Διφθορομεθάνιο

Διφθορομεθάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Διφθορομεθάνιο
Άλλες ονομασίες	Μεθυλενοδιφθορίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	CH2F2
Μοριακή μάζα	52,02 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH2F2
Συντομογραφίες	HFC-32 R-32
Αριθμός CAS	75-10-5
SMILES	FCF
InChI	1S/CH2F2/c2-1-3/h1H2
Αριθμός EINECS	200-839-4
Αριθμός RTECS	PA8537500
PubChem CID	6345
ChemSpider ID	6105
Δομή
Μήκος δεσμού	C-H: 106 pm C-F: 139 pm
Είδος δεσμού	C-H: σ (2sp3-1s) σ (2sp3-2sp3)
Πόλωση δεσμού	C--H+: 3% C+-F-: 43%
Γωνία δεσμού	109° 28'
Μοριακή γεωμετρία	τετραεδρική
Ισομέρεια
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-136,8 °C
Σημείο βρασμού	-51,6 °C
Πυκνότητα	2,163 kg/m3 (21,1 °C) 2,72 kg/m3 (15 °C)
Τάση ατμών	1.518,92 kPa (21,1 °C)
Εμφάνιση	Άχρωμο αέριο
Χημικες ιδιότητες
Σημείο αυτανάφλεξης	648°C
Επικινδυνότητα
Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+)
Φράσεις κινδύνου	R12
Φράσεις ασφαλείας	S9, S16, S23
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm) εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Το διφθορομεθάνιο (DFM: DiFluoroMethane) ή μεθυλενοδιφθορίδιο ονομάζεται επίσης HFC-32 ή R-32 και είναι μια άχρωμη αέρια οργανική ένωση της ομόλογης σειράς των διαλογονοαλκανίων. Θεωρητικά προκύπτει από το μεθάνιο, αν αντικατασταθούν δύο (2) άτομα υδρογόνου από δύο (2) άτομα φθορίου. Έτσι προκύπτει ο χημικός του τύπος: CH₂F₂ στη θέση αυτού του μεθανίου (CH₄).

Ονοματολογία

Η ονομασία «διφθορομεθάνιο» 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 «διφθορο-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) ατόμων φθορίου ανά μόριο της ένωσης.

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-
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
F	-0,43
H	+0,03
C	+0,80

Παραγωγή

Με φωτοχημική διφθορίωση μεθανίου

Με φωτοχημική διφθορίωση μεθανίου::

$\mathrm{CH_4 + 2F_2 \xrightarrow[\triangle]{UV} CH_2F_2 + 2HF}$

• Ακολουθεί το συνηθισμένο μηχανισμό φωτοχημικής αλογόνωσης αλκανίων. Συμπαράγονται μεθυλοφθορίδιο και πολυφθοροπαράγωγα.

Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο

Νε επίδραση Hg₂F₂ σε διχλωρομεθάνιο:

$\mathrm{CH_2Cl_2 + Hg_2F_2 \xrightarrow{} CH_2F_2 + Hg_2Cl_2 \downarrow}$

Χημικές ιδιότητες

Αντιδράσεις υποκατάστασης

• Οι αντιδράσεις είναι πολύ πιο αργές σε σύγκριση με τα αντίστοιχα αλογονίδια των άλλων αλογόνων. Αυτό επιτρέπει πιο εύκολη και πιο ποσοτική την παραγωγή των μονοπαραγώγων.

Υποκατάσταση από υδροξύλιο

Υδρόλυση προς φθορομεθανόλη που μετατρέπεται τελικά σε μεθανάλη:

$\mathrm{CH_2F_2 + NaOH \xrightarrow{-NaF} FCH_2OH \xrightarrow{-HF} HCHO}$

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο

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

$\mathrm{CH_2F_2 + RONa \xrightarrow{-NaF} FCH_2OR \xrightarrow{+RONa} ROCH_2OR + NaF}$

Υποκατάσταση από αλκινύλιο

Με RC≡CNa αρχικά προς 1-φθοροαλκίνιο-2 και στη συνέχεια, με περίσσεια RC≡CNa, προς 1,5-διαλκυλο-1,4-πενταδιίνιο:

$\mathrm{CH_2F_2 + RC \equiv CNa \xrightarrow{-NaF} RC \equiv CCH_2F \xrightarrow{+ RC \equiv CNa} RC \equiv CCH_2C \equiv CR + NaF}$

Υποκατάσταση από ακύλιο

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

$\mathrm{CH_2F_2 + RCOONa \xrightarrow{-NaF} RCOOCH_2F \xrightarrow{+ RCOONa} RCOOCH_2OOCR + NaF}$

Υποκατάσταση από κυάνιο

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

$\mathrm{CH_2F_2 + NaCN \xrightarrow{-NaF} FCH_2CN \xrightarrow{+ NaCN} NCCH_2CN + NaF}$

Υποκατάσταση από αλκύλιο

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

$\mathrm{CH_2F_2 + RNa \xrightarrow{-NaF} RCH_2F \xrightarrow{+ RNa} RCH_2R + NaF}$

Υποκατάσταση από σουλφυδρίλιο

Με NaSH αρχικά προς φθορομεθανοθειόλη και τελικα προς μεθανοθειάλη:

$\mathrm{CH_2F_2 + NaSH \xrightarrow{-NaF} FCH_2SH \xrightarrow{-HF} HCHS}$

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο

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

$\mathrm{CH_2F_2 + RSNa \xrightarrow{-NaF} RSCH_2F \xrightarrow{+ RSNa} RSCH_2SR + NaF }$

Υποκατάσταση από ιώδιο

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

$\mathrm{CH_2F_2 + KI \xrightarrow{-KF} CH_2FI \xrightarrow{+KI} CH_2I_2 + KF}$

Υποκατάσταση από αμινομάδα

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

$\mathrm{CH_2F_2 + NH_3 \xrightarrow{-HF} FCH_2NH_2 \xrightarrow{+ NH_3} CH_2(NH_2)_2 + HF }$

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα

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

$\mathrm{CH_2F_2 + RNH_2 \xrightarrow{-HF} FCH_2NHR \xrightarrow{+ RNH_2} RNHCH_2NHR + HF }$

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα

Με [[αμίνες|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:

$\mathrm{CH_2F_2 + RNHR \xrightarrow{-HF} FCH_2NR_2 \xrightarrow{+ RNHR} R_2NCH_2NR_2 + HF }$

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα

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

$\mathrm{CH_2F_2 + R_3N \xrightarrow{} [FCH_2N^+R_3]F^- \xrightarrow{+ R_3N} [R_3N^+CH_2N^+R_3](F^-)_2}$

Υποκατάσταση από φωσφύλιο

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

$\mathrm{CH_2F_2 + PH_3 \xrightarrow{-HF} FCH_2PH_2 \xrightarrow{+ PH_3} CH_2(PH_2)_2 + HF }$

Υποκατάσταση από νιτροομάδα

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

$\mathrm{CH_2F_2 + NaNO_2 \xrightarrow{-NaF} FCH_2NO_2 \xrightarrow{NaNO_2} CH_2(NO_2)_2 + NaF }$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

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

$\mathrm{PhH + CH_2F_2 \xrightarrow[-HF]{AlCl_3} PhCH_2F \xrightarrow[+PhH]{AlCl_3} PhCH_2Ph + HF}$

Αναγωγή

1. Με LiAlH₄, παράγεται μεθάνιο:

$\mathrm{2CH_2F_2 + LiAlH_4 \xrightarrow{} 2CH_4 + LiF + AlF_3}$

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

$\mathrm{CH_2F_2 + Zn + HCl \xrightarrow{-ZnFCl} CH_3F \xrightarrow{+ Zn + HCl} CH_4 + ZnFCl}$

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

$\mathrm{CH_2F_2 + SiH_4 \xrightarrow{BF_3} CH_4 + SiH_2F_2}$

Αντιδράσεις προσθήκης

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

$\mathrm{CH_2F_2 + CH_2=CH_2 \xrightarrow{} FCH_2CH_2CH_2F}$

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1,3-διφθοροπροπένιο:

$\mathrm{CH_2F_2 + HC \equiv CH \xrightarrow{} FCH=CHCH_2F}$

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

$\mathrm{+ CH_2F_2 \xrightarrow{} FCH_2CH_2CH_2CH_2F}$

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

$\mathrm{CH_2F_2 + CH_2=CHCH=CH_2 \xrightarrow{} FCH_2CH=CHCH_2CH_2F}$

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

$\mathrm{+ CH_2F_2 \xrightarrow{} FCH_2CH_2OCH_2F}$

Παραγωγή καρβενίων

Παραγωγή και παρεμβολή φθορομεθυλενίου

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

$\mathrm{CH_2F_2 + KOH \xrightarrow{} [:CHF] + KF + H_2O}$

• 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 1,1,2-τριφθοραιθάνιο:

$\mathrm{2CH_2F_2 + KOH \xrightarrow{} FCH_2CHF_2 + KF + H_2O}$

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

$\mathrm{CH_2=CH_2 + CH_2F_2 + KOH \xrightarrow{} \frac{4}{5} FCH_2CH=CH_2 + KF + H_2O + \frac{1}{5}}$

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

$\mathrm{HC \equiv CH + CH_2F_2 + KOH \xrightarrow{} \frac{2}{3} FCH_2C \equiv CH + KF + H_2O + \frac{1}{3} (FCHCH=CH)}$

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

$\mathrm{PhH + CH_2F_2 + KOH \xrightarrow{} \frac{1}{2} PhCH_2F + KF + H_2O + \frac{1}{2} (FCHCH=CHCH=CH=CH) }$

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

$\mathrm{HCHO + CH_2F_2 + KOH \xrightarrow{} KF + H_2O + \frac{2}{3} FCH_2CHO + \frac{1}{3}}$

Παραγωγή και παρεμβολή μεθυλενίου

• Είναι δυνατή η απόσπαση F₂ 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 1,1-διφθοραιθάνιο:

$\mathrm{2CH_2F_2 + Zn \xrightarrow{} CH_3CH_2F_2 + ZnF_2}$

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

$\mathrm{CH_2=CH_2 + CH_2F_2 + Zn \xrightarrow{} ZnF_2 + }$

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

$\mathrm{HC \equiv CH + CH_2F_2 + Zn \xrightarrow{} ZnF_2 +}$

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

$\mathrm{PhH + CH_2F_2 + Zn \xrightarrow{} ZnF_2 +}$

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

$\mathrm{HCHO + CH_2F_2 + Zn \xrightarrow{} ZnF_2 +}$

Χρήσεις

Το διφθορομεθάνιο είναι ένα ψυκτικό μέσο που δεν διασπά το όζον αν και όταν διαφύγει στη στρατόσφαιρα. Χρησιμοποιείται, λοιπόν, σε αζεοτροπικό μίγμα με το πενταφθοροαιθάνιο, σε «οικολογικά» ψυγεία ως υποκατάστατο του φρεόν. Ωστόσο δεν είναι και τόσο οικολογικό, γιατί αν και δε διασπά το όζον, έχει υψηλό δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης, 550 φορές μεγαλύτερο από εκείνο του διοξειδίου του άνθρακα.

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
• Flammability Measurements of Difluoromethane in Air at 100°C
• Difluoromethane at Gas Encyclopaedia
• IR absorption spectra
• [1].