Φθοροχλωρομεθάνιο

οργανική χημική ένωση
(Ανακατεύθυνση από CH2FCl)

Το φθοροχλωρομεθάνιο[1] (αγγλικά: chlorofluoromethane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο, φθόριο και χλώριο, με μοριακό τύπο CH2FCl, αλλά συμβολίζεται επίσης συχνά συντομογραφικά ως R31 ή HCFC-31. Ανήκει στην ομόλογη σειρά των διαλαλκανίων και ειδικότερα στους φθοροχλωράνθρακες. Το χημικά καθαρό φθοροχλωρομεθάνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι αέριο. Θεωρητικά προκύπτει από το μεθάνιο, αν αντικατασταθούν δύο (2) άτομα υδρογόνου από ένα (1) άτομο φθορίου και ένα (1) άτομο χλωρίου. Η κρυσταλλική δομή του στερεοποιημένου φθοροχλωρομεθανίου είναι μονοκλινής με συμμετρία ομάδας P21 και κρυσταλλογραφικές σταθερές a = 6,7676, b = 4,1477, c = 5,0206 (·10−1 nm), β = 108,205°.[2]

Φθοροχλωρομεθάνιο
Chlorofluoromethane.png
Chlorofluoromethane-3D-vdW.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Φθοροχλωρομεθάνιο
Άλλες ονομασίες Φθορομεθυλοχλωρίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος CH2FCl
Μοριακή μάζα 68,48 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
CH2FCl
Συντομογραφίες CFM, Khladon 31, Freon 31
CFC 31, R 31, HCFC-31
Αριθμός CAS 593-70-4
SMILES ClCF
InChI 1S/CH2ClF/c2-1-3/h1H2
Αριθμός EINECS 209-803-2
Αριθμός UN CUM8OUO53E
PubChem CID 11643
ChemSpider ID 11153
Δομή
Γωνία δεσμού 109° 28'
Μοριακή γεωμετρία τετραεδρική
Ισομέρεια
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης -133 °C
Σημείο βρασμού -9,1 °C
Πυκνότητα 1,271 kg/m3 (υγρό στους 20 °C)
Εμφάνιση Αέριο
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
Καρκινογόνο (Cat 3)
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Στην ατμόσφαιρα, σε ύψος 22 χλμ. υπάρχει σε ίχνη (148 ppt[3][4]).

Χρησιμοποιήθηκε ως ψυκτικό υγρό με δυναμικό καταστροφής όζοντος 0,02.

ΟνοματολογίαΕπεξεργασία

Η ονομασία «φθοροχλωρομεθάνιο» 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 «χλωρο-» δηλώνουν την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου και ενός (1) ατόμου χλωρίου ανά μόριο της ένωσης. Το «φθορο-» μπαίνει πρώτο (στα ελληνικά), γιατί τα προθέματα μπαίνουν κατ' αλφαβητική σειρά, στη γλώσσα που γράφεται το όνομα και φυσικά φ < χ.[5]

Ο κωδικός HCFC-31 παράγεται ως εξής: Το HCFC προέρχεται από την αγγλόφωνη λέξη HydroChloroFluoroCarbon. Το πρώτο ψηφίο (3) σημαίνει ότι η ένωση περιέχει 3 - 1 = 2 άτομα υδρογόνου (ανά μόριο). Τέλος, το τελευταίο ψηφίο (1), σημαίνει ότι η ένωση περιέχει ένα (1) άτομο φθορίου, αλλά εμμέσως και ένα (1) χλωρίου, γιατί ο άνθρακας είναι τετρασθενής και αφού η ένωση περιέχει δύο (2) άτομα υδρογόνου και ένα (1) φθορίου, περισσεύει ένα (1) άτομο που αν και δε διευκρινίζεται, εννοείται ότι είναι χλώριο, εφόσον έχουμε υδροφθοροχλωράνθρακα.

Μοριακή δομήΕπεξεργασία

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

Δεσμοί[6]
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 +0,46

ΠαραγωγήΕπεξεργασία

Με μερική υποκατάσταση χλωρίου από φθόριοΕπεξεργασία

Με επίδραση Hg2F2 σε διχλωρομεθάνιο[7]:

 

Χημικές ιδιότητεςΕπεξεργασία

Αντιδράσεις υποκατάστασηςΕπεξεργασία

  • Δίνει αντιδράσεις υποκατάστασης σχεδόν απλοκλειστικά με το χλώριο που είναι πολύ καλύτερο πυρηνόφιλο. Οι δεσμοί C-F είναι πολύ ισχυροί και διασπούνται μόνο κάτω από πολύ έντονες συνθήκες.

Υποκατάσταση από υδροξύλιοΕπεξεργασία

Υδρόλυση προς την ασταθή φθορομεθανόλη, που τελικά μετατρέπεται σε μεθανάλη[8]:

 

Υποκατάσταση από αλκοξύλιοΕπεξεργασία

Με RONa μετατρέπεται σε αλκοξυφθορομεθάνιο[8]:

 

Υποκατάσταση από αλκινύλιοΕπεξεργασία

Με RC≡CNa μετατρέπεται σε 1-φθοραλκίνιο[8]:

 

Υποκατάσταση από ακύλιοΕπεξεργασία

Με RCOONa μετατρέπεται σε αλκανικό φθορομεθυλεστέρα[8]:

 

Υποκατάσταση από κυάνιοΕπεξεργασία

Με NaCN μετατρέπεται σε φθοροαιθανονιτρίλιο[8]:

 

Υποκατάσταση από αλκύλιοΕπεξεργασία

Με RNa μετατρέπεται σε (φθορομεθυλ)αλκάνιο[8]:

 

Υποκατάσταση από υδροθειομάδαΕπεξεργασία

Με NaSH μετατρέπεται αρχικά στην ασταθή φθορομεθανοθειόλη, που τελικά μετατρέπεται σε μεθανοθειάλη[8]:

 

Υποκατάσταση από θειαλκύλιοΕπεξεργασία

Με RSNa μετατρέπεται σε (αλκυλοθειο)φθορομεθάνιο[8]:

 

Υποκατάσταση από φθόριοΕπεξεργασία

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) μετατρέπεται σε διφθορομεθάνιο[7]:

 

Υποκατάσταση από ιώδιοΕπεξεργασία

Με ιωδιούχο κάλιο (ΚΙ) μετατρέπεται σε φθοριωδομεθάνιο[8]:

 

Υποκατάσταση από αμινομάδαΕπεξεργασία

Με αμμωνία (NH3) μετατρέπεται αρχικά σε ασταθή φθορομεθαναμίνη, που τελικά μετατρέπεται σε μεθανιμίνη[8]:

 

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδαΕπεξεργασία

Με πρωτοταγείς αμίνες (RNH2) μετατρέπεται αρχικά σε ασταθή N-αλκυλοφθορομεθαναμίνη, που τελικά μετατρέπεται σε N-αλκυλομεθανιμίνη[8]:

 

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδαΕπεξεργασία

Με δευτεροταγείς αμίνες (RNHR, όπου R μονοσθενείς οργανικές ρίζες, όχι υποχρεωτικά ίδιες) μετατρέπεται σε N,N-διαλκυλοφθορομεθαναμίνη[8]:

 

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδαΕπεξεργασία

Με τριτοταγείς αμίνες (R3N, όπου R μονοσθενείς οργανικές ρίζες, όχι υποχρεωτικά ίδιες) μετατρέπεται σε χλωριούχο N,N,N-διαλκυλο(φθορομεθυλ)αμμώνιο[8]:

 

Υποκατάσταση από φωσφύλιοΕπεξεργασία

Με φωσφίνη (PH3) μετατρέπεται αρχικά στην ασταθή φθορομεθανοφωσφαμίνη, που τελικά μετατρέπεται σε μεθυλενοφωσφίνη[9]:

 

Υποκατάσταση από νιτροομάδαΕπεξεργασία

Με NaNO2 μετατρέπεται σε φθορονιτρομεθάνιο[10]:

 

Υποκατάσταση από φαινύλιοΕπεξεργασία

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται αρχικά (φθορομεθυλο)βενζόλιο, και στη συνέχεια, με περίσσεια βενζολίου, προς διφαινυλομεθάνιο[11]:

 

ΠεριφθορίωσηΕπεξεργασία

Το φθοροχλωρομεθάνιο αντιδρά με το τριφθοριούχο κοβάλτιο, αντικαθιστώντας όλα τα άτομα υδρογόνου με άτομα φθορίου. Έτσι παράγεται (κυρίως) τριφθοροχλωρομεθάνιο[12]:

 

ΑναγωγήΕπεξεργασία

1. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4), παράγεται μεθάνιο[13]:

 

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ, παράγεται αρχικά φθορομεθάνιο, και στη συνέχεια μεθάνιο[14]:

 

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται μεθάνιο[15]:

 

4. Αναγωγή από ένα κασσιτεράνιο, παράγεται μεθάνιο. Π.χ.[16]:

 

Αντιδράσεις προσθήκηςΕπεξεργασία

1. Σε αλκένια. Για παράδειγμα, με αιθένιο (CH2=CH2) παράγει 1-φθορο-3-χλωροπροπάνιο[17]:

 

2. Σε αλκίνια. Για παράδειγμα, με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1-φθορο-3-χλωροπροπένιο[18]:

 

3. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Για παράδειγμα, με κυκλοπροπάνιο παράγει 1-φθορο-4-χλωροβουτάνιο[19]:

   

4. Σε αλκαδιένια. Για παράδειγμα, με βουταδιένιο-1,3 παράγει 1-φθορο-5-χλωρο-2-πεντένιο[20]:

 

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Για παράδειγμα, με εποξυαιθάνιο παράγει 1-φθορομεθοξυ-2-χλωραιθάνιο[21]:

   

Παραγωγή καρβενίωνΕπεξεργασία

Παραγωγή και παρεμβολή φθορομεθυλενίουΕπεξεργασία

Με επίδραση πυκνού διαλύματος υδροξείδιου του καλίου αποσπάται υδροχλώριο παράγοντας φθορομεθυλένιο[22]:

 

  • Το ασταθές φθορομεθυλένιο στη συνέχεια συμπεριφέρεται σα δίριζα και παρεμβάλλεται σε δεσμούς C-H ή προσθέτεται σε πολλαπλούς δεσμούς, σχηματίζοντας τριμελή δακτύλιο. Παραδείγματα:

1. Παρεμβολή στον εαυτό του. Παράγεται 1,2-διφθορο-1-χλωραιθάνιο:

 

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

   

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

 

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

 

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

   

Παραγωγή και παρεμβολή μεθυλενίουΕπεξεργασία

  • Είναι δυνατή η απόσπαση ClF 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 προτιμητέο το μίγμα ψευδαργύρου - διιωδομεθανίου:

1. Παρεμβολή στον εαυτό του. Παράγεται 1-φθορο-1-χλωραιθάνιο:

 

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

   

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

   

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

   

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

   

Σημειώσεις και αναφορέςΕπεξεργασία

  1. Για εναλλακτικές ονομασίες και συμβολισμούς δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  2. Binbrek O. S., Torrie B. H., Swainson I. P. (2002). "Neutron powder-profile study of chlorofluoromethane". Acta Crystallographica C 58 (11): 672–674. doi:10.1107/S0108270102017328. PMID 12415178.
  3. Mέρη ανά τρισεκατομμύριο
  4. C. Lippens et al. (1981). "Atmospheric nitric acid and chlorofluoromethane 11 from interferometric spectra obtained at the Observatoire du Pic du Midi". Journal of Optics 12 (5): 331–336. doi:10.1088/0150-536X/12/5/007.
  5. Το ίδιο ισχύει σε όλες τις γλώσσες. Δείτε ενδεικτικά τα interwikies του άρθρου. Σε μερικές γλώσσες, όμως, αλλάζει η σειρά των προθεμάτων. Για παράδειγμα στα αγγλικά: chlorofluoromethane, c < f.
  6. 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.
  7. 7,0 7,1 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2.8.
  8. 8,00 8,01 8,02 8,03 8,04 8,05 8,06 8,07 8,08 8,09 8,10 8,11 8,12 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 186, §7.3.1.
  9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 267, §11.3.Α1.
  10. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244, §10.3.Α.
  11. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, §3.2. σελ.54
  12. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2β, προσαρμογή αντίδρασης για φθοροχλωρομεθάνιο
  13. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3α.
  14. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3β.
  15. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.
  16. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, Σελ. 42, §4.3.
  17. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, για Ε = CH2F και Nu = Cl.
  18. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για αλκίνια και για Ε = CH2F και Nu = Cl με βάση και την §8.1, σελ. 114-116.
  19. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για κυκλοαλκάνια και για Ε = CH2F και Nu = Cl σε συνδυασμό με Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §1.2., σελ. 22-25
  20. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για αλκαδιένια και για Ε = CH2F και Nu = Cl με βάση και την §8.2, σελ. 116-117.
  21. Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §2.1., σελ. 16-17, εφαρμογή γενικής αντίδρασης για Nu = Cl.
  22. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3.

ΠηγέςΕπεξεργασία

  • 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
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Chlorofluoromethane της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).


Πρότυπο:Ενώσεις φθορίου