Ιωδοφθορομεθάνιο

Το ιωδοφθορομεθάνιο (FIM, FluoroIodoMethane) ή φθορομεθυλοιωδίδιο, συμβολίζεται επίσης συχνά συντομογραφικά και ως Halon-11001. και είναι μια υγρή οργανική ένωση της ομόλογης σειράς των διαλογονοαλκανίων. Θεωρητικά προκύπτει από το μεθάνιο, αν αντικατασταθούν δύο (2) άτομα υδρογόνου από ένα (1) άτομο φθορίου και ένα (1) ιωδίου. Έτσι προκύπτει ο χημικός του τύπος: CH₂FI στη θέση αυτού του μεθανίου (CH₄).

Ιωδοφθορομεθάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Ιωδοφθορομεθάνιο
Άλλες ονομασίες	Φθορομεθυλιωδίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	CH2FI
Μοριακή μάζα	159,93 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH2FI
Συντομογραφίες	FIM Halon-11001
Αριθμός CAS	373-53-5
SMILES	ICF
InChI	1S/CH2IF/c2-1-3/h1H2
ChemSpider ID	10329326
Δομή
Γωνία δεσμού	109° 28'
Μοριακή γεωμετρία	τετραεδρική
Ισομέρεια
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο βρασμού	53,4 °C
Εμφάνιση	Υγρό
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Ονοματολογία

Η ονομασία «ιωδοφθορομεθάνιο» 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. Τα αρχικά προθέματα «φθορο-» και «ιωδο-» δηλώνουν την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου και ενός (1) ατόμου ιωδίου ανά μόριο της ένωσης. Το «ιωδο-» μπαίνει πρώτο (στα ελληνικά), γιατί τα προθέματα μπαίνουν κατ' αλφαβητική σειρά, στη γλώσσα που γράφεται το όνομα και φυσικά ι < φ.

Μοριακή δομή

Η μοριακή δομή του είναι τετραεδρική, με το άτομο του άνθρακα στο κέντρο κσι τα υπόλοιπα στις κορυφές.

Δεσμοί
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-I	σ	2sp3-5sp3	213,2 pm	5‰ C+ I-
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
F	-0,43
Ι	-0,005
H	+0,03
C	+0,375

Παραγωγή

Με μερική υποκατάσταση ιωδίου από φθόριο

Νε επίδραση Hg₂F₂ σε διωδομεθάνιο:

$\mathrm {2CH_{2}I_{2}+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}2CH_{2}FI+Hg_{2}I_{2}\downarrow }$

Με μερική υποκατάσταση φθορίου από ιώδιο

Νε επίδραση KI σε διφθορομεθάνιο:

$\mathrm {CH_{2}F_{2}+KI{\xrightarrow {}}CH_{2}FI+KF}$

Με αποικοδόμηση τύπου Hunsdiecker

Με επίδραση ιωδίου σε φθοραιθανικό άργυρο παράγεται ιωδοφθορομεθάνιο - Αντίδραση Hunsdiecker:

$\mathrm {FCH_{2}COOAg+I_{2}{\xrightarrow {}}CH_{2}FI+AgI\downarrow +CO_{2}\uparrow }$

Χημικές ιδιότητες

Αντιδράσεις υποκατάστασης

• Οι αντιδράσεις υποκατάστασης του φθορίου είναι πολύ πιο αργές σε σύγκριση με τα αντίστοιχα αλογονίδια των άλλων αλογόνων. Το ιώδιο είναι αντίθετα το πιο γρήγορο. Αυτό επιτρέπει πιο εύκολη και πιο ποσοτική την παραγωγή των μονοπαραγώγων.

Υποκατάσταση από υδροξύλιο

Υδρόλυση προς φθορομεθανόλη που μετατρέπεται τελικά σε μεθανάλη:

$\mathrm {CH_{2}FI+NaOH{\xrightarrow {-NaI}}FCH_{2}OH{\xrightarrow {-HF}}HCHO}$

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

Με RONa αρχικά προς αλκοξυφθορομεθάνιο και στη συνέχεια, με περίσσεια RONa, προς διαλκοξυμεθάνιο:

$\mathrm {CH_{2}FI+RONa{\xrightarrow {-NaI}}FCH_{2}OR{\xrightarrow {+RONa}}ROCH_{2}OR+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με RC≡CNa αρχικά προς 1-φθοροαλκίνιο-2 και στη συνέχεια, με περίσσεια RC≡CNa, προς 1,5-διαλκυλοπενταδιίνιο:

$\mathrm {CH_{2}FI+RC\equiv CNa{\xrightarrow {NaI}}RC\equiv CCH_{2}F{\xrightarrow {+RC\equiv CNa}}RC\equiv CCH_{2}C\equiv CR+NaF}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

Με RCOONa αρχικά προς αλκανικό φθορομεθυλεστέρα και στη συνέχεια, με περίσσεια RCOONa, προς διαλκανικό μεθυλοδιεστέρα:

$\mathrm {CH_{2}FI+RCOONa{\xrightarrow {-NaI}}RCOOCH_{2}F{\xrightarrow {+RCOONa}}RCOOCH_{2}OOCR+NaF}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

Με NaCN αρχικά προς φθοροαιθανονιτρίλιο και στη συνέχεια, με περίσσεια NaCN, προς προπανοδινιτρίλιο:

$\mathrm {CH_{2}FI+NaCN{\xrightarrow {-NaI}}FCH_{2}CN{\xrightarrow {+NaCN}}NCCH_{2}CN+NaF}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

Με RNa αρχικά προς (φθορομεθυλ)αλκάνιο, και στη συνέχεια, με περίσσεια RNa, προς διαλκυλομεθάνιο:

$\mathrm {CH_{2}FI+RNa{\xrightarrow {-NaI}}RCH_{2}F{\xrightarrow {+RNa}}RCH_{2}R+NaF}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με NaSH αρχικά προς φθορομεθανοθειόλη και τελικα προς μεθανοθειάλη:

$\mathrm {CH_{2}FI+NaSH{\xrightarrow {-NaI}}FCH_{2}SH{\xrightarrow {-HF}}HCHS}$

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

Με αρχικά RSNa προς (αλκυλοθειο)φθορομεθάνιο και στη συνέχεια, με περίσσεια RSNa, προς δι(αλκυλοθειο)μεθάνιο:

$\mathrm {CH_{2}FI+RSNa{\xrightarrow {-NaI}}RSCH_{2}F{\xrightarrow {+RSNa}}RSCH_{2}SR+NaF}$

Υποκατάσταση από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε φθοροχλωρομεθάνιο (CH₂FI) παράγεται διφθορομεθάνιο:

$\mathrm {2CH_{2}FI+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}2CH_{2}F_{2}+Hg_{2}I_{2}\downarrow }$

Υποκατάσταση από ιώδιο

Με αρχικά KI προς φθοριωδομεθάνιο και στη συνέχεια, με περίσσεια KI, προς διιωδομεθάνιο:

$\mathrm {CH_{2}FI+KI{\xrightarrow {-KI}}CH_{2}FI{\xrightarrow {+KI}}CH_{2}I_{2}+2NaF}$

Υποκατάσταση από αμινομάδα

Με αμμωνία (NH₃) αρχικά προς φθορομεθαναμίνη και στη συνέχεια, με περίσσεια αμμωνίας, προς μεθανοδιαμίνη:

$\mathrm {CH_{2}FI+NH_{3}{\xrightarrow {-HI}}FCH_{2}NH_{2}{\xrightarrow {+NH_{3}}}CH_{2}(NH_{2})_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

Με πρωτοταγείς αμίνες (RNH₂) αρχικά προς N-αλκυλοφθορομεθαναμίνη και στη συνέχεια, με περίσσεια αμίνης, προς 1N,2N-διαλκυλομεθανοδιαμίνη:

$\mathrm {CH_{2}FI+RNH_{2}{\xrightarrow {-HI}}FCH_{2}NHR{\xrightarrow {+RNH_{2}}}RNHCH_{2}NHR+HF}$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με δευτεροταγείς αμίνες (RNHR, όπου R μονοσθενείς οργανικές ρίζες, όχι υποχρεωτικά ίδιες) αρχικά προς N,N-διαλκυλοφθορομεθαναμίνη και στη συνέχεια, με περίσσεια αμίνης, προς 1N,1N,2N,2Ν-τετραλκυλομεθανοδιαμίνη:

$\mathrm {CH_{2}FI+RNHR{\xrightarrow {-HI}}FCH_{2}NR_{2}{\xrightarrow {+RNHR}}R_{2}NCH_{2}NR_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

Με τριτοταγείς αμίνες (R₃N, όπου R μονοσθενείς οργανικές ρίζες, όχι υποχρεωτικά ίδιες) αρχικά προς ιωδιούχο N,N,N-διαλκυλο(φθορομεθυλ)αμμώνιο και στη συνέχεια, με περίσσεια αμίνης, προς ιωδοφθοριούχο 1N,1N,1N,2N,2Ν,2N-εξαλκυλομεθυλενοσιαμμώνιο:

$\mathrm {CH_{2}FI+R_{3}N{\xrightarrow {}}[FCH_{2}N^{+}R_{3}]I^{-}{\xrightarrow {+R_{3}N}}[R_{3}N^{+}CH_{2}N^{+}R_{3}](F^{-})I^{-}}$

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

Με φωσφίνη (PH₃) αρχικά προς φθορομεθανοφωσφαμίνη και στη συνέχεια, με περίσσεια φωσφίνης, προς μεθανοδιφωσφαμίνη:

$\mathrm {CH_{2}FI+PH_{3}{\xrightarrow {-HI}}FCH_{2}PH_{2}{\xrightarrow {+PH_{3}}}CH_{2}(PH_{2})_{2}+HF}$

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

Με NaNO₂ αρχικά προς φθορονιτρομεθάνιο, και στη συνέχεια, με περίσσεια νιτρώδους νατρίου, προς δινιτρομεθάνιο:

$\mathrm {CH_{2}FI+NaNO_{2}{\xrightarrow {-NaI}}FCH_{2}NO_{2}{\xrightarrow {NaNO_{2}}}CH_{2}(NO_{2})_{2}+NaF}$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται αρχικά (φθορομεθυλο)βενζόλιο, και στη συνέχεια, με περίσσεια βενζολίου, προς διφαινυλομεθάνιο:

$\mathrm {PhH+CH_{2}FI{\xrightarrow[{-HI}]{AlCl_{3}}}PhCH_{2}F{\xrightarrow[{+PhH}]{AlCl_{3}}}PhCH_{2}Ph}$

Αναγωγή

1. Με LiAlH₄, παράγεται μεθάνιο:

$\mathrm {2CH_{2}FI+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}2CH_{4}+LiF+AlFI_{2}}$

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ, παράγεται αρχικά φθορομεθάνιο, και στη συνέχεια μεθάνιο:

$\mathrm {CH_{2}FI+Zn+HCl{\xrightarrow {-ZnClI}}CH_{3}F{\xrightarrow {+Zn+HCl}}CH_{4}+ZnFCl}$

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται μεθάνιο:

$\mathrm {CH_{2}FI+SiH_{4}{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{4}+SiH_{2}FI}$

4. Με υδροϊώδιο (HI) παράγεται φθορομεθάνιο:

$\mathrm {CH_{2}FI+HI{\xrightarrow {}}CH_{3}F+I_{2}}$

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 1-ιωδο-3-φθοροπροπάνιο:

$\mathrm {CH_{2}FI+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}ICH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 3-ιωδο-1-φθορο-προπένιο

$\mathrm {CH_{2}FI+HC\equiv CH{\xrightarrow {}}FCH=CHCH_{2}I}$

3. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 1-ιωδο-4-φθοροβουτάνιο:

$\mathrm {+CH_{2}FI{\xrightarrow {}}ICH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F}$

4. Σε αλκαδιένια. Π.χ. με βουταδιένιο-1,3 παράγει 1-ιωδο-5-φθορο-2-πεντένιο:

$\mathrm {CH_{2}F_{2}+CH_{2}=CHCH=CH_{2}{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH=CHCH_{2}CH_{2}I}$

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει 2-ιωδο-1-φθορομεθοξυαιθάνιο:

$\mathrm {+CH_{2}FI{\xrightarrow {}}ICH_{2}CH_{2}OCH_{2}F}$

Παραγωγή καρβενίων

Παραγωγή και παρεμβολή φθορομεθυλενίου

Με επίδραση πυκνού διαλύματος υδροξείδιου του καλίου αποσπάται υδροιώδιο παράγοντας φθορομεθυλένιο:

$\mathrm {CH_{2}FI+KOH{\xrightarrow {}}[:CHF]+KI+H_{2}O}$

• 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-ιωδαιθάνιο:

$\mathrm {2CH_{2}FI+KOH{\xrightarrow {}}FCH_{2}CHFI+KI+H_{2}O}$

2. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθένιο. Παράγεται μίγμα από 3-φθοροπροπένιο και φθοροκυκλοπροπάνιο:

$\mathrm {CH_{2}=CH_{2}+CH_{2}FI+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {4}{5}}FCH_{2}CH=CH_{2}+KI+H_{2}O+{\frac {1}{5}}}$

3. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθίνιο. Παράγεται μίγμα από 3-φθοροπροπίνιο και 3-φθοροκυκλοπροπένιο:

$\mathrm {HC\equiv CH+CH_{2}FI+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {2}{3}}FCH_{2}C\equiv CH+KI+H_{2}O+{\frac {1}{3}}(FCHCH=CH)}$

4. Παρεμβολή και προσθήκη στο βενζόλιο. Παράγεται μίγμα από (φθορομεθυλο)βενζόλιο και 7-φθοροκυκλοεπτατριένιο:

$\mathrm {PhH+CH_{3}FI+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}PhCH_{2}F+KI+H_{2}O+{\frac {1}{2}}(FCHCH=CHCH=CH=CH)}$

5. Παρεμβολή και προσθήκη στη μεθανάλη. Παράγεται μίγμα από φθοραιθανάλη και εποξυφθοραιθάνιο (φθοροξιράνιο):

$\mathrm {HCHO+CH_{2}FI+KOH{\xrightarrow {}}KI+H_{2}O+{\frac {2}{3}}FCH_{2}CHO+{\frac {1}{3}}}$

Παραγωγή και παρεμβολή μεθυλενίου

• Είναι δυνατή η απόσπαση IF με χρήση ιδιαίτερα ηλεκτροθετικών μετάλλων όπως κάλιο, νάτριο, μαγνήσιο ή και ψευδάργυρος, παράγοντας μεθυλένιο. Τα δισθενή μέταλλα ευνοούν ιδιαίτερα τις κυκλικές προσθήκες. Έτσι έχουμε τα ακόλουθα παραδείγματα, αν και στην πράξη για τις αντιδράσεις αυτές είναι προτειμιτέο το μίγμα ψευδαργύρου - διιωδομεθανίου:

1. Παρεμβολή στον εαυτό του. Παράγεται 1-ιωδο-1-φθοραιθάνιο:

$\mathrm {2CH_{2}FI+Zn{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}FI+ZnFI}$

2. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθένιο. Παράγεται σε μεγάλο ποσοστό κυκλοπροπάνιο:

$\mathrm {CH_{2}=CH_{2}+CH_{2}FI+Zn{\xrightarrow {}}ZnFI+}$

3. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθίνιο. Παράγεται σε μεγάλο ποσοστό κυκλοπροπένιο:

$\mathrm {HC\equiv CH+CH_{2}FI+Zn{\xrightarrow {}}ZnFI+}$

4. Παρεμβολή και προσθήκη στο βενζόλιο. Παράγεται σε μεγάλο ποσοστό κυκλoεπτατριένιο:

$\mathrm {PhH+CH_{2}FI+Zn{\xrightarrow {}}ZnFI+}$

5. Παρεμβολή και προσθήκη στη μεθανάλη. Παράγεται σε μεγάλο ποσοστό εποξυαιθάνιο:

$\mathrm {HCHO+CH_{2}FI+Zn{\xrightarrow {}}ZnFI+}$

Εφαρμογές

Το ισοτοπομερές του CH₂¹⁸FI είναι ένα συνθετικό ενδιάμεσο για φθορομεθυλίωση ραδιοφαρμακευτικών προϊόντων. Επίσης προτάθηκε για την παραγωγή ενός ασφαλούς και υψηλής απόδωσης αφροδιασπαστικού παράγοντα.

Πηγές

• 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