Διφθοροξικό οξύ

Το διφθοροξικό οξύ ή διφθοροξικό οξύ (αγγλικά difluoroethanoic acid ή difluoroacetic acid) είναι οργανική χημική ένωση με μοριακό τύπο C2H2F2O2, αν και συνηθέστερα παριστάνεται με τον ημισυντακτικό τύπο: CHF2COOH. Πιο συγκεκριμένα, πρόκειται για το απλούστερο διφθοροκαρβοξυλικό οξύ. Αποτελεί ένα δομικό ανάλογο του οξικού οξέος (CH3COOH), από το οποίο τυπικά προέρχεται με αντικατάσταση δύο (2) α-ατόμων υδρογόνου από επίσης δύο (2) άτομα φθορίου. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως άμεσο διφθορομεθυλιωτικό αντιδραστήριο.

Με βάση τις κανονικές θερμοκρασίες τήξης και βρασμού του, το χημικά καθαρό διφθοροξικό οξύ, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, είναι υγρό.

 Ονοματολογία 

Κατά τη συστηματική ονοματολογία κατά IUPAC, η ένωση θεωρείται υποκατεστημένο αιθανικό οξύ, δηλαδή αιθανικό οξύ, δύο (2) άτομα υδρογόνου του μεθυλίου του οποίου, έχει αντικατασταθεί από δύο (2) 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 «διφθορ(ο)-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) ατόμων φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Η χρήση των αριθμών θέσης (2,2-) 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 ένα άτομο του φθορίου με το καρβονύλιο αυτού, σχηματίζεται το φθοραιθανοϋλοφθορίδιο (CH2FCOF), που δεν είναι καρβοξυλικό οξύ ώστε να μπορεί ονομαστεί 1,2-διφθοροξικό οξύ.

 Μοριακή δομή 

Η μοριακή δομή του μπορεί να βρεθεί από την αντίστοιχη του αιθανικού οξέος με αντικατάσταση δύο (2) ατόμων υδρογόνου του μεθυλίου του από δύο άτομα (2) φθορίου. Η ενέργεια δεσμού C-F ανέρχεται σε 552 kJ/mol. Ο δεσμός αυτός είναι πολύ σταθερός και έχει μεγάλη πολικότητα, αγγίζοντας τα όρια ετεροπολικού δεσμού. 
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-Fσ2sp³-2sp³135 pm43% C+ F−C#2-Hσ2sp³-1s109 pm3% C− H+C#2-C1σ2sp³-2sp²151 pmC=Oσ
π2sp²-2sp²
2p-2p132 pm19% C+ O−C-Oσ2sp²-2sp³147 pm19% C+ O−O-Hσ2sp³-1s96 pm32% O− H+Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίοΥπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακαΟ (OH) -0,51F -0,43Ο (=O) -0,38Η (HC) +0,03Η (OH) +0,32C#1 +0,57C#2 +0,83

 Παραγωγή 

 Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο 
Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε διχλωραιθανικό οξύ (ClCH2COOH) μπορεί να υποκατασταθεί το χλώριο από φθόριο, γιατί ο σχηματισμός δυσδυάλυτου χλωριούχου υφυδραργύρου μετακινεί τη χημική ισορροπία της αντίδρασης προς τα δεξιάΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2.8.:Παρόμοια υποκατάσταση συμβαίνει και με χρήση φθοριούχου αργύρου (AgF):Acetic Acid and Its Derivatives (Chemical Industries) von V. Agreda, J. Zoeller, und Agreda H. Agreda von Marcel Dekker Inc (Gebundene Ausgabe - 16. Dezember 1992), ISBN 0-8247-8792-7.

 Αντί του χλωραιθανικού οξέος χρησιμοποιούνται επίσης ως πρόδρομες ύλες και εστέρες του, όπως για παράδειγμα ο διχλωραιθανικός μεθυλεστέρας (CHCl2COOCH3). Σε αυτήν την περίπτωση σχηματίζεται ο φθοραιθανικός μεθυλεστέρας (CHF2COOCH3), που μπορεί να υδρολυθεί σε φθοραιθανικό οξύ.

 Χημικές ιδιότητες και παράγωγα 
Το διφθοροξικό οξυ συνδυάζει τις ιδιότητες καρβοξυλικού οξέος και φθοροπαραγώγου.

 ΄Οξινος χαρακτήρας και καρβονικά άλατα 
Το διφθοροξικό οξύ είναι ένα ασθενές μονοπρωτικό οξύ. Το άτομο υδρογόνου του διφθορομεθυλίου δεν αντικαθιστώνται από μέταλλα αλλά παρ'όλα αυτά το διφθοροξικό 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 διφθοραιθανικού νατρίου παίρνουμε διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και διφθορομεθάνιο (CH2F2)Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3α.:2. Με ηλεκτρόλυση διφθοραιθανικού νατρίου (μέθοδος Kolbe), συμπαράγονται διοξείδιο του άνθρακα και 1,1,2,2-τετραφθοραιθάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3β.:3. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιο (ή βάριο) παράγεται 1,1,3,3-τετραφθοροπροπανόνηΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3γ.:4. Με επίδραση βρωμίου σε διφθοροξικό άργυρο παράγεται βρωμοδιφθορομεθάνιο - Αντίδραση HunsdieckerΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3δ.:

 Αναγωγή 
1. Τo διφθοροξικό οξύ ανάγεται με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4) (κυρίως) προς αιθανόληΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.4. και σελ. 187, §7.3.3α:2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ παράγεται οξικό οξύΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3β, R = CH2COOH, X = F.:3. Με σιλάνιο (SiH4), παρουσία τριφθοριούχου βορίου (BF3) παράγεται οξικό οξύΑ. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.:4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο (RSnH3). Παράγεται οξικό οξύ. Π.χ.SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, Σελ. 42, §4.3.:

 Οξείδωση 
Τo διφθοροξικό οξύ οξειδώνεται σε διφθοροξικό υπεροξύ από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), σε όξινο περιβάλλονΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.5α.:

 Εστεροποίηση 

 Με επίδραση αλκοολών παράγονται διφθοροξικοί εστέρεςΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8α.::

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

 Η επίδραση φθορίου (F2) αποφεύγεται για λόγους ασφαλείας.

2. Με επίδραση αλογονωτικών μέσων παράγονται διφθορακετυλοαλογονίδιαΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8β.::

 α. Με SOCl2:

 β. Με PCl5:

 γ. Με PX3, όπου X: Cl, Br, I.

 Για το φθορακετυλοφθορίδιο προτιμάται η υποκατάσταση σε διφθορακετυλοχλωρίδιο:

 Υποκατάσταση από χλώριο 
Με επίδραση χλωριούχου ασβεστίου (CaCl2) σε διφθοροξικό οξύ παράγεται (τελικά) διχλωροξικό οξύ:

 Υποκατάσταση από φαινύλιο 
Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζόλιο παράγεται (τελικά) διφαινυλαιθανικό οξύΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.5.:

 Επίδραση καρβενίων 
Με επίδραση καρβενίων παράγεται ένα μείγμα προϊόντωνΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3.. Π.χ. με μεθυλένιο έχουμε περίπου την παρακάτω στοιχειομετρική εξίσωση: 2,2-διφθορομεθυλοξιρανόλη

 Η παραπάνω στοιχειομετρική εξίσωση είναι άθροισμα κατά μέλη των ακόλουθων δράσεων:

 Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό C-H. Παράγεται 2,2-διφθοροπροπανικό οξύ, ένα διαλοκαρβοξυλικό οξύ.
 Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό O-H. Παράγεται διφθοροξικός μεθυλεστέρας, ο μεθυλεστέρας του διφθοραιθανικού οξέος.
 Κυκλοπροσθήκη στον ένα (1) δεσμό C=O. Παράγεται 2,2-διφθορομεθυλοξιρανόλη, 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.

 Αναφορές και σημειώσεις 

Κατηγορία:Καρβονικά οξέα
Κατηγορία:Οργανικές ενώσεις φθορίου
Κατηγορία:C2