플루오로카본

Fluorocarbon
Beaker with two layers of liquid, goldfish and crab in top, coin sunk in the bottom
비커 안의 불변의 물(위)과 훨씬 더 촘촘한 퍼플루오로헵탄(아래) 층, 금붕어와 게는 경계를 통과할 수 없고 동전은 바닥에 놓여 있습니다.

과불화탄소 또는 PFC로 불리기도 하는 플루오로카본은 식xy CF의 유기불소화합물입니다. 즉, 탄소와 [1]불소만을 포함합니다.이 용어는 엄격히 지켜지지 않고 많은 불소 함유 유기 화합물은 불소 [2]탄소라고 불립니다.perfluoro- 접두사가 perfluoro-인 화합물은 모든 C-H 결합이 C-F [3]결합으로 대체된 헤테로아톰을 포함하는 탄화수소이다.플루오로카본은 페르플루오로알칸, 플루오로알켄, 플루오로알킨 및 페르플루오로아로마 화합물을 포함한다.불소화탄소 및 그 유도체(과불화합물)는 불소고분자, 냉매, 용제 및 마취제로 사용된다.

페르플루오로알칸스

화학적 성질

페르플루오로알칸은 유기화학에서 [4]가장 강한 탄소-불소 결합의 강도 때문에 매우 안정적입니다.그 강도는 불소가 탄소와 불소 원자에 부분 전하를 통해 부분 이온 특성을 부여하고, 이것이 바람직한 공유 상호작용을 통해 결합을 단축하고 강화한 결과이다.또한, 여러 개의 탄소-불소 결합은 탄소가 더 높은 양의 부분 [2]전하를 가지기 때문에 동일한 쌍둥이자리 탄소에 인접한 다른 탄소-불소 결합의 강도와 안정성을 증가시킨다.또한 다중 탄소-불소 결합은 유도 [2]효과로부터 "슬레탈" 탄소-탄소 결합을 강화한다.따라서 포화불소화탄소는 대응하는 탄화수소 및 다른 유기화합물보다 화학적, 열적으로 안정적입니다.이들은 매우 강한 환원제(예: 버치 환원제 및 매우 특수한 유기 금속 복합체)[5]의 공격을 받기 쉽다.

플루오로카본은 무색이며 물의 두 배 이상까지 밀도가 높습니다.대부분의 유기 용제(예: 에탄올, 아세톤, 에틸 아세테이트 및 클로로포름)에는 혼합되지 않지만 일부 탄화수소(예: 헥산)와 혼합될 수 있습니다.그것들은 물에서 매우 낮은 용해도를 가지고 있고, 물은 매우 낮은 용해도를 가지고 있다(10ppm 정도).그것들은 낮은 굴절률을 가지고 있다.

편광된 탄소-불소 결합의 부분 전하

불소의 높은 전기음성도는 [2]원자의 분극성을 감소시키므로, 불소화탄소는 런던 분산력의 기초를 이루는 일시적인 쌍극자에 약하게만 영향을 받는다.그 결과, 불소탄소는 분자간 흡인력이 낮고, 소수성, 비극성 외에 리포호브성이 있다.약한 분자간 힘을 반영하여 이러한 화합물은 유사한 끓는점의 액체, 낮은 표면 장력 및 낮은 증발 열을 가진 액체에 비해 낮은 점도를 보인다.플루오로카본 액체는 낮은 흡인력으로 압축이 가능하고(부피 계수가 낮음) 가스를 비교적 잘 녹일 수 있습니다.작은 불소화탄소는 휘발성이 매우 [2]높다.과플루오로알칸 가스에는 테트라플루오로메탄(bp -128°C), 헥사플루오로에탄(bp -78.2°C), 옥타플루오로프로판(bp -36.5°C), 과플루오로엔부탄(bp -2.2°C) 및 과플루오로이소부탄(bp -1°C)의 5가지가 있습니다.다른 거의 모든 플루오로알칸은 액체이며, 가장 눈에 띄는 예외는 51°[6]C에서 승화되는 페르플루오로시클로헥산이다.플루오로카본은 또한 낮은 표면 에너지와 높은 유전 [2]강도를 가지고 있다.

가연성

1960년대에는 마취제로서의 플루오로카본에 대한 관심이 높았다.이 연구는 마취제를 전혀 생산하지 않았지만, 가연성 문제에 대한 테스트를 포함했고, 비록 대부분의 테스트가 순수한 산소 또는 순수한 아산화질소(마취학에서 [7][8]중요한 가스)에서 이루어졌지만, 테스트된 불소화탄소는 어떠한 비율에서도 공기 중에 가연성이 없다는 것을 보여주었다.

컴파운드 테스트 조건 결과
헥사플루오로에탄 산소의 가연성 하한 없음.
페르플루오로펜탄 플래시 포인트 인 에어 없음.
산소의 점멸점 −6 °C
섬광점 아산화질소 −32 °C
페르플루오로메틸시클로헥산 공기 중 가연성 하한 없음.
산소의 가연성 하한 8.3%
산소 내 가연성 하한(50°C) 7.4%
아산화질소의 가연성 하한 7.7%
페르플루오로-1, 3-디메틸시클로헥산 산소 내 가연성 하한(50°C) 5.2%
페르플루오로메틸데칼린 자발적 점화 테스트
산소 127bar에서		 500°C에서 점화되지 않음
단열 충격 시 자연 발화
산소 파동, 0.98~186bar		 점화 없음
단열 충격 시 자연 발화
산소 파동, 0.98~196bar		 점화

1993년 3M은 프레온 대체용 소화제로 불소화탄소를 [9]검토하였다.이러한 소화 효과는 화재로부터 열을 빼앗는 높은 열 용량에 기인한다.우주정거장이나 이와 유사한 물질에 상당량의 과불화탄소가 함유되어 있는 대기가 화재를 완전히 [10]예방할 수 있다는 주장이 제기되어 왔다.[11] 연소가 발생하면 플루오르화 카르보닐, 일산화탄소 및 플루오르화수소를 포함한 유독 가스가 발생합니다.

기체 용해성

과불화탄소는 비교적 많은 양의 가스를 용해시킨다.가스의 높은 용해성은 이러한 불소 탄소 [12]유체의 분자간 상호작용이 약하기 때문이다.

표에는 298.15K(25°C), 0.101325MPa에서 [13]혈액-가스 분할 계수에서 계산한 용해된 질소의 몰 분율1 x 값이 나와 있다.

액체. 10배41 집중
( mM )
물. 0.118 0.65
에탄올 3.57 6.12
테트라히드로프랑 5.21 6.42
아세톤 5.42 7.32
사이클로헥산 7.73 7.16
페르플루오로-1, 3-디메틸시클로헥산 31.9 14.6
페르플루오로메틸시클로헥산 33.1 16.9

제조하다

플루오르화탄소 산업의 발달은 [14]제2차 세계 대전과 동시에 일어났다.그 이전에는 불소와 탄화수소의 직접 불소화 반응으로 플루오로카본이 제조되었다.C-C 결합은 불소에 의해 쉽게 분해되기 때문에 직접 불소는 주로 테트라플루오로메탄, 헥사플루오로에탄, 옥타플루오로프로판 [15]등 보다 작은 과불화탄소를 제공한다.

파울러 과정

플루오로카본의 대규모 생산을 가능하게 한 주요 돌파구는 파울러 공정이었다.이 공정에서는 불소의 공급원으로 삼불화 코발트를 이용한다.예를 들어 페르플루오로헥산의 합성은 다음과 같습니다.

CH614 + 28 CoF3 → CF614 + 14 HF + 282 CoF

그 결과 생성된 이플루오르화 코발트는 재생되며, 때로는 별도의 원자로에서 재생되기도 한다.

22 CoF + F2 → 2 CoF3

산업적으로는 예를 들어 F2화학에 의한 플루트카본의 제조에 있어서, 수직 교반층 원자로를 사용하고, 바닥에는 탄화수소를 도입하고, 원자로의 중간에는 불소를 도입하는 등, 2개의 공정을 조합하고 있다.플루오로카본 증기는 위에서 회수됩니다.

전기화학적 불소화

전기화학적 불소화(ECF)(시몬의 프로세스라고도 함)는 플루오르화수소에 용해된 기판의 전기분해를 수반합니다.불소 자체는 플루오르화수소의 전기분해로 제조되기 때문에 ECF는 플루오르화탄소로의 보다 직접적인 경로이다.프로세스는 저전압(5~6V)에서 진행되므로 프리 불소가 방출되지 않습니다.이상적으로는 불화수소에 용해되어야 하므로 기질 선택이 제한됩니다.일반적으로 에테르와 제3의 아민이 사용된다.페르플루오로헥산을 만들기 위해 다음과 같은 트리헥실아민이 사용됩니다.

N(CH613)3 + 45 HF → 3 CF614 + NF + 4232 H

과불화 아민도 생산됩니다.

N(CH613)3 + 39 HF → N(CF613)3 + 392 H

환경 및 건강에 대한 우려

플루오로알칸은 일반적으로 불활성이며 [16][17][18]독성이 없다.

플루오로알칸은 염소나 브롬 원자를 포함하지 않기 때문에 오존을 고갈시키지 않으며, 오존을 감소시키는 [19]화학물질의 대체물로 사용되기도 한다.플루오로카본이라는 용어는 오존을 고갈시키는 클로로플루오로카본을 포함한 불소와 탄소를 함유하는 화학물질을 포함하는 데 다소 느슨하게 사용된다.플루오로알칸은 때때로 상당히 생물적으로 [citation needed]축적되는 불소계 활성제와 혼동된다.

과플루오로알칸은 생물학적 [citation needed]축적을 하지 않습니다. 의료 시술에 사용되는 것은 주로 증기 압력의 함수로 배출 속도를 통해 체외로 빠르게 배출됩니다. 옥타플루오로프로판의 반감기는 과플루오로데칼린의 [21]약 1주일보다 2분 [20]미만입니다.

1978년에서 2015년 사이의 유사한 인공 할로겐화 가스와 비교하여 PFC-14와 PFC-116의 대기 농도(오른쪽 그래프).로그 척도를 확인합니다.

저비등 과플루오로알칸은 대기 수명이 매우 길기 때문에 강력한 온실 가스이며, [citation needed][22]그 사용은 교토 의정서의 적용을 받는다.많은 가스의 지구 온난화 잠재력(이산화탄소 대비)은 IPCC 5차 [23]평가 보고서에서 확인할 수 있으며, 몇 개의 페르플루오로알칸 추출물은 아래와 같다.

이름. 화학식 수명(y) GWP(100년)
PFC-14 CF4 50000 6630
PFC-116 C2F6 10000 11100
PFC-c216 c-C3F6 3000 9200
PFC-218 C3F6 2600 8900
PFC-318 c-C4F8 3200 9540

알루미늄 제련 산업은 전기 분해 [24]공정의 부산물로 생성되는 대기 중 과불화탄소(특히 테트라플루오로메탄 및 헥사플루오로에탄)의 주요 공급원이었습니다.그러나, 근년,[25] 배출 삭감에 적극적으로 임하고 있습니다.

적용들

불활성이기 때문에 페르플루오로알칸은 기본적으로 화학적 용도가 없지만 물리적 특성으로 인해 많은 다양한 용도로 사용됩니다.여기에는 다음이 포함됩니다.

또한 여러 가지 의료 용도:

플루오로알켄 및 플루오로알킨

불포화불소화탄소는 플루오로알칸보다 훨씬 더 반응적이다.디플루오로아세틸렌은 불안정하지만(관련 알킨의 전형적인 경우 디클로로아세틸렌 [2]참조), 헥사플루오로-2-부틴 및 관련 불소화 알킨은 잘 알려져 있다.

중합

플루오로알켄은 일반 알켄보다 [2]발열적으로 중합된다.불포화불소탄소는 전기음성불소원자가 궤도에서의 [2]s특성의 감소된 결합전자의 더 큰 몫을 추구하기 때문에 sp하이브리제이션으로 가는3 원동력이 있다.이 등급에서 가장 유명한 성분은 테트라플루오로에틸렌으로, 테플론이라는 상표명으로 더 잘 알려진 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 제조에 사용됩니다.

환경 및 건강에 대한 우려

플루오로알켄과 불소화알킨은 반응성이며 많은 것들이 페르플루오로이소부텐과 [29][30]같이 독성이 있다.폴리테트라플루오로에틸렌을 생산하기 위해 에멀전 중합이라고 알려진 공정에서 다양한 불소계면활성제가 사용되며, 폴리머에 포함된 계면활성제는 생물 축적될 수 있다.

과불화방향족 화합물

과불화방향족 화합물은 다른 플루오로카본과 마찬가지로 탄소와 불소만을 함유하고 있지만 방향족 고리도 포함하고 있다.가장 중요한 세 가지 예는 헥사플루오로벤젠, 옥타플루오로톨루엔, 옥타플루오로나프탈렌이다.

과불화방향족 화합물은 플루오로알칸과 같이 파울러 공정을 통해 제조할 수 있지만, 불소가 완전히 불소화되지 않도록 조건을 조정해야 합니다.또한 해당 과염소방향족 화합물을 플루오르화칼륨으로 고온(일반적으로 500°C)에서 가열하여 만들 수 있으며, 이 동안 염소 원자는 불소 원자로 대체됩니다.세 번째 경로는 플루오로알칸의 탈불소화이다.예를 들어 니켈 또는 [31]철촉매를 사용하여 500℃까지 가열함으로써 과플루오로메틸시클로헥산으로부터 옥타플루오로톨루엔을 만들 수 있다.

과불화방향족 화합물은 아래 표와 같이 분자량에 비해 상대적으로 휘발성이 높으며, 녹는점과 끓는점은 해당 방향족 화합물과 유사하다.고밀도로 불연성이 있습니다.대부분의 경우, 그것들은 무색의 액체이다.과불화알칸과는 달리 일반적인 [citation needed]용제와 혼합되는 경향이 있습니다.

컴파운드 녹는점(°C) 비등점(°C)
헥사플루오로벤젠 5.3 80.5
벤젠 5.5 80.1
옥타플루오로톨루엔 70 미만 102–103
톨루엔 −95 110.6
페르플루오로(에틸벤젠) 114–115
에틸벤젠 −93.9 136.2
옥타플루오로나프탈렌 86–87 209[32]
나프탈렌 80.2 217.9

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) '플루오로카본'. doi:10.1351/goldbook.F02459
  2. ^ a b c d e f g h i Lemal DM (January 2004). "Perspective on fluorocarbon chemistry". J. Org. Chem. 69 (1): 1–11. doi:10.1021/jo0302556. PMID 14703372.
  3. ^ Murphy WJ (March 1947). "Fluorine Nomenclature... A statement by the Editors". Ind. Eng. Chem. 39 (3): 241–242. doi:10.1021/ie50447a004.
  4. ^ O'Hagan D (February 2008). "Understanding organofluorichemistry. An introduction to the C–F bond". Chem. Soc. Rev. 37 (2): 308–19. doi:10.1039/b711844a. PMID 18197347.
  5. ^ Kiplinger JL, Richmond TG, Osterberg CE (1994). "Activation of Carbon-Fluorine Bonds by Metal Complexes". Chem. Rev. 94 (2): 373–431. doi:10.1021/cr00026a005.
  6. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2008-12-05. Retrieved 2008-11-29.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  7. ^ Larsen ER (1969). "Fluorine Compounds in Anesthesiology: VI Flammability". Fluorine Chem. Rev. 3: 22–27.
  8. ^ Flutec (Technical report). ISC Chemicals Limited. 1982.
  9. ^ John A. Pignato, Jr.; Paul E. Rivers; Myron T. Pike. "Development of Perfluorocarbons As Clean Extinguishing Agents" (PDF). National Institute of Standards and Technology. Archived from the original (PDF) on 2014-05-21. Retrieved 2019-01-03.
  10. ^ McHale ET (1974). "Life Support Without Combustion Hazards". Fire Technology. 10 (1): 15–24. doi:10.1007/bf02590509. S2CID 111161665.
  11. ^ Huggett C (1973). "Habitable Atmospheres Which Do Not Support Combustion". Combustion and Flame. 20: 140–142. doi:10.1016/s0010-2180(73)81268-4.
  12. ^ "Dissolving gases in FLUTEC liquids" (PDF). F2 Chemicals Ltd. 2005-05-10.
  13. ^ Battino R, Rettich TR, Tominaga T (1984). "The solubility of nitrogen and air in liquids". J. Phys. Chem. Ref. Data. 13 (2): 308–319. Bibcode:1984JPCRD..13..563B. doi:10.1063/1.555713.
  14. ^ McBee ET (March 1947). "Fluorine Chemistry". Ind. Eng. Chem. 39 (3): 236–237. doi:10.1021/ie50447a002.
  15. ^ "울만의 산업화학 백과사전" 2005, Wiley-VCH, Weinheim에서 Siegemund G, Schwertfeger W, Feiring A, Smart B, Behr F, Vogel H, McKusick B "불소화합물, 유기물"doi: 10.1002/14356007.a11_param
  16. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2015-09-24. Retrieved 2014-05-19.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  17. ^ "HPV Robust Summaries and Test Plan" (PDF). Internet Archive. Archived from the original (PDF) on 2012-12-02. Retrieved 2019-01-03.
  18. ^ Yamanouchi K; Yokoyama K (1975). "Proceedings of the Xth International Congress for Nutrition: Symposium on Perfluorochemical Artificial Blood, Kyoto": 91. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  19. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2014-05-19. Retrieved 2014-05-19.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  20. ^ Platts DG; Fraser JF (2011). "Critical Care and Resuscitation". 13 (1): 44–55. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  21. ^ Geyer RP (1975). "Proc. Xth Intern. Congress for Nutr.: Symp on Perfluorochemical Artif. Blood, Kyoto": 3–19. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  22. ^ Change, United Nations Framework Convention on Climate. "Kyoto Protocol". unfccc.int. Retrieved 2017-09-27.
  23. ^ 마이어, G., D. 신델, F.-M. 브레온, W. 콜린스, J. Fuglestvett, J. Huang, D.코흐, J.F.라마르크, D.Lee, B.멘도사, T. 나카지마, A. Robock, G. Stephens, T.타케무라 및 H. 장(2013) "인류 및 자연 복사 강제력" (표 8.A.1 참조).2013년 기후 변화: 물리 과학의 기초. 정부간 기후변화에 관한 패널의 제5차 평가보고서에 대한 작업그룹 I의 공헌.스토커, T.F., D. Qin, G.-K.플래트너, M티그노, S.K. 앨런, J. 보스충, A.나우엘스, Y. Xia, V. 벡스, P.M.Midgley (에드)영국 케임브리지 대학 출판부와 미국 뉴욕.
  24. ^ "The Anode Effect". aluminum-production.com. Archived from the original on 2019-02-22. Retrieved 2014-05-20.
  25. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2013-02-16. Retrieved 2014-05-20.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로서의 아카이브 카피(링크) climatevision.gov
  26. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2014-02-07. Retrieved 2014-05-19.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  27. ^ Imamura Y; Minami M; Ueki M; Satoh B; Ikeda T (2003). "Use of perfluorocarbon liquid during vitrectomy for severe proliferative diabetic retinopathy". Br J Ophthalmol. 87 (5): 563–566. doi:10.1136/bjo.87.5.563. PMC 1771679. PMID 12714393.
  28. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2014-05-19. Retrieved 2014-05-19.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  29. ^ "Schedule 2 of Chemical Weapons Convention". OPCW. Retrieved 2022-01-25.
  30. ^ Timperley, Christopher M. (2000). "Highly-toxic fluorine compounds". Fluorine Chemistry at the Millennium. pp. 499–538. doi:10.1016/B978-008043405-6/50040-2. ISBN 9780080434056.
  31. ^ Banks, RE (1970). Fluorocarbons and their Derivatives, Second Edition. London: MacDonald & Co. (Publishers) Ltd. pp. 203–207. ISBN 978-0-356-02798-2.
  32. ^ "Octafluoronaphthalene". ChemSpider.

외부 링크

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