Φθοροχλωρομεθάνιο

Το φθοροχλωρομεθάνιοΓια εναλλακτικές ονομασίες και συμβολισμούς δείτε τον πίνακα πληροφοριών. (αγγλικά: chlorofluoromethane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο, φθόριο και χλώριο, με μοριακό τύπο CH2ClF, 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 «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», 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°.Binbrek O. S., Torrie B. H., Swainson I. P. (2002). "Neutron powder-profile study of chlorofluoromethane". Acta Crystallographica C 58 (11): 672–674. doi:10.1107/S0108270102017328. PMID 12415178.

Στην ατμόσφαιρα, σε ύψος 22 χλμ. υπάρχει σε ίχνη (148 pptMέρη ανά τρισεκατομμύριοC. Lippens et al. (1981). "Atmospheric nitric acid and chlorofluoromethane 11 from interferometric spectra obtained at the Observatoire du Pic du Midi". Journal of Optics 12 (5): 331–336. doi:10.1088/0150-536X/12/5/007.).

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.Το ίδιο ισχύει σε όλες τις γλώσσες. Δείτε ενδεικτικά τα interwikies του άρθρου. Σε μερικές γλώσσες, όμως, αλλάζει η σειρά των προθεμάτων. Για παράδειγμα στα αγγλικά: chlorofluoromethane, c < f.

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.

ΔεσμοίΤα 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.Δεσμόςτύπος δεσμούηλεκτρονική δομήΜήκος δεσμούΙονισμόςC-Hσ2sp3-1s109 pm3% C- H+C-Fσ2sp3-2sp3139 pm43% C+ F-C-Clσ2sp3-3sp3176 pm9% C+ Cl-Κατανομή φορτίωνσε ουδέτερο μόριο F-0,43 Cl-0,09 H+0,03 C+0,46

 Παραγωγή 

 Με μερική υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο 

Με επίδραση Hg2F2 σε διχλωρομεθάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2.8.:

 Χημικές ιδιότητες 

 Αντιδράσεις υποκατάστασης 

 Δίνει αντιδράσεις υποκατάστασης σχεδόν αποκλειστικά 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 μεθανάληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 186, §7.3.1.:

 Υποκατάσταση από αλκοξύλιο 

Με RONa μετατρέπεται σε αλκοξυφθορομεθάνιο:

 Υποκατάσταση από αλκινύλιο 

Με RC≡CNa μετατρέπεται σε φθοραλκίνιο:

 Υποκατάσταση από ακύλιο 

Με RCOONa μετατρέπεται σε αλκανικό φθορομεθυλεστέρα:

 Υποκατάσταση από κυάνιο 

Με NaCN μετατρέπεται σε φθοραιθανονιτρίλιο:

 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 ιωδοφθορομεθάνιο:

 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 μεθυλενοφωσφίνηΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 267, §11.3.Α1.:

 Υποκατάσταση από νιτροομάδα 

Με NaNO2 μετατρέπεται σε φθορονιτρομεθάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244, §10.3.Α.:

 Υποκατάσταση από φαινύλιο 

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται (φθορομεθυλο)βενζόλιο.Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, §3.2. σελ.54:

 Περιφθορίωση 

Το φθοροχλωρομεθάνιο αντιδρά με το τριφθοριούχο κοβάλτιο, αντικαθιστώντας όλα τα άτομα υδρογόνου με άτομα φθορίου. Έτσι παράγεται (κυρίως) τριφθοροχλωρομεθάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2β, προσαρμογή αντίδρασης για φθοροχλωρομεθάνιο:

 Αναγωγή 

1. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4), παράγεται μεθάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3α.:

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ, παράγεται αρχικά φθορομεθάνιο, και στη συνέχεια μεθάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3β.:

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται μεθάνιοΑ. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.:

4. Αναγωγή από ένα κασσιτεράνιο, παράγεται μεθάνιο. Π.χ.SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, Σελ. 42, §4.3.:

 Αντιδράσεις προσθήκης 

1. Σε αλκένια. Για παράδειγμα, με αιθένιο (CH2=CH2) παράγει 1-φθορο-3-χλωροπροπάνιοSCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, για Ε = CH2Cl και Nu = F.:

2. Σε αλκίνια. Για παράδειγμα, με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1-φθορο-3-χλωροπροπένιοSCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για αλκίνια και για Ε = CH2Cl και Nu = F με βάση και την §8.1, σελ. 114-116.:

3. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Για παράδειγμα, με κυκλοπροπάνιο παράγει 1-φθορο-4-χλωροβουτάνιοSCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για κυκλοαλκάνια και για Ε = CH2Cl και Nu = F σε συνδυασμό με Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §1.2., σελ. 22-25:
40px|κυκλοπροπάνιο 
4. Σε αλκαδιένια. Για παράδειγμα, με 1,3-βουταδιένιο παράγει 1-φθορο-5-χλωρο-2-πεντένιοSCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για αλκαδιένια και για Ε = CH2Cl και Nu = F με βάση και την §8.2, σελ. 116-117.:

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Για παράδειγμα, με εποξυαιθάνιο παράγει 1-χλωρομεθοξυ-2-φθοραιθάνιοΝ. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §2.1., σελ. 16-17, εφαρμογή γενικής αντίδρασης για Nu = F.:
30 px 

 Παραγωγή καρβενίων 

 Παραγωγή και παρεμβολή φθορομεθυλενίου 

Με επίδραση πυκνού διαλύματος υδροξείδιου του καλίου αποσπάται υδροχλώριο παράγοντας φθορομεθυλένιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3.:

 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:
 20 px

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:
 50 px

 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:
 40 px

3. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθίνιο. Παράγεται σε μεγάλο ποσοστό κυκλοπροπένιο:
 40 px

4. Παρεμβολή και προσθήκη στο βενζόλιο. Παράγεται σε μεγάλο ποσοστό κυκλoεπτατριένιο:
 30 px

5. Παρεμβολή και προσθήκη στη μεθανάλη. Παράγεται σε μεγάλο ποσοστό οξιράνιο:
 30 px

 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

 Σημειώσεις και αναφορές 

Κατηγορία:Διαλαλκάνια
Κατηγορία:Αλομεθάνια
Κατηγορία:Φθοροχλωράνθρακες