Διφθοροχλωρομεθάνιο

Το διφθοροχλωρομεθάνιο είναι ένας  υδροφθοροχλωράνθρακας (HydroChloroFluoroCarbon). Είναι ένα άχρωμο αέριο γνωστό και με τις κωδικές συντομογραφίες HCFC-22 ή R-22. Χρησιμοποιήθηκε ως προωθητικό αεροζόλ και ως ψυκτικό σε κλιματιστικά. Σ' αυτές τις εφαρμογές του αντικαταστάθηκε εξαιτίας του υψηλού του δυναμικού ως καταστροφέας του στρατοσφαιρικού όζοντος και ως αέριο του θερμοκηπίου. Το διφθοροχλωρομεθάνιο είναι ένα ευέλικτο ενδιάμεσο της οργανοφθορικής χημικής βιομηχανίας, π.χ. για την παραγωγή του τετραφθοραιθένιου, από το οποίο παράγεται το τεφλόν.

Ονοματολογία 

Η ονομασία «διφθοροχλωρομεθάνιο» 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 και το ακολοθούμενο «χλωρο-» την παρουσία ενός (1) ατόμου χλωρίου ανά μόριο της ένωσης. Το «διφθορο-» μπαίνει πρώτο, γιατί τα προθέματα υποκαταστατών ή διακλαδώσεων μπαίνουν κατά αλφαβητική σειρά και δ < χ.

Μοριακή δομή 

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

Παραγωγή

Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο 

1. Με επίδραση υδροφθορίου σε τριχλωρομεθάνιο:

2. Με επίδραση τριφθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε τριχλωρομεθάνιο:

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα 

 Χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη δυο διαφορετικών αλογόνων στο μόριό του. Το χλώριο υποκαθίσταται ή αποσπάται πολύ πιο εύκολα, με αποτέλεσμα να δίνει εύκολα διφθοροπαράγωγα.

Αντιδράσεις υποκατάστασης

Υποκατάσταση από υδροξύλιο 

Υδρολύεται με υδροξείδιο του νατρίου προς διφθορομεθανόλη που μετατρέπεται τελικά σε μονοξείδιο του άνθρακα και υδροφθόριο:

Υποκατάσταση από αλκοξύλιο 

Με RONa αρχικά προς αλκοξυδιφθορομεθάνιο και στη συνέχεια, με περίσσεια RONa, προς διαλκοξυφθορομεθάνιο και τελικά τριαλκοξυμεθάνιο:

Υποκατάσταση από αλκινύλιο 

Με RC≡CNa αρχικά  προς 1,1-διφθοροαλκίνιο-2, στη συνέχεια, με περίσσεια RC≡CNa, προς 1,5-διαλκυλο-3-φθοροπενταδιίνιο και τελικά προς 3-αλκινυλο-1,5-διαλκυλοπενταδιίνιο:

Υποκατάσταση από ακύλιο 

Με RCOONa αρχικά προς αλκανικό διφθορομεθυλεστέρα, στη συνέχεια, με περίσσεια RCOONa, προς διαλκανικό φθορομεθυλοδιεστέρα και τελικά προς τριαλκανικό μεθυλοτριεστέρα:

Υποκατάσταση από κυάνιο 

Με NaCN αρχικά προς διφθοραιθανονιτρίλιο, στη συνέχεια, με περίσσεια NaCN, προς φθοροπροπανοδινιτρίλιο και τελικά κυανοπροπανοδινιτρίλιο:

Υποκατάσταση από αλκύλιο 

Με RNa αρχικά προς (διφθορομεθυλ)αλκάνιο, στη συνέχεια,  με περίσσεια RNa, προς διαλκυλοφθορομεθάνιο και τελικά προς τριαλκυλομεθάνιο:

Υποκατάσταση από σουλφαλκύλιο 

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

Υποκατάσταση από ιώδιο 

Με αρχικά KI προς διφθοριωδομεθάνιο, στη συνέχεια,  με περίσσεια KI, προς διιωδοφθορομεθάνιο και τελικά προς τριιωδομεθάνιο:

Υποκατάσταση από αμινομάδα 

Με αμμωνία (NH3) αρχικά προς διφθορομεθαναμίνη, στη συνέχεια,  με περίσσεια αμμωνίας, προς φθορομεθανοδιαμίνη και τελικά μεθανοτριαμίνη:

Υποκατάσταση από φωσφύλιο 

Με φωσφίνη (PH3) αρχικά προς διφθορομεθανοφωσφαμίνη, στη συνέχεια, με περίσσεια φωσφίνης, προς φθορομεθανοδιφωσφαμίνη και τελικά προς μεθανοτριφωσφαμίνη:

Υποκατάσταση από νιτροομάδα 

Με NaNO2 αρχικά προς διφθορονιτρομεθάνιο, στη συνέχεια, με περίσσεια νιτρώδους νατρίου, προς δινιτροφθορομεθάνιο, και τελικά προς τρινιτρομεθάνιο:

Υποκατάσταση από φαινύλιο 

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

Αναγωγή 
1. Με LiAlH4, παράγεται μεθάνιο:

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

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

Αντιδράσεις προσθήκης 

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

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

3. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 1,1-διφθορο-4-χλωροβουτάνιο:
 
4. Σε αλκαδιένια. Π.χ. με βουταδιένιο-1,3 παράγει 5,5-διφθορο-1-χλωροπεντένιο-2.

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

Παραγωγή καρβενίων και παραγώγων

Πυρόλυση 

 Με πυρόλυση αποσπάται υδροχλώριο παράγοντας διφθορομεθυλένιο που διμερίζεται παράγοντας τετραφθοραιθένιο:

Παραγωγή και παρεμβολή διφθορομεθυλενίου 

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

 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 1,1,2,2-τετραφθοροχλωραιθάνιο:

2. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθένιο. Παράγεται μίγμα από 3,3-διφθοροπροπένιο και 1,1-διφθοροκυκλοπροπάνιο:
 

3. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθίνιο. Παράγεται μίγμα από 3,3-διφθοροπροπίνιο και 3,3-διφθοροκυκλοπροπένιο:
 

4. Παρεμβολή και προσθήκη στο βενζόλιο. Παράγεται μίγμα από (διφθορομεθυλο)βενζόλιο και 7,7-διφθοροκυκλοεπτατριένιο:
 

5. Παρεμβολή και προσθήκη στη μεθανάλη. Παράγεται μίγμα από διφθοραιθανάλη και 2,2-διφθορεποξυαιθάνιο (2,2-διφθοροξιράνιο):

Παραγωγή και παρεμβολή φθορομεθυλενίου 

 Είναι δυνατή η απόσπαση FCl 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 1,1,2-τριφθορο-1-χλωραιθάνιο:

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

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

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

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

Επιπτώσεις στο περιβάλλον 

Το διφθοροχλωρομεθάνιο χρησιμοποιήθηκε ως εναλλακτικό για τα CFC-11 και CFC-12, που έχουν πολύ υψηλότερο δυναμικό καταστροφής όζοντος. Το διφθοροχλωρομεθάνιο έχει σχετικό δυναμικό καταστροφής όζοντος 0,055, ένα από τα μικρότερα για οργανοαλογονίδια που περιέχουν χλώριο. Όμως, ακόμη και το μικρότερο δυναμικό καταστροφής δεν θεωρείται πια αποδεκτό. Επιπλέον, από περιβαντολλογικής σκοπιάς, υπάρχει ανησυχία από την τυχόν έκλυσή του στην ατμόσφαιρα, γιατί το διφθοροχλωρομεθάνιο έχει και υψηλό δυναμικό αερίου του θερμοκηπίου. Για την ακρίβεια το διφθοροχλωρομεθάνιο έχει δυναμικό αερίου του θερμοκηπίου 1.810 υψηλότερο απ' αυτό του διοξείδιου του άνθρακα.

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

Τριαλαλκάνια
Αλομεθάνια
Φθοροχλωράνθρακες