Галометан
Галометановые соединения являются производными метана ( CH 4 ) с одним или несколькими атомами водорода , замененными атомами галогена ( F , CL , BR или I ). Галометаны встречаются в природе, особенно в морских средах, а также человеком, особенно в качестве хладагентов, растворителей, пропеллентов и фумигантов. Многие, в том числе хлорфторуглероны , привлекли широкое внимание, потому что они становятся активными при воздействии ультрафиолетового света Земли , найденного на больших высотах, и разрушают защитный озоновый слой .
Структура и свойства
[ редактировать ]Как и сам метатан, галометаны являются тетраэдрическими молекулами. Атомы галогена сильно различаются по размеру и заряду от водорода и друг от друга. Следовательно, большинство галометанов отклоняются от идеальной тетраэдрической симметрии метана. [ 1 ]
Физические свойства галометанов зависят от количества и идентичности атомов галогена в соединении. В целом, галометаны нестабильны, но менее метан из -за поляризуемости галогенидов. Поляризуемость галогенидов и полярность молекул делают их полезными в качестве растворителей. Галометаны гораздо менее воспламеняются, чем метан. Вообще говоря, реактивность соединений является наибольшей для йодидов и самой низкой для фторидов.
Производство
[ редактировать ]Промышленные маршруты
[ редактировать ]Галометаны производятся в промышленном масштабе из обильных предшественников, таких как природный газ или метанол , и из галогенов или галогенидов . Они обычно готовятся одним из трех методов. [ 2 ]
- Свободное радикальное хлорирование метана (под ультрафиолетовым светом):
- CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
Этот метод полезен для производства CH 4 - N Cl N ( n = 1, 2, 3 или 4). Основные проблемы с этим методом заключаются в том, что он когенератирует HCL и производит смеси различных продуктов. С использованием CH 4 в большом избытке генерирует в первую очередь CH 3 Cl и использование CL 2 в большом избытке генерирует в первую очередь CCL 4 , но смеси других продуктов все еще будут присутствовать.
- Галогенирование метанола. Этот метод используется для производства монохлорида, -бромида и -оидида.
- CH 3 OH + HCl → CH 3 Cl + H 2 O
- 4 Ch 3 OH + 3 BR 2 + S → 4 Ch 3 Br + H 2 SO 4 + 2 HBR
- 3 Ch 3 OH + 3 I 2 + P → 3 CH 3 I + HPO (OH) 2 + 3 HI
- Галогенный обмен. Метод в основном используется для производства фторированных производных из хлоридов.
- CH 3 CL + HF → CH 3 F + HCl
- CH 2 Cl 2 + HF → CH 2 fcl + HCl
- CH 2 Cl 2 + 2 Hf → CH 2 F 2 + 2 HCl
- CH 2 Cl 2 + F 2 → CH 2 F 2 + Cl 2
- CHCL 3 + HF → CHFCL 2 + HCL
- CHCL 3 + 2 HF → CHF 2 Cl + 2 HCl
- CHCL 3 + F 2 → Chf 2 Cl + Cl 2
- CHCL 3 + 3 HF → CHF 3 + 3 HCl
- CHCL 3 + F 2 + HF → CHF 3 + Cl 2 + HCl
- CCL 4 + HF → CFCL 3 + HCL
- CCL 4 + 2 HF → CF 2 CL 2 + 2 HCL
- CCL 4 + F 2 → CF 2 Cl 2 + Cl 2
- CCL 4 + 3 HF → CF 3 Cl + 3 HCl
- CCL 4 + F 2 + HF → CF 3 Cl + Cl 2 + HCl
- CCL 4 + 4 HF → CF 4 + 4 HCL
- CCL 4 + F 2 + 2 HF → CF 4 + Cl 2 + 2 HCl
- CCL 4 + 2 F 2 → CF 4 + 2 Cl 2
- Реакция метана с гипохлористой кислотой , продуцируя воду.
- CH 4 + Hocl → CH 3 Cl + H 2 O
- Реакция метанола с гипохлористой кислотой, продуцируя перекись водорода .
- CH 3 OH + HOCL → CH 3 CL + H 2 O 2
Следы галометанов в атмосфере возникают благодаря внедрению других не натуральных промышленных материалов.
В природе
[ редактировать ]Многие морские организмы биосинтезируют галометаны, особенно броминсодержащие соединения. [ 3 ] Небольшие количества хлорметанов возникают из -за взаимодействия источников хлора с различными углеродными соединениями. Биосинтезы этих галометанов катализируются ферментами хлорпероксидазы и бромапероксидазы соответственно. Идеализированное уравнение:
- 2 Ch 4 + 2 Cl − + O 2 → 2 CH 3 Cl + 2 OH −
Классы соединений
[ редактировать ]Галоны обычно определяются как углеводороды, где атомы водорода были заменены бромом, наряду с другими галогенами. [ 4 ] Они упоминаются системой кодовых номеров, аналогичной (но проще) системой, используемой для Freons. Первая цифра указывает количество атомов углерода в молекуле, вторая - это количество атомов фтора, третьим является атомы хлора, а четвертым является количество атомов брома. Если число включает в себя пятую цифру, пятое число указывает количество атомов йода (хотя йод в галоне редко). Любые связи, не поглощенные атомами галогена, затем выделяются на атомы водорода.
Например, рассмотрим Halon 1211. Этот Halon имеет номер 1211 в своем названии, которое сообщает, что он имеет 1 атом углерода, 2 атома фтора, 1 атом хлора и 1 атом брома. У одного углерода есть только четыре связи, все из которых взяты атомами галогена, поэтому водорода нет. Таким образом, его формула CF 2 CLBR , следовательно, его название iUPAC - Бромхлордифлуорометан.
ANSI/ASHRAE Стандарт 34-1992
[ редактировать ]Система именования хладагента используется в основном для фторированных и хлорированных коротких алканов, используемых в качестве хладагентов. В Соединенных Штатах стандарт указан в стандарте ANSI/Ashrae 34–1992, с дополнительными годовыми добавками. [ 5 ] Указанные префиксы ANSI/Ashrae были FC (фторуглерод) или R (хладагент), но сегодня большинство из них префиксировано более конкретной классификацией:
- CFC - список хлорофторублеток
- HCFC - Список гидрохлорофлуорокарбонов
- HFC - Список гидрофлюрокурбен
- FC - Список фторуглеродов
- PFC - Список перфторурокурбонов (полностью фторированные)
Система декодирования для CFC-01234A-это:
- 0 = количество двойных связей (опущено, если ноль)
- 1 = атомы углерода -1 (опущены, если нулевой)
- 2 = атомы водорода +1
- 3 = атомы фтора
- 4 = заменен BROMINE (добавлен префикс «B»)
- А = буква, добавленная для идентификации изомеров, «нормальный» изомер в любом количестве имеет наименьшую разность массы на каждом углероде, а A, B или C добавляются, поскольку массы расходятся от нормы.
Другие системы кодирования также используются.
Соединения Hydrofluoro (HFC)
[ редактировать ]Гидрофлюорокурбоны (HFC) не содержат хлора. Они состоят полностью из углерода, водорода и фтора. Они не оказывают известных эффектов на озоновый слой; Фтор сам не является озоно-токсичным. [ 6 ] [ 7 ] Тем не менее, HFCS и перфторублеходы (PFC) являются парниковыми газами , которые вызывают глобальное потепление . Две группы галоалканов, гидрофторуглероды (HFC) и перфторуглероды , являются мишенями Киотского протокола . [ 8 ] Аллан Торнтон, президент Агентства по расследованию экологических расследований , неправительственного, экологического наблюдателя, говорит, что HFCS в 12 500 раз большее, чем углекислый газ при глобальном потеплении. [ 9 ] Более высокий потенциал глобального потепления имеет две причины: HFC остаются в атмосфере в течение длительных периодов времени, и у них больше химических связей, чем CO 2 , что означает, что они способны поглощать больше солнечной энергии на молекулу, чем углекислый газ. Богатые страны зажимают эти газы. Торнтон говорит, что многие страны без необходимости производят эти химические вещества, чтобы получить углеродные кредиты. Таким образом, в результате правил торговли углеродом в соответствии с Киотским протоколом, почти половина кредитов из развивающихся стран взята из HFCS, причем Китай забивает миллиарды долларов от ловли и уничтожения HFC, которые будут в атмосфере в качестве промышленных побочных продуктов. [ 10 ]
Обзор основных галометанов
[ редактировать ]Большинство перестановки водорода, фтора, хлора, брома и йода на одном атоме углерода были оценены экспериментально.
| Систематическое название | Общий/тривиальный Имя (ы) |
Код | Использовать | Химическая формула |
|---|---|---|---|---|
| Тетрахлорметан | Углеродный тетрахлорид , Фреон 10
( Фреон является торговым названием для группы хлорфторуглеродов, используемых главным образом в качестве хладагента . Основным химическим веществом, используемым в соответствии с этим товарным знаком, является дихлордифлуорометан. Слово Freon является зарегистрированным товарным знаком, принадлежащим DuPont .) |
CFC-10 | Ранее в огнетушителях | CCL 4 |
| Тетрабромометан | Углеродный тетрабромид | CBR 4 | ||
| Тетраодометан | Углеродный тетраодид | CI 4 | ||
| Тетрафлюрометан | Углеродный тетрафлюорид, Фреон 14 | PFC-14 (CFC-14 и HF-14 также использовались, хотя и формально неверные) |
Ср. 4 | |
| Хлорметан | Метилхлорид | Метилирование; например, для метил трихлорзилана | Ch 3 Cl | |
| Дихлорметан | Метиленхлорид | Растворитель | CH 2 CL 2 | |
| Трихлорметан | Хлороформ | Растворитель | CHCL 3 | |
| Трихлорфлуорометан | Freon-11, R-11 | CFC-11 | CCL 3 ф | |
| Дихлордифлуорометан | Freon-12, R-12 | CFC-12 | CCL 2 F 2 | |
| Хлоротрифлуорометан | CFC-13 | CCLF 3 | ||
| Хлордифлуорометан | R-22 | HCFC-22 | CHCLF 2 | |
| Трифторметан | Флуороформ | HFC-23 | В полупроводниковой промышленности хладагент | CHF 3 |
| Хлорфлуорометан | Фреон 31 | Хладагент (понизился) | Ch 2 CLF | |
| Дифторметан | HFC-32 | Хладагент с нулевым потенциалом истощения озона | CH 2 F 2 | |
| Флуорометан | Метилторид | HFC-41 | Полупроводниковое изготовление | Ch 3 ф |
| Бромметан | Метил бромид | Стерилант почвы и фумигант, в настоящее время вытекают из выхода из строя. Он сильно истощает озоновый слой и очень токсичен. | Ch 3 Br | |
| Дибромметан | Метиленовый бромид | Растворитель и химический промежуточный. | Ch 2 Br 2 | |
| Трибромметан | Бромформ | Для разделения тяжелых минералов | Chbr 3 | |
| Бромхлорметан | Зал 1011 | Ранее в огнетушителях | Ch 2 Brac | |
| Бромхлордифлуорометан | BCF, Halon 1211 BCF, или Freon 12B1 | Зал 1211 | CBRCLF 2 | |
| Бромотрифторметан | Btm, halon 1301 btm, или freon 13bi | Зал 1301 | CBRF 3 | |
| Трифтороодометан | Трифторметил йодид | Фреон 13T1 | Органический синтез | CF 3 I. |
| Йодометан | Метил йодид | Органический синтез | Ch 3 i |
Приложения
[ редактировать ]Поскольку они имеют много применений и легко подготовлены, галометаны представляют интенсивный коммерческий интерес.
Растворители
[ редактировать ]Дихлорметан является наиболее важным растворителем на основе галометанов. Его волатильность, низкая воспламеняемость и способность растворить широкий спектр органических соединений делает эту бесцветную жидкость полезной растворителем. [ 2 ] Он широко используется в качестве стриптизерши и дегрессайта . В пищевой промышленности он ранее использовался для дебитации кофе и чая , а также для приготовления экстрактов хмеля и других ароматизаторов . [ 11 ] Его волатильность привела к его использованию в качестве аэрозольного аэрозольного топлива и в качестве блюдного агента для полиуретановых пен .
Пропелленты
[ редактировать ]Одним из основных применений ХФУ было как пропелленты аэрозолей , включая ингаляторы дозы доз для лекарств, используемых для лечения астмы . Преобразование этих устройств и обработок из CFC в пропелленты, которые не истощают слой озона, почти завершено. Производство и импорт в настоящее время запрещены в Соединенных Штатах.
Пожарная потухание
[ редактировать ]
При высоких температурах галоны разлагаются для высвобождения атомов галогена , которые легко сочетаются с активными атомами водорода, гасит реакции распространения пламени, даже когда остаются достаточное количество топлива, кислорода и тепла. Химическая реакция в пламени проходит как свободного радикала цепная реакция ; Благодаря секвестрированию радикалов, которые распространяют реакцию, галоны способны остановить огонь в гораздо более низких концентрациях , чем требуются пожарными супрессантами, используя более традиционные методы охлаждения, лишения кислорода или разбавления топлива. По состоянию на 2023 год [update]Из -за проблем с истощением озона , огнетушители Halon в значительной степени запрещены в некоторых странах, а альтернативы развертываются военными США. [ 12 ]
Halon 1301 Общая система наводнения обычно используется в концентрациях не более 7% по объему в воздухе и могут подавлять многие пожары при 2,9% об./Об. Напротив, системы наводнения наводнения на диоксид углерода работают от 34% концентрации по объему (сжигание только на поверхности жидкого топлива) до 75% (ловушки для пыли). Диоксид углерода может вызывать тяжелый дистресс при концентрациях 3–6% и вызвал смерть путем дыхательного паралича в течение нескольких минут при 10% концентрации. Halon 1301 вызывает лишь небольшую легкомысленность при его эффективной концентрации 5%, и даже на 15%, которые подвергаются воздействию, остаются сознательными, но нарушенными и не страдают от долгосрочных последствий. (Экспериментальные животные также подвергались воздействию 2% концентраций Halon 1301 в течение 30 часов в неделю в течение 4 месяцев, без каких -либо заметных последствий для здоровья. [ Цитация необходима ] ) Halon 1211 также обладает низкой токсичностью, хотя он более токсичен, чем Halon 1301, и, таким образом, считается непригодным для систем наводнения.
Тем не менее, галон 1301 подавление огня не является полностью нетоксичным; Очень высокое температурное пламя или контакт с красным металлом может вызвать разложение Halon 1301 на токсичные побочные продукты. Присутствие таких побочных продуктов легко обнаруживается, потому что они включают гидробромическую кислоту и гидрофторическую кислоту , которые сильно раздражают. Галоны очень эффективны в пожарах класса A (органические твердые тела), B (легковоспламеняющиеся жидкости и газы) и C (электрические), но они не подходят для пожаров класса D (металл), поскольку они не только будут производить токсичный газ и не могут остановите огонь, но в некоторых случаях представляют риск взрыва. Halons можно использовать в пожарах класса K (кухонные масла и смазки), но не предлагают никаких преимуществ по сравнению с специализированными пенами.
Halon 1301 распространен в общих системах наводнения. В этих системах банки цилиндров галона поддерживаются примерно до 4 МПа (600 фунтов на квадратный дюйм ) с сжатым азотом , а фиксированная сеть трубопроводов приводит к защищенному корпусу. При сборе все измеренное содержание одного или нескольких цилиндров разряжается в корпус через несколько секунд, через форсунки, предназначенные для обеспечения равномерного смешивания по всей комнате. Сброшенное количество предварительно рассчитывается для достижения желаемой концентрации, как правило, 3–7% об./Об. Этот уровень поддерживается в течение некоторого времени, как правило, с минимум десяти минут, а иногда и до двадцатиминутного времени замачивания, чтобы гарантировать, что все предметы охлаждаются, так что правление вряд ли произойдет, затем воздух в корпусе очищается, как правило, через систему фиксированной чистки, которая активируется надлежащими органами власти. В течение этого времени корпус может войти лицами, носящими SCBA . (Существует общий миф о том, что это связано с тем, что галон очень токсичен; на самом деле это связано с тем, что он может вызвать легкомысленность и слегка нарушение восприятия, а также из -за риска побочных продуктов сжигания.)
Системы затопления могут управляться вручную или автоматически запустить VESDA или другую систему автоматического обнаружения. В последнем случае предупреждающая сирена и стробоскольная лампа сначала будут активированы в течение нескольких секунд, чтобы предупредить персонала, чтобы эвакуировать область. Быстрый разряд галона и последующее быстрое охлаждение заполняют воздух туманом и сопровождается громким, дезориентирующим шумом.
Halon 1301 также используется в F-16 пары топлива в топливных баках -бою, чтобы предотвратить взрывные ; Когда самолет входит в область с возможностью атаки, Halon 1301 вводится в топливные баки для единовременного использования. Из -за истощения озона, трифтоороодометана ( CF 3 I ) рассматривается как альтернатива. [ 13 ]
Halon 1211 обычно используется в ручных газетах, в которых пользователь направляется по потоку жидкого галона на меньший огонь. Поток испаряется под пониженным давлением, производя сильное локальное охлаждение, а также высокую концентрацию галона в непосредственной близости от пожара. В этом режиме огонь погашают за счет охлаждения и депривации кислорода в ядре огня, а также радикальный закал на большую площадь. После подавления пожара галон диффундирует, не оставляя остатка.
Химические строительные блоки
[ редактировать ]Хлорметан и бромометан используются для введения метильных групп в органический синтез . Хлородифлуорометан является основным предшественником тетрафторэтилена , который является мономерным предшественником тефлона . [ 1 ]
Безопасность
[ редактировать ]Haloalkanes разнообразны в своих свойствах, что затрудняет обобщения. Немногие остро токсичны, но многие представляют риски из -за длительного воздействия. Некоторые проблематичные аспекты включают канцерогенность и повреждение печени (например, тетрахлорид углерода). В определенных условиях сгорания хлорметаны преобразуются в фосген , который очень токсичен.
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Гюнтер Зигемунд, Вернер Шверфегер, Эндрю Фейринги, Брюс Смарт, Фред Бер, Херард Фогель, Блейн МакКусик «Фториновые соединения, органические» энциклопедия промышленной химии Ульмана, 2002 года. Doi : 10.1002/14356007.a11_349
- ^ Jump up to: а беременный Манфред Россберг, Вильгельм Лендл, Герхард Пфляйдерер, Адольф Тёгель, Эберхард-Людвиг Дрехер, Эрнст Лангер, Хайнц Рассаертс, Питер Клейншмидт, Хайнц Страк, Ричард Кук, Уве Бек, Карл-губер Полем два : 10.1002/14356007.a06_233.pub2 .
- ^ Гордон В. Гриббл (1998). «Природные органогалогенные соединения». Акк. Химический Резерв 31 (3): 141–152. doi : 10.1021/ar9701777 .
- ^ Джон Дайнт (2008). Оксфордский словарь химии . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-920463-2 .
- ^ «Книжный магазин Ashrae» . Архивировано из оригинала на 2006-06-15 . Получено 2009-10-07 .
- ^ «Озоновая защита слоя» . США EPA . 14 октября 2020 года.
- ^ Трессо, Ален (2006). «Фтор в атмосфере» (PDF) . Достижения в области фторина . 1 : 1–32. doi : 10.1016/s1872-0358 (06) 01001-3 .
- ^ Лернер и К. Ли Лернер, Бренда Уилмот (2006). «Экологические проблемы: основные первичные источники» . Томсон Гейл . Получено 2006-09-11 .
- ^ США EPA, весла (15 февраля 2013 г.). «Озоновая защита слоя» . США EPA .
- ^ Все учитывая, NPR News, 17:24, 11 декабря 2007 г.
- ^ Управление по оценке опасности для здоровья окружающей среды (сентябрь 2000 г.). «Дихлорметан» (PDF) . Цели общественного здравоохранения для химических веществ в питьевой воде . Калифорнийское агентство по охране окружающей среды . Архивировано из оригинала (PDF) на 2009-10-09.
- ^ 3-III-2 Halon 1301 Архивировал замены 2008-04-19 на машине Wayback
- ^ «Свобода кредитной карты | Фотографии Detox и десерт красного смузи» . www.afrlhorizons.com . Архивировано из оригинала 11 июля 2007 года.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Таблица конверсии газа
- Номенклатура FAQ
- История использования галона военно-морским флотом США за архив 2000-08-19 на The Wayback Machine
- Потеря озона: химические виновники
- EIA Агентство по охране окружающей среды
- Агентство по расследованию окружающей среды - Глобальное агентство по расследованию окружающей среды EIA в США
- Алфавитный список всех галометанов
