Quaternary ammonium cation
કાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્રમાં, ક્વાટર્નરી એમોનિયમ કેટાયન, જેને ક્વોટ્સ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે માળખાના હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલા બહુપરીમાણ્વિક આયનો છે, જ્યાં R એ આલ્કાઈલ જૂથ, એરીલ જૂથ અથવા ઓર્ગેનાઈલ જૂથ છે. એમોનિયમ આયન () અને પ્રાથમિક, ગૌણ અથવા તૃતીય એમોનિયમ કેટાયનથી વિપરીત, ચતુર્થાંશ એમોનિયમ કેટાયન કાયમી રીતે ચાર્જ થાય છે, જે તેમના દ્રાવણના pHથી સ્વતંત્ર હોય છે. ક્વાટર્નરી એમોનિયમ ક્ષાર અથવા ક્વાટર્નરી એમોનિયમ સંયોજનો (તેલક્ષેત્રની ભાષામાં ક્વાટર્નરી એમાઇન્સ કહેવાય છે) એ ક્વાટર્નરી એમોનિયમ કેટાયનના ક્ષાર છે. પોલિક્વેટ્સ એ વિવિધ એન્જિનિયર્ડ પોલિમર સ્વરૂપો છે જે મોટા અણુમાં બહુવિધ ક્વાટ અણુઓ પ્રદાન કરે છે. ક્વાટનો ઉપયોગ એન્ટિમાઇક્રોબાયલ્સ (જેમ કે ડિટર્જન્ટ અને ડિસઇન્ફેક્ટન્ટ), ફેબ્રિક સોફ્ટનર અને હેર કંડિશનર સહિત ગ્રાહક કાર્યક્રમોમાં થાય છે. એન્ટિમાઇક્રોબાયલ તરીકે, તેઓ આવરણવાળા વાયરસ (જેમ કે SARS-CoV-2) ને નિષ્ક્રિય કરવામાં સક્ષમ છે. બ્લીચ-આધારિત જંતુનાશકો કરતાં સપાટી પર ક્વાટ્સ હળવા હોય છે અને સામાન્ય રીતે ફેબ્રિક-સલામત હોય છે. સંશ્લેષણ ચતુર્થાંશ એમોનિયમ સંયોજનો તૃતીયાંશ એમાઇનના આલ્કાઈલેશન દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે. કોમોડિટી ક્વાટ ક્ષારના ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં સામાન્ય રીતે ફેટી નાઇટ્રાઇલ્સનું હાઇડ્રોજનીકરણ સામેલ હોય છે, જે પ્રાથમિક અથવા ગૌણ એમાઇન ઉત્પન્ન કરી શકે છે. આ એમાઇન્સને પછી મિથાઈલ ક્લોરાઇડ સાથે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે. આલ્કાઈલ હેલાઈડ્સ દ્વારા આલ્કાઈલ એમાઇનનું ચતુર્થાંશકરણ વ્યાપકપણે દસ્તાવેજીકૃત છે. જૂના સાહિત્યમાં આને ઘણીવાર મેનશુટકિન પ્રતિક્રિયા કહેવામાં આવે છે, જો કે આધુનિક રસાયણશાસ્ત્રીઓ સામાન્ય રીતે તેને ફક્ત ચતુર્થાંશ તરીકે ઓળખાવે છે. પ્રતિક્રિયાનો ઉપયોગ અસમાન આલ્કાઈલ સાંકળની લંબાઈવાળા સંયોજનનું ઉત્પાદન કરવા માટે થઈ શકે છે; ઉદાહરણ તરીકે જ્યારે કેટાયનિક સર્ફેક્ટન્ટ્સ બનાવે છે ત્યારે એમાઇન પરના આલ્કાઈલ જૂથોમાંથી એક સામાન્ય રીતે અન્ય કરતા લાંબો હોય છે. એક લાક્ષણિક સંશ્લેષણ બેન્ઝાલ્કોનિયમ ક્લોરાઇડ માટે લાંબી સાંકળના એલ્કિલડિમિથાઇલામાઇન અને બેન્ઝાઇલ ક્લોરાઇડમાંથી થાય છેઃ CH3 (CH2) _ \mathit {n} N (CH3) 2 {} + ClCH2C6H5-> {} [CH3 (CH2) _ \mathit {n} N (CH3) 2CH2C6H5] + Cl-પ્રતિક્રિયાઓ ક્વાટર્નરી એમોનિયમ કેટાયન પણ મજબૂત ઇલેક્ટ્રોફાઇલ્સ, ઓક્સિડેન્ટ્સ અને એસિડ પ્રત્યે પ્રતિક્રિયાશીલ નથી. તેઓ મોટાભાગના ન્યુક્લિયોફાઇલ્સ તરફ પણ સ્થિર હોય છે. બાદમાં ઊંચા તાપમાને પણ ટેટ્રામીથાઇલેમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અને ટેટ્રાબ્યુટાઈલેમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ જેવા હાઇડ્રોક્સાઇડ ક્ષારની સ્થિરતા દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. 160°C પર 6M NaOHમાં Me4NOHનું અર્ધાયુ> 61 કલાક છે. તેમની સ્થિતિસ્થાપકતાને કારણે, ઘણા અસામાન્ય એનાયનોને ચતુર્થાંશ એમોનિયમ ક્ષાર તરીકે અલગ કરવામાં આવ્યા છે. ઉદાહરણોમાં ટેટ્રામીથાઇલેમોનિયમ પેન્ટાફ્લોરોક્ઝનેટનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ પેન્ટાફ્લોરોક્ઝનેટ () આયન હોય છે. પર્મંગનેટને કાર્બનિક દ્રાવકોમાં દ્રાવ્ય કરી શકાય છે, જ્યારે તેને તેના મીઠું તરીકે ગોઠવવામાં આવે છે. અપવાદરૂપે મજબૂત પાયા સાથે, ક્વાટ કેટાયન ઘટતા જાય છે. તેઓ સોમલેટ-હોઝર પુનઃગોઠવણી અને સ્ટીવન્સ પુનઃગોઠવણીમાંથી પસાર થાય છે, તેમજ કઠોર પરિસ્થિતિઓમાં અથવા થિયોલેટ્સ જેવા મજબૂત ન્યુક્લિયોફાઇલ્સની હાજરીમાં ડીલ્કિલેશન થાય છે. N − C − C − H એકમો ધરાવતા ચતુર્થાંશ એમોનિયમ કેટાયન પણ હોફમેન નાબૂદી અને એમડે અધોગતિમાંથી પસાર થઈ શકે છે. ઉદાહરણો ટેટ્રામીથાઈલેમોનિયમ આયનઃ, પણ સૂચવવામાં આવે છે (મી = મિથાઈલ જૂથ) ટેટ્રામીથાઈલેમોનિયમ આયનઃ, પણ સૂચવવામાં આવે છે (ઇટી = ઇથાઈલ જૂથ) ટેટ્રાપ્રોપીલેમોનિયમ આયનઃ, પણ સૂચવવામાં આવે છે (પીઆર = પ્રોપાઈલ જૂથ) ટેટ્રાબ્યુટાઈલેમોનિયમ આયનઃ, પણ સૂચવવામાં આવે છે (બ્યુ = બ્યુટાઈલ જૂથ) એપ્લિકેશન્સ ક્વાટર્નરી એમોનિયમ ક્ષારનો ઉપયોગ જંતુનાશકો, સર્ફેક્ટન્ટ્સ, ફેબ્રિક સોફ્ટનર્સ અને એન્ટિસ્ટેટિક એજન્ટો તરીકે થાય છે (દા. ત. શેમ્પૂમાં). પ્રવાહી ફેબ્રિક સોફ્ટનર્સમાં, ક્લોરાઇડ ક્ષારનો ઘણીવાર ઉપયોગ થાય છે. ડ્રાયર એન્ટિકલિંગ સ્ટ્રીપ્સમાં, સલ્ફેટ ક્ષારનો ઘણીવાર ઉપયોગ થાય છે. જૂના એલ્યુમિનિયમ ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક કેપેસિટર્સ અને શુક્રાણુનાશક જેલીમાં પણ ચતુર્થાંશ એમોનિયમ ક્ષાર હોય છે. ક્વોટ્સનો ઉપયોગ ગર્ભનિરોધક ફોર્મ્યુલેશન, પશુચિકિત્સા ઉત્પાદનો, નિદાન પરીક્ષણ, રસી ઉત્પાદન અને અનુનાસિક ફોર્મ્યુલેશનમાં પણ થાય છે. કેટલાક વૈજ્ઞાનિકોએ લોકો પર ક્વાટ જંતુનાશકોની સલામતી પ્રોફાઇલની સમજણના સ્તર વિશે ચિંતા વ્યક્ત કરી છે. ઓગસ્ટ 2020 સુધીમાં, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ એન્વાયર્નમેન્ટલ પ્રોટેક્શન એજન્સીએ કોવિડ-19 સામે અસરકારક સૂચવેલા અડધા જંતુનાશકોમાં એક ક્વાટ અને ઘણીવાર એકમાત્ર ઘટક તરીકે એક ક્વાટ હોય છે. સૅલ્મોનેલા અને ઇ. કોલી O157: ક્વાટ્સના સંપર્કમાં આવેલા H7 એ એન્ટિબાયોટિક્સ સામે ક્રોસ પ્રતિકાર વિકસાવ્યો છે. ચિંતાનો વિષય એ છે કે પ્રકૃતિ અને ઇજનેરી વાતાવરણમાં મોટા માઇક્રોબાયલ સમુદાયમાં એન્ટિબાયોટિક પ્રતિકાર પર કોવિડ-19 રોગચાળા સાથે સંબંધિત ક્વાટ્સના વધતા ઉપયોગની સંભવિત અસર છે. દવાઓ ક્વાટર્નરી એમોનિયમ સંયોજનોમાં એન્ટિમાઇક્રોબાયલ પ્રવૃત્તિ હોય છે. ચતુર્થાંશ એમોનિયમ સંયોજનો, ખાસ કરીને લાંબી આલ્કાઈલ સાંકળો ધરાવતા, એન્ટિમાઇક્રોબાયલ્સ અને જંતુનાશકો તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ઉદાહરણોમાં બેન્ઝાલ્કોનિયમ ક્લોરાઇડ, બેન્ઝેથોનિયમ ક્લોરાઇડ, મિથાઈલબેન્ઝેથોનિયમ ક્લોરાઇડ, સેટેલ્કોનિયમ ક્લોરાઇડ, સેટીલપાયરીડિનિયમ ક્લોરાઇડ, સેટ્રિમોનિયમ, સેટ્રિમાઇડ, ડોફેનિયમ ક્લોરાઇડ, ટેટ્રાઇથિલમોનિયમ બ્રોમાઇડ, ડાઇડેસિલ્ડાઇમિથાઇલમોનિયમ ક્લોરાઇડ અને ડોમીફેન બ્રોમાઇડ છે. ફૂગ, અમીબા અને ઢંકાયેલા વાયરસ (જેમ કે SARS-CoV-2) સામે પણ સારા, મોટાભાગના ચતુર્થાંશ એમોનિયમ સંયોજનો કોષ પટલ અથવા વાયરલ પરબિડીયુંને વિક્ષેપિત કરીને કાર્ય કરે છે. (કેટલાક ક્યુએસી, જેમ કે ડેક્વેલિનિયમ અને સમાન બિસ-ક્યુએસી, ક્રિયાની એક અલગ રીતનો પુરાવો દર્શાવે છે.) ક્વાટર્નરી એમોનિયમ સંયોજનો એન્ડોસ્પોર્સ અને બિન-આવરણવાળા વાયરસ સિવાય વિવિધ પ્રકારના સજીવો માટે ઘાતક છે, બંને પાસે હુમલો કરવા માટે કોઈ સુલભ પટલ કોટ નથી. એન્ડોસ્પોરની સમસ્યાને રસાયણો ઉમેરીને હલ કરવી શક્ય છે જે તેમને અંકુરિત થવા માટે દબાણ કરે છે. બાયોફિલ્મ્સમાં ગ્રામ-નેગેટિવ બેક્ટેરિયા, માયકોબેક્ટેરિયા અને બેક્ટેરિયા સામે તેમની અસરકારકતામાં ઘટાડો થયો છે કારણ કે તેમાં વધારાના સ્તરો છે જેને ભેદવાની અથવા વિક્ષેપિત કરવાની જરૂર છે. એમ. આર. એસ. એ. જેવા કેટલાક બેક્ટેરિયાએ પ્રતિકાર જનીનો, ક્યુ. એ. સી. એ./બી. અને ક્યુ. એ. સી. સી./ડી. પ્રાપ્ત કર્યા છે, જે કોષમાંથી કેટાયનને બહાર કાઢે છે. તબક્કા સ્થાનાંતરણ ઉત્પ્રેરક કાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્રમાં, ચતુર્થાંશ એમોનિયમ ક્ષારને તબક્કા સ્થાનાંતરણ ઉત્પ્રેરક (પી. ટી. સી.) તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે. આવા ઉત્પ્રેરક અદ્રાવ્ય દ્રાવકોમાં ઓગળેલા રીએજન્ટ્સ વચ્ચેની પ્રતિક્રિયાઓને વેગ આપે છે. અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ રીએજન્ટ ડાયક્લોરોકાર્બીન પી. ટી. સી. દ્વારા ક્લોરોફોર્મ અને જલીય સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડની પ્રતિક્રિયા દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. ફેબ્રિક સોફ્ટનર્સ અને હેર કંડિશનર્સ 1950ના દાયકામાં, ડિસ્ટિયરિલડિમિથાઇલમોનિયમ ક્લોરાઇડ (DHTDMAC) ને ફેબ્રિક સોફ્ટનર તરીકે રજૂ કરવામાં આવ્યું હતું. આ સંયોજન બંધ કરવામાં આવ્યું હતું કારણ કે કેટાયન ખૂબ ધીમે ધીમે બાયોડિગ્રેડ થાય છે. સમકાલીન ફેબ્રિક સોફ્ટનર્સ ચતુર્થાંશ એમોનિયમ કેટાયનના ક્ષાર પર આધારિત હોય છે જ્યાં ફેટી એસિડ એસ્ટર લિંકેજ દ્વારા ચતુર્થાંશ કેન્દ્ર સાથે જોડાયેલું હોય છે; આને સામાન્ય રીતે બીટેન-એસ્ટર અથવા એસ્ટર-ક્વોટ્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે અને તે અધોગતિ માટે સંવેદનશીલ હોય છે, દા. ત., હાઇડ્રોલિસિસ દ્વારા. લાક્ષણિક રીતે, કેટાયનમાં ઇથોક્સિલેટેડ એમોનિયમ મીઠું સાથે જોડાયેલા ફેટી એસિડ્સમાંથી મેળવેલી એક કે બે લાંબી આલ્કાઈલ સાંકળો હોય છે. અન્ય કેશનિક સંયોજનો ઇમિડાઝોલિયમ, ગુઆનિડિનિયમ, અવેજી એમાઇન ક્ષાર અથવા ચતુર્થાંશ એલ્કોક્સી એમોનિયમ ક્ષારમાંથી મેળવી શકાય છે. એન્ટિસ્ટેટિક ગુણો કે જે ચતુર્થાંશ એમોનિયમ ક્ષારને ફેબ્રિક સોફ્ટનર્સ તરીકે ઉપયોગી બનાવે છે તે તેમને વાળના કંડિશનર અને શેમ્પૂમાં પણ ઉપયોગી બનાવે છે. આ વિચારની પહેલ હેન્કેલ દ્વારા 1984ની પેટન્ટ સાથે કરવામાં આવી હતી. ઉદાહરણોમાં સેટ્રિમોનિયમ ક્લોરાઇડ અને બેહેન્ટ્રીમોનિયમ ક્લોરાઇડનો સમાવેશ થાય છે. છોડની વૃદ્ધિ અટકાવનાર સાયકોસેલ (ક્લોર્મેક્વેટ ક્લોરાઇડ) કોષના વિસ્તરણ માટે જવાબદાર પ્રાથમિક છોડના હોર્મોન્સ ગિબ્બેરેલિનના ઉત્પાદનને અટકાવીને છોડની ઊંચાઈ ઘટાડે છે. તેથી, તેમની અસરો મુખ્યત્વે દાંડી, પાંદડાં અને ફૂલના દાંડીના પેશીઓ પર હોય છે. પાંદડાના વિસ્તરણમાં ઘટાડાની ઓછી અસરો જોવા મળે છે, જેના પરિણામે ઘાટા લીલા રંગના જાડા પાંદડા જોવા મળે છે. કુદરતી ઘટના પ્રકૃતિમાં કેટલાક ચતુર્થાંશ એમોનિયમ વ્યુત્પન્ન અસ્તિત્વ ધરાવે છે. અગ્રણી ઉદાહરણોમાં ગ્લાયસીન બીટેન, કોલીન, કાર્નિટાઇનનો સમાવેશ થાય છે. બ્યુટ્રોબેટાઇન, હોમરિન અને ટ્રિગોનેલિન. ગ્લાયસીન બીટેન, એક ઓસ્મોલાઇટ, કોષોમાં ઓસ્મોટિક દબાણને સ્થિર કરે છે. કોલીન એ ન્યુરોટ્રાન્સમીટર એસિટિલકોલાઇનનું અગ્રદૂત છે. કોલીન એ લેસિથિનનું એક ઘટક પણ છે, જે ઘણા છોડ અને પ્રાણીઓના અવયવોમાં હાજર હોય છે. તે ફોસ્ફોલિપિડ્સમાં જોવા મળે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જૈવિક પટલનો મુખ્ય ઘટક ફોસ્ફેટિડિલકોલાઇન પ્રાણી અને છોડની પેશીઓમાં ચરબીયુક્ત પદાર્થોના લેસિથિન જૂથના સભ્ય છે. કાર્નિટાઇન ફેટી એસિડ્સના બીટા-ઓક્સિડેશનમાં ભાગ લે છે. આરોગ્ય અસરો ક્વાટર્નરી એમોનિયમ સંયોજનો આરોગ્ય અસરોની શ્રેણી પ્રદર્શિત કરી શકે છે, જેમાં હળવી ત્વચા અને શ્વસન બળતરા, ત્વચા અને જઠરાંત્રિય દિવાલ પર ગંભીર કોસ્ટિક બર્ન્સ (એકાગ્રતાને આધારે), જઠરાંત્રિય લક્ષણો (દા. ત., ઉબકા અને ઉલટી), કોમા, આંચકી, હાયપોટેન્શન અને મૃત્યુ સામેલ છે. તેઓ એનાફિલેક્ટિક પ્રતિક્રિયાઓ માટે જવાબદાર રાસાયણિક જૂથ હોવાનું માનવામાં આવે છે જે શસ્ત્રક્રિયામાં સામાન્ય એનેસ્થેસિયા દરમિયાન ચેતાસ્નાયુ અવરોધિત કરતી દવાઓના ઉપયોગ સાથે થાય છે. ક્વાટર્નિયમ-15 એ હાથની એલર્જીક સંપર્ક ત્વચાકોપનું સૌથી વધુ જોવા મળતું કારણ છે (959 કિસ્સાઓમાં 16.5%). પ્રયોગશાળાના પ્રાણીઓમાં સંભવિત પ્રજનન અસરો ક્વાટર્નરી એમોનિયમ-આધારિત જંતુનાશકો (વીરેક્સ અને ક્વાટ્રિસાઇડ) ને પાંજરામાં રહેલા પ્રયોગશાળાના ઉંદરમાં જન્મજાત ખામીઓ અને પ્રજનનક્ષમતાની સમસ્યાઓમાં કૂદકો મારવાના સૌથી સંભવિત કારણ તરીકે કામચલાઉ રીતે ઓળખવામાં આવ્યા હતા. જંતુનાશકોમાં ક્વાટ ઘટકોમાં આલ્કાઈલ ડાઇમિથાઇલ બેન્ઝાઇલ એમોનિયમ ક્લોરાઇડ (એડીબીએસી) અને ડાઇડેસિલ ડાઇમિથાઇલ એમોનિયમ ક્લોરાઇડ (ડીડીએસી) નો સમાવેશ થાય છે. નર્સોમાં કામચલાઉ રીતે સમાન કડીની ઓળખ કરવામાં આવી હતી. આ અભ્યાસો યુ. એસ. એન્વાયર્નમેન્ટલ પ્રોટેક્શન એજન્સી (યુ. એસ. ઇ. પી. એ.) અને ઇ. યુ. કમિશન દ્વારા સમીક્ષા કરાયેલ અગાઉના ટોક્સિકોલોજી ડેટાને વિરોધાભાસી છે. ક્વોટરનેરી એમોનિયમ સંયોજનોની માત્રાત્મકતા પડકારજનક હોઈ શકે છે. કેટલીક પદ્ધતિઓમાં ટેટ્રાફિનાઇલબોરેટ સાથે ઘન ક્ષારનો વરસાદ સામેલ છે. બીજી પદ્ધતિ, ઇપ્ટોન ટાઇટ્રેશન, એનાયોનિક રંગની હાજરીમાં જળ-ક્લોરોફોર્મ વચ્ચે વિભાજનનો સમાવેશ કરે છે. ઇ. એસ. આઇ.-એમ. એસ. અને એન. એમ. આર. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી દ્વારા વ્યક્તિગત કેટાયન શોધી શકાય છે. આ પણ જુઓ એમોનિયમ બેન્ઝીલ્ટ્રીમિથાઇલમોનિયમ ફ્લોરાઇડ ઈમિનિયમ સંદર્ભો વધુ વાંચન બાહ્ય કડીઓ જંતુનાશકો ખાદ્ય સલામતી