کلروفرم

کلروفرم (Chloroform) یا تری کلرومتان با فرمول شیمیایی ​\( CHCl_{3} \)​ ، یک ترکیب شیمیایی آلی است که به دلیل خواص منحصر به فرد خود در گذشته به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گرفت. این ماده مایعی بی‌رنگ، فرار و با بوی شیرین است که امروزه بیشتر در آزمایشگاه‌ها و صنایع خاص کاربرد دارد. این مقاله به بررسی ویژگی‌ها، تاریخچه، کاربردها و خطرات مرتبط با کلروفرم می‌پردازد.

ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی کلروفرم

یک ترکیب هالوژن‌دار است که از یک اتم کربن، یک اتم هیدروژن و سه اتم کلر تشکیل شده است. برخی از ویژگی‌های کلیدی آن عبارتند از:

جرم مولی: 119.38 گرم بر مول

نقطه جوش: حدود 61.2 درجه سلسیوس

چگالی: 1.49 گرم بر سانتی‌متر مکعب

حلالیت: کمی در آب محلول است، اما به خوبی در حلال‌های آلی مانند اتانول و اتر حل می‌شود.

فراریت: به دلیل فرار بودن، به سرعت در هوا تبخیر می‌شود.

به دلیل وجود اتم‌های کلر، غیرقابل اشتعال است و در واکنش‌های شیمیایی به عنوان یک حلال قوی برای ترکیبات آلی استفاده می‌شود.

تاریخچه کلروفرم

در سال 1831 به طور مستقل توسط چند شیمیدان کشف شد. این ماده در اواسط قرن نوزدهم به عنوان یک داروی بیهوشی در جراحی‌ها مورد استفاده قرار گرفت. جیمز یانگ سیمپسون، پزشک اسکاتلندی، از اولین کسانی بود که در سال 1847 از کلروفرم برای بیهوشی در زایمان استفاده کرد. با این حال، به دلیل عوارض جانبی و خطرات سلامتی، استفاده از آن به عنوان بیهوشی در پزشکی مدرن تقریباً متوقف شده است.

کاربردهای کلروفرم

امروزه به دلیل خطرات سلامتی، کاربردهای محدودی دارد. برخی از کاربردهای اصلی آن عبارتند از:

حلال آزمایشگاهی: به عنوان حلال در آزمایشگاه‌ها برای استخراج و حل کردن ترکیبات آلی استفاده می‌شود.

صنعت شیمیایی: در تولید برخی مواد شیمیایی مانند رنگ‌ها، رزین‌ها و آفت‌کش‌ها به کار می‌رود.

تحقیقات علمی: در تجزیه و تحلیل‌های شیمیایی و بیوشیمیایی، به ویژه در استخراج DNA و RNA، نقش مهمی دارد.

خطرات و اثرات سلامتی کلروفرم

ماده‌ای سمی و خطرناک است و استفاده نادرست از آن می‌تواند عواقب جدی داشته باشد:

تأثیرات کوتاه‌مدت: استنشاق بخار آن می‌تواند باعث سرگیجه، تهوع، سردرد و در موارد شدید، بیهوشی یا مرگ شود.

تأثیرات بلندمدت: قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض این ماده ممکن است به کبد و کلیه‌ها آسیب برساند و خطر ابتلا به سرطان را افزایش دهد. سازمان بهداشت جهانی (WHO) و آژانس بین‌المللی تحقیقات سرطان (IARC) کلروفرم را به عنوان ماده‌ای بالقوه سرطان‌زا طبقه‌بندی کرده‌اند.

خطرات زیست‌محیطی: می‌تواند در محیط زیست تجمع یابد و به منابع آب نفوذ کند، که برای موجودات زنده مضر است.

نکات ایمنی

برای کار با آن ، رعایت نکات ایمنی ضروری است : استفاده از دستکش و عینک ایمنی در هنگام کار ، کار در محیط‌ های با تهویه مناسب یا زیر هود آزمایشگاهی ، دور نگه داشتن کلروفرم از شعله یا منابع گرمایی ، دفع ایمن ضایعات کلروفرم طبق مقررات زیست‌محیطی.

کلروفرم یک ترکیب شیمیایی پرکاربرد است که به دلیل ساختار شیمیایی خاص خود، در واکنش‌های شیمیایی متنوعی شرکت می‌کند. در زیر به انواع اصلی واکنش‌های کلروفرم اشاره می‌کنم:

واکنش‌های جانشینی (Substitution Reactions)

به دلیل حضور اتم‌های کلر که الکترون‌کشنده هستند، هیدروژن متصل به کربن آن خاصیت اسیدی ضعیفی دارد. این ویژگی باعث می‌شود کلروفرم در واکنش‌های جانشینی شرکت کند .

واکنش با هالوژن‌ها (هالوژناسیون)

کلروفرم می‌تواند با هالوژن‌های دیگر مانند برم​\( Br_{2} \)​ یا یُد​\( I_{2} \)​ در حضور کاتالیزگر یا شرایط خاص واکنش دهد و هالوژن‌های جدید را جایگزین هیدروژن یا کلر در ساختار خود کند. به عنوان مثال:

واکنش با برم:

​\( CH_{3}Cl(l)+Br_{2}\longrightarrow CH_{3}Br(l)+HBr(g) \)​این واکنش منجر به تولید بروموفرم​\( CH_{3}Br \)​ می‌شود .

واکنش با ید: مشابه واکنش با برم، کلروفرم با ید می‌تواند یدوفرم ​\( CHI_{3} \)​تولید کند، به‌ویژه در واکنش‌های هالوفرم تحت شرایط قلیایی.

روش‌های تولید کلروفرم

به طور صنعتی از طریق دو روش اصلی تولید می‌شود:

کلراسیون متان یا متانول:

در این روش، متان (CH₄) یا متانول (CH₃OH) با کلر (Cl₂) در حضور نور یا کاتالیزور واکنش می‌دهد. این فرآیند شامل کلراسیون رادیکالی است که منجر به تشکیل مخلوطی از کلرومتان‌ها (مانند متیل کلراید، دی‌کلرومتان و کلروفرم) می‌شود.محصول نهایی با تقطیر جزء به جزء خالص‌سازی می‌شود.

​\( CH_{4}(g)+3Cl_{2}(g)\xrightarrow[\hspace{1.5cm}]{} CHCl_{3}(g) + 3HCl(g) \)​

واکنش هالوفرم

یکی از معروف‌ترین واکنش‌های کلروفرم، واکنش هالوفرم است که در آن کلروفرم به‌عنوان محصول واکنش استون یا اتانول با هیپوکلریت (مانند​\( NaClO \)​ یا ​\( Ca(ClO)_{2} \)تولید می‌شود. این واکنش در محیط قلیایی رخ می‌دهد:

​\( CH_{3}COCH_{3}(l)+3NaClO(aq)\longrightarrow CH_{3}Cl(aq)+CH_{3}COONa+2NaOH(aq) \)​

این واکنش برای تولید کلروفرم در مقیاس آزمایشگاهی استفاده می‌شود و سدیم استات به‌عنوان محصول جانبی تشکیل می‌شود.

واکنش با بازهای قوی ( تولید دی کلروکربن )

کلروفرم در حضور بازهای قوی مانند سدیُم هیدروکسید (NaOH) واکنش می‌دهد و دی‌کلروکربن​\( :CCl_{2} \)​  تولید می‌کند که یک واسطه واکنش‌پذیر است. این واکنش به‌عنوان واکنش کلروفرم-باز شناخته می‌شود:  ​\( NaOH(aq)+CHCl_{3}(aq)\longrightarrow :CCl_{2}(l)+NaCl+H_{2}O \)​

دی‌کلروکربن می‌تواند در واکنش‌های بعدی با ترکیبات دیگر (مانند آلکن‌ها) وارد شود و حلقه‌های سیکلوپروپان تشکیل دهد. این واکنش در سنتز آلی کاربرد دارد.

اکسایش در حضور نور و هوا

کلروفرم در معرض نور و هوا به‌ آرامی اکسید می‌شود و گازهای سمی مانند فسژن​\( COCl_{2} \)​ ، دی‌کلرومتان، فرمیل کلرید، کربن مونوکسید ، کربن دی‌اکسید و هیدروژن کلرید تولید می‌کند:

​\( 2CHCl_{3}(l)+O_{2}(g)\longrightarrow 2COCl_{2}(g)+2HCl(g) \)​

به همین دلیل، کلروفرم باید در بطری‌های تیره و کاملاً بسته‌بندی‌شده نگهداری شود تا از تجزیه و تولید فسژن جلوگیری شود.

واکنش با هیدروژن فلوئورید

کلروفرم با هیدروژن فلوئورید (HF) واکنش می‌دهد و مونوکلرودی‌فلوئورومتان​\( CHClF_{2} \)​ تولید می‌کند که پیش‌ماده‌ای برای تولید پلی‌تترافلوئورواتیلن (PTFE یا تفلون) است:

​\( CHCl_{3}(l)+2HF(g)\longrightarrow CHClF_{2}+2HCl(g) \)​

این واکنش در صنایع شیمیایی برای تولید مبردها و پلیمرها اهمیت دارد.

واکنش کلروفرم با اسیدهای قوی

کلروفرم با اسیدهای قوی مانند سولفوریک اسید ​\( H_{2}SO_{4} \)یا هیدروکلریک اسید (HCl) واکنش می‌دهد و می‌تواند گاز سمّی فُسژن ​\( COCl_{2} \)​تولید کند .

​\( CHCl_{3}(l)+H_{2}SO_{4}(aq)\longrightarrow COCl_{2}(g)+HCl(g)+SO_{2}(g)+H_{2}O(g) \)​

این واکنش معمولاً در شرایط خاص و با کنترل دما انجام می‌شود .

واکنش‌های کلروفرم در زیست‌شناسی مولکولی

به‌عنوان یک حلال در استخراج DNA و RNA استفاده می‌شود. در این فرآیند، این ماده با فنول و ایزوآمیل الکل مخلوط شده و برای جداسازی فازهای آلی و آبی استفاده می‌شود. این کاربرد به واکنش شیمیایی مستقیم وابسته نیست، اما به دلیل خواص شیمیایی این ماده (حلالیت بالا برای ترکیبات آلی) امکان‌پذیر است

واکنش‌های فوتوشیمیایی (Photochemical Reactions)

در حضور نور UV، کلروفرم می‌تواند تجزیه شده و رادیکال‌های آزاد تولید کند. این رادیکال‌ها می‌توانند در واکنش‌های زنجیره‌ای شرکت کرده و با ترکیبات دیگر واکنش دهند. این ویژگی در شیمی آلی و واکنش‌های فوتوشیمیایی اهمیت دارد.

واکنش کلروفرم با فلزات و ترکیبات فلزی

می‌تواند با برخی فلزات یا ترکیبات فلزی واکنش دهد. برای مثال، در حضور فلزات قلیایی یا ترکیبات ارگانومنالیک (مانند معرف‌های گرینیارد)، ممکن است تجزیه شده یا به ترکیبات جدیدی تبدیل شود.

کاربرد کلروفرم به عنوان حلال و واکنش‌پذیری در حلال‌ها

به عنوان یک حلال غیرقطبی در بسیاری از واکنش‌های آلی استفاده می‌شود، اما به دلیل واکنش‌پذیری خود با برخی ترکیبات (مانند بازهای قوی یا مواد اکسیدکننده)، باید با احتیاط استفاده شود. برای مثال، در حضور اسیدهای قوی یا بازها، ممکن است به‌طور غیرمنتظره واکنش دهد.

واکنش با آمین‌ها:

در حضور باز قوی (مانند NaOH) با آمین‌های نوع اول یا دوم واکنش داده و ایزوسیانیدها (R-NC)  را تولید می‌کند. این واکنش به نام تست کاربیل‌آمین شناخته می‌شود و برای شناسایی آمین‌ها استفاده می‌شود .این واکنش به دلیل بوی تند و نامطبوع ایزوسیانیدها قابل تشخیص است.

​\( CHCl_{3}(g)+R−NH2(l)+3NaOH(aq)\xrightarrow[\hspace{1.5cm}]{}R−NC(l)+3NaCl(aq)+3H_{2}O(l) \)​

سمیت حاد و اثرات سیستمیک کلروفرم

تأثیر بر سیستم عصبی مرکزی: به عنوان یک ماده بیهوشی عمومی، با کاهش فعالیت سیستم عصبی مرکزی عمل می‌کند. اما دوزهای بالا یا قرار گرفتن طولانی‌مدت می‌تواند باعث افسردگی شدید تنفسی، کما یا حتی مرگ شود.عوارض حاد شامل سرگیجه، سردرد، گیجی، و در موارد شدید، تشنج است.

آریتمی قلبی: یکی از خطرناک‌ترین عوارض آن، ایجاد آریتمی‌های قلبی (مانند فیبریلاسیون بطنی) است. این اثر به دلیل حساس‌سازی میوکارد به کاتکول‌آمین‌ها (مانند آدرنالین) رخ می‌دهد، که می‌تواند در حین بیهوشی منجر به ایست قلبی شود.این عارضه در اواخر قرن 19 و اوایل قرن 20، زمانی که کلروفرم به طور گسترده در جراحی استفاده می‌شد، عامل مرگ‌ومیر ناگهانی بسیاری از بیماران بود.

سمیت کبدی (هپاتوتوکسیسیتی)

آسیب کبدی:کلروفرم متابولیزه‌شده در کبد (عمدتاً توسط آنزیم‌های سیتوکروم P450) به متابولیت‌های سمی مانند فسژن (COCl₂) و رادیکال‌های آزاد تبدیل می‌شود. این متابولیت‌ها می‌توانند به هپاتوسیت‌ها آسیب رسانده و باعث نکروز کبدی یا هپاتیت سمی شوند.

علائم شامل زردی (جاوندیس)، افزایش آنزیم‌های کبدی (ALT و AST)، و در موارد شدید، نارسایی کبدی است.

تأخیر در بروز علائم:

برخلاف برخی سموم، آسیب کبدی ناشی از کلروفرم ممکن است چند ساعت تا چند روز پس از قرار گرفتن در معرض آن ظاهر شود، که تشخیص و درمان به موقع را دشوار می‌کند.

سمیت کلیوی

آسیب به نفرون‌ها: کلروفرم می‌تواند به توبول‌های کلیوی آسیب برساند و باعث نارسایی حاد کلیوی شود. این اثر به دلیل تجمع متابولیت‌های سمی در کلیه‌ها و اختلال در عملکرد غشای سلولی است.علائم شامل کاهش حجم ادرار (الیگوری)، پروتئینوری، و افزایش سطح کراتینین سرم است.

 سرطان‌زایی

طبقه‌بندی به عنوان ماده احتمالاً سرطان‌زا:کلروفرم توسط آژانس بین‌المللی تحقیقات سرطان (IARC) به عنوان یک ماده احتمالاً سرطان‌زا برای انسان (گروه 2B) طبقه‌بندی شده است.مطالعات حیوانی نشان داده‌اند که قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض کلروفرم (به‌ویژه از طریق استنشاق یا بلع) می‌تواند خطر ابتلا به تومورهای کبدی و کلیوی را افزایش دهد.مکانیسم سرطان‌زایی شامل آسیب DNA توسط متابولیت‌های واکنشی (مانند فسژن) و استرس اکسیداتیو است.

اثرات تنفسی

تحریک مجاری تنفسی:استنشاق بخارات کلروفرم می‌تواند باعث تحریک غشاهای مخاطی دستگاه تنفسی، سرفه، و تنگی نفس شود.در دوزهای بالا، افسردگی تنفسی (کاهش نرخ تنفس) می‌تواند به هیپوکسی و آسیب مغزی منجر شود.

تشکیل فسژن در ریه‌ها:در صورت تجزیه کلروفرم در حضور اکسیژن (به‌ویژه در محیط‌های گرم یا در معرض نور UV)، فسژن تولید می‌شود که یک گاز سمی است و می‌تواند به بافت ریه آسیب جدی وارد کند.

عوارض گوارشی

تحریک دستگاه گوارش:بلع تصادفی کلروفرم (یا قرار گرفتن در معرض دوزهای بالا) می‌تواند باعث تهوع، استفراغ، و آسیب به مخاط معده و روده شود.این عوارض به‌ویژه در مواردی که کلروفرم به طور غیرعمدی در فرآیندهای پزشکی یا آزمایشگاهی بلعیده شود، مشاهده شده است.

عوارض پوستی و چشمی

تماس پوستی:تماس مستقیم کلروفرم با پوست می‌تواند باعث تحریک، خشکی، و درماتیت تماسی شود. در صورت تماس طولانی‌مدت، ممکن است جذب پوستی رخ دهد و به سمیت سیستمیک منجر شود.

تماس چشمی:بخارات کلروفرم یا تماس مستقیم با مایع آن می‌تواند باعث سوزش، قرمزی، و آسیب به قرنیه چشم شود.

خطرات در استفاده پزشکی تاریخی

عدم کنترل دوز:در گذشته، نبود تجهیزات دقیق برای کنترل دوز کلروفرم در بیهوشی باعث می‌شد بیماران در معرض دوزهای خطرناک قرار گیرند. این امر به مرگ‌ومیر ناگهانی یا عوارض شدید منجر می‌شد.

تداخل با سایر داروها:کلروفرم می‌تواند با داروهای دیگر (مانند داروهای آرام‌بخش یا ضددرد) تداخل کرده و اثرات سمی را تشدید کند.

اثرات زیست‌محیطی مرتبط با پزشکی

آلودگی در محیط‌های پزشکی:استفاده از کلروفرم در محیط‌های بیمارستانی (مثلاً در آزمایشگاه‌ها یا فرآیندهای استریلیزاسیون) می‌تواند منجر به آلودگی هوای داخل و قرار گرفتن غیرعمدی پرسنل پزشکی در معرض بخارات آن شود.این امر خطر مسمومیت مزمن را برای کارکنان افزایش می‌دهد.

 جایگزینی در پزشکی مدرن

به دلیل عوارض ذکرشده، کلروفرم از دهه 1950 به بعد به طور گسترده با بیهوش‌کننده‌های ایمن‌تر مانند هالوتان، ایزوفلوران، و پروپوفول جایگزین شد.در کاربردهای آزمایشگاهی (مانند استخراج DNA/RNA)، پروتکل‌های ایمنی سختگیرانه و استفاده از هودهای شیمیایی برای کاهش خطر استنشاق بخارات اعمال می‌شود.

خطر در گروه‌های حساس: کودکان، سالمندان، و افراد با بیماری‌های کبدی یا کلیوی پیش‌زمینه‌ای به عوارض کلروفرم حساس‌تر هستند.

مکانیسم سمیت:بسیاری از اثرات منفی کلروفرم به دلیل متابولیت‌های واکنشی آن (مانند فسژن و دی‌کلرومتان) است که با پروتئین‌ها و DNA واکنش داده و به سلول‌ها آسیب می‌رسانند.

مدیریت مسمومیت:در صورت مسمومیت با کلروفرم، درمان شامل تهویه مناسب، تجویز اکسیژن، و در موارد شدید، دیالیز یا درمان‌های حمایتی کبدی است. هیچ پادزهر خاصی برای کلروفرم وجود ندارد.

در کلیپ زیر با طرز تهیه کلروفُرم از استون آشنا می شویم