ハンセン溶解度パラメータ(HSP)と環境関連物性値

2022.11.24改訂(2010.11.24

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概要

揮発性有機化合物（ VOC：Volatile Organic Compounds）の一覧を手に入れたので、その中で重要とされていた100化合物について、推算値の妥当性を評価した。

沸点、蒸気圧、融点、相対的揮発度(RER)、引火点、logS, logP, logBCF, MIR, OHラジカルの反応性、大気寿命、ヘンリー定数、土壌との分配係数などが、V3.1.xでどのくらいの精度で推算出来るのかを示した。

内容

HSPiPの中には環境関連の物性値を推算する機能が搭載されている。
メインの画面でσを選択するとDIYのパネルが開く。
そこで、HSE（Health, Safety and Environment）のタブを選択する。

今回、揮発性有機化合物（ VOC：Volatile Organic Compounds）の一覧を手に入れたので、その中で重要とされていた100化合物について、推算値の妥当性を評価した

テーブル

VOC	CAS	Hcode	Name	BP	Y-MB 3.1 BP	MP	Y-MB 3.1 MP
1	108-88-3	637	toluene	383.78	393.5	178.18	203.1
2	1330-20-7	20528	Xylenes (isomers and mixture)
3	108-67-8	451	mesitylene	437.89	437.7	228.424	235.4
4	141-78-6	328	ethyl acetate	350.21	356.4	189.6	188.6
5	124-18-5	196	decane	447.305	442.9	243.51	202.9
6	67-56-1	456	methyl alcohol	337.85	329.9	175.47	193.3
7	75-09-2	524	dichloromethane	312.9	313.3	178.01	176.6
8	78-93-3	481	methyl ethyl ketone	352.79	344.1	186.48	188.7
9	106-97-8	89	butane	272.65	289.9	134.86	125.1
10	75-28-5	5182	isobutane	261.43	278.5	113.54	117.4
11	79-01-6	649	trichloroethylene	360.1	367.1	188.4	206.6
12	67-63-0	570	isopropyl alcohol	355.41	340.1	185.28	198.4
13	123-86-4	102	butyl acetate	399.26	401.9	199.65	203.2
14	67-64-1	7	acetone	329.44	318.0	178.45	189.7
15	108-10-1	491	4-methyl-2-pentanone	389.15	388.0	189.15	198.4
16	111-76-2	375	2-butoxyethanol	444.47	450.5	199.17	223.6
17	110-54-3	417	hexane	341.88	345.2	177.83	154.2
18	71-36-3	92	butanol	390.81	383.2	183.85	190.2
19	109-66-0	550	pentane	309.22	319.2	143.42	147.0
20	624-64-6	96	trans-2-butene	274.03	286.2	167.62	129.2
21	78-83-1	431	isobutanol	380.81	373.1	165.15	175.7
22	107-98-2	591	Propylene Glycol Monomethyl Ether	393.25	401.8	176.48	220.7
23	127-18-4	615	tetrachloroethylene	394.4	401.2	250.8	204.9
24	110-82-7	181	cyclohexane	353.87	367.7	279.69	193.9
25	109-60-4	579	propyl acetate	374.65	380.6	178.15	193.7
26	590-18-1	95	cis-2-butene	276.87	286.2	134.26	129.2
27	110-80-5	376	2-ethoxyethanol	408.15	415.5	214.15	212.1
28	1120-21-4	1059	undecane	469.078	462.8	247.571	219.2
29	111-84-2	537	nonane	423.97	418.7	219.66	190.3
30	108-65-6	592	Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate	418.95	419.4	205	206.1
31	107-83-5	5272	2-methylpentane	333.41	339.3	119.55	140.9
32	107-21-1	368	ethylene glycol	470.45	487.0	260.15	241.8
33	513-35-9	520	2-methyl-2-butene	311.705	318.2	139.39	145.0
34	1678-91-7	5344	ethylcyclohexane	404.945	407.8	161.839	194.1
35	119-64-2	618	1,2,3,4-tetrahydronaphthalene	480.77	480.4	237.4	264.4
36	110-43-0	498	2-heptanone	424.18	422.2	238.15	217.3
37	591-78-6	474	2-hexanone	400.7	396.2	217.35	210.7
38	74-87-3	475	methyl chloride		233.6	175.45	115.4
39	100-51-6	58	benzyl alcohol	477.85	473.5	257.85	257.3
40	120-92-3	188	cyclopentanone	403.8	395.3	221.85	249.4
41	563-46-2	514	2-methyl-1-butene	304.305	309.2	135.578	124.3
42	142-82-5	409	heptane	371.58	371.1	182.57	167.1
43	92-51-3	867	bicyclohexyl	512.19	505.1	276.78	268.6
44	68-12-2	297	N,N’-dimethylformamide	425.15	411.8	212.72	207.3
45	646-04-8	5208	trans-2-pentene	309.49	317.0	132.89	138.2
46	627-20-3	5207	cis-2-pentene	310.08	317.0	121.75	138.2
47	100-42-5	604	styrene	418.31	417.2	242.54	204.9
48	872-50-4	521	N-methyl-2-pyrrolidone	477.42	469.0	249.15	269.5
49	111-15-9	377	2-ethoxyethyl acetate	429.74	425.8	211.45	214.7
50	71-43-2	52	benzene	353.24	347.9	278.68	193.3
51	78-59-1	438	isophorone	488.35	482.3	265.05	285.2
52	108-94-1	183	cyclohexanone	428.58	424.8	242	260.3
53	64-17-5	325	ethyl alcohol	351.44	339.9	159.05	173.5
54	96-37-7	1063	methylcyclopentane	344.96	353.3	130.73	169.9
55	108-05-4	676	vinyl acetate	345.65	352.4	180.35	198.7
56	589-34-4	5310	3-methylhexane	365	365.2	153.75	153.1
57	79-29-8	5275	2,3-dimethylbutane	331.13	331.8	145.19	138.5
58	75-83-2	5274	2,2-dimethylbutane	322.88	328.2	174.28	175.5
59	108-87-2	477	methylcyclohexane	374.084	385.0	146.58	183.1
60	109-59-1	379	Ethylene Glycol Monoisopropyl Ether	416	421.2		211.2
61	107-06-2	367	1,2-dichloroethane	356.594	358.0	237.49	199.3
62	75-01-4	683	vinyl chloride	259.25	261.1	119.36	127.6
63	116-14-3	555	tetrafluoroethylene	197.51	208.7	142	112.8
64	100-41-4	333	ethylbenzene	409.35	415.8	178.2	207.7
65	98-82-8	878	cumene	425.56	431.8	177.14	214.1
66	75-00-3	338	ethyl chloride	285.42	291.8	136.75	149.9
67	71-55-6	647	1,1,1-trichloroethane	347.233	351.6	243.1	236.3
68	107-13-1	25	acrylonitrile	350.5	346.1	189.63	185.7
69	109-99-9	617	tetrahydrofuran	339.12	340.5	164.65	183.9
70	109-86-4	380	2-methoxyethanol	397.5	404.3	188.05	216.9
71	106-94-5	1124	1-bromopropane	344.15	338.5	163.15	169.5
72	80-62-6	497	methyl methacrylate	373.45	372.9	224.95	207.9
73	106-99-0	81	butadiene (1,3 butadiene)	268.74	265.5	164.25	98.9
74	75-35-4	239	1,1-dichloroethylene	304.71	316.1	150.59	169.3
75	108-08-7	5313	2,4-dimethylpentane	353.644	358.7	153.912	150.1
76	75-56-9	595	1,2-propylene oxide	307.65	318.5	161.22	169.9
77	67-66-3	156	chloroform	334.33	335.8	209.63	232.2
78	74-83-9	473	methyl bromide	276.71	274.9	179.55	161.0
79	138-86-3	1197	Dipentene dl-Limonene	449.15	444.3	177.65	207.4
80	592-76-7	410	1-heptene	366.79	369.9	154.27	163.1
81	123-91-1	306	1,4-dioxane	374.47	379.0	284.95	222.3
82	75-05-8	10	acetonitrile	354.75	328.1	229.32	187.4
83	107-05-1	33	3-chloro-1-propene	318.3	312.8	138.65	152.7
84	79-10-7	24	acrylic acid	414.15	416.9	286.15	295.6
85	78-79-5	439	isoprene	307.205	301.1	127.27	120.6
86	75-07-0	1	acetaldehyde	294	291.5	150.15	183.0
87	78-87-5	1221	1,2-dichloropropane	369.52	372.8	172.71	183.7
88	110-49-6	381	Ethylene Glycol Monomethyl Ether Acetate	418.15	409.2	208.15	216.5
89	75-21-8	383	ethylene oxide	283.6	310.6	160.65	181.0
90	95-50-1	234	o-dichlorobenzene	453.57	454.2	256.15	279.5
91	108-90-7	148	chlorobenzene	404.87	410.6	227.95	241.2
92	107-31-3	483	methyl formate	304.9	313.0	174.15	194.9
93	121-44-8	656	triethylamine	361.92	364.4	158.45	167.5
94	589-81-1	5356	3-methylheptane	392.08	387.9	152.6	169.3
95	108-95-2	559	phenol	454.99	459.1	314.06	292.6
96	91-20-3	530	naphthalene	491.143	480.4	353.434	265.8
97	96-33-3	467	methyl acrylate	353.35	352.4	196.32	198.7
98	108-91-8	184	cyclohexylamine	407.65	414.0	255.45	245.3
99	50-00-0	396	formaldehyde
100	106-89-8	318	alpha-epichlorohydrin	391.65	380.2	215.95	216.0

まず、揮発性有機化合物というからには、”揮発性”が重要だろう。
従って、沸点と蒸気圧が、まず、第一に重要だ。

Y-MBには沸点の推算ルーチンが搭載され、Smilesの構造式のみから沸点を推算することができる。結果を下の図に示す。

ちなみに、融点の推算機能もあるが、これは分子の形、パッキングの善し悪し、対称性などなどによって大きく変化するので推算は難しい。

Y-MBはアントワン定数を推算する機能を持つ。
そこで、蒸気圧は次式で計算する事ができる。

log(Vapor pressure)= A- B/(C+T)

25℃での蒸気圧、分子体積から、相対的揮発度(RER)の値を推算することができる。
その結果はRERの記事で紹介する。

溶媒の危険度を表す指標としては、引火点が最も重要だろう。
もともと、引火点と沸点の間には以下に示す関係がある。

この精度を上げるために、QSPR式をたてた結果はこちらの引火点の記事を参考にしていただきたい。

ひとたび化学品が大気に放出されたら、化合物がどれだけ雨水にとけ込むかは重要な指標になる。水への溶解度は、g/ 100CC水の単位になっている。

そして、雨水が集まって、池、湖、海に流れ着くと、そこに住む生物にどのくらい蓄積されるか、
Biological concentration Factor (BCF)が重要になる。

こうした、BCFなどはオクタノール／水分配比率、logP(logKow)に相関があるとされている。

また、この logP(logKow)は毒性などとも相関があるので重要な指標である。

雨は土にもしみ込む。
このデータはあまり豊富では無く、値が決まっていない官能基がまだたくさんある。

池、湖、海からの蒸発、地表からの蒸発にはヘンリー定数が重要になる。

Y-MB は水酸基ラジカルとの反応速度の値log(OHR)も推算する。

log(OHR)が重要なのは、この値と大気寿命に相関があるからだ。

大気中での半減期をday単位で表し、ログをとると、log(OHR)と非常にきれいな相関がある事が知られている。

そして、大気寿命は地球温暖化係数（GWP）を計算する時、最も重要なファクターだ。

Carter MIR ( Maximum Incremental Reactivity) の推算機能も搭載されている。
（最新版からは削除されている）

このように、Y-MBを使うと、分子のSmilesの式を準備するだけで、HSEを評価するのに必要な物性推算をほとんど全て行うことができる。

VOC規制に対応する為に、混合溶媒などを考える時に、溶解度をそろえるだけ無く環境評価も考慮したいなら、HSPiPは必須のソフトウエアーだといえる。

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