Φθοροξικό οξύ

Το φθοροξικό οξύ (αγγλικά fluoroacetic acid) είναι οργανική χημική ένωση, με μοριακό τύπο C2H3FO2, αν και συνηθέστερα παριστάνεται με τον ημισυντακτικό τύπο FCH2CO2H. Το άλας του με νάτριο χρησιμοποιήθηκε ως ζιζανιοκτόνο. Αναστέλλει τη λειτουργία του ενζύμου ακονιτάση, που είναι ένα από τα ένζυμα που καταλύουν στάδια του κύκλου του κιτρικού οξέος.

Φυσική παρουσία 

To φθοροξικό οξύ βρέθηκε στη φύση σε πάνω από 40 είδη φυτών στην Αυστραλία, στη Βραζιλία και στην Αφρική. Για πρώτη φορά ταυτοποιήθηκε στα δηλητηριώδη φύλλα του Dichapetalum cymosum από το Μαράις (Marais) το 1944. Όμως από το 1904, οι άποικοι της Σιέρα Λεόνε χρησιμοποιούσαν εκχυλίσματα του Chailletia toxicaria, που επίσης περιέχει φθοροξικό οξύ ή άλατά του, για να δηλητηριάζουν αρουραίους. Αρκετά ενδημικά Αυστραλιανά γένη φυτών περιέχουν το φθοροξικό οξύ ως τοξίνη. Σε αυτά περιλαμβάνονται τα ακόλουθα Gastrolobium, Gompholobium, Oxylobium, Nemcia, καθώς επίσης και η ακακία.

Παρουσία φθοροξικού οξέος στα είδη του γένους Gastrolobium 

Τα Gastrolobium είναι ένα γένος ανθοφόρων φυτών της οικογένειας Fabaceae. Υπάρχουν πάνω από 100 είδη σε αυτό το γένος, αλλά μόνο δύο (2) είναι ενδημικά είδη στη νοτιοδυτική περιοχή της Δυτικής Αυστραλίας, όπου είναι γνωστά ως «δηλητηριώδη μπιζέλια» (poison peas). Τα Gastrolobium που φύονται στη Νοτιοδυτική Αυστραλία είναι μοναδικά στην ικανότητα να συγκεντρώνουν φθοροξικό οξύ από εδάφη φτωχά σε φθόριο. Τα οπόσουμ με βουρτσώδη ουρά, οι αραιουραίοι θάμνων και τα δυτικά γκρι καγκουρώ, που είναι ενδημικά στην περιοχή αυτή, είναι ικανά να τρώνε με ασφάλεια φυτά που περιέχουν φθοροξικό οξύ, αλλά τα εισαγόμενα κτηνοτροφικά κατοικίδια, η κόκκινη αλεπού και όσα είδη έχουν προέλθει από άλλες περιοχές της Αυστραλίας είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στο δηλητήριο. Το γεγονός ότι πολλά είδη Gastrolobium έχουν υψηλή δευτεροβάθμια τοξικότητα για μη ενδημικά σαρκοφάγα θεωρείται ότι περιόρησε την ικανότητα των αιλουροειδών να εγκαταστήσουν πληθυσμούς στις περιοχές όπου τα φυτά αυτά σχηματίζουν ένα μεγάλο μέρος της χαμηλής βλάστησης.

Η παρουσία ειδών Gastrolobium στα χωράφια των αγροτών της Δυτικής Αυστραλίας συχνά τους υποχρέωσε να «αποξύσουν» (scalp) τη γη τους, απομακρύνοντας το επιφανειακό χώμα και όσα δηλητηριώδη μπιζέλια μπορεί να περιέχει. Ομοίως, οι αγελαδοτρόφοι της Βορειοδυτικής Κουΐνσλαντ ακολουθούν τις πυρκαγιές θάμνων πριν τα δηλητηριώδη Gastrolobium grandiflorum ξαναβγούν από τις στάχτες.

Ονοματολογία 

Κατά τη συστηματική ονοματολογία κατά IUPAC, η ένωση θεωρείται υποκατεστημένο αιθανικό οξύ, δηλαδή αιθανικό οξύ, ένα (1) άτομο υδρογόνου του μεθυλίου του οποίου, έχει αντικατασταθεί από ένα άτομο φθορίου. Πιο αναλυτικά, το πρόθεμα «αιθ-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ικό οξύ» φανερώνει ότι η ένωση είναι ένα καρβοξυλικό οξύ, δηλαδή ότι κύρια χαρακτηριστική ομάδα της  ένωσης είναι ένα καρβοξύλιο (-COOH). Το αρχικό πρόθεμα «φθορ(ο)-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Η χρήση του αριθμού θέσης (2-) θα αποτελούσε πλεονασμό, γιατί αυτή (#2) είναι η μοναδική θέση που μπορεί να χρησιμοποιηθεί, εφόσον το #1 άτομο άνθρακα της ένωσης είναι το καρβοξύλιο και αν συνδεθεί το άτομο του φθορίου με το καρβονύλιο αυτού, σχηματίζεται το αιθανοϋλοφθορίδιο (CH3COF), που δεν είναι καρβοξυλικό οξύ ώστε να μπορεί ονομαστεί 1-φθοροξικό οξύ.

Μοριακή δομή 

Η μοριακή δομή του μπορεί να βρεθεί από την αντίστοιχη του αιθανικού οξέος με αντικατάσταση ενός ατόμου υδρογόνου του μεθυλίου του από άτομο φθορίου. Η ενέργεια δεσμού C-F ανέρχεται σε 552 kJ/mol. Η ειδική θερμοχωρητικότητά του είναι Cp = 38,171 J/(mole·K) στους 25 °C. Ο δεσμός αυτός είναι πολύ σταθερός και έχει μεγάλη πολικότητα, αγγίζοντας τα όρια ετεροπολικού δεσμού.

Παραγωγή

Με υποκατάσταση υδροξυλίου από φθόριο 

Με επίδραση υδροφθορίου (HF) σε υδροξυαιθανικό οξύ (HOCH2COOH) μπορεί να υποκατασταθεί το παραγώμενο υδροξώνιο από φθόριο:

Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο 

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε χλωραιθανικό οξύ (ClCH2COOH) μπορεί να υποκατασταθεί το χλώριο από φθόριο, γιατί ο σχηματισμός δυσδυάλυτου χλωριούχου υφυδραργύρου μετακινεί τη χημική ισορροπία της αντίδρασης προς τα δεξιά:
Παρόμοια υποκατάσταση συμβαίνει και με χρήση φθοριούχου αργύρου (AgF):
 Αντί του χλωραιθανικού οξέος χρησιμοποιούνται επίσης ως πρόδρομες ύλες και εστέρες του, όπως για παράδειγμα ο χλωραιθανικός μεθυλεστέρας (ClCH2COOCH3). Σε αυτήν την περίπτωση σχηματίζεται ο φθοροξικός μεθυλεστέρας (FCH2COOCH3), που μπορεί να υδρολυθεί σε φθοροξικό οξύ.

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα 

Το φθοροξικό οξυ συνδυάζει τις ιδιότητες καρβοξυλικού οξέος και φθοροπαραγώγου.

΄Οξινος χαρακτήρας και καρβονικά άλατα 

Το φθοροξικό οξύ είναι ένα ασθενές μονοβασικό οξύ. Τα δύο (2) άτομα υδρογόνου του φθορομεθυλίου δεν αντικαθιστώνται από μέταλλα αλλά παρ'όλα αυτά το φθοροξικό οξύ αντιδρά με ορισμένα μέταλλα μέταλλα και βάσεις σχηματίζοντας άλατα με σύγχρονη έκλυση υδρογόνου ή νερού αντίστοιχα:

(Αντίδραση διάστασης)(Επίδραση μετάλλων ηλεκτροθετικότερων του υδρογόνου)(Αντίδραση εξουδετέρωσης)

Αποκαρβοξυλίωση 

1. Με θέρμανση φθοροξικού νατρίου παίρνουμε διοξείδιο του άνθρακα και φθορομεθάνιο::

2. Με ηλεκτρόλυση φθοροξικού νατρίου (μέθοδος Kolbe), παράγονται διοξείδιο του άνθρακα και 1,2-διφθοραιθάνιο:

3. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιο (ή βάριο) παράγεται 1,3-διφθοροπροπανόνη:

4. Με επίδραση βρωμίου σε φθοροξικό άργυρο παράγεται βρωμοφθορομεθάνιο - Αντίδραση Hunsdiecker:

Αναγωγή 

1. Τo φθοροξικό οξύ ανάγεται με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4) (κυρίως) προς αιθανόλη:

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ παράγεται αιθανικό οξύ:

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου παράγεται αιθανικό οξύ:

4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Παράγεται αιθανικό οξύ. Π.χ.:

Οξείδωση 

Τo φθοροξικό οξύ οξειδώνεται σε φθοροξικό υπεροξύ από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), σε όξινο περιβάλλον:

Εστεροποίηση 

 Με επίδραση αλκοολών παράγονται φθοροξικοί εστέρες::

Αλογόνωση 

1. Με επίδραση αλογόνων, παρουσία ερυθρού φωσφόρου, παράγεται αλοφθοροξικό οξύ:

 Η επίδραση φθορίου (F2) αποφεύγεται για λόγους ασφαλείας.

2. Με επίδραση αλογονωτικών μέσων παράγονται φθορακετυλοαλογονίδια::
α. Με SOCl2:

β. Με PCl5:

γ. Με PX3, όπου X: Cl, Br, I.

 Για το φθορακετυλοφθορίδιο προτιμάται η υποκατάσταση σε φθορακετυλοχλωρίδιο:

Υποκατάσταση από χλώριο 

Με επίδραση χλωριούχου ασβεστίου (CaCl2) σε φθοροξικό οξύ παράγεται χλωραιθανικό οξύ:

Υποκατάσταση από φαινύλιο 

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζόλιο παράγεται φαινυλαιθανικό οξύ:

Επίδραση καρβενίων 

Με επίδραση καρβενίων παράγεται ένα μίγμα προϊόντων. Π.χ. με μεθυλένιο έχουμε περίπου την παρακάτω στοιχειομετρική εξίσωση:
 2-(φθορομεθυλ)οξιρανόλη 
 Η παραπάνω στοιχειομετρική εξίσωση είναι άθροισμα κατά μέλη των ακόλουθων δράσεων:
 Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C-H. Παράγεται 2-φθοροπροπανικό οξύ, ένα αλοκαρβοξυλικό οξύ.
 Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό O-H. Παράγεται φθοροξικός μεθυλεστέρας, ο μεθυλεστέρας του φθοροξικού οξέος.
 Κυκλοπροσθήκη στον ένα (1) δεσμό C=O. Παράγεται 2-(φθορομεθυλ)οξιρανόλη, μια ετεροκυκλική αλκοόλη.
 Συνολικά δηλαδή τρία (3) παράγωγα προϊόντα, που είναι πρακτικά ισοδύναμα (σ' αυτήν την περίπτωση) σε παραγωγή, εξαιτίας της μεγάλης δραστικότητας του μεθυλενίου, που ως δίριζα κάνει σχεδόν απόλυτα κινητικές (δηλαδή όχι εκλεκτικές) τις αντιδράσεις του.

Πηγές 
 Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985
 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
 Πολυχρόνη Σ. Καραγκιοζίδη: Ονοματολογία οργανικών ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1991, Έκδοση Β΄.
 Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, Έκδοση Β΄.
 Δ. Νικολαΐδη: Ειδικά κεφάλαια Οργανικής Χημεία, Θεσσαλονίκη 1983.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Αναφορές και σημειώσεις 

Καρβονικά οξέα
Οργανικές ενώσεις φθορίου
C2