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
| Соединение | Мол. м. | T. пл., °C | T. кип., °C | d420 (°C) | nD20 (°C) |
|---|---|---|---|---|---|
| Перфторметан CF4 | 88,01 | −183,6 | −128,0 | 1,317 (-80) | 1,151 (-73,3) |
| Перфторэтан CF3CF3 | 138,01 | −100,0 | −78,2 | 1,587 (-73) | 1,20 |
| Перфторпропан CF3CF2CF3 | 188,02 | −148,3 | −36,8 | 1,350 (20) | — |
| Перфторбутан CF3(CF2)2CF3 | 238,03 | −128,0 | −2,0 | 1,543 | — |
| Перфторпентан CF3(CF2)3CF3 | 288,04 | −125,0 | 29,3 | 1,620 (20) | 1,2411 (20) |
| Перфторгексан CF3(CF2)4CF3 | 338,04 | −82,3 | 57,2 | 1,680 (25) | 1,2515 (22) |
| Перфторгептан CF3(CF2)5CF3 | 388,05 | −78,0 | 82,5 | 1,733 (20) | 1,262 (20) |
| Перфтороктан CF3(CF2)6CF3 | 438,06 | −25 | 104,0 | 1,783 (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
Литература
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
