Φθοροχλωρομεθάνιο

Το φθοροχλωρομεθάνιο (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°.

Στην ατμόσφαιρα, σε ύψος 22 χλμ. υπάρχει σε ίχνη (148 ppt).

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

Ονοματολογία 

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. 

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 δομή 

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

Παραγωγή

Με μερική υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο 

Με επίδραση Hg2F2 σε διχλωρομεθάνιο:

Χημικές ιδιότητες

Αντιδράσεις υποκατάστασης 

 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 υδροξύλιο 

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

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο 

Με RONa μετατρέπεται σε αλκοξυφθορομεθάνιο:

Υποκατάσταση από αλκινύλιο 

Με RC≡CNa μετατρέπεται σε 1-φθοραλκίνιο:

Υποκατάσταση από ακύλιο 

Με RCOONa μετατρέπεται σε αλκανικό φθορομεθυλεστέρα:

Υποκατάσταση από κυάνιο 

Με NaCN μετατρέπεται σε φθοροαιθανονιτρίλιο:

Υποκατάσταση από αλκύλιο 

Με RNa μετατρέπεται σε (φθορομεθυλ)αλκάνιο:

Υποκατάσταση από υδροθειομάδα 

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

Υποκατάσταση από θειαλκύλιο 

Με RSNa μετατρέπεται σε (αλκυλοθειο)φθορομεθάνιο:

Υποκατάσταση από φθόριο 

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) μετατρέπεται σε διφθορομεθάνιο:

Υποκατάσταση από ιώδιο 

Με ιωδιούχο κάλιο (ΚΙ) μετατρέπεται σε  φθοριωδομεθάνιο:

Υποκατάσταση από αμινομάδα 

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

Υποκατάσταση από αλκυλαμινομάδα 

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

Υποκατάσταση από διαλκυλαμινομάδα 

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

Υποκατάσταση από τριαλκυλαμινομάδα 

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

Υποκατάσταση από φωσφύλιο 

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

Υποκατάσταση από νιτροομάδα 

Με NaNO2 μετατρέπεται σε φθορονιτρομεθάνιο:

Υποκατάσταση από φαινύλιο 

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

Περιφθορίωση 

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

Αναγωγή 

1. Με  λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4), παράγεται μεθάνιο:

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

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

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

Αντιδράσεις προσθήκης 

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

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

3. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Για παράδειγμα, με κυκλοπροπάνιο παράγει 1-φθορο-4-χλωροβουτάνιο:
 
4. Σε αλκαδιένια. Για παράδειγμα, με βουταδιένιο-1,3 παράγει 1-φθορο-5-χλωρο-2-πεντένιο:

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

Παραγωγή καρβενίων

Παραγωγή και παρεμβολή φθορομεθυλενίου 

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

 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-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 μεθυλενίου 

 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 αναφορές

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

Διαλαλκάνια
Αλομεθάνια
Φθοροχλωράνθρακες