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クロロ酢酸の一番主な用途は増粘剤のカルボキシメチルセルロースとカルボキシメチルスターチの製造となっています。
炭素・塩素原子間の結合の強さが様々な化学工程で活用されるクロロ酢酸は、製薬、農薬、染料、殺虫剤の製造にも用いられます。除草剤グリホサートの前駆物質であり、除草剤のMCPA（2-メチル-4-クロロフェノキシ酢酸）やジメトエートは、クロロ酢酸を用いた電解工程で生産されます。また、クロロアセチルクロリドに化学変化させることで、アドレナリン（エピネフリン）の前駆体にもなります。クロロ酢酸内の塩素を硫黄で置き換えると、PVCの安定剤やコスメ製品にも使用されるチオグリコール酸になります。
クロロ酢酸を用いてサリチルアルデヒドをO-アルキル化し、結果として生じるエーテルの脱炭酸化により、ベンゾフランを生成するという例に示されるように、モノクロロ酢酸は有機化学工業において非常に応用の効く薬品となっています。
グラファイトがその防腐食性や幅広い濃度や温度の溶媒への耐性のため、モノクロロ酢酸の製造工程でよく用いられていることは周知の事実です。
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