Fluorocarbone

Les fluorocarbones sont des composés chimiques qui contiennent le carbone - les liens du fluor la réactivité relativement basse et la polarité élevée du lien de carbone-fluor donne des caractéristiques uniques aux fluorocarbones. Des fluorocarbones tendent à être lentement décomposés seulement dans l'environnement et donc beaucoup sont considérés les polluants organiques persistants que beaucoup de fluorocarbones commercialement utiles contiennent également l'hydrogène , le chlore , ou le brome .

Classes des fluorocarbones

Chlorofluorocarbones et hydrofluorocarbons

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Les chlorofluorocarbones (CFC) sont des fluorocarbones qui contiennent également des atomes du chlore . Ils ont été autrefois appliqués largement dans l'industrie en tant que les propulseurs des réfrigérants et dissolvants de nettoyage (le dichlorodifluorométhane et le chlorodifluorométhane étaient parmi les réfrigérants les plus employés couramment). Cependant, les CFC ont généralement l'ozone efficace - épuisant le potentiel principalement dû au fendage homolytique des liens de carbone-chlore. Leur utilisation a été maintenant la plupart du temps interdite par le protocole de Montréal .

Hydrofluorocarbons (HFCs) sont des hydrocarbures dans lesquels certains, mais pas tous, des atomes d'hydrogène ont été remplacés par le fluor. Les atomes de fluor dans ces composés ne catalysent pas la destruction de l'ozone, donc HFCs n'endommagent pas la couche d'ozone. En conséquence, HFCs tel que le Tetrafluoroethane ont les remplacements favorisés devenus pour des CFC.

Polymères fluorés

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du polymère fluoré

Les polymères de fluorocarbone sont également bien connus. Ces polymères sont inertes dur et chimique, et électriquement isolation. L'exemple le plus célèbre est le PTFE (polytétrafluoroéthylène) , un polymère du tétrafluoroéthylène du monomère . D'autres polymères importants incluent le fluorure (n) de polyvinylidène de et le Polychlorotrifluoroethylene (n ou PCTFE, ou Kel-F).

Utilisations

Anesthésiques

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anesthésique du

Beaucoup d'anesthésiques volatils employés pour rendre les patients chirurgicaux sans connaissance sont des fluorocarbones, tels que le Methoxyflurane , le Enflurane , le Isoflurane , le Sevoflurane et le Desflurane . Les atomes de fluor réduisent leur inflammabilité comparée aux anesthésiques non-fluorés à l'origine utilisés, comme l'éther diéthylique et le Cyclopropane , qui sont dangereusement inflammables.

Réfrigérants

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réfrigérant du

Quelques fluorocarbones (par exemple Fréon ) ont été employés pendant que les réfrigérants ces propriétés thermo-dynamiques de cartel de fluorocarbones bonnes (ils ont des points d'ébullition légèrement au-dessous des températures typiques de cible, d'une chaleur de la vaporisation élevée, d'une densité modérée en forme liquide et d'une densité dans la phase gaseuse) avec une nature sûre (basse toxicité et inflammabilité) et non-corrosive. En raison de leur effet négatif sur la couche d'ozone , beaucoup de fluorocarbones ont été interdits comme réfrigérant après le protocole de Montréal .

Propulseurs

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du jet d'aérosol

Des composés qui ont un point d'ébullition juste autour de la température ambiante, avec de la pression de vapeur élevée peuvent être employés comme gaz de propulseur. Quelques fluorocarbones ont ces propriétés, et, avant le protocole de Montréal , plusieurs de ces fluorocarbones à bas point d'ébullition ont été employés comme propulseurs .

Dissolvants

Flurocarbons sont employés en tant que dissolvants industriels dus à leurs propriétés spécifiques, incluant : non-inflammabilité , stabilité, propriétés diélectriques de l'excellent , tension superficielle de bas et viscosité , toxicité très basse et un profil environnemental favorable.

Avant le protocole de Montréal, des CFC, tels que Fréon et chlorodifluorométhane ont été employés comme dissolvants de nettoyage. Également HFCs ont été développés avec les propriétés semblables. Tout à fait souvent ces HFC sont mélangés avec d'autres fluides pour obtenir les propriétés travaillées pour l'application spécifique.

Les applications principales sont :
Nettoyage de précision (dégraissage)
Defluxing d'Assemblées électroniques
Déplacement particulaire
Séchage après le nettoyage aqueux
comme fluide de porteur
comme liquide réfrigérant diélectrique

HFCs, en particulier le tetrafluoroethane du 1.2, sont employés pour l'extraction de spécialiste des produits naturels extrêmement important ; comme le Taxol pour le traitement contre le cancer des aiguilles de l'if , du supplément de nourriture de l'huile d'oenothère biennale de , et de la vanille . L'utilisation du tetrafluroethane 1.2 complimente d'autres méthodes d'extraction, en étant fortement sélective et en permettant la qualité et les extractions élevées de rendement.

Lubrification

Les fluorocarbones sont non réactifs et sont employés souvent pour des applications exigeantes. En outre, les polymères fluorés pleins ont un bas coefficient de de frottement , alors que les polymères fluorés liquides peuvent agir en tant que lubrifiants.

Le teflon et d'autres polymères fluorés semblables sont appliqués comme des couches pour aider à réduire le frottement . De petites, individu-lubrifiées parties telles que les robinets pour la verrerie de laboratoire peuvent être entièrement faites de teflon.

Le fluorocarbone a basé des graisses sont parfois employés dans des applications exigeantes. Les avantages incluent la basse réactivité et les gammes très à hautes températures. Les exemples incluent Fomblin par Solvay Solexis et Krytox par le Dupont .

Également utilisé en certains lubrifiants d'arme à feu tels que le " ; Tétra Gun" ;

Produits hydrofuges et de tache de produit répulsif

Généralement les composés organiques fortement fluorés sont le hydrophobe et ont les propriétés hydrofuges et de tache-produit répulsif. Les formulations originales des produits tels que le Scotchgard ont contenu des fluorocarbones comprenant le sulfonate de Perfluorobutane de et le sulfonate (PFOS) de Perfluorooctane de . Mais plusieurs de ces utilisations ont été dues éliminé aux soucis environnementaux, comme ceux liés à l'acide de Perfluorooctanoic de , une intermédiaire dans la fabrication de PFOS. De même, des produits contenant le Gore-Tex et le teflon sont faits à partir des polymères fluorés.

Des fluorocarbones sont également employés dans la ligne de pêche, dans des applications innombrables de plastiques de précision, et dans des applications fortement précises de lubrification.

Réactifs chimiques

Acide de Triflic de (CF3SO3H) et acide Trifluoroacetic (CF3CO2H) sont les réactifs importants dans la synthèse organique . Ils sont valeur pour leurs propriétés comme les acides très forts qui sont solubles dans les dissolvants organiques la nature électronégative des atomes de fluor stabilise les anions dissociés de l'acide triflic et de l'acide trifluoroacetic, menant à une acidité plus forte comparée à leurs analogues unfluorinated, acide de Methanesulfonic de et acide acétique , respectivement. Les atomes de fluor augmentent également le thermique et les stabilités chimiques du conjuguent les bases en fait, l'analogue polymère de l'acide triflic, Nafion est employées en tant que proton-échangent le matériel en piles à combustible de combustible

Le triflate-groupe (la base conjuguée de l'acide triflic) est un bon laissant le groupe dans la chimie organique.

les liens de Carbone-fluor ont trouvé l'application en anions Non-coordonnés en ces anions (par exemple BF4-, PF6-, B (C6H3 (CF3) 2) 4-, et B (C6F5) 4- la charge « est enduit » dehors au-dessus de beaucoup d'atomes électronégatifs.

Effets de pollution

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la pollution

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l'appauvrissement de la couche d'ozone

Comme mentionné ci-dessus, des chlorofluorocarbones ont été critiqués pour leur mal à la couche d'ozone. On l'estime qu'une molécule simple de CFC a la capacité de décomposer approximativement 100.000 molécules de l'ozone. Cependant, parce que les fluorocarbones manquent d'un atome de chlore, ils ne peuvent pas participer aux réactions de ozone-destruction qui sont un tel problème avec des CFC. Des fluorocarbones sont considérés coffre-fort de l'ozone.

Rôle biologique

Bien qu'il y ait des milliers de composés organiques naturels connus contenant le chlore et le brome, il y a seulement une poignée de fluorocarbones normaux. Ils n'ont été trouvés chez les micro-organismes et les plantes, mais pas les animaux. Le plus commun fluorocarbone normal est l'acide Fluoroacetic , une toxine efficace de trouvée dans quelques espèces des usines. D'autres ont inclus le Fluoroacetone des acides gras de ω-fluoro, et le fluorocitrate 2 qui sont tous a considéré d'biosynthesized de l'acide fluoroacetic.

Puisque le lien de CF est généralement métaboliquement écurie et le fluor est considéré un Bioisostere de l'atome d'hydrogène, beaucoup de pharmaceutiques contiennent des liens de CF. Un exemple de ceci est l'uracile fluoré . Quand le fluor élémentaire est mis à réagir avec l'uracile, le fluorouracil du 5 est produit. Le composé en résultant est une drogue anticancéreuse (antimétabolite ) utilisée à la mascarade comme uracile pendant le processus de réplique d'acide nucléique. Ceci peut mener à l'incorporation du fluorouracil 5 dans ADN et ARN aussi bien que l'inhibition des enzymes qui sont responsables de la synthèse des composants normaux de l'ADN. Ces facteurs peuvent être toxiques aux cellules cancéreuses qui doivent produire rapidement les acides nucléiques normaux afin de continuer de s'élever.

Les drogues pharmaceutiques bien connues incorporant le fluor incluent le Fluoxetine (Prozac) de , le Paroxetine (Paxil), le Ciprofloxacin (Cipro), le Mefloquine , le Fluconazole , et beaucoup plus.

Propriétés chimiques

La longueur en esclavage de carbone-fluor est en général environ 1.39 Å dans Fluoromethane ). C'est plus court que n'importe quel autre lien de carbone-halogène, et comparable dans la longueur à un lien de carbone-hydrogène. Puisque le fluor est très un atome électronégatif du (beaucoup plus ainsi que le carbone), le lien de carbone-fluor a un moment dipolaire significatif . Le lien de carbone-fluor est plus fort que d'autres liens de l'halogène de carbone. L'énergie de dissociation en esclavage est 552 kJ/mol pour le carbone-fluor comparé à 397, 288, 209 kJ/mol pour des liens entre le carbone et le chlore, à brome et à iode , respectivement. La force du lien de carbone-fluor est également sensiblement plus forte que le lien de carbone-hydrogène, qui est seulement 338 kJ/mol.

En raison de ces dispositifs uniques du lien de carbone-fluor, un thème overarching en chimie de fluorocarbone est l'ensemble contrastant de propriétés physiques et chimiques par rapport aux hydrocarbures correspondants. Les études de cas suivent.

Cyclopentadiene de Pentakis (trifluoromethyl)

Cyclopentadiene de Pentakis (trifluoromethyl) (C5 (CF3) 5H) est un acide fort , avec pKa = −2. Son acidité et robustesse élevées est indiquée par le fait que ce composé est typiquement épuré par la distillation du H2SO4 . En revanche, le C5 (CH3) 5H exige une base forte tel que le Butyllithium pour le deprotonation, de même que typique pour un hydrocarbure. Ce composé est préparé dans un multipas, réaction d'un-pot de fluorure (KF) de potassium de avec de l'hexachlorobutadiène 1.

Hexafluoroacetone et son imine

Le Hexafluoroacetone ((CF3) 2CO), le fluoro-analogue de molécule de l'acétone , a un point d'ébullition de °C −27 comparé +55 au °C pour l'acétone lui-même. Cette différence illustre un des effets remarquables de remplacer des liens de ch par des liens de CF. Normalement, le remplacement des atomes de H avec des halogènes plus lourds a comme conséquence les points d'ébullition elevated dus aux interactions accrues de van der Waals entre les molécules. Autre démontrant les effets remarquables du fluorination, (CF3) 2CO forme un hydrate stable et distillable, (CF3) 2C (OH) 2. Les cétones forment rarement les hydrates stables. Continuant cette tendance, (CF3) 2CO ajoute l'ammoniaque pour donner (CF3) 2C (l'OH) (NH2) que qui peut être déshydraté avec POCl3 pour donner (CF3) 2CNH. Les composés du type R2C=NH sont autrement tout à fait rares.

Aliphatique contre les fluorocarbones aromatiques

Les fluorocarbones aliphatiques tendent à isoler des hydrocarbures aliphatiques tandis que les fluorocarbones aromatiques tendent à se mélanger à des hydrocarbures aromatiques. Ceci est démontré par le cristal suivant structures.< ! -- illustré ici -->

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Méthodes pour la préparation des fluorocarbones

Puisque les fluorocarbones se produisent très rarement naturellement, ils doivent être préparés using la chimie synthétique. Quelques méthodes incluent :
Fluorination direct des hydrocarbures avec F2, souvent fortement dilué avec N2. → de R3CH + de F2 R3CF +
d'à haute fréquence de telles réactions sont importants préparatoire mais exigent le soin parce que les hydrocarbures mettent en boîte incontrôlablement le " ; burn" ; dans F2, analogue à la combustion de l'hydrocarbure dans O2. Par exemple, le butane brûle dans une atmosphère de fluor.
C4H9 de + → 4 12.5 F2 CF4 + 9
d'à haute fréquence Réactions du Metathesis utilisant les fluorures alcalins du . R3CCl + → de MF
R3CF + de MCl (M = Na, K, Cs) Des réactifs fluorés préformés. Beaucoup de blocs constitutifs fluorés sont disponibles : CF3X (X = Br, I), C6F5Br, et C3F7I. Ces espèces forment les réactifs de Grignard de qui alors peuvent être préparés avec des une série de Electrophiles
Décomposition des tetrafluoroborates d'aryldiazonium dans la réaction de Sandmeyer de ou la réaction de Schiemann de : → ArF + N2 + BF3 de ArN2BF4
déplacement nucléophile de l'hydroxyle et des groupes du carbonylique par les soi-disant agents de deoxofluorination de . Une méthode de fluorure pour l'échange d'oxyde des composés carbonyles est avec du tétrafluorure de soufre de : il est plus facile manipuler RCO2H + → du SF4 RCF3 + SO2 +
d'à haute fréquence alternativement, réactifs organiques tels que le trifluorure (DAST, NEt2SF3) de Diethylaminosulfur de et le trifluorure d'aminosulfur de BRI (2-methoxyethyl) (deoxo-fluor) et plus sélectif :