有機塩素化学

有機塩素化学は、 1つ以上の炭素-塩素結合を含む有機化合物である有機塩素化合物、または有機クロリドの性質に関係しています。^{[ 1 ]}クロロアルカン類（ 1つ以上の水素が塩素で置換されたアルカン）には、一般的な例が含まれています。有機クロリドの構造の多様性と化学的性質の相違により、幅広い名称、用途、および性質が生じます。有機塩素化合物は多くの用途で広く使用されていますが、DDTやTCDDなど、環境問題が深刻なものもあります。^{[ 2 ]}

トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロメタン、クロロホルムなどの有機塩素化合物は、一般的に溶剤として使用され、「塩素化溶剤」と呼ばれています。

塩素化は、炭化水素の物理的性質を様々な形で変化させる。塩素の原子量は水素よりも大きいため、これらの化合物は一般的に水よりも密度が高くなる。また、関連する炭化水素と比較して沸点と融点が高くなる。炭化水素中の塩素置換が増加するにつれて、可燃性は低下する。

脂肪族有機塩素化合物は、塩素が脱離基として作用し、細胞損傷を引き起こす可能性があるため、しばしばアルキル化剤となる。

多くの有機塩素化合物は、細菌からヒトに至るまでの天然源から単離されている（例：3-クロロチロシン）。^{[ 3 ] [ 4 ]}塩素化有機化合物は、アルカロイド、テルペン、アミノ酸、フラボノイド、ステロイド、脂肪酸など、ほぼすべての種類の生体分子および天然物に見られる。^{[ 3 ] [ 5 ]}ヒトと環境の健康に特に懸念されるダイオキシンは、森林火災の高温環境で生成され、合成ダイオキシンより前の落雷火災の保存された灰から発見されている。^{[ 6 ]}さらに、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素などのさまざまな単純な塩素化炭化水素が大型藻類から単離されている。^{[ 7 ]}環境中のクロロメタンの大部分は、微生物群集、森林火災、火山によって自然に生成される。^{[ 8 ]}

樹上性カエルから単離されたアルカロイドである天然有機塩素化合物エピバチジンは、強力な鎮痛作用を持ち、新しい鎮痛薬の研究を刺激してきた。しかし、治療指数が許容できないため、潜在的な治療用途の研究対象ではなくなった。^{[ 9 ]} カエルは食事からエピバチジンを摂取し、それが皮膚に蓄積される。考えられる食事源は、甲虫、アリ、ダニ、ハエである。^{[ 10 ]}

アルキルクロリドは有機化学において汎用性の高い構成要素である。アルキルブロミドやアルキルヨージドはより反応性が高いが、アルキルクロリドは一般的に安価で入手しやすい。アルキルクロリドは求核剤による攻撃を受けやすい。

アルキルハライドを水酸化ナトリウムまたは水で加熱するとアルコールが得られる。アルコキシドまたはアリールオキシドとの反応により、ウィリアムソンエーテル合成でエーテルが得られる。チオールとの反応によりチオエーテルが得られる。アルキルクロリドはアミンと容易に反応して置換アミンを生成する。アルキルクロリドは、フィンケルシュタイン反応でヨウ化物などのより軟らかいハロゲン化物によって置換される。アジド、シアン化物、チオシアン酸塩などの他の擬ハロゲン化物との反応も可能である。強塩基の存在下では、アルキルクロリドは脱ハロゲン化水素反応を起こしてアルケンまたはアルキンを生成する。

アルキルクロリドはマグネシウムと反応してグリニャール試薬を生成し、求電子性化合物を求核性化合物に変換する。ウルツ反応は、 2つのアルキルハライドを還元的にカップリングさせ、ナトリウムとカップリングさせる。

塩化エチルなどの有機塩素化合物はアルキル化剤として使用されることがある。テトラエチル鉛は塩化エチルとナトリウム-鉛合金から製造された。^{[ 11 ] [ 12 ]}

還元脱塩素は化学合成ではほとんど役に立たないが、いくつかの有機塩素系残留性汚染物質の生分解における重要なステップである。

有機塩素化合物の中には、植物や動物、人間に対して重大な毒性を持つものがあります。有機物が塩素の存在下で燃焼すると生成されるダイオキシンは残留性有機汚染物質であり、環境中に放出されると危険をもたらします。DDTなどの殺虫剤も同様です。例えば、20世紀半ばに昆虫の駆除に広く使用されたDDTは、その代謝物であるDDEやDDDと同様に食物連鎖に蓄積し、特定の鳥類に生殖障害（卵殻の薄化など）を引き起こします。^{[ 15 ]} DDTは非常に移動性が高いため、環境にもさらなる問題を引き起こしました。この化学物質は南極では使用されたことがないにもかかわらず、南極でも痕跡が検出されています。硫黄マスタード、窒素マスタード、ルイサイトなどの一部の有機塩素化合物は、その毒性のため化学兵器として使用されることもあります。

しかし、有機化合物に塩素-炭素結合が存在するからといって、必ずしも毒性があるとは限りません。一部の有機塩素化合物は、食品や医薬品への使用において安全であると考えられています。例えば、エンドウ豆やソラマメには、天然の塩素化植物ホルモンである4-クロロインドール-3-酢酸（4-Cl-IAA）が含まれています^{[ 16 ] [ 17 ]} 。また、人工甘味料のスクラロース（スプレンダ）は一般的な食品添加物です。2004年現在少なくとも165種類の有機塩素化合物が、天然抗生物質のバンコマイシン、抗ヒスタミン剤のロラタジン（クラリチン）、抗うつ剤のセルトラリン（ゾロフト）、抗てんかん薬のラモトリギン（ラミクタール）、吸入麻酔薬のイソフルランなど、医薬品として世界中で承認されている。^{[ 18 ]}

• 有機ハロゲン化物
• オクタクロロシクロブタン

• SLACウェブサイトに掲載されている「風化植物物質における塩素化炭化水素の生成」という記事
• カーネギーメロン大学グリーン酸化化学研究所のウェブサイトに掲載されている「塩素化炭化水素の酸化」という記事。