Хлорфторуглероды

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.

Некоторые хлорфторуглероды могут быть токсичными веществами; в высоких дозах поражают сердечно-сосудистую и нервную системы, вызывают развитие спазмов сосудов и нарушение микроциркуляции крови. Поражают печень, а в следствие развития отравления и почки. Разрушают лёгочные мембраны, особенно при наличии примесей органических растворителей и четырёххлористого углерода — развиваются эмфиземы и рубцевание.

Хлорфторуглероды — запрещается образование смесей с воздухом под давлением, стабильность преувеличена. Распадаются при нагревании в смеси с воздухом с образованием галоген-водородов и фосгенов.

Хлорфторуглероды — флегматизируют горение углеводородов.

Считается, что толчком в промышленном использовании хлорфторуглеродов послужило предложение Томаса Миджли, 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.

Наиболее распространенным представителем является дифтордихлорметан (Фреон R 12, Фреон-12, Хладон-12, CFC-12, R-12). Многие хлорфторуглероды широко используются в качестве хладагентов, пропеллентов (в аэрозольных системах) и растворителей. Поскольку хлорфторуглероды способствуют истощению озонового слоя в верхних слоях атмосферы, производство таких соединений было прекращено в соответствии с Монреальским протоколом, и они заменяются другими продуктами — такими, как гидрофторуглероды (ГФУ)[1], включая R-410A и R-134a[2][3].

Низшие хлорфторуглероды

Низшие хлорфторуглероды (CFC)[4]
Хлорфторуглерод (CFC) Химическая формула Техническое обозначение

по ISO № 817-74

Температура кипения,

°C

Трифторхлорметан CF3Cl R-13
Дифтордихлорметан CF2Cl2 R-12
Фтортрихлорметан CFCl3 R-11 23,65
Пентафторхлорэтан CF3CF2Cl R-115
1,1,2,2-Тетрафтордихлорэтан CF2ClCF2Cl R-114 3,5
1,1,1-Трифтортрихлорэтан CF3CCl3 R-113a 45,9
1,1,2-Трифтортрихлорэтан CF2ClCFCl2 R-113 47,5
1,2-Дифтортетрахлорэтан CFCl2CFCl2 R-112 92,8
1,2-Дихлоргексафторпропан CF3CFClCF2Cl R-216 35,7

Высшие хлорфторуглероды

Высшие хлорфторуглероды — хлорфторуглеродные жидкости, масла и смазки[4]
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

Методы получения

Основным методом получения хлорфторуглеродов является реакция обмена атомов хлора в исходном соединении на фтор действием фтористого водорода в присутствии хлорида сурьмы (V) — реакция Свартса[5][6]:

Гексахлорэтан может быть заменён перхлорэтиленом и хлором[7]:

Хлорфторуглероды возможно получить фторированием перхлоролефинов[8]:

И хлорированием перфторолефинов или фторуглеводородов[4]:

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[4].

Химические свойства хлорфторуглеродов

Гидрирование хлорфторуглеродов идёт при высокой температуре с образованием фторуглеводородов[4]:

При повышенной температуре на катализаторе имеет место диспропорционирование хлорфторуглеродов[4]:

В присутствии катализатора — хлорида алюминия хлорфторуглероды алкилируют галогенолефины[4]:

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

По этой реакции организованно промышленное производство трифторхлорэтилена[4].

Воздействие на окружающую среду

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 моноокись 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».

См. также

Примечания

  1. "Climate Change." The White House. 6 August 2014.
  2. Mironov, O. G. Hydrocarbon pollution of the sea and its influence on marine organisms (англ.) // Helgoländer Wissenschaftliche Meeresuntersuchungen : journal. — 1968. Vol. 17, no. 1—4. P. 335—339. doi:10.1007/BF01611234. — .
  3. Ozone layer treaty could tackle super polluting HFCs Архивировано 19 августа 2014 года.. rtcc.org. 15 July 2014
  4. 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.
  5. Гудлицкий М. Химия органических соединений фтора / под ред. А. П. Сергеева. — пер. с чешского Ю.И.Вайнштейн. М.: Госхимиздат, 1961. — 372 с.
  6. Исикава Н., Кобаяси Е. Фтор. Химия и применение / под ред. А. В. Фокина. — пер. с японского М.В.Поспелова. М.: Мир, 1982. — 280 с.
  7. 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.
  8. 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.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.