1,1-διφθοραιθάνιο

To 1,1-διφθοραιθάνιοΓια εναλλακτικές ονομασίες και συμβολισμούς δείτε τον πίνακα πληροφοριών. (αγγλικά: 1,1-difluoroethane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και φθόριο, με μοριακό τύπο C2H4F2, αλλά συχνά αποδίδεται με τον ημισυντακτικό τύπο CH3CHF2. Με βάση το σύστημα κωδικής ονομασίας που ξεκίνησε με τους φθοροχλωράνθρακες έχει τον κωδικό HFC-152a ή R-152a. Ανήκει στα διαλαλκάνια, δηλαδή στους άκυκλους και κορεσμένους διαλυδρονάνθρακες. Το χημικά καθαρό 1,1-διφθοραιθάνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο αέριο. Με βάση το χημικό τύπο του έχει ένα (1) ισομερές θέσης, το 1,2-διφθοραιθάνιο. Χρησιμοποιήθηκε ως ψυκτικό. Είναι εναλλακτικό απέναντι στους φθοροχλωράνθρακες (CFC), γιατί έχει μηδενικό δυναμικό καταστροφής όζοντος, χαμηλότερο δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης (120), καθώς και βραχύτερη ατμοσφαιρική «διάρκεια ζωής» (1,4 έτη)Global Warming Potentials of ODS Substitutes". U.S. Environmental Protection Agency. 2010. Archived from the original on 16 October 2010. Retrieved 20 September 2010.. Πρόσφατα εγκρίθηκε για χρήση σε εφαρμογές αυτοκινήτων, ως εναλλακτικό του R-134a (δηλαδή του 1,1,1,2-τετραφθοραιθάνιου).

 Ονοματολογία και ισομέρεια 

Η ονομασία «1,1-διφθοραιθάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, 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 «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες που έχουν χαρακτηριστικές καταλήξεις. Τo αρχικό πρόθεμα «διφθορο-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) ατόμων φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Τέλος, οι αριθμοί θέσης (1,1-) δείχνουν ότι και τα δυο άτομα φθορίου βρίσκονται ενωμένα με το ίδιο (#1) άτομο άνθρακα της ένωσης. Αυτό βοηθά στη διάκριση της ένωσης από την ισομερή της, 1,2-διφθοραιθάνιο.

Ο κωδικός HFC-152a παράγεται ως εξής: Το HFC προέρχεται από την αγγλόφωνη λέξη HydroFluoroCarbon. Το πρώτο ψηφίο (1) σημαίνει ότι η ένωση περιέχει 1+1 = 2 άτομα άνθρακα (ανά μόριο). Το δεύτερο ψηφίο (5) σημαίνει ότι η ένωση περιέχει 5 - 1 = 4 άτομα υδρογόνου. Και, τέλος, το τελευταίο ψηφίο (2), σημαίνει ότι η ένωση περιέχει δύο (2) άτομα φθορίου. Επειδή με βάση το μοριακό τύπο (C2H4F2) η ένωση έχει δύο (2) ισομερή θέσης, το 1,1-διφθοραιθάνιο και το 1,2-διφθοραιθάνιο, χρειάζεται η χρήση του ψηφίου «a», για να προσδιοριστεί ότι εννοείται το 1,1-διφθοραιθάνιο και όχι το ισομερές του.

 Μοριακή δομή 

Η μοριακή δομή της ένωσης αντιστοιχεί γεωμετρικά με δυο (2) κατά κορυφή ενωμένα τετράεδρα, με τα άτομα άνθρακα στα δυο κέντρα των τετραέδρων, και με τα υπόλοιπα 6 άτομα, 4 υδρογόνου και 2 φθορίου, στις δυο βάσεις των τετραέδρων. Η δομή αυτή ομοιάζει με αυτήν του αιθανίου.
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-Κατανομή φορτίωνσε ουδέτερο μόριο F-0,43 C#2-0,09 H+0,03 C#1+0,83

 Παραγωγή 

 Με προσθήκη σε αιθίνιο 

Το 1,1-διφθοραιθάνιο παράγεται με καταλυόμενη από υδράργυρο προσθήκη υδροφθορίου σε αιθίνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.1., X = F.Siegemund, Günter; Schwertfeger, Werner; Feiring, Andrew; Smart, Bruce; Behr, Fred; Vogel, Herward; McKusick, Blaine (2010). "Fluorine Compounds, Organic". In Bohnet, Matthias; Bellussi, Giuseppe; Bus, James et al. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. John Wiley & Sons. doi:10.1002/14356007.a11_349.:

Όπως φαίνεται και από την παραπάνω στοιχειομετρική εξίσωση, ενδιάμεσα σχηματίζεται φθοραιθένιο, που είναι η μονομερής πρόδρομη ένωση για το πολυβινυλοφθορίδιο.

 Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο 

Το 1,1-διφθοραιθάνιο μπορεί να παραχθεί, επίσης, με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε 1,1-διχλωραιθάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2.8.:

 Χημικές ιδιότητες 

 Αντιδράσεις υποκατάστασης 

 Ελάχιστες αντιδράσεις υποκατάστασης είναι πρακτικά εφικτές, γιατί οι δυο δεσμοί άνθρακα - φθορίου που διαθέτει είναι πολύ ισχυροί και ο μηχανισμός που επικρατεί είναι ο SN2, που πρακτικά απαιτεί αλογόνα με μεγαλύτερη πολωσιμότητα από το φθόριο.

 Περιφθορίωση 

Το 1,1-διφθοραιθάνιο αντιδρά με το τριφθοριούχο κοβάλτιο (CoF3), αντικαθιστώντας όλα τα άτομα υδρογόνου με άτομα φθορίου. Έτσι παράγεται (κυρίως) εξαφθοραιθάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2β, προσαρμογή αντίδρασης για 1,1-διφθοραιθάνιο:

 Υποκατάσταση από χλώριο 

Με χρήση χλωριούχου ασβεστίου (CaCl2) είναι δυνατή η μερική ή και η ολική αντικατάσταση του φθορίου, επειδή η καθίζηση του δυσδιάλυτου φθοριούχου ασβεστίου (CaF2) μετακινεί τις χημικές ισορροπίες προς τα δεξιά.

 Υποκατάσταση από φαινύλιο 

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται αρχικά (1-φθοραιθυλο)βενζόλιο, και στη συνέχεια, με περίσσεια βενζολίου, προς 1,1-διφαινυλαιθάνιοΑ. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, §3.2. σελ.54:

 Αναγωγή 

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

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

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

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


 Αντιδράσεις προσθήκης 

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH2=CH2) παράγει 1,3-διφθοροβουτάνιοSCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, για Ε = CH3CHF και Nu = F.:

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1,3-διφθορο-1-βουτένιοSCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για αλκίνια και για Ε = CH3CHF και Nu = F με βάση και την §8.1, σελ. 114-116.: 

3. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 1,4-διφθοροπεντάνιοSCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για κυκλοαλκάνια και για Ε = CH3CHF 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. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο παράγει (1,4-προσθήκη), 1,5-διφθορο-2-εξένιοSCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για αλκαδιένια και για Ε = CH3CHF και Nu = F με βάση και την §8.2, σελ. 116-117.:

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με οξιράνιο παράγει 2-φθορο-1-(1-φθοραιθοξυ)αιθάνιοΝ. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §2.1., σελ. 16-17, εφαρμογή γενικής αντίδρασης για Nu = F.:
30 px 

 Αντιδράσεις απόσπασης 

Με απόσπαση υδροφθορίου (HF) από 1,1-διφθοραιθάνιο παράγεται αρχικά φθοραιθένιο, και στη συνέχεια, με περίσσεια ισχυρής βάσης, αιθίνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.153, §6.3.1α.:

 Παρεμβολή καρβενίων 

 Τα καρβένια (π.χ. [:CH2]) μπορούν παρεμβληθούν στους δεσμούς C-H. Π.χ. έχουμεΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3:

 Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε;
1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς CH2-H. Παράγεται 1,1-διφθοροπροπάνιο.
2. Παρεμβολή στον δεσμό C-H: 2. Παράγεται 2,2-διφθοροπροπάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα 1,1-διφθοροπροπάνιου ~75% και 2,2-διφθοροπροπάνιου ~25%.

 Εφαρμογές 

Επιπρόσθετα από την υπηρεσία του ως ψυκτικό, το 1,1-διφθοραιθάνιο χρησιμοποιήθηκε επίσης συχνά ως προωθητικό αέριο (gas duster) καταναλωτικών προϊόντων αερολυμάτων, ιδιαιτέρως εκείνων των πτητικών οργανικών ενώσεων (VOC = Volatile organic compound(s)), με τις δυσκολότερες απαιτήσεις.

 Θέματα ασφάλειας 

Η πρακτική της σκόπιμης εισπνοής ή “huffing” εμφυαλωμένου αερίου μπορεί να είναι από εξαιρετικά επικίνδυνη ή και θανατηφόρα. Η σκόπιμη εισπνοή 1,1-διφθοραιθάνιου προκάλεσε θανατηφόρα καρδιακή αρυθμία σε έναν άνδρα 42 ετώνAvella J, Wilson JC, Lehrer M (March 2006). "Fatal cardiac arrhythmia after repeated exposure to 1,1-difluoroethane (DFE)". The American Journal of Forensic Medicine and Pathology 27 (1): 58–60. doi:10.1097/01.paf.0000202715.71009.0e. PMID 16501351.. Σε αρκετές αναφορές από θανατηφόρες συγκρούσεις αυτοκινήτων, ο θάνατος συνδέθηκε με την εισπνοή 1,1-διφθοραιθάνιουBroussard LA, Brustowicz T, Pittman T, Atkins KD, Presley L (November 1997). "Two traffic fatalities related to the use of difluoroethane". Journal of Forensic Sciences 42 (6): 1186–7. PMID 9397568.Hahn T, Avella J, Lehrer M (October 2006). "A motor vehicle accident fatality involving the inhalation of 1,1-difluoroethane". Journal of Analytical Toxicology 30 (8): 638–42. PMID 17132266. Retrieved 6 June 2010."Autopsy: man in crash died from inhaling computer cleaner". The Times News. 10 March 2012.. Εξαιτίας της κατάχρησης εισπνοής, ένα πικραντικό προστέθηκε σε καταναλωτικά προϊόντα εμφυαλωμένων αερίων.

Όμως, σε μια μελέτη της εταιρείας Du Pont, αρουραίοι εκτέθηκαν σε πάνω από 25.000 ppm (που αντιστοιχούν σε 67,485 g/m³), για 6 ώρες την ημέρα, πέντε ημέρες την εβδομάδα, επί δυο (2) χρόνια. Το αποτέλεσμα σε αυτήν την έκθεση ήταν η μη παρατήρηση δυσμενών επιπτώσεων σε αυτό το επίπεδο για την συγκεκριμένη ένωση. Μακρόχρονη έκθεση σε 1,1-διφθοραιθάνιο έχει συνδεθεί με την ανάπτυξη στεφανιαία καρδιακής νόσου στους ανθρώπους και στηθάγχη"1,1-Difluoroethane". National Library of Medicine HSDB Database. 1994. Retrieved 8 June 2010..

Παρόλο που δεν είναι εξαιρετικά εύφλεκτο σε μορφή αεριώδους αφρού, το 1,1-διφθοραιθάνιο μπορεί να καεί κάτω από ορισμένες συνθήκες. Γι' αυτό υπάρχει και μια προειδοποιητική επιγραφή σε κάποια προϊόντα με προωθητικά αέρια. Όταν μετατρέπεται σε υγρό πίδακα, το υπό βρασμό αερόλυμα υδροφθοράνθρακα μπορεί εύκολα να γίνει αναφλέξιμο, παράγοντας μια πολύ μεγάλη έκρηξη ή φλόγα και με ορισμένα εξαιρετικά τοξικά αέρια παράγωγα καύσης, όπως το υδροφθόριο και το διφθοριούχο καρβονύλιο (COF2).

 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

Κατηγορία:Αλαιθάνια
Κατηγορία:Οργανικές ενώσεις φθορίου
Κατηγορία:Διαλαλκάνια
Κατηγορία:Ψυκτικά