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光气(phosgene)

2020-06-18


越南战争期间(西元1955年~1975年),美军曾使用落叶剂,使越军无法躲藏于树林中,此案例係过去较为人熟知,因使用化学武器之因素,得以以寡敌众之战争。

其实化学武器早在第一次世界大战时已被广泛应用,而法国为此战役中率先使用催泪瓦斯之国家。接着德国亦在第二次伊普尔之役(Second Battle of Ypres)利用氯气攻击法国,使得德国得以运用较少之兵力,进而造成敌军大量死亡或受伤,这是第一次这幺大规模地使用化学武器之战役。随后各国就蓬勃地展开研发新型的毒气,其中常使用之气体以芥子气、氯气与光气为主,而本篇文章主要针对光气之合成方式与其实际应用进行初步介绍。[1]

碳醯氯(俗名为光气),其化学式为 $$\mathrm{COCl_2}$$,最早于西元 1812 年,由英国化学家约翰戴维(John Davy)所合成出,约翰戴维係藉以一氧化碳和氯气混合后,照光下所产生。由于此气体係藉光促进而生成,故一般俗称为光气(phosgene)。如图1所示。

光气(phosgene)

图1. 一氧化碳和氯气照光下合成光气

除了藉由上述方式製备得光气外,亦可藉氯仿製备得来。氯仿 $$(\mathrm{CHCl_3})$$ 与氧气在照光后先进行氧化反应,再行分解,即可获得光气(如式 $$1$$);此外,亦可利用四氯化碳 $$(\mathrm{CCl_4})$$ 与硫酸酐 $$(\mathrm{SO_3})$$ 进行反应而得到(如式 $$2$$)。[2]

光气(phosgene)

式 1

光气(phosgene)

式 2

于常温下,光气为无色且具有些许刺激腐臭草味的气体。若人体长时间暴露于光气环境下,恐造成刺激性与腐蚀性之伤害。而光气之水溶性较低,当光气经人体呼吸作用,吸入进体内后,恐导致迟发型肺水肿、急性呼吸窘迫综合症等症状,严重者恐因吸入大量光气,而死于呼吸衰竭。[3]

光气常于有机合成上,进行许多衍伸及应用,例如:光气与胺反应得以生成尿素(如式 $$3$$),另外光气与醇作用则可生成酯类(如式 $$4$$)。于日常生活中,光气亦常用以製造染料、聚碳酸酯塑料、製药及农药等…。

光气(phosgene)

式 3

光气(phosgene)

式 4

气态的光气难以贮存与量秤,因此在实验室中,普遍会以双光气(diphosgene,$$\mathrm{C_2Cl_4O_2}$$) 和三光气(BTC,$$\mathrm{C_3Cl_6O_3}$$) 作为光气之替代品。[4][5]双光气为液态状之光气,易于取用,在进行催化或加热下皆可发生分解,生成光气。

三光气则为固态状之无色晶体,与光气气味类似,故又称为固体光气。于加热状态下,三光气则可分解成光气及双光气。另外,三光气在含有氯离子的情况下,得以安全且定量地产生光气,以解决光气在反应中无法定量的问题。藉由双光气与三光气此二类之替代光气,使得光气得以在实验操作过程中,获得更广泛地运用。

参考资料:

[1] 光气在第一、第二次世界大战时被用来当化学武器
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8C%96%E5%AD%A6%E6%AD%A6%E5%99%A8[2] 製备光气的方法
(a) L. G. Wade, Organic Chemistry, 6th ed., p. 215, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 2006
(b) http://en.wikipedia.org/wiki/Phosgene[3] 光气对人体的危害
http://www.shs.edu.tw/works/essay/2005/10/2005103119063681.pdf[4] 双光气
http://en.wikipedia.org/wiki/Diphosgene[5] 三光气
http://en.wikipedia.org/wiki/Triphosgene



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