Перфторуглеводороды

Перейти к навигацииПерейти к поиску

Фторуглероды (перфторуглеводороды) — углеводороды, в которых все атомы водорода замещены на атомы фтора. В названиях фторуглеродов часто используют приставку «перфтор» или символ «F», напр. (CF3)3CF — перфторизобутан, или F-изобутан. Низшие фторуглероды — бесцветные газы (до C5) или жидкости (табл.), не растворяются в воде, растворяются в углеводородах, плохо — в полярных органических растворителях. Фторуглероды отличаются от соответствующих углеводородов большей плотностью и, как правило, более низкими значениями температуры кипения. Высшие и особенно полициклические фторуглероды обладают аномально высокой способностью растворять газы, например, кислород, углекислый газ[1].

Свойства некоторых перфторуглеводородов

СоединениеМол. м.T. пл., °CT. кип., °Cd420 (°C)nD20 (°C)
Перфторметан CF488,01−183,6−128,01,317 (-80)1,151 (-73,3)
Перфторэтан CF3CF3138,01−100,0−78,21,587 (-73)1,20
Перфторпропан CF3CF2CF3188,02−148,3−36,81,350 (20)—
Перфторбутан CF3(CF2)2CF3238,03−128,0−2,01,543—
Перфторпентан CF3(CF2)3CF3288,04−125,029,31,620 (20)1,2411 (20)
Перфторгексан CF3(CF2)4CF3338,04−82,357,21,680 (25)1,2515 (22)
Перфторгептан CF3(CF2)5CF3388,05−78,082,51,733 (20)1,262 (20)
Перфтороктан CF3(CF2)6CF3438,06−25104,01,783 (20)—

Насыщенные фторуглероды устойчивы к действию кислот, щелочей и окислителей; при нагревании выше 600—800 °C или в условиях радиолиза разлагаются с образованием смеси низших и высших фторуглеродов. Со щелочными металлами реагируют только при нагревании выше 200 °C или при 20 °C в жидком аммиаке. Гидрогенолиз фторуглеродов при 700—950 °C приводит к расщеплению связи С—С и образованию смеси низших моногидрополифторалканов.

Начиная с перфторпентана, несмотря на значительно большую молекулярную массу, у насыщенных фторуглеродов температура кипения ниже, чем у соответствующих предельных углеводородов, что является удивительным свойством. По величине температуры кипения для данной молекулярной массы насыщенные фторуглероды близки к благородным газам[2]:285.

Получение перфторуглеводородов

В природе фторуглероды не найдены и могут быть получены лишь в результате химического синтеза[2]:285.

Один из методов получения фторуглеродов — электрохимическое фторирование углеводородов, заключающееся в получении фтора в результате электролиза раствора фторида и тут же, в окрестностях анода, взаимодействии фтора с органикой[2]:284.

Непосредственное, по аналогии с хлорированием, фторирование углеводородов затруднено ввиду большего теплового эффекта, приводящего к разрушению и изменению образующегося соединения. Поэтому нужно разбавление реагентов благородными газами и специальный отвод теплоты[2]:284. Другие способы получения фторуглеродов включают фторирование углеводородов в газовой фазе в присут. CoF3, либо хлорфторалканов фторидами различных переходных металлов. Фторуглероды могут быть получены также пиролизом полифторалканов при 500—1000 °C или полифторолефинов при 900—1700 °C, либо действием цинка на перфторидалканы в среде апротонного полярного растворителя.

Свойства перфторуглеводородов

Перфторуглеводороды — бесцветные газы или жидкости (реже твердые вещества), с необычно низким показателем преломления, высокой плотностью. Мало растворимы в воде. Хорошо растворяют газы (например, кислород).

Высокая растворимость газов в жидких перфторуглеродах обусловлена наличием в таких жидкостях многочисленных крупноразмерных (в молекулярном масштабе) пустот, в которые способны внедряться молекулы газов.[3][4][5]

Химически весьма инертны. Не реагируют с кислотами и щелочами даже при нагревании. При нагревании реагируют с щелочными металлами (может быть взрыв). Способны подвергаться пиролизу и фотолизу.

Применение перфторуглеводородов

Фторуглероды — диэлектрики, теплоносители, гидравлические жидкости, смазочные масла, низкотемпературные хладагенты (см. Хладоны), мономеры в производстве фторполимеров, эффективные газопереносящие среды, что позволяет использовать их для жидкостного дыхания или в качестве искусственной крови. Конденсация перфторуглеводородов используется для пайки печатных плат[6].

Многие фторуглероды трудногорючи, невзрывоопасны, малотоксичны.

Перфторуглеводороды способны создавать сильный парниковый эффект в тысячи раз сильнее, чем CO2, что потенциально может быть использовано для терраформирования.

Примечания

  1. ↑ Химический энциклопедический словарь / Гл.ред. И.Л.Кнунянц. — М.: Сов. Энциклопедия, 1983. — С. 639. — 792 с. — 100 000 экз.
  2. ↑ 1 2 3 4 Кнунянц И.Л., Фокин А.В. Химия фторуглеродов // Наука и человечество, 1964. — М.: Знание, 1964. — С. 280—300.
  3. ↑ Hamza, Serratrice, Stébé et al., 1981.
  4. ↑ Smart, 1994.
  5. ↑ Dias, Gonçalves, Legido et al., 2005.
  6. ↑ Лазерная пайка, пайка в паровой фазе — ЭЛИНФОРМ. Дата обращения: 18 октября 2011. Архивировано 22 апреля 2012 года.

Литература

  • Dias, A. M. A. Solubility of oxygen in substituted perfluorocarbons : [англ.] / A. M. A. Dias, C. M. B. Gonçalves, J. L. Legido [et al.] // Fluid Phase Equilibria[англ.]. — 2005. — Vol. 238, no. 1. — P. 7—12. — doi:10.1016/j.fluid.2005.09.011.
  • Endo, K. Fluorine-19 nuclear magnetic resonance relaxation analysis of the interaction of fluorocarbon with oxygen : [англ.] / K. Endo, K. Yamamoto, R. Kado // Analytical Sciences. — 1993. — Vol. 9, no. 1. — P. 47—51. — doi:10.2116/analsci.9.47.
  • Hamza, M’H. A. Solute-solvent interactions in perfluorocarbon solutions of oxygen. An NMR study : [англ.] / M’H. A. Hamza, G. Serratrice, M.-J. Stébé [et al.] // Journal of the American Chemical Society[англ.]. — 1981. — Vol. 103, no. 13. — P. 3733—3738. — doi:10.1021/ja00403a020.
  • Smart, B. E. Characteristics of C-F Systems // Organofluorine Chemistry: Principles and Commercial Applications : [англ.] / R. E. Banks, B. E. Smart, J. C. Tatlow (Eds.). — Plenum Press, 1994. — P. 57—88. — doi:10.1007/978-1-4899-1202-2_3.