Διχλωροφθορομεθάνιο
Το διχλωροφθορομεθάνιο ή Freon 21 ή R-21 είναι ένα τριαλομεθάνιο και ένας υδροφθοροχλωράνθρακας. Στις κανονικές συνθήκες (T = 25 °C, P = 1 atm) είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο. Σε θερμοκρασίες 5 Κ - 105 Κ βρίσεται σε μία φάση (space group Pbca). Χρησιμοποιήθηκε ως προωθητικό αεροζόλ και ως ψυκτικό υγρό για ηλεκτρικά ψυγεία και κλιματιστικά, αλλά ατό σταμάτησε λόγω της καταστροφής που προκαλούσε στο στρατοσφαιρικό όζον. Το δυναμικό καταστροφής του όζοντος για το διχλωροφθορομεθάνιο είναι 0,05, με αποτέλεσμα το 2004 η παραγωγή και η κατανάλωσή του να πέσει στο 15% σε σχέση με το 1989 και αναμαίνεται να εκμηδενιστεί μέχρι το 2015, τουλάχιστον σύμφωνα με το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ.
| Διχλωροφθορομεθάνιο | |||
|---|---|---|---|
| |||
| Γενικά | |||
| Όνομα IUPAC | Διχλωροφθορομεθάνιο | ||
| Άλλες ονομασίες | Freon 21 | ||
| Χημικά αναγνωριστικά | |||
| Χημικός τύπος | CHFCl2 | ||
| Μοριακή μάζα | 102,92 amu | ||
| Σύντομος συντακτικός τύπος |
CHFCl2 | ||
| Συντομογραφίες | R-21, HCFC-21 | ||
| Αριθμός CAS | 75-43-4 | ||
| SMILES | ClC(F)Cl | ||
| InChI | 1S/CHBrF2/c2-1(3)4/h1H | ||
| Αριθμός EINECS | 200-869-8 | ||
| Αριθμός RTECS | PA8400000 | ||
| Αριθμός UN | 7GAO4CRJ0B | ||
| PubChem CID | 6370 | ||
| ChemSpider ID | 6130 | ||
| Δομή | |||
| Μοριακή γεωμετρία | τετραεδρική | ||
| Ισομέρεια | |||
| Φυσικές ιδιότητες | |||
| Σημείο τήξης | -135 °C | ||
| Σημείο βρασμού | 8,92 °C | ||
| Κρίσιμη θερμοκρασία | 178,5 °C | ||
| Κρίσιμη πίεση | 517 MPa | ||
| Πυκνότητα | 1.405 kg/m3 (9 °C) 1.366 kg/m3 (25 °C) | ||
| Διαλυτότητα στο νερό |
9,42 kg/m3 (30 °C) | ||
| Τάση ατμών | 160 kPa | ||
| Εμφάνιση | Άχρωμο αέριο | ||
| Χημικές ιδιότητες | |||
| Σημείο αυτανάφλεξης | 5220 °C | ||
| Επικινδυνότητα | |||
| |||
| Επικίνδυνο για το περιβάλλον (N) | |||
| Φράσεις κινδύνου | R59 | ||
| Φράσεις ασφαλείας | S59 | ||
| Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa). | |||
Ονοματολογία
ΕπεξεργασίαΗ ονομασία «διχλωροφθορομεθάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «μεθ-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες που έχουν χαρακτηριστικές καταλήξεις. Το αρχικό πρόθεμα «διχλωρο-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) ατόμων χλωρίου ανά μόριο της ένωσης και το ακολοθούμενο «φθορο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Το «διχλωρο-» μπαίνει πρώτο, γιατί τα προθέματα υποκαταστατών ή διακλαδώσεων μπαίνουν κατά αλφαβητική σειρά και δ < φ.
Μοριακή δομή
ΕπεξεργασίαΗ μοριακή δομή του είναι τετραεδρική, με το άτομο του άνθρακα στο κέντρο κσι τα υπόλοιπα στις κορυφές.
| Δεσμοί[1] | ||||
| Δεσμός | τύπος δεσμού | ηλεκτρονική δομή | Μήκος δεσμού | Ιονισμός |
|---|---|---|---|---|
| C-H | σ | 2sp3-1s | 109 pm | 3% C- H+ |
| C-F | σ | 2sp3-2sp3 | 139 pm | 43% C+ F- |
| C-Cl | σ | 2sp3-3sp3 | 176 pm | 9% C+ Cl- |
| Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο | ||||
| F | -0,43 | |||
| Cl | -0,09 | |||
| H | +0,03 | |||
| C | +0,61 | |||
Παραγωγή
ΕπεξεργασίαΜε υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο
ΕπεξεργασίαΜε επίδραση τριφθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε τριχλωρομεθάνιο[2]:
Χημικές ιδιότητες και παράγωγα
Επεξεργασία- Χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη δυο διαφορετικών αλογόνων στο μόριό του. Το χλώριο υποκαθίσταται ή αποσπάται πολύ πιο εύκολα, με αποτέλεσμα να δίνει εύκολα φθοροπαράγωγα.
Αντιδράσεις υποκατάστασης
ΕπεξεργασίαΥποκατάσταση από υδροξύλιο
ΕπεξεργασίαΥδρολύεται με υδροξείδιο του νατρίου προς φθοροχλωρομεθανόλη που μετατρέπεται τελικά σε μονοξείδιο του άνθρακα και υδροφθόριο[3]:
Υποκατάσταση από αλκοξύλιο
ΕπεξεργασίαΜε RONa αρχικά προς αλκοξυφθοροχλωρομεθάνιο και στη συνέχεια, με περίσσεια RONa, προς διαλκοξυφθορομεθάνιο και τελικά τριαλκοξυμεθάνιο[3]:
![{\displaystyle \mathrm {CHFCl_{2}+RONa{\xrightarrow {-NaCl}}FClCHOR{\xrightarrow[{-NaCl}]{+RONa}}ROCHFOR{\xrightarrow {+RONa}}(RO)_{3}CH+NaF} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1aef4c1b2c2a8a67037272345df551c9fecc835e)
Υποκατάσταση από αλκινύλιο
ΕπεξεργασίαΜε RC≡CNa αρχικά προς 1-φθορο-1-χλωραλκίνιο-2, στη συνέχεια, με περίσσεια RC≡CNa, προς 1,5-διαλκυλο-3-φθοροπενταδιίνιο και τελικά προς 3-αλκινυλο-1,5-διαλκυλοπενταδιίνιο[3]:
![{\displaystyle \mathrm {CHFCl_{2}+RC\equiv CNa{\xrightarrow {-NaCl}}RC\equiv CCHFCl{\xrightarrow[{-NaCl}]{+RC\equiv CNa}}RC\equiv CCHFC\equiv CR{\xrightarrow {+RC\equiv CNa}}(RC\equiv C)_{3}CH+NaF} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/35fb243f33742f03c2df5d60f3ddca7daba5c6ca)
Υποκατάσταση από ακύλιο
ΕπεξεργασίαΜε RCOONa αρχικά προς αλκανικό φθοροχλωρομεθυλεστέρα, στη συνέχεια, με περίσσεια RCOONa, προς διαλκανικό φθορομεθυλοδιεστέρα και τελικά προς τριαλκανικό μεθυλοτριεστέρα[3]:
![{\displaystyle \mathrm {CHFCl_{2}+RCOONa{\xrightarrow {-NaCl}}RCOOCHFCl{\xrightarrow[{-NaCl}]{+RCOONa}}RCOOCHFOOCR{\xrightarrow {+RCOONa}}(RCOO)_{3}CH+NaF} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a8ac572601e6a08ece605683edbc0857640e0305)
Υποκατάσταση από κυάνιο
ΕπεξεργασίαΜε NaCN αρχικά προς φθοροχλωραιθανονιτρίλιο, στη συνέχεια, με περίσσεια NaCN, προς φθοροπροπανοδινιτρίλιο και τελικά κυανοπροπανοδινιτρίλιο[3]:
![{\displaystyle \mathrm {CHFCl_{2}+NaCN{\xrightarrow {-NaCl}}FClCHCN{\xrightarrow[{-NaCl}]{+NaCN}}NCCHFCN{\xrightarrow {+NaCN}}CH(CN)_{3}+NaF} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8cc333991306f3a97b8d8de933cbc5720fdc1518)
Υποκατάσταση από αλκύλιο
ΕπεξεργασίαΜε RNa αρχικά προς (φθοροχλωρομεθυλ)αλκάνιο, στη συνέχεια, με περίσσεια RNa, προς διαλκυλοφθορομεθάνιο και τελικά προς τριαλκυλομεθάνιο[3]:
![{\displaystyle \mathrm {CHFCl_{2}+RNa{\xrightarrow {-NaCl}}RCHFCl{\xrightarrow[{-NaCl}]{+RNa}}RCHFR{\xrightarrow {+RNa}}R_{3}CH} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5a16ce60bd68166a5386406e7e5131584ead47d3)
Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο
ΕπεξεργασίαΜε αρχικά RSNa προς (αλκυλοθειο)φθοροχλωρομεθάνιο, στη συνέχεια, με περίσσεια RSNa, προς δι(αλκυλοθειο)φθορομεθάνιο και τελικά προς τρι(αλκυλοθειο)μεθάνιο[3]:
![{\displaystyle \mathrm {CHFCl_{2}+RSNa{\xrightarrow {-NaCl}}RSCHFCl{\xrightarrow[{-NaCl}]{+RSNa}}RSCH_{2}SR{\xrightarrow {+RSNa}}(RS)_{3}CHJ+NaF} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b3f5a0405b0e6cab55f85e7144915b7f14334be1)
Υποκατάσταση από ιώδιο
ΕπεξεργασίαΜε αρχικά KI προς ιωδοφθοροχλωρομεθάνιο, στη συνέχεια, με περίσσεια KI, προς διιωδοφθορομεθάνιο και τελικά προς τριιωδομεθάνιο[3]:
![{\displaystyle \mathrm {CHFCl_{2}+KI{\xrightarrow {-KCl}}CHFClI{\xrightarrow[{-KCl}]{+KI}}CHFI_{2}{\xrightarrow {+KI}}CHI_{3}+KF} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1b541d77fc2c40ff9e01695e09d728d4dd3794d7)
Υποκατάσταση από αμινομάδα
ΕπεξεργασίαΜε αμμωνία (NH3) αρχικά προς φθοροχλωρομεθαναμίνη, στη συνέχεια, με περίσσεια αμμωνίας, προς φθορομεθανοδιαμίνη και τελικά μεθανοτριαμίνη[3]:
![{\displaystyle \mathrm {CHFCl_{2}+NH_{3}{\xrightarrow {-HCl}}FClCHNH_{2}{\xrightarrow[{-HCl}]{+NH_{3}}}FCH(NH_{2})_{2}{\xrightarrow {+NH_{3}}}CH(NH_{2})_{3}+HF} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/502c3e0f33e264da7166d424bfb0f23573686a7b)
Υποκατάσταση από φωσφύλιο
ΕπεξεργασίαΜε φωσφίνη (PH3) αρχικά προς φθοροχλωρομεθανοφωσφαμίνη, στη συνέχεια, με περίσσεια φωσφίνης, προς φθορομεθανοδιφωσφαμίνη και τελικά προς μεθανοτριφωσφαμίνη[4]:
![{\displaystyle \mathrm {CHFCl_{2}+PH_{3}{\xrightarrow {-HCl}}FClCHPH_{2}{\xrightarrow[{-HCl}]{+PH_{3}}}FCH(PH_{2})_{2}{\xrightarrow {+PH_{3}}}CH(PH_{2})_{3}+HF} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/55de89d4443d656823ccb4dd2737c5c4b3939c60)
Υποκατάσταση από νιτροομάδα
ΕπεξεργασίαΜε NaNO2 αρχικά προς νιτροφθοροχλωρομεθάνιο, στη συνέχεια, με περίσσεια νιτρώδους νατρίου, προς δινιτροφθορομεθάνιο, και τελικά προς τρινιτρομεθάνιο[5]:
![{\displaystyle \mathrm {CHFCl_{2}+NaNO_{2}{\xrightarrow {-NaCl}}FClCHNO_{2}{\xrightarrow[{-NaCl}]{NaNO_{2}}}CH_{2}(NO_{2})_{2}{\xrightarrow {NaNO_{2}}}CH(NO_{2})_{3}+NaF} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1acafe477575ef4957400378e8841e844b666dbe)
Υποκατάσταση από φαινύλιο
ΕπεξεργασίαΜε επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται αρχικά (φθοροχλωρομεθυλο)βενζόλιο, στη συνέχεια, με περίσσεια βενζολίου, προς διφαινυλοφθορομεθάνιο και τελικά προς τριφαινυλομεθάνιο:
![{\displaystyle \mathrm {PhH+CHFCl_{2}{\xrightarrow[{-HCl}]{AlCl_{3}}}PhCHF_{2}{\xrightarrow[{+PhH-HCl}]{AlCl_{3}}}PhCHFPh{\xrightarrow[{+PhH}]{AlF_{3}}}Ph_{3}CH} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a08dddcf6c0e194eb30723a144e73a8192cf13a3)
Αναγωγή
Επεξεργασία1. Με LiAlH4, παράγεται μεθάνιο[6]:
2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ, παράγεται αρχικά φθοροχλωρομεθάνιο, στη συνέχεια φθορομεθάνιο και τελικά μεθάνιο[7]:
![{\displaystyle \mathrm {CHFCl_{2}+Zn+HCl{\xrightarrow {-ZnCl_{2}}}CH_{2}FCl{\xrightarrow[{-ZnCl_{2}}]{+Zn+HCl}}CH_{3}F{\xrightarrow {+Zn+HCl}}CH_{4}+ZnFCl} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fb4feeb52d5e5d05ca80aadfcd5f8a203fbb630c)
3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται μεθάνιο[8]:
Αντιδράσεις προσθήκης
Επεξεργασία1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH2=CH2) παράγει 1,3-διχλωρο-1-φθοροπροπάνιο:
2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1,3-διχλωρο-3-φθοροπροπένιο
3. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 1,4-διχλωρο-1-φθοροβουτάνιο:
4. Σε αλκαδιένια. Π.χ. με βουταδιένιο-1,3 παράγει 1,5-διχλωρο-5-φθοροπεντένιο-2.
5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει φθοροχλωρο(2-χλωραιθοξυ)μεθάνιο[9]:
Παραγωγή καρβενίων και παραγώγων
ΕπεξεργασίαΠυρόλυση
Επεξεργασία- Με πυρόλυση αποσπάται υδροχλώριο παράγοντας φθοροχλωρομεθυλένιο που διμερίζεται παράγοντας 1,2-διφθορο-1,2-διχλωραιθένιο[10]:
Παραγωγή και παρεμβολή φθοροχλωρομεθυλενίου
ΕπεξεργασίαΜε επίδραση πυκνού διαλύματος υδροξείδιου του καλίου αποσπάται υδροχλώριο παράγοντας διφθορομεθυλένιο[11]:
![{\displaystyle \mathrm {CHFCl_{2}+KOH{\xrightarrow {}}[:CFCl]+KCl+H_{2}O} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/74bd7ab20c04f34308f2aa673a2511d5ca9c5031)
- Το ασταθές φθορομεθυλένιο στη συνέχεια συμπεριφέρεται σα δίριζα και παρεμβάλλεται σε δεσμούς C-Η ή προσθέτεται σε πολλαπλούς δεσμούς, σχηματίζοντας τριμελή δακτύλιο. Παραδείγματα:
1. Παρεμβολή στον εαυτό του. Παράγεται 1,2-διφθορο-1,1,3-τριχλωραιθάνιο:
2. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθένιο. Παράγεται μίγμα από 3-φθορο-3-χλωροπροπένιο και 1-φθορο-1-χλωροκυκλοπροπάνιο:
3. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθίνιο. Παράγεται μίγμα από 3-φθορο-3-χλωροπροπίνιο και 3-φθορο-3-χλωροκυκλοπροπένιο:
4. Παρεμβολή και προσθήκη στο βενζόλιο. Παράγεται μίγμα από (φθοροχλωρομεθυλο)βενζόλιο και 7-φθορο-7-χλωροκυκλοεπτατριένιο:
5. Παρεμβολή και προσθήκη στη μεθανάλη. Παράγεται μίγμα από φθοροχλωραιθανάλη και 2-φθορο-2-χλωρεποξυαιθάνιο (2-φθορο-3-χλωροξιράνιο):
Παραγωγή και παρεμβολή φθορομεθυλενίου
Επεξεργασία- Είναι δυνατή η απόσπαση Cl2 με χρήση ιδιαίτερα ηλεκτροθετικών μετάλλων όπως κάλιο, νάτριο, μαγνήσιο ή και ψευδάργυρος, παράγοντας φθορομεθυλένιο. Τα δισθενή μέταλλα ευνοούν ιδιαίτερα τις κυκλικές προσθήκες. Έτσι έχουμε τα ακόλουθα παραδείγματα:
1. Παρεμβολή στον εαυτό του. Παράγεται 1,2-διφθορο-1,1-διχλωραιθάνιο:
2. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθένιο. Παράγεται σε μεγάλο ποσοστό φθοροκυκλοπροπάνιο:
3. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθίνιο. Παράγεται σε μεγάλο ποσοστό 3-φθοροκυκλοπροπένιο:
4. Παρεμβολή και προσθήκη στο βενζόλιο. Παράγεται σε μεγάλο ποσοστό 7-φθοροκυκλoεπτατριένιο:
5. Παρεμβολή και προσθήκη στη μεθανάλη. Παράγεται σε μεγάλο ποσοστό εποξυφθοραιθάνιο:
Σημειώσεις και αναφορές
Επεξεργασία- ↑ Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
- ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2.8.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 186, §7.3.1.
- ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 267, §11.3.Α1.
- ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244, §10.3.Α.
- ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3α.
- ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3β.
- ↑ Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.
- ↑ Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §2.1., σελ. 16-17, εφαρμογή γενικής αντίδρασης για Nu = Cl.
- ↑ Günter Siegemund, Werner Schwertfeger, Andrew Feiring, Bruce Smart, Fred Behr, Herward Vogel, Blaine McKusick "Fluorine Compounds, Organic" Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
- ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3.
Πηγές
Επεξεργασία- Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
- Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
- SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
- Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982