Διχλωροφθορομεθάνιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Διχλωροφθορομεθάνιο
Dichlorofluoromethane.png
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
Hazard N.svg
Επικίνδυνο για το περιβάλλον (N)
Φράσεις κινδύνου R59
Φράσεις ασφαλείας S59
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

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.


Ονοματολογία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η 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[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η 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[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση τριφθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε τριχλωρομεθάνιο[2]:

\mathrm{CHCl_3 + Hg_2F_2 \xrightarrow{} CHFCl_2 + Hg_2Cl_2 \downarrow}

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • 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[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Υποκατάσταση από υδροξύλιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Υδρολύεται με υδροξείδιο του νατρίου προς φθοροχλωρομεθανόλη που μετατρέπεται τελικά σε μονοξείδιο του άνθρακα και υδροφθόριο[3]:

\mathrm{CHFCl_2 + NaOH \xrightarrow{-NaCl} FClCHOH \xrightarrow{-HCl} HCOF \xrightarrow{} CO + HF }

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με RONa αρχικά προς αλκοξυφθοροχλωρομεθάνιο και στη συνέχεια, με περίσσεια RONa, προς διαλκοξυφθορομεθάνιο και τελικά τριαλκοξυμεθάνιο[3]:

\mathrm{CHFCl_2 + RONa \xrightarrow{-NaCl} FClCHOR \xrightarrow[-NaCl]{+RONa} ROCHFOR \xrightarrow{+RONa} (RO)_3CH + NaF}

Υποκατάσταση από αλκινύλιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με 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]:

\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)_3CH + NaF}

Υποκατάσταση από ακύλιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με RCOONa αρχικά προς αλκανικό φθοροχλωρομεθυλεστέρα, στη συνέχεια, με περίσσεια RCOONa, προς διαλκανικό φθορομεθυλοδιεστέρα και τελικά προς τριαλκανικό μεθυλοτριεστέρα[3]:

\mathrm{CHFCl_2 + RCOONa \xrightarrow{-NaCl} RCOOCHFCl \xrightarrow[-NaCl]{+ RCOONa} RCOOCHFOOCR \xrightarrow{+ RCOONa} (RCOO)_3CH + NaF }

Υποκατάσταση από κυάνιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με NaCN αρχικά προς φθοροχλωραιθανονιτρίλιο, στη συνέχεια, με περίσσεια NaCN, προς φθοροπροπανοδινιτρίλιο και τελικά κυανοπροπανοδινιτρίλιο[3]:

\mathrm{CHFCl_2 + NaCN \xrightarrow{-NaCl} FClCHCN \xrightarrow[-NaCl]{+ NaCN} NCCHFCN \xrightarrow{+ NaCN} CH(CN)_3 + NaF}

Υποκατάσταση από αλκύλιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με RNa αρχικά προς (φθοροχλωρομεθυλ)αλκάνιο, στη συνέχεια, με περίσσεια RNa, προς διαλκυλοφθορομεθάνιο και τελικά προς τριαλκυλομεθάνιο[3]:

\mathrm{CHFCl_2 + RNa \xrightarrow{-NaCl} RCHFCl \xrightarrow[-NaCl]{+ RNa} RCHFR \xrightarrow{+ RNa} R_3CH}

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με αρχικά RSNa προς (αλκυλοθειο)φθοροχλωρομεθάνιο, στη συνέχεια, με περίσσεια RSNa, προς δι(αλκυλοθειο)φθορομεθάνιο και τελικά προς τρι(αλκυλοθειο)μεθάνιο[3]:

\mathrm{CHFCl_2 + RSNa \xrightarrow{-NaCl} RSCHFCl \xrightarrow[-NaCl]{+ RSNa} RSCH_2SR \xrightarrow{+ RSNa} (RS)_3CHJ + NaF }

Υποκατάσταση από ιώδιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με αρχικά KI προς ιωδοφθοροχλωρομεθάνιο, στη συνέχεια, με περίσσεια KI, προς διιωδοφθορομεθάνιο και τελικά προς τριιωδομεθάνιο[3]:

\mathrm{CHFCl_2 + KI \xrightarrow{-KCl} CHFClI \xrightarrow[-KCl]{+KI} CHFI_2 \xrightarrow{+KI} CHI_3 + KF }

Υποκατάσταση από αμινομάδα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με αμμωνία (NH3) αρχικά προς φθοροχλωρομεθαναμίνη, στη συνέχεια, με περίσσεια αμμωνίας, προς φθορομεθανοδιαμίνη και τελικά μεθανοτριαμίνη[3]:

\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}

Υποκατάσταση από φωσφύλιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με φωσφίνη (PH3) αρχικά προς φθοροχλωρομεθανοφωσφαμίνη, στη συνέχεια, με περίσσεια φωσφίνης, προς φθορομεθανοδιφωσφαμίνη και τελικά προς μεθανοτριφωσφαμίνη[4]:

\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 }

Υποκατάσταση από νιτροομάδα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με NaNO2 αρχικά προς νιτροφθοροχλωρομεθάνιο, στη συνέχεια, με περίσσεια νιτρώδους νατρίου, προς δινιτροφθορομεθάνιο, και τελικά προς τρινιτρομεθάνιο[5]:

\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 }

Υποκατάσταση από φαινύλιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται αρχικά (φθοροχλωρομεθυλο)βενζόλιο, στη συνέχεια, με περίσσεια βενζολίου, προς διφαινυλοφθορομεθάνιο και τελικά προς τριφαινυλομεθάνιο:

\mathrm{PhH + CHFCl_2 \xrightarrow[-HCl]{AlCl_3} PhCHF_2 \xrightarrow[+PhH-HCl]{AlCl_3} PhCHFPh \xrightarrow[+PhH]{AlF_3} Ph_3CH}

Αναγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με LiAlH4, παράγεται μεθάνιο[6]:


\mathrm{4CHFCl_2 + 3LiAlH_4 \xrightarrow{} 4CH_4 + LiF + 2LiCl + AlF_3 + 2AlCl_3}

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ, παράγεται αρχικά φθοροχλωρομεθάνιο, στη συνέχεια φθορομεθάνιο και τελικά μεθάνιο[7]:


\mathrm{CHFCl_2 + Zn + HCl \xrightarrow{-ZnCl_2} CH_2FCl  \xrightarrow[-ZnCl_2]{+ Zn + HCl}  CH_3F  \xrightarrow{+ Zn + HCl} CH_4 + ZnFCl}

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται μεθάνιο[8]:


\mathrm{CHFCl_2 + SiH_4 \xrightarrow{BF_3} 2CH_4 + SiHFCl_2}

Αντιδράσεις προσθήκης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

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


\mathrm{CHFCl_2 + CH_2=CH_2 \xrightarrow{} ClCH_2CH_2CHFCl}

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


\mathrm{CHFCl_2 + HC \equiv CH \xrightarrow{} ClCH=CHCHFCl}

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

κυκλοπροπάνιο  \mathrm{+ CHFCl_2 \xrightarrow{} ClCH_2CH_2CH_2CHFCl}

4. Σε αλκαδιένια. Π.χ. με βουταδιένιο-1,3 παράγει 1,5-διχλωρο-5-φθοροπεντένιο-2.


\mathrm{CHFCl_2 + CH_2=CHCH=CH_2 \xrightarrow{} ClCH_2CH=CHCH_2CHFCl}

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με εποξυαιθάνιο παράγει φθοροχλωρο(2-χλωραιθοξυ)μεθάνιο[9]:

Ethylene oxide.svg  \mathrm{+ CHFCl_2 \xrightarrow{} ClCH_2CH_2OCHFCl}

Παραγωγή καρβενίων και παραγώγων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Πυρόλυση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

\mathrm{2CHFCl_2 \xrightarrow{\triangle} CFCl=CFCl + 2HCl}

Παραγωγή και παρεμβολή φθοροχλωρομεθυλενίου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση πυκνού διαλύματος υδροξείδιου του καλίου αποσπάται υδροχλώριο παράγοντας διφθορομεθυλένιο[11]:

\mathrm{CHFCl_2 + KOH \xrightarrow{} [:CFCl] + KCl + 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 1,2-διφθορο-1,1,3-τριχλωραιθάνιο:

\mathrm{2CHFCl_2 + KOH \xrightarrow{} FClCHCFCl_2 + KCl + H_2O}

2. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθένιο. Παράγεται μίγμα από 3-φθορο-3-χλωροπροπένιο και 1-φθορο-1-χλωροκυκλοπροπάνιο:

\mathrm{CH_2=CH_2 + CHFCl_2 + KOH \xrightarrow{} \frac{4}{5} FClCHCH=CH_2 + KCl + H_2O + \frac{1}{5} (CH_2CFClCH_2)}

3. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθίνιο. Παράγεται μίγμα από 3-φθορο-3-χλωροπροπίνιο και 3-φθορο-3-χλωροκυκλοπροπένιο:

\mathrm{HC \equiv CH + CCHFCl_2 + KOH \xrightarrow{} \frac{2}{3} FClCHC \equiv CH + KCl + H_2O + \frac{1}{3} (FClCCH=CH)}

4. Παρεμβολή και προσθήκη στο βενζόλιο. Παράγεται μίγμα από (φθοροχλωρομεθυλο)βενζόλιο και 7-φθορο-7-χλωροκυκλοεπτατριένιο:


\mathrm{PhH + CHFCl_2 + KOH \xrightarrow{} \frac{1}{2} PhCHFFCl + KCl + H_2O + \frac{1}{2} (FClCCH=CHCH=CH=CH) }

5. Παρεμβολή και προσθήκη στη μεθανάλη. Παράγεται μίγμα από φθοροχλωραιθανάλη και 2-φθορο-2-χλωρεποξυαιθάνιο (2-φθορο-3-χλωροξιράνιο):


\mathrm{HCHO + CHFCl_2 + KOH \xrightarrow{} KCl + H_2O + \frac{2}{3} FClCHCHO + \frac{1}{3} (FClCCH_2O)}

Παραγωγή και παρεμβολή φθορομεθυλενίου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • 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:

\mathrm{2CHFCl_2 + Zn \xrightarrow{} FCH_2CFCl_2 + ZnCl_2}

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

\mathrm{CH_2=CH_2 + CHFCl_2 + Zn \xrightarrow{} ZnCl_2 + } Fluorocyclopropane.png

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

\mathrm{HC \equiv CH + CHFCl_2 + Zn \xrightarrow{} ZnCl_2 + (FCHCH=CH) }

4. Παρεμβολή και προσθήκη στο βενζόλιο. Παράγεται σε μεγάλο ποσοστό 7-φθοροκυκλoεπτατριένιο:


\mathrm{PhH + CHFCl_2 + Zn \xrightarrow{} ZnCl_2 + (FCHCH=CHCH=CHCH=CH)}

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


\mathrm{HCHO + CHFCl_2 + Zn \xrightarrow{} ZnCl_2 +} Fluoroxirane.svg


Σημειώσεις και αναφορές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. 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.
  2. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2.8.
  3. 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.
  4. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 267, §11.3.Α1.
  5. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244, §10.3.Α.
  6. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3α.
  7. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3β.
  8. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.
  9. Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §2.1., σελ. 16-17, εφαρμογή γενικής αντίδρασης για Nu = Cl.
  10. 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. doi:10.1002/14356007.a11_349
  11. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3.

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • 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 Dichlorofluoromethane της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).