Fluorocarbono, Uso del término, Propiedades, Fabricar, Derivados, Las preocupaciones ambientales y de salud



Los fluorocarbonos, a veces se hace referencia como perfluorocarbonos o PFC, son compuestos organofluorados que contienen solamente carbono y flúor unidos entre sí en enlaces carbono-flúor fuertes. Fluoroalcanos que contienen sólo enlaces simples son más químicamente y térmicamente estable que alcanos. Sin embargo, fluorocarbonos con enlaces dobles y triples especialmente bonos son más reactivos que los correspondientes hidrocarburos. Fluoroalcanos pueden servir como fluoropolímeros oil-repellent/water-repellent, disolventes, agentes de investigación de respiración líquidos y potentes gases de efecto invernadero. Fluorocarbonos insaturados tienden a ser utilizados como reactivos.

Muchos compuestos químicos se etiquetan como fluorocarbonos, perfluorados, o con el prefijo perfluoro-a pesar de que contiene átomos distintos de carbono o flúor, tales como clorofluorocarbonos y compuestos perfluorados, sin embargo, estas moléculas son derivados de fluorocarbono, y no verdaderos fluorocarbonos. Derivados de fluorocarbonos que comparten muchas de las propiedades de los fluorocarbonos, mientras que también posee nuevas propiedades debido a la inclusión de nuevos átomos. Por ejemplo, los derivados de fluorocarbono pueden funcionar como fluoropolímeros, refrigerantes, disolventes, anestésicos, fluorotensioactivos, y agotador de ozono.

Uso del término

La definición formal de la IUPAC de un fluorocarbono es una molécula totalmente constituidos por flúor y carbono. Sin embargo, otras moléculas a base de fluorocarbono que no son técnicamente fluorocarbonos se denominan comúnmente como fluorocarbonos, debido a las estructuras similares y propiedades idénticas. Los compuestos con átomos distintos de carbono y flúor no son verdaderos y fluorocarbonos que se consideran como derivados de fluorocarbono en una sección separada a continuación.

Propiedades

Propiedades físicas

Líquidos de fluorocarbono son incoloros. Tienen alta densidad, de hasta más de dos veces la del agua, debido a su alto peso molecular. Bajas fuerzas intermoleculares dan los líquidos de baja viscosidad en comparación con los líquidos con puntos de ebullición similares. También, baja tensión superficial, calores de vaporización, y los índices de refracción son notables. Ellos no son miscibles con la mayoría de disolventes orgánicos, pero son miscibles con algunos hidrocarburos. Ellos tienen muy baja solubilidad en agua, y el agua tiene una solubilidad muy baja en los mismos. El número de átomos de carbono en una molécula de fluorocarbono determina en gran medida las propiedades físicas más. Cuanto mayor es el número de átomos de carbono, mayor será el punto de ebullición, la densidad, la viscosidad, la tensión superficial, propiedades críticas, presión de vapor y el índice de refracción. Solubilidad del gas disminuye a medida que aumentan átomos de carbono, mientras que el punto de fusión se determina por otros factores, así y por lo tanto no se prevé fácilmente.

 Londres dispersión de reducción de la fuerza

A medida que la alta electronegatividad del flúor reduce la polarizabilidad del átomo, fluorocarbonos son sólo débilmente susceptibles a los dipolos fugaces que forman la base de la fuerza de dispersión Londres. Como resultado, fluorocarbonos tienen fuerzas de atracción intermoleculares bajos y son lipofóbico además de ser hidrófobo/no polar. Así fluorocarbonos encuentran aplicaciones como aceite, agua, y las manchas en los productos repelentes, como Gore-Tex y revestidos de suelo fluoropolímero. La menor participación en la fuerza de dispersión de London hace que el politetrafluoroetileno resbaladiza sólida ya que tiene un muy bajo coeficiente de fricción. Además, las bajas fuerzas de atracción en los líquidos de fluorocarbono a hacer compresible y soluble gas mientras fluorocarbonos más pequeños son extremadamente volátiles. Hay cinco gases fluoroalcano; tetrafluorometano, hexafluoroetano, octafluoropropano, perfluoro-n-butano y perfluoro-iso-butano. Casi todos los otros fluoroalcanos son líquidos con la excepción de perfluorociclohexano, que se sublima a 51 C. Como resultado de la alta solubilidad de gas de los líquidos de fluorocarbono, que han sido objeto de investigación médica como portadores debido a su solubilidad de oxígeno en sangre. Fluorocarbonos también tienen energías superficiales bajas y altas resistencias dieléctricas.

Estabilidad fluoroalcano

Fluorocarbonos con sólo enlaces simples son muy estables debido a la fuerza y la naturaleza del enlace carbono-flúor. Se llama el vínculo más fuerte en química orgánica. Su fuerza es un resultado de la electronegatividad del flúor impartir carácter iónico parcial a través de cargas parciales en el carbono y átomos de flúor. Las cargas parciales se acortan y fortalecer el vínculo a través de interacciones culombianas favorables. Además, varios enlaces carbono-flúor aumenta la fuerza y la estabilidad de otros enlaces carbono-flúor cercanas en el mismo carbono geminal, ya que el carbono tiene una carga parcial positiva más alta. Por otra parte, varios enlaces carbono-flúor también fortalecen los enlaces carbono-carbono "esqueleto" del efecto inductivo. Por lo tanto, fluorocarburos saturados son más químicamente y térmicamente estables que sus contrapartes de hidrocarburos correspondientes. Sin embargo, fluoroalcanos no son inertes. Son susceptibles a la reducción a través de la reducción de Birch.

Fluoroalqueno y fluoroalkyne reactividad

Cuando son insaturados fluorocarbonos, que son menos estables y más reactivo que fluoroalcanos, o hidrocarburos comparables, debido a la electronegatividad del flúor. La reactividad de los más simples fluoroalkyne, difluoroacetylene, es un ejemplo de esta inestabilidad; difluoroacetylene polimeriza fácilmente. Otro ejemplo es fluorofullerene, que cuenta con enlaces carbono-flúor más débiles y más largo que los fluorocarbonos saturadas. Es reactivos hacia nucleófilos y hidroliza en solución. Además, la polimerización de la tetrafluoroetileno fluoroalqueno es energéticamente más favorable que la de etileno. Fluorocarbonos insaturados tienen una fuerza motriz hacia la hibridación sp3 debido a los átomos de flúor electronegativos que buscan una mayor proporción de electrones de enlace con la reducción de s personaje en orbitales.

Una notable excepción a esta tendencia es fluorobenceno, que se estabiliza por su aromaticidad.

Fabricar

Antes de la Segunda Guerra Mundial, la única vía conocida para fluorocarbonos fue por reacción directa de flúor con el hidrocarburo. Este proceso altamente exotérmica era sólo capaz de sintetizar tetrafluorometano, hexafluoroetano y octafluoropropano; hidrocarburos más grandes se descomponen en las condiciones extremas. El proyecto Manhattan vio la necesidad de algunos productos químicos muy fuertes, incluyendo una gama más amplia de fluorocarbonos, que requieren nuevos métodos de fabricación. El método llamado "catalítica" involucrado reaccionar flúor y de hidrocarburos en una cama de virutas de cobre chapados en oro, el metal retirar el calor de la reacción, lo que permite hidrocarburos más grandes para sobrevivir el proceso. Sin embargo, fue el proceso de Fowler que permitía la fabricación a gran escala de fluorocarbonos necesarios para el proyecto Manhattan.

Proceso de Fowler

El proceso de Fowler utiliza fluoruro de cobalto para moderar la reacción. En el laboratorio, esto se hace típicamente en dos etapas, siendo la primera etapa la fluoración de difluoruro de cobalto al trifluoruro de cobalto.

 2 CoF2 F2? 2 COF3

Durante la segunda etapa, en este caso para hacer perfluorohexano, la alimentación de hidrocarburo se introduce y se fluorado por el trifluoruro de cobalto, que se convierte de nuevo a difluoruro de cobalto. Ambas etapas se llevan a cabo a alta temperatura.

 C6H14 28 COF3? C6F14 HF 14 28 CoF2

Industrialmente, ambos pasos se combinan, por ejemplo, en la fabricación de la gama FLUTEC de fluorocarbonos, utilizando un reactor vertical de lecho agitado, con hidrocarburo introducido en la parte inferior, y flúor introdujeron medio camino hasta el reactor. El vapor de fluorocarbono se recupera desde la parte superior.

Fluoración electroquímica

Una técnica alternativa, fluoración electroquímica implica la electrólisis de un sustrato disuelto en fluoruro de hidrógeno. Como flúor es en sí misma fabricado por la electrólisis del fluoruro de hidrógeno, esta es una ruta bastante más directa a los fluorocarbonos. El proceso se realiza a baja tensión, de manera que el flúor libre no es liberado. La elección de sustrato se limita como en teoría debería ser soluble en fluoruro de hidrógeno. Éteres y aminas terciarias suelen emplear. Para hacer perfluorohexano, trihexilamina se utiliza, por ejemplo:

 2 N3 90 HF? 6 C6F14 2 45 NF3 H2

La amina perfluorado también se producirá:

 N3 42 HF? 2 N3 21H2

Ambos de estos productos, y otros, son fabricados por 3M como parte de la gama Fluorinert.

Derivados

 Ver también: fluoropolímero, fluorotelómero, compuesto perfluorados, y el compuesto Organofluorine

Derivados de fluorocarbono son moléculas altamente fluorados que se puede denominar comúnmente como fluorocarbonos. Ellos son económicamente útil, ya que comparten parte o casi la totalidad de las propiedades de los fluorocarbonos. Algunos derivados de fluorocarbono tienen muy diferentes propiedades que los fluorocarbonos. Por ejemplo, tensioactivos fluorados poderosamente reducen la tensión superficial mediante la concentración en la interfase líquido-aire debido a la lipophobicity de fluorocarbonos, debido al grupo funcional polar añadido a la cadena de fluorocarbono. Otros grupos o átomos de compuestos a base de fluorocarbono el átomo de oxígeno incorporados en un grupo éter para los anestésicos, y el átomo de cloro para los clorofluorocarbonos. En un marcado contraste con verdaderos fluorocarbonos, el átomo de cloro produce un radical cloro, que degrada la capa de ozono.

Fluorados

  • Ácido perfluorooctanosulfónico
  • Ácido perfluorooctanoico
  • Ácido Perfluorononanoic

Anestésicos

  • Metoxiflurano
  • Enflurane
  • Isoflurano
  • Sevoflurano
  • Desflurane

Derivados halogenados

  • Policlorotrifluoroetileno
  • Bromuro perfluorooctil
  • Diclorodifluorometano
  • Chlorodifluoromethane

Hidrofluorocarbonos

  • Fluoruro de polivinilideno
  • Tetrafluoroetano

Las preocupaciones ambientales y de salud

A pesar de la presencia de algunos fluorocarbonos naturales tales como tetrafluorometano, que se ha informado en las rocas, fluorocarbonos hechas por el hombre son potentes gases de efecto invernadero.

Otro aspecto importante en cuanto a los problemas ambientales, es bioacumulables ciertos fluorocarbonos. Los fluorocarbonos son muy estables y pueden ser almacenados en los cuerpos de los seres humanos y los animales. Ejemplos de fluorocarbonos dañinos incluyen PFOA y PFOS, presentan con frecuencia en la industria textil y los aerosoles que confieren propiedades de resistencia al agua a textiles resistentes al agua. Los datos de los estudios en animales de PFOA indican que puede causar varios tipos de tumores y la muerte neonatal y puede tener efectos tóxicos sobre el sistema inmunológico, el hígado, y los sistemas endocrinos. Los datos sobre los efectos en la salud humana de PFOA sin embargo son escasos.

El fluorocarbono, PFOA y PFOS tanto han sido objeto de numerosas investigaciones por parte de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos con respecto a ellos son nocivos para el medio ambiente de la UE y.