Хлорфторуглероды

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Хлорфторуглероды — органические соединения, состоящие исключительно из атомов хлора (Cl), фтора (F) и углерода (С). Различают низшие хлорфторуглероды (CFC) — низкокипящие органические соединения на основе метанового, этанового и пропанового рядов, а также высшие хлорфторуглероды, являющиеся высокомолекулярными соединениями.

Хлорфторуглероды — нетоксичны, не образуют взрывоопасных смесей с воздухом, флегматизируют горение углеводородов, чрезывчайно стабильны.

Считается, что толчком в промышленном использовании хлорфторуглеродов послужило предложение Томаса Мидгли, американского химика и инженера-механика по их применению в холодильниках вместо используемых ранее токсичных и взрывоопасных хладагентов (аммиака и сернистого газа). Впоследствии низшие хлорфторуглероды (CFC) стали широко использоваться в качестве пропеллентов в аэрозольных баллонах, вспенивающих агентов, взрывобезопасных растворителей.

Высшие хлорфторуглероды нашли широкое применение в качестве манометрических и запорных жидкостей, находящихся в контакте с агрессивными средами (концентрированные кислоты, галогены, жидкий кислород и другие окислители), в качестве жидких негорючих диэлектриков, в качестве смазочных материалов.

Низшие хлорфторуглероды (CFC)[1]
Хлорфторуглерод (CFC) Химическая формула Техническое обозначение

по ISO № 817-74

Температура кипения,

°C

Трифторхлорметан CF3Cl R13 -81,5
Дифтордихлорметан CF2Cl2 R12 -29,74
Фтортрихлорметан CFCl3 R11 23,65
Пентафторхлорэтан CF3CF2Cl R115 -38,97
1,1,2,2-тетрафтордихлорэтан CF2ClCF2Cl R114 3,5
1,1,1-трифтортрихлорэтан CF3CCl3 R113a 45,9
1,1,2-трифтортрихлорэтан CF2ClCFCl2 R113 47,5
1,2-дифтортетрахлорэтан CFCl2CFCl2 R112 92,8
1,2-дихлоргексафторпропан CF3CFClCF2Cl R216 35,7
Высшие хлорфторуглероды — хлорфторуглеродные жидкости, масла и смазки[1]
Наименование Химическая формула

X(CF2CFCl)nX, X=F или Cl; n

Средняя относительная

молекулярная масса

жидкость 11ф 1-4 339
жидкость 11фД 1-4 364
жидкость 12ф 3-7 383
жидкость 13ф 3-7 518
жидкость 13фм 4-8 625
масло 4лф 5-10 715
масло 4ф

смазка 3ф

5-10 985
Масло 4ф с добавкой 3-5% политрифторхлорэтилена в качестве загустителя

Основным методом получения хлорфторуглеродов является реакция обмена атомов хлора в исходном соединении на фтор действием фтористого водорода в присутствии хлорида сурьмы (V) — реакция Свартса[2][3]:

CCl_4 + HF\xrightarrow{SbCl_5}CCl_3F + HCl;

CCl_3F + HF\xrightarrow{SbCl_5}CCl_2F_2 + HCl;

CCl_2F_2 + HF\xrightarrow{SbCl_5}CClF_3 + HCl.

CCl_3CCl_3 + HF\xrightarrow{SbCl_5}CCl_3CCl_2F + HCl

CCl_3CCl_2F + HF\xrightarrow{SbCl_5}CCl_2FCCl_2F + HCl

CCl_2FCCl_2F + HF\xrightarrow{SbCl_5}CCl_2FCClF_2 + HCl

Гексахлорэтан может быть заменён перхлорэтиленом и хлором[4]:

CCl_2 = CCl_2 + Cl_2 + 2HF\xrightarrow{SbCl_5}CCl_2FCCl_2F + 2HCl

Хлорфторуглероды возможно получить фторированием перхлоролефинов[5]:

CCl_2 = CCl_2 + UF_6\rightarrow CCl_2FCCl_2F + UF_4

И хлорированием перфторолефинов или фторуглеводородов[1]:

CF_3CF = CF_2 + Cl_2\rightarrow CF_3CFClCF_2Cl

CF_3H + Cl_2\rightarrow CF_3Cl + HCl

Высшие хлорфторуглероды получают теломеризацией трихлорфторэтилена или деструкцией политрифторхлорэтилена (фторопласта 3) при 400—600°C с последующим фторированием продуктов деструкции фторидом хлора (III), фторидом кобальта (III) или фторидом сурьмы (V) для стабилизации неустойчивых группировок в молекуле[1].

Химические свойства хлорфторуглеродов[править | править вики-текст]

Гидрирование хлорфторуглеродов идёт при высокой температуре с образованием фторуглеводородов[1]:

CF_3Cl + H_2\xrightarrow{500-700^ {0} C} CF_3H + HCl.

При повышенной температуре на катализаторе имеет место диспропроционарование хлорфторуглеродов[1]:

2CFCl_3\rightarrow CF_2Cl_2 + CCl_4.

В присутствии катализатора — хлорида алюминия хлорфторуглероды алкилируют галогенолефины[1]:

CFCl_3 + CF_2=CF_2\rightarrow CF_2ClCF_2CFCl_2.

Хлорфторуглероды этанового и пропанового ряда подвергаются дегалогенированию цинком в среде полярного растворителя:

CClF_2CCl_2F + Zn\xrightarrow{H_2O}CF_2 = CFCl + ZnCl_2

По этой реакции организованно промышленное производство трифторхлорэтилена[1].

Воздействие на окружающую среду[править | править вики-текст]

Практически бесконтрольное использование низших хлорфторуглеродов в качестве пропеллентов аэрозольных упаковок, вспенивателей, растворителей и хладагентов привело к накоплению хлорфторуглеродов в атмосфере. С помощью электронного детектора Лавлока обнаружено присутствие хлорфторуглеродов в верхних слоях атмосферы.

Шервуд Роуланд предсказал, что хлорфторуглероды, произведённые человеком, под действием солнечной радиации разлагаются в атмосфере, образуя хлор и монокись хлора, которые способны эффективно разрушать молекулы озона

CFCl3 + hν → CFCl2 + Cl, Cl + O3 → ClO + O2, ClO + O → Cl + O2.

Марио Молина и Пауль Крутцен показали истощающий эффект галогеналканов на озоновый слой стратосферы, являющийся природным защитным экраном Земли от губительного жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Венской конвенцией 1985 г. и Монреальским протоколом 1987 г. по защите озонового слоя были запрещены производства низших хлорфторуглеродов.

В 1995 году Паулю Джозефу Крутцену, Шервурду Роуланду и Марио Молине присуждена Нобелевская премия по химии с формулировкой «За работу в атмосферной химии, особенно в части процессов образования и разрушения озонового слоя».

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 Промышленные фторорганические продукты: справ. изд / Б. Н. Максимов, В. Г. Барабанов, И. Л. Серушкин и др. — 2-е изд., пер. и доп. — СПб.: «Химия», 1996. — 544 с. — ISBN 5-7245-1043-X
  2. Гудлицкий М. Химия органических соединений фтора / под ред. А. П. Сергеева. — пер. с чешского Ю.И.Вайнштейн. — М.: Госхимиздат, 1961. — 372 с.
  3. Исикава Н., Кобаяси Е. Фтор. Химия и применение / под ред. А. В. Фокина. — пер. с японского М.В.Поспелова. — М.: Мир, 1982. — 280 с.
  4. Н. С. Верещагина., А. Н. Голубев., А. С. Дедов, В. Ю. Захаров. Российский химический журнал. Журнал Российского химического общества им. Д. И. Менделеева. — «Химия», 2000. — Т. XLIV, выпуск 2. — С. 110-114.
  5. Орехов В. Т., Рыбаков А. Г., Шаталов В. В. Использование обеднённого гексафторида урана в органическом синтезе. — М.: Энергоатомиздат, 2007. — 112 с. — ISBN 978-5-283-03261-0

См. также[править | править вики-текст]