Το φθοροφόρμιο[1] (αγγλικά: fluoroform) είναι οργανικήχημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και φθόριο, με μοριακό τύποCHF3.Με βάση το σύστημα κωδικής ονομασίας που ξεκίνησε με τους φθοροχλωραάθρακες έχει τον κωδικό HFC-23 ή R-23. Είναι ένα από τα αλοφόρμια, μια κατηγορία χημικών ενώσεων με γενικό τύπο CHX3 (όπου X: αλογόνο). Χρησιμοποιήθηκε σε ποικίλες εξειδικευμένες εφαρμογές, και παράγεται ως παραπροϊόν της παραγωγής του τεφλόν. Παράγεται, επίσης, βιολογικά, σε μικρές ποσότητες, κυρίως με αποκαρβοξυλίωση του τριφθοραιθανικού οξέος (CF3COOH)[2].
Ονοματολογία
Η ονομασία «τριφθορομεθάνιο» 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 «τριφθορο-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων φθορίου ανά μόριο της ένωσης.
Ο κωδικός HFC-23 παράγεται ως εξής: Το HFC προέρχεται από την αγγλόφωνη λέξη HydroFluoroCarbon. Το πρώτο ψηφίο (2) σημαίνει ότι η ένωση περιέχει 2 - 1 = 1 άτομο υδρογόνου (ανά μόριο). Τέλος, το τελευταίο ψηφίο (3), σημαίνει ότι η ένωση περιέχει τρία (3) άτομα φθορίου.
Μοριακή δομή
Η μοριακή δομή του είναι τετραεδρική, με το άτομο του άνθρακα στο κέντρο κσι τα υπόλοιπα στις κορυφές. Βεβαίως, το νοητό τετράεδρο που προκύπτει δεν είναι κανονικό, γιατί η το μήκος του δεσμού C-Η είναι μικρότερο από εκείνο των δεσμών C-F.
3. Αντίδραση υποκατάστασης είναι δυνατή και από τριβρωμομεθάνιο, αλλά σε δυο στάδια, με ενδιάμεση παραγωγή βρωμοδιφθορομεθάνιου, με χρήση τριφθοριούχου αντιμόνιου και στη συνέχεια τελειώνοντας την παραγωγή τριφθορομεθανίου με επίδραση φθοριούχου υδραργύρου[5]:
Το φθοροφόρμιο είναι ένα αντιδραστήριο που μπορεί να σχηματήσει ιόντα CF3-, με αποπρωτονίωση. Δρα, δηλαδή ως ασθενές οξύ, με pKa = 25 - 28, ανάλογα με τις πηγές και το χρησιμοποιούμενο διαλύτη. Είναι πρόδρομη ένωση του τριμεθυλο(τριφθορομεθυλο)σιλάνιου [CF3Si(CH3)3][7].
Αντιδράσεις υποκατάστασης
Ο δεσμόςC-F είναι πολύ ισχυρός, και ο SN2 μηχανισμός που συνήθως επικρατεί καθιστά ελάχιστες αντιδράσεις υποκατάστασης του φθορίου πρακτικά εφικτές.
Το ασταθές φθορομεθυλένιο στη συνέχεια συμπεριφέρεται σα δίριζα και παρεμβάλλεται σε δεσμούς C-Η ή προσθέτεται σε πολλαπλούς δεσμούς, σχηματίζοντας τριμελή δακτύλιο. Παραδείγματα:
Είναι δυνατή η απόσπαση F2 με χρήση ιδιαίτερα ηλεκτροθετικών μετάλλων όπως κάλιο, νάτριο, μαγνήσιο ή και ψευδάργυρος, παράγοντας φθορομεθυλένιο. Τα δισθενή μέταλλα ευνοούν ιδιαίτερα τις κυκλικές προσθήκες. Έτσι έχουμε τα ακόλουθα παραδείγματα:
Το τριφθορομεθάνιο χρησιμοποιήθηκε στη βιομηχανίαημιαγωγών, και πιο συγκεκριμένα στη χάραξη με πλάσμα του διοξειδίου του πυριτίου και του αζωτούχου πυριτίου. Είναι γνωστό ως R-23 ή HFC-23. Είναι χρήσιμο ψυκτικό, που χρησιμοποιείται ως αντικαταστάτης του CFC-13 (δείτε τους φθοροχλωράνθρακες). Όταν χρησιμοποιείται για πυρόσβεση, το τριφθορομεθάνιο φέρει το DuPont εμπορικό όνομα FE-13. To τριφθορομεθάνιο προτιμάται για την εφαρμογή αυτή, εξαιτίας της χαμηλής τοξικότητάς του, της χαμηλής χημικής δραστικότητάς του και της υψηλής πυκνότητάς του[15]. Το τριφθορομεθάνιο χρησιμοποιήθηκε και για το Halon-1301 σε ολικής πλημμύρας αέριο πυροσβσστικό μέσο.
Εφαρμογές βιομηχανικής οργανικής σύνθεσης
Το τριφθορομεθάνιο είναι ένα αντιδραστήριο που λειτουργεί ως πηγή ομάδας τριφθορομεθυλίου (CF3-) με αποπρωτονίωση, γιατί δρα ως ασθενές οξύ, με pKa = 25 - 28. Είναι ακόμη πρόδρομη ένωση για το τριμεθυλο(τριφθορομεθυλο)σιλάνιο[7]
Αέριο του φαινομένου του θερμοκηπίου
Το τριφθορομεθάνιο είναι ένα ισχυρό αέριο του φαινομένου του θερμοκηπίου. Η γραμματεία του Μηχανισμού Καθαρής Ανάπτυξης (Clean Development Mechanism) εκτιμά ότι ένας (1) τόννος τριφθορομεθανίου στην ατμόσφαιρα έχει το ίδιο αποτέλεσμα, για το φαινόμενο του θερμοκηπίου, με 11.700 τόννους διοξειδίου του άνθρακα. Σύμφωνα, όμως, με μια πιο πρόσφατη εργασία, όμως την IPCC, 2007, υπολογίστηκε ότι για το 100χρονο δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης, η αναλογία ισοδυναμίας είναι λίγο μεγαλύτερη, στα 14.800:1, ανάμεσα σε τριφθορομεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα. Κι αυτό γιατί η ατμοσφαιρική «διάρκεια ζωής» του τριφθορομεθανίου είναι 270 έτη[16].
Σύμφωνα με την κλιματική αναφορά 2007 IPCC, το τριφθορομεθάνιο ήταν ο πιο άφθονος υδροφθοράνθρακας στην παγκόσμια ατμόσφαιρα μέχρι γύρω στο 2001, χρονιά κατά την οποία η παγκόσμια μέση συγκέντρωση του HFC-134a, ένα χημικό που χρησιμοπποιείται πλέον αποκλειστικά στα κλιματιστικά αυτοκινήτων, ξεπέρασε την αντίστοιχη του τριφθορομεθανίου. Οι παγκόσμιες εκπομπές τριφθορομεθανίου στο παρελθόν είχαν κυριαρχηθεί από την παραγωγή και ακούσια διαφυγή κατά τη διάρκεια της παραγωγής του ψυκτικού διφθοροδιχλωρομεθάνιου (CFC-22).
Δεδομένα που αναφέρθηκαν στις βάσεις δεδομένων εκπομπών αερίων του φαινομένου του θερμοκηπίου από τη Σύμβαση-Πλαίσιο των Ηνωμένων Εθνών για την Αλλαγή του Κλίματος (United Nations Framework Convention on Climate Change - UNFCCC)[17] δείχνουν σημαντικές μειώσεις εκπομπών τριφθορομεθανίου από τη δεκαετία του 1990 ως τη δεκαετία του 2000, σε αναπτυγμένες ή Annex 1 χώρες. Τα προγράμματα του Μηχανισμού Καθαρής Ανάπτυξης της UNFCCC έχουν προμηθεύσει χρηματοδότηση και διευκολύνσεις για την καταστροφή του τριφθορομεθανίου που συμπαράχθηκε ως ένα τμήμα της παραγωγής του CFC-22 τα τελευταία χρόνια, σύμφωνα με τα δεδομένα που καταρτίζονται από τη Γραμματεία Όζοντος, του Παγκόσμιου Μετεωρολογικού Οργανισμού[18][19][20]. Οι εκπομπές όλων των υδροφθορανθράκων περιλαμβάνονται στη UNFCCC του Πρωτόκολλου του Κυότο. Για να μετριαστούν οι επιπτώσεις των εκπομπών του στην ατμόσφαιρα, το τριφθορομεθάνιο μπορεί να καταστραφεί με τεχνολογίες ηλεκτρικής εκκένωσης πλάσματος ή με αποτέφρωση υψηλής θερμοκρασίας.
Σημειώσεις και αναφορές
↑Για εναλλακτικές ονομασίες και συμβολισμούς δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
↑Kirschner, E., Chemical and Engineering News 1994, 8.
↑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.
↑Meslans M. M. (1894). "Recherches sur quelques fluorures organiques de la série grasse". Annales de chimie et de physique 7 (1): 346–423.
↑ 5,05,1Henne A. L. (1937). "Fluoroform". Journal of the American Chemical Society 59 (7): 1200–1202. doi:10.1021/ja01286a012.
↑ 7,07,1Rozen, S.; Hagooly, A. "Fluoroform" in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis (Ed: L. Paquette) 2004, J. Wiley & Sons, New York. doi: 10.1002/047084289
↑Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2β, προσαρμογή αντίδρασης για τριφθορομεθάνιο
↑Σημείωση: Αυτό το τελευταίο βοηθά στο να εκτοπίζει το οξυγόνο, που υποστηρίζει την καύση.
↑Forster, P., V. Ramaswamy, P. Artaxo, T. Berntsen, R. Betts, D.W. Fahey, J. Haywood, J. Lean, D.C. Lowe, G. Myhre, J. Nganga, R. Prinn, G. Raga, M. Schulz and R. Van Dorland (2007). "Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing.". Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.