光氣(phosgene)

光氣(phosgene)
國立臺灣師範大學化學系黃鈺雅碩士班二年級

越南戰爭期間(西元1955年~1975年)，美軍曾使用落葉劑，使越軍無法躲藏於樹林中，此案例係過去較為人熟知，因使用化學武器之因素，得以以寡敵眾之戰爭。

其實化學武器早在第一次世界大戰時已被廣泛應用，而法國為此戰役中率先使用催淚瓦斯之國家。接著德國亦在第二次伊普爾之役(Second Battle of Ypres)利用氯氣攻擊法國，使得德國得以運用較少之兵力，進而造成敵軍大量死亡或受傷，這是第一次這麼大規模地使用化學武器之戰役。隨後各國就蓬勃地展開研發新型的毒氣，其中常使用之氣體以芥子氣、氯氣與光氣為主，而本篇文章主要針對光氣之合成方式與其實際應用進行初步介紹。^[1]

碳醯氯(俗名為光氣)，其化學式為 $$\mathrm{COCl_2}$$，最早於西元 1812 年，由英國化學家約翰戴維(John Davy)所合成出，約翰戴維係藉以一氧化碳和氯氣混合後，照光下所產生。由於此氣體係藉光促進而生成，故一般俗稱為光氣(phosgene)。如圖1所示。

圖1. 一氧化碳和氯氣照光下合成光氣

除了藉由上述方式製備得光氣外，亦可藉氯仿製備得來。氯仿 $$(\mathrm{CHCl_3})$$ 與氧氣在照光後先進行氧化反應，再行分解，即可獲得光氣(如式 $$1$$)；此外，亦可利用四氯化碳 $$(\mathrm{CCl_4})$$ 與硫酸酐 $$(\mathrm{SO_3})$$ 進行反應而得到(如式 $$2$$)。^[2]

式 1

式 2

於常溫下，光氣為無色且具有些許刺激腐臭草味的氣體。若人體長時間暴露於光氣環境下，恐造成刺激性與腐蝕性之傷害。而光氣之水溶性較低，當光氣經人體呼吸作用，吸入進體內後，恐導致遲發型肺水腫、急性呼吸窘迫綜合症等症狀，嚴重者恐因吸入大量光氣，而死於呼吸衰竭。^[3]

光氣常於有機合成上，進行許多衍伸及應用，例如：光氣與胺反應得以生成尿素(如式 $$3$$)，另外光氣與醇作用則可生成酯類(如式 $$4$$)。於日常生活中，光氣亦常用以製造染料、聚碳酸酯塑料、製藥及農藥等…。

式 3

式 4

氣態的光氣難以貯存與量秤，因此在實驗室中，普遍會以雙光氣(diphosgene，$$\mathrm{C_2Cl_4O_2}$$) 和三光氣(BTC，$$\mathrm{C_3Cl_6O_3}$$) 作為光氣之替代品。^[4][5]雙光氣為液態狀之光氣，易於取用，在進行催化或加熱下皆可發生分解，生成光氣。

三光氣則為固態狀之無色晶體，與光氣氣味類似，故又稱為固體光氣。於加熱狀態下，三光氣則可分解成光氣及雙光氣。另外，三光氣在含有氯離子的情況下，得以安全且定量地產生光氣，以解決光氣在反應中無法定量的問題。藉由雙光氣與三光氣此二類之替代光氣，使得光氣得以在實驗操作過程中，獲得更廣泛地運用。

參考資料：

• [1] 光氣在第一、第二次世界大戰時被用來當化學武器
  http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8C%96%E5%AD%A6%E6%AD%A6%E5%99%A8
• [2] 製備光氣的方法
  (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] 光氣對人體的危害
  http://www.shs.edu.tw/works/essay/2005/10/2005103119063681.pdf
• [4] 雙光氣
  http://en.wikipedia.org/wiki/Diphosgene
• [5] 三光氣
  http://en.wikipedia.org/wiki/Triphosgene