Διφθορομεθάνιο

Το διφθορομεθάνιο^[2] (αγγλικά: difluoromethane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και φθόριο, με χημικό τύπο CH₂F_2. Με βάση το σύστημα κωδικής ονομασίας που ξεκίνησε με τους φθοροχλωραάθρακες έχει τον κωδικό HFC-32 ή R-32. Ανήκει στην ομόλογη σειρά των διαλαλκανίων, δηλαδή των άκυκλων, κορεσμένων αλυδρογονανθράκων με δυο (2) άτομα αλογόνου (όχι απαραίτητα το ίδιο αλογόνο) ανά μόριο. Θεωρητικά προκύπτει από το μεθάνιο, αν αντικατασταθούν δύο (2) άτομα υδρογόνου από δύο (2) άτομα φθορίου. Το χημικά καθαρό διφθορομεθάνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή θερμοκρασία 25 °C και πίεση 1 atm, είναι ένα αέριο.

Διφθορομεθάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Διφθορομεθάνιο
Άλλες ονομασίες	Μεθυλενοδιφθορίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	CH2F2
Μοριακή μάζα	52,02 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH2F2
Συντομογραφίες	HFC-32 R-32
Αριθμός CAS	75-10-5
SMILES	FCF
InChI	1S/CH2F2/c2-1-3/h1H2
Αριθμός EINECS	200-839-4
Αριθμός RTECS	PA8537500
PubChem CID	6345
ChemSpider ID	6105
Δομή
Μήκος δεσμού	C-H: 106 pm C-F: 139 pm
Είδος δεσμού	C-H: σ (2sp3-1s) σ (2sp3-2sp3)
Πόλωση δεσμού	C--H+: 3% C+-F-: 43%
Γωνία δεσμού	109° 28'
Μοριακή γεωμετρία	τετραεδρική
Ισομέρεια
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-136,8 °C
Σημείο βρασμού	-51,6 °C
Πυκνότητα	2,163 kg/m3 (21,1 °C) 2,72 kg/m3 (15 °C)
Διαλυτότητα στο νερό	3,65 kg/m3 (20 °C)[1]
Τάση ατμών	1.518,92 kPa (21,1 °C)
Εμφάνιση	Άχρωμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
Σημείο αυτανάφλεξης	648 °C
Επικινδυνότητα
Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+)
Φράσεις κινδύνου	R12
Φράσεις ασφαλείας	S9, S16, S23
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Ονοματολογία

Η ονομασία «διφθορομεθάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «μεθ-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες που έχουν χαρακτηριστικές καταλήξεις. Το αρχικό πρόθεμα «διφθορο-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) ατόμων φθορίου ανά μόριο της ένωσης.

Ο κωδικός HFC-32 παράγεται ως εξής: Το HFC προέρχεται από την αγγλόφωνη λέξη HydroFluoroCarbon. Το πρώτο ψηφίο (3) σημαίνει ότι η ένωση περιέχει 3 - 1 = 2 άτομα υδρογόνου (ανά μόριο). Τέλος, το τελευταίο ψηφίο (2), σημαίνει ότι η ένωση περιέχει δύο (2) άτομα φθορίου.

Μοριακή δομή

Η μοριακή δομή του είναι τετραεδρική, με το άτομο του άνθρακα στο κέντρο κσι τα υπόλοιπα στις κορυφές, αλλά βέβαια, το νοητό τετράεδρο που σχηματίζεται δεν είναι ακριβώς κανονικό, γιατί το μήκος δεσμού C-F είναι λίγο μεγαλύτερο από τα μήκη δεσμού C-H.

Η ενέργεια δεσμού C-F ανέρχεται σε 552 kJ/mol. Η ειδική θερμοχωρητικότητά του είναι C_p = 38,171 J/(mole·K) στους 25 °C. Ο δεσμός αυτός είναι πολύ σταθερός και έχει μεγάλη πολικότητα, αγγίζοντας τα όρια ετεροπολικού δεσμού.

Δεσμοί[3]
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C-H	σ	2sp3-1s	109 pm	3% C- H+
C-F	σ	2sp3-2sp3	139 pm	43% C+ F-
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
F	-0,43
H	+0,03
C	+0,80

Παραγωγή

Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο

Το διφθορομεθάνιο μπορεί να παραχθεί με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε διχλωρομεθάνιο^[4]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}Cl_{2}+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}CH_{2}F_{2}+Hg_{2}Cl_{2}\downarrow } }$

Χημικές ιδιότητες

Υποκατάσταση από χλώριο

Με επίδραση χλωριούχου ασβεστίου σε διφθορομεθάνιο αρχικά παράγεται φθοροχλωρομεθάνιο, και στη συνέχεια διχλωρομεθάνιο:

${\displaystyle \mathrm {2CH_{2}F_{2}+CaCl_{2}{\xrightarrow {-CaF_{2}\downarrow }}2CH_{2}ClF{\xrightarrow {+CaCl_{2}}}2CH_{2}Cl_{2}+CaF_{2}\downarrow } }$

Υποκατάσταση από φαινύλιο

Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται προπυλοβενζόλιο^[5]:

${\displaystyle \mathrm {PhH+CH_{2}F_{2}{\xrightarrow[{-HF}]{AlF_{3}}}PhCH_{2}F{\xrightarrow[{+PhH}]{AlF_{3}}}PhCH_{2}Ph+HF} }$

Περιφθορίωση

Το διφθορομεθάνιο αντιδρά με το τριφθοριούχο κοβάλτιο, αντικαθιστώντας όλα τα άτομα υδρογόνου με άτομα φθορίου. Έτσι παράγεται (κυρίως) τετραφθοράνθρακας^[6]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}F_{2}+2CoF_{3}{\xrightarrow {}}CF_{4}+2HF+2CoF_{2}} }$

Αναγωγή

1. Με LiAlH₄, παράγεται μεθάνιο^[7]:

${\displaystyle \mathrm {2CH_{2}F_{2}+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}2CH_{4}+LiF+AlF_{3}} }$

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ, παράγεται αρχικά φθορομεθάνιο, και στη συνέχεια μεθάνιο^[8]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}F_{2}+Zn+HCl{\xrightarrow {-ZnFCl}}CH_{3}F{\xrightarrow {+Zn+HCl}}CH_{4}+ZnFCl} }$

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται μεθάνιο^[9]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}F_{2}+SiH_{4}{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{4}+SiH_{2}F_{2}} }$

4. Με αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο, παράγεται μεθάνιο. Π.χ.^[10]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}F_{2}+RSnH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{4}+RSnHF_{2}} }$

Αντιδράσεις προσθήκης

1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH₂=CH₂) παράγει 1,3-διφθοροπροπάνιο^[11]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}F_{2}+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH_{2}CH_{2}F} }$

2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1,3-διφθοροπροπένιο^[12]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}F_{2}+HC\equiv CH{\xrightarrow {}}FCH=CHCH_{2}F} }$

3. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 1,4-διφθοροβουτάνιο^[13]:

${\displaystyle \mathrm {+CH_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}F} }$

4. Σε αλκαδιένια. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο παράγει, με 1,4-προσθήκη, 1,5-διφθορο-2-πεντένιο^[14]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}F_{2}+CH_{2}=CHCH=CH_{2}{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH=CHCH_{2}CH_{2}F} }$

5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με οξιράνιο παράγει 2-φθορο-1-φθορομεθοξυαιθάνιο^[15]:

${\displaystyle \mathrm {+CH_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}FCH_{2}CH_{2}OCH_{2}F} }$

Παραγωγή και χρήση καρβενίων

Με επίδραση πυκνού διαλύματος υδροξείδιου του καλίου (ΚΟΗ) αποσπάται υδροφθόριο παράγοντας φθορομεθυλένιο^[16]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}F_{2}+KOH{\xrightarrow {}}[:CHF]+KF+H_{2}O} }$

• Το ασταθές φθορομεθυλένιο στη συνέχεια συμπεριφέρεται σα δίριζα και παρεμβάλλεται σε δεσμούς C-Η ή προσθέτεται σε πολλαπλούς δεσμούς, σχηματίζοντας τριμελή δακτύλιο. Με επίδραση σε βενζολικό δακτύλιο σχηματίζει παράγωγα του κυκλοεπτατριενίου. Παραδείγματα:

1. Παρεμβολή στον εαυτό του. Παράγεται 1,1,2-τριφθοραιθάνιο:

${\displaystyle \mathrm {2CH_{2}F_{2}+KOH{\xrightarrow {}}FCH_{2}CHF_{2}+KF+H_{2}O} }$

2. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθένιο. Παράγεται μίγμα από 3-φθοροπροπένιο και φθοροκυκλοπροπάνιο:

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}=CH_{2}+CH_{2}F_{2}+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {4}{5}}FCH_{2}CH=CH_{2}+KF+H_{2}O+{\frac {1}{5}}} }$

3. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθίνιο. Παράγεται μίγμα από 3-φθοροπροπίνιο και 3-φθοροκυκλοπροπένιο:

${\displaystyle \mathrm {HC\equiv CH+CH_{2}F_{2}+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {2}{3}}FCH_{2}C\equiv CH+KF+H_{2}O+{\frac {1}{3}}(FCHCH=CH)} }$

4. Παρεμβολή και προσθήκη στο βενζόλιο. Παράγεται μίγμα από φθορομεθυλοβενζόλιο και 7-φθοροκυκλοεπτατριένιο:

${\displaystyle \mathrm {PhH+CH_{2}F_{2}+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}PhCH_{2}F+KF+H_{2}O+{\frac {1}{2}}(FCHCH=CHCH=CH=CH)} }$

5. Παρεμβολή και προσθήκη στη μεθανάλη. Παράγεται μίγμα από φθοραιθανάλη και φθοροξιράνιο:

${\displaystyle \mathrm {HCHO+CH_{2}F_{2}+KOH{\xrightarrow {}}KF+H_{2}O+{\frac {2}{3}}FCH_{2}CHO+{\frac {1}{3}}} }$

Εφαρμογές

Το διφθορομεθάνιο είναι ένα ψυκτικό που έχει μηδενικό δυναμικό καταστροφής του στρατοσφαιρικού όζοντος. Το διφθορομεθάνιο, σε ένα ζεοτροπικό 50%/50% m/m^[17] μίγμα με πενταφθοραιθάνιο (R-125), είναι γνωστό ως R-410Α, ένα συνηθισμένο υποκατάστατο για διάφορους φθοροχλωράνθρακες, γνωστούς ως φρεόν, στα νέα ψυκτικά συστήματα, και ιδιαίτερα στα κλιματιστικά. Υπάρχουν και άλλα ψυκτικά ζεοτροπικά μίγματα, που περιέχουν διφθορομεθάνιο, πενταφθοραιθάνιο και 1,1,1,2-τετραφθοραιθάνιο, γνωστά ως R-407Α - R-407E, όπου το γράμμα εξαρτάται από τη σύνθεση. Ομοίως, χρησιμοποιείται και το αζεοτροπικό μίγμα 48,2%/51,8% m/m με τριφθοροχλωρομεθάνιο (R13). Ως ψυκτικό μέσο, το διφθορομεθάνιο ταξινομείται ως A2L, δηλαδή ως ελάχιστα εύφλεκτο^[18]. Ωστόσο δεν είναι και τόσο οικολογικό, γιατί αν και δε διασπά το όζον, έχει υψηλό δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης, 675 φορές μεγαλύτερο από εκείνο του διοξειδίου του άνθρακα^[19][20].

Περιβάλλον

Το διφθορομεθάνιο είναι ένα αέριο του φαινομένου του θερμοκηπίου και μάλιστα έχει σχετικό δυναμικό 675 φορές ισχυρότερο από εκείνο του διοξειδίου του άνθρακα^[21]. Αλλά σε αντίθεση με τις ουσίες που αναφέρονται γενικά ως φθοροχλωράνθρακες (CFCs), δεν είναι βλαβερό για το στρατοσφαιρικό όζον. Στο Πρωτόκολλο του Κιότο αναφέρεται με τη γενικότερη περιγραφή «...φθοράνθρακας που περιέχει υδρογόνο...», και περιλαμβάνεται έτσι στις ουσίες των οποίων οι εκπομπές στην ατμόσφαιρα πρέπει να μειωθούν.

Δείτε επίσης

• Φθοροχλωράνθρακες

Σημειώσεις και αναφορές

1. Eintrag zu Difluormethan in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 2. März 2008.
2. Για εναλλακτικές ονομασίες και συμβολισμούς δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
3. Τα 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.
4. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2.8.
5. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, §3.2. σελ.54
6. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2β, προσαρμογή αντίδρασης για διφθορομεθάνιο
7. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3α.
8. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.3β.
9. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.
10. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, Σελ. 42, §4.3.
11. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, για Ε = CH₂F και Nu = F.
12. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για αλκίνια και για Ε = CH₂F και Nu = F με βάση και την §8.1, σελ. 114-116.
13. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για κυκλοαλκάνια και για Ε = CH₂F και Nu = F σε συνδυασμό με Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §1.2., σελ. 22-25
14. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, §6.3., σελ. 79, εφαρμογή για αλκαδιένια και για Ε = CH₂F και Nu = F με βάση και την §8.2, σελ. 116-117.
15. Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §2.1., σελ. 16-17, εφαρμογή γενικής αντίδρασης για Nu = F.
16. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3.
17. Μάζα προς μάζα.
18. [2009 ASHRAE Handbook].
19. «Maine DEP - Air - Programs - Emissions Inventory - Greenhouse Gases - Global Warming Potentials». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 25 Αυγούστου 2004. Ανακτήθηκε στις 22 Μαΐου 2009.
20. May 2010 TEAP XXI/9 Task Force Report]
21. P. Forster, P., V. Ramaswamy et al.: Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge und New York 2007, S. 212, (PDF).

Πηγές

• Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
• 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
• Flammability Measurements of Difluoromethane in Air at 100 °C Αρχειοθετήθηκε 2016-09-20 στο Wayback Machine.
• Difluoromethane at Gas Encyclopaedia Αρχειοθετήθηκε 2016-03-03 στο Wayback Machine.
• IR absorption spectra Αρχειοθετήθηκε 2006-10-13 στο Wayback Machine.
• Αρχειοθετήθηκε 2004-08-25 στο Wayback Machine..