Φθοροχλωραιθανικό οξύ

Το φθοροχλωρ(ο)αιθανικό οξύ ή φθοροχλωρο(ο)ξικό οξύΣημείωση:Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών. (αγγλικά chlorofluoroethanoic acid ή ChloroFluoroAcetic Acid, CFAA) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο, φθόριο και χλώριο, με μοριακό τύπο C2H2ClFO2, αν και συνηθέστερα παριστάνεται με τον ημισυντακτικό τύπο CHClFCOOH. Είναι ένα διαλοκαρβοξυλικό οξύ. Δομικά, περιέχει ένα χειρόμορφο κέντρο, που είναι το #2 άτομο άνθρακα, αφού συνδέεται με τέσσερεις (4) διαφορετικές άτομα ή ομάδες. Συγκεκριμένα συνδέεται με ένα άτομο υδρογόνου, ένα άτομο φθορίου, ένα άτομο χλωρίου και μια καρβοξυλομάδα (-COOH). Για το λόγο αυτό η ένωση βρίσκεται σε δυο οπτικά ισομερή.

 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 και ένα άλλο άτομο υδρογόνου του μεθυλίου έχει αντικατασταθεί από άτομο χλωρίου. 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). Τα αρχικά προθέματα «φθορ(ο)-» και «χλωρ(ο)-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου φθορίου και ενός (1) ατόμου χλωρίου ανά μόριο της ένωσης. Η χρήση του αριθμού θέσης (2-) και για τα δυο προθέματα θα αποτελούσε πλεονασμό, γιατί αυτή (#2) είναι η μοναδική θέση που μπορεί να χρησιμοποιηθεί, εφόσοσν το #1 άτομο άνθρακα της ένωσης είναι το καρβοξύλιο, ενώ αν συνδεθεί το άτομο του φθορίου με το καρβονύλιο αυτού, σχηματίζεται το χλωραιθανοϋλοφθορίδιο (ClCH2COF), που δεν είναι καρβοξυλικό οξύ ώστε να μπορεί ονομαστεί 2-χλωρο-1-φθοραιθανικό οξύ. Ομοίως, αν συνδεθεί το άτομο του χλωρίου με το καρβονύλιο, σχηματίζεται, αντίστοιχα, το φθοραιθανοϋλοχλωρίδιο (FCH2COCl), που επίσης δεν είναι καρβοξυλικό οξύ ώστε να μπορεί ονομαστεί 2-φθορο-1-χλωραιθανικό οξύ. Το πρόθεμα «φθορ(ο)-» προηγείται του προθέματος «χλωρ(ο)-», λόγω αλφαβητικής σειράς (φ<χ). Σημειώνεται ότι στην αγγλόφωνη ονοματολογία τα δυο προθέματα τοποθετούνται αντίστροφα, επίσης λόγω αλφαβητικής σειράς (c<f), οπότε η αγγλόφωνη συστηματική ονομασία της ένωσης είναι chlorofluoroethanoic acid.

 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 και ενός εταίρου ατόμου υδρογόνου του μεθυλίου από άτομο χλωρίου. 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. Αντιστοίχως, η ενέργεια δεσμού C-Cl ανἐρχεται σε 327 kJ/mol. Και αυτός ο δεσμός είναι σταθερός, αν και σαφώς λιγότερο, και έχει σημαντική, αν και σημαντικά μικρότερη, πάντα σε σύγκριση με το δεσμό C-F.
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-Clσ2sp³-3sp³177 pm9% C+ Cl-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 πίνακα O (OH) -0,51F -0,43O (=O) -0,38Cl -0,09H (HC) +0,03H (OH) +0,32C#2 +0,49C#1 +0,57

 Παραγωγή 

 Με μερική υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο 
Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε διχλωραιθανικό οξύ (CHCl2COOH) 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.

 Με μερική υποκατάσταση φθορίου από χλώριο 
Με επίδραση χλωριούχου ασβεστίου (CaCl2) σε διφθοραιθανικό οξύ (CHF2COOH) παράγεται φθοροχλωραιθανικό οξύ:

 Χημικές ιδιότητες και παράγωγα 
Το φθορoχλωραιθανικό οξυ συνδυάζει τις ιδιότητες καρβοξυλικού οξέος, φθοροπαραγώγου και χλωροπαραγώγου. Η διαφορά είναι ότι το χλώριο υποκαθίσταται σχετικά εύκολα, δίνοντας μεγάλο πλήθος παραγώγων, ενώ το φθόριο δίνει πολύ πιο δύσκολα αντίστοιχες αντιδράσεις.

Το γεγονός ότι είναι χειρόμορφη ένωση επιτρέπει την παραγωγή και χειρόμορφων παραγώγων.

 ΄Οξινος χαρακτήρας και καρβονικά άλατα 
Το φθοροχλωραιθανικό οξύ είναι ένα ασθενές μονοβασικό οξύ. Το άτομο υδρογόνου του φθοροχλωρομεθυλίου δεν αντικαθιστώνται από μέταλλα αλλά παρ'όλα αυτά το φθοροχλωραιθανικό 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 φθοροχλωραιθανικού νατρίου παίρνουμε διοξείδιο του άνθρακα και φθοροχλωρομεθάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3α.::2. Με ηλεκτρόλυση φθοροχλωραιθανικού νατρίου (μέθοδος Kolbe), παράγονται διοξείδιο του άνθρακα και 1,2-διφθορο-1,2-διχλωραιθάνιοΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3β.:3. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιο (ή βάριο) παράγεται 1,3-διφθορο-1,3-διχλωροπροπανόνηΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3γ.:4. Με επίδραση βρωμίου σε φθοροχλωραιθανικό άργυρο παράγεται βρωμοφθοροχλωρομεθάνιο - Αντίδραση HunsdieckerΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3δ.:

 Αναγωγή 
1. Τo φθοροχλωραιθανικό 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 αιθανικό οξύΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3β, R = CH2COOH, X = F.:3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου παράγεται αιθανικό οξύΑ. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.:4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Παράγεται αιθανικό οξύ. Π.χ.SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, Σελ. 42, §4.3.:

 Οξείδωση 
Τo φθοροχλωραιθανικό οξύ οξειδώνεται σε φθοροχλωραιθανικό 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 φθοροχλωροξικοί εστέρεςΑσκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8α.::

 Αλογόνωση 
1. Με επίδραση αλογόνων, παρουσία ερυθρού φωσφόρου, παράγεται αλοφθοροχλωραιθανικό οξύ:
 Η επίδραση φθορίου (F2) αποφεύγεται για λόγους ασφαλείας.

2. Με επίδραση αλογονωτικών μέσων παράγονται φθοροχλωρακετυλοαλογονίδιαΑσκήσεις 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. 

 Υποκατάσταση από χλώριο 
Με επίδραση χλωριούχου ασβεστίου (CaCl2) σε φθοροχλωραιθανικό οξύ παράγεται διχλωραιθανικό οξύ:

 Υποκατάσταση από υδροξύλιο 
Το φθοροχλωραιθανικό οξύ υδρολύεται με αραιό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (NaOH), σχηματίζοντας αρχικά υδροξυφθοραιθανικό οξύ [CHF(OH)COOH], που ως gem αλυδρίνη αφυδροφθοριώνεται σε οξαιθανικό οξύ:Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 186, §7.3.1.

 Υποκατάσταση από φαινύλιο 
Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζόλιο παράγεται αρχικά φθοροφαινυλαιθανικό οξύ. Αργότερα, με την παρουσία περίσσειας βενζολίου, μπορεί να παραχθεί διφαινυλαιθανικό οξύ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.5.

 Επίδραση καρβενίων 
Με επίδραση καρβενίων παράγεται ένα μίγμα 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-(φθοροχλωρομεθυλ)οξιρανόλη
 Η παραπάνω στοιχειομετρική εξίσωση είναι άθροισμα κατά μέλη των ακόλουθων δράσεων:
 Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό C-H. Παράγεται 2-φθορο-2-χλωροπροπανικό οξύ, ένα αλοκαρβοξυλικό οξύ.
 Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό O-H. Παράγεται φθοροχλωραιθανικός μεθυλεστέρας, ο μεθυλεστέρας του φθοροχλωραιθανικού οξέος.
 Κυκλοπροσθήκη στον ένα (1) δεσμό C=O. Παράγεται 2-(φθοροχλωρομεθυλ)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.

 Aναφορές και σημειώσεις 

Κατηγορία:Καρβονικά οξέα
Κατηγορία:Οργανικές ενώσεις φθορίου
Κατηγορία:Οργανικές ενώσεις χλωρίου
Κατηγορία:C2
Κατηγορία:Χειρομορφία (χημεία)