Kwas chlorooctowy (kwas monochlorooctowy) MCA

Kwas monochlorooctowy

Inne nazwy: kwas monochlorooctowy, MCA, kwas 2-chlorooctowy, kwas chloroetanowy
Wzór chemiczny: C₂ H₃ ClO₂
Masa molowa: 94.50 g/mol
Numer CAS: 79-11-8
SMILES: C(C(=O)O)Cl
Wygląd: Higroskopijne, krystaliczne ciało stałe, od bezbarwnego do białego
Zapach: Ostry, octowy zapach

Kwas monochlorooctowy jest najprostszą chlorowaną pochodną kwasu octowego i ważnym reaktywnym półproduktem w chemii organicznej i przemysłowej. Jego struktura cząsteczkowa zawiera zarówno grupę karboksylową, jak i grupę chlorometylową, co nadaje związkowi dwa chemicznie użyteczne centra reaktywności. Efekt wycofujący elektrony chloru znacząco zwiększa kwasowość grupy karboksylowej w porównaniu z kwasem octowym, natomiast atom węgla związany z chlorem jest podatny na podstawienie nukleofilowe. Właściwości te czynią kwas monochlorooctowy wszechstronnym surowcem wyjściowym do syntezy pochodnych celulozy, związków zawierających siarkę, półproduktów surfaktantów oraz licznych innych funkcyjnych cząsteczek organicznych.

Właściwości chemiczne i fizyczne

W temperaturze pokojowej kwas monochlorooctowy jest ciałem stałym o strukturze krystalicznej. Dane literaturowe podają temperaturę topnienia około 61–63 °C oraz normalną temperaturę wrzenia bliską 189 °C. Gęstość ciała stałego wynosi około 1.58 g/cm³ przy 20 °C.

Związek jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie, a także rozpuszcza się w szeregu polarnych rozpuszczalników organicznych. Jego roztwory wodne są kwaśne, z podaną wartością pK _a około 2.86–2.87. Znacznie większa kwasowość w porównaniu z kwasem octowym wynika przede wszystkim z ujemnego efektu indukcyjnego podstawnika chlorowego, który stabilizuje anion monochloroctanowy.

Węgiel grupy chlorometylowej w kwasie monochlorooctowym łatwo ulega podstawieniu nukleofilowemu. Reakcje z nukleofilami zawierającymi tlen, siarkę i azot mogą zatem prowadzić do szerokiej gamy podstawionych pochodnych kwasu octowego. To połączenie kwasowości i reaktywności w reakcjach podstawienia w dużym stopniu odpowiada za jego znaczenie jako pośrednika syntetycznego.

Kwas monochlorooctowy jest higroskopijny i żrący. W przemyśle można go stosować w postaci materiału krystalicznego, w roztworach stężonych lub w formie stopionej. Dlatego przy projektowaniu systemów magazynowania, przesyłu i reakcyjnych należy uwzględnić jego stan fizyczny i zachowanie fazowe.

Zastosowania

Kwas monochlorooctowy jest szeroko stosowany jako odczynnik eteryfikujący w wytwarzaniu karboksymetylocelulozy i pokrewnych pochodnych celulozy. W środowisku zasadowym celuloza reaguje z kwasem monochlorooctowym lub monochlorooctanem sodu, wprowadzając grupy karboksymetylowe do szkieletu polimeru. Badania wykazały, że warunki reakcji, takie jak stężenie zasady, stosunek reagentów i temperatura, silnie wpływają na stopień podstawienia, rozpuszczalność i lepkość otrzymanej pochodnej celulozy.

Jest także ważnym pośrednikiem w syntezie kwasu tioglikolowego i innych związków zawierających siarkę. Atom chloru może zostać wyparty przez nukleofile siarkowe, co daje dogodną drogę do związków funkcjonalizowanych stosowanych w syntezie chemicznej w przemyśle.

Kwas monochlorooctowy stosuje się do otrzymywania amfoterycznych i innych funkcjonalnych półproduktów surfaktantów w reakcjach z aminami i pokrewnymi nukleofilami. Jego wysoka reaktywność pozwala także wprowadzać grupy karboksymetylowe do alkoholi, fenoli, polisacharydów i innych związków zawierających grupę hydroksylową.

W laboratoryjnej chemii organicznej kwas monochlorooctowy służy jako modelowy kwas halooctowy do badań podstawienia nukleofilowego, dysocjacji kwasowej, konformacji cząsteczek, solwatacji i spektroskopii. Współczesne badania spektroskopii mikrofalowej analizowały także jego gazową strukturę konformacyjną i stałe rotacyjne.

Źródła literaturowe

1. PubChem. Chloroacetic Acid, CID 300. National Center for Biotechnology Information. Molecular formula, molecular weight, CAS number, SMILES and experimental physicochemical data.
2. Koenig G., Lohmar E., Rupprich N., Lison M., Gnass A. “Chloroacetic Acids.” Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2012. DOI: 10.1002/14356007.a06_537.pub3.
3. Morris E. D., Bost J. C. “Acetic Acid, Halogenated Derivatives.” Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Wiley, 2002. DOI: 10.1002/0471238961.0801121513151818.a01.pub2.
4. Shui T., Feng S., Chen G., Li A., Yuan Z., Shui H., Kuboki T., Xu C. “Synthesis of sodium carboxymethyl cellulose using bleached crude cellulose fractionated from cornstalk.” Biomass and Bioenergy, 2017, 105, 51–58. DOI: 10.1016/j.biombioe.2017.06.016.
5. Morozov I. I., Karpov G. V. “Chloroacetic Acids in Water: Structure of the Hydrated Ions from Mass Spectra of Electrolyte Solutions.” ACS Earth and Space Chemistry, 2025. DOI: 10.1021/acsearthspacechem.4c00358.
6. “Microwave spectra of jet-cooled bromo- and chloroacetic acids.” Journal of Molecular Spectroscopy, 2025, 411–412, 112033. DOI: 10.1016/j.jms.2025.112033.

Bezpieczeństwo i obchodzenie się z produktem:

Signal Word Danger

Hazard Statements H300 Fatal if swallowed. H311 + H331 Toxic in contact with skin or if inhaled. H314 Causes severe skin burns and eye damage. H335 May cause respiratory irritation. H410 Very toxic to aquatic life with long lasting effects.

Precautionary Statements Prevention P260 Do not breathe dust. P264 Wash skin thoroughly after handling. P273 Avoid release to the environment. P280 Wear protective gloves/ protective clothing/ eye protection/ face protection. Response P301 + P310 + P330 IF SWALLOWED: Immediately call a POISON CENTER/ doctor. Rinse mouth. P303 + P361 + P353 IF ON SKIN (or hair): Take off immediately all contaminated clothing. Rinse skin with water. P304 + P340 + P310 IF INHALED: Remove person to fresh air and keep comfortable for breathing. Immediately call a POISON CENTER/ doctor. P305 + P351 + P338 + P310 IF IN EYES: Rinse cautiously with water for several minutes. Remove contact lenses, if present and easy to do. Continue rinsing. Immediately call a POISON CENTER/ doctor. P391 Collect spillage. Storage P403 + P233 Store in a well-ventilated place. Keep container tightly closed.