย เพื่อให้ตัวเองกลายเป็นน้ำ และเกิดการถ่ายเทอิเล็กตรอนฟอร์มเป็นพันธะคู่ N=N พร้อมกับดันอิเล็กตรอนในระบบไปที่ Carbonyl Carbon เกิดเป็น Carbanion รอบแรก

จากนั้น Carbanion นี้จะเข้าไป Protonate โมเลกุลน้ำที่เพิ่งถูกสร้าง ทำให้ Carbonyl Carbon กลับมาเป็นกลางชั่วคราว ถัดมา Hydroxide ion จะเข้าไป Deprotonate ไฮโดรเจนตัวสุดท้ายบน Nitrogen ออก พอ H หลุดไปปุ๊บ อิเล็กตรอนคู่นั้นจะผลักเข้ามาฟอร์มจากพันธะคู่ N=N ให้กลายเป็นพันธะสาม หรือแก๊สไนโตรเจน แรงผลักนี้ทำให้พันธะระหว่าง C-N ขาดออกจากกันทันที ไนโตรเจนหลุดออกจากระบบเป็นแก๊ส และทิ้งอิเล็กตรอนไว้ที่คาร์บอน เกิดเป็น Carbanion รอบที่สอง ซึ่งจะวิ่งไปดึงโปรตอนจากน้ำเป็นครั้งสุดท้าย จนกลายเป็น Alkane ที่เสถียรและเป็นกลาง จบปฏิกิริยา

2. ลดสารกลุ่ม Nitro ให้เป็น Amine

ขอบคุณรูปภาพจาก: https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/165970

การลดสารกลุ่ม Nitro ให้เป็น Amine มีหลากหลายวิธีที่นักเคมีใช้ หนึ่งในนั้นก็คือการใช้ Hydrazine ร่วมกับ Catalyst อย่าง Pd/C (Palladium on carbon) หรือ Raney Nickel คล้ายกับปฏิกิริยา ไฮโดรจีเนชัน (Hydrogenation) ที่ใช้ Hydrogen Gas แต่ในกรณีนี้ สำหรับคำถามที่ว่า Hydrazine ใช้ทำอะไรได้บ้าง ? เราก็จะใช้ Hydrogen จากโมเลกุลของ Hydrazine แทน คือ Hydrazine จะกลายเป็น Hydrogen Donor และก็นับว่าเป็น Catalytic transfer hydrogenation เช่นเดียวกัน ปฏิกิริยาจะดำเนินการในตัวทำละลายเช่น Methanol, Ethanol ในอุณหภูมิ 40-60 องศาเซลเซียส ประมาณ 1-5 ชั่วโมง

ก่อนแรกทั้งโมเลกุลของ Hydrazine และหมู่ Nitro จะวิ่งเข้าไปเกาะอยู่บนพื้นผิวโลหะของ Pd/C หรือ Nickel ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะจะทำหน้าที่เป็น “สะพาน” สลายพันธะ N-H ของ Hydrazine เพื่อดึงเอาอะตอมของไฮโดรเจน มาพักไว้บนผิวโลหะ จากนั้น Hydrazine ที่สูญเสียไฮโดรเจนไปเรื่อยๆ จะเปลี่ยนสภาพกลายเป็น แก๊สไนโตรเจน N2 แล้วหลุดออกไปจากระบบ

อะตอมของไฮโดรเจนที่เกาะอยู่บนผิวโลหะ จะถูกส่งต่อไปรีดิวซ์หมู่ NO2 ทีละขั้น (เปลี่ยนเป็น Nitroso -> Hydroxylamine) จนในที่สุดออกซิเจนหลุดออกไปเป็นน้ำ H2O และได้หมู่ Amine หลุดออกมาจากผิวโลหะ

ในปฏิกิริยานี้ Hydrazine ทำหน้าที่เป็นแหล่งให้ Hydrogen เฉย ๆ นั่นเอง

จะเห็นได้ว่าจากคำถามที่ว่า Hydrazine ใช้ทำอะไรได้บ้าง ? นอกจากจะเอาไป บำบัดน้ำในหม้อไอน้ำป้องกันสนิม หรือในอุตสาหกรรมพลาสติกและโพลีเมอร์แล้ว ในทางอินทรียเคมีนั้น Hydrazine เป็นสารที่ค่อนข้างมีประโยชน์เลยทีเดียว

อ้างอิง:

https://chemistrytalk.org/wolff-kishner-reduction-reaction/

https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/165970

 

สนใจติดต่อ เวิลด์เคมีคอล กรุ๊ป ผู้นําด้านการจําหน่ายและนำเข้า สารเคมีภัณฑ์ เคมีภัณฑ์อุตสาหกรรม ขนาดใหญ่ และ ขนาดย่อม ประเภท เคมีอุตสาหกรรม เคมีทําความสะอาด เคมีสระว่ายน้ำ เคมีบำบัดน้ำ เคมีงานปั้น-งานหล่อ เคมีอาหาร กลิ่น สารสกัด สี น้ำหอม เคมีเครื่องสำอาง อาทิ กลีเซอรีน โซดาไฟเกล็ด โซเดียมเมต้าไบซัลไฟต์ เอทิลแอลกอฮอล์ ฯลฯ สารพัดด้านเคมี เวิลด์เคมิคอล กรุ๊ป พร้อมให้บริการและให้ปรึกษากับลูกค้าทุกท่าน

สนใจสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่

Line ID : @worldchemical
Facebook : https://www.facebook.com/chemical.chiangmai
เว็บไซต์ : www.worldchemical.co.th
โทร : 053 204 446-7