フルオロカーボン

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ガス溶解特性edit
ManufactureEdit
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電気化学的フッ素化edit
環境と健康への懸念編集
用途編集

化学的性質編集

パーフルオロアルカンは、有機化学で最も強い炭素–フッ素結合の強度のために非常に安定である。その強さはよい共有結合の相互作用によって結束を短くし、増強するカーボンおよびフッ素原子の部分的な充満によって部分的なイオンの特性を与さらに、複数の炭素–フッ素結合は、炭素がより高い正の部分電荷を有するので、同じgeminal炭素上の他の近くの炭素–フッ素結合の強度および安定性を高める。さらに、複数の炭素-フッ素結合は、誘導効果から”骨格”炭素–炭素結合を強化する。従って、飽和させたfluorocarbonsは対応する炭化水素の同等および実際に他のどの有機化合物もより化学的にそして熱的に安定しています。それらは非常に強いreductantsによって攻撃に敏感、例えばです。バーチ還元と非常に特殊な有機金属錯体。

フルオロカーボンは無色で、水の2倍以上の密度を持っています。これらは、ほとんどの有機溶媒（例えば、エタノール、アセトン、酢酸エチル、およびクロロホルム）と混和性ではないが、いくつかの炭化水素（例えば、場合によってはヘキサン）と混和性である。それらは水への溶解度が非常に低く、水はそれらへの溶解度が非常に低い（10ppm程度）。それらは低い屈折率を有する。

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分極した炭素-フッ素結合の部分電荷

フッ素の高い電気陰性度は原子の分極性を低下させるので、フッ素炭素はロンドン分散力の基礎を形成するつかの間の双極子に弱く敏感である。その結果、フルオロカーボンは分子間引力が低く、疎水性および非極性であることに加えて、疎水性であることに加えて、疎水性である。弱い分子間力を反映して、これらの化合物は、類似の沸点、低い表面張力および低い蒸発熱の液体と比較して低い粘度を示す。フルオロカーボン液体中の低い引力は、それらを圧縮性（低いバルク弾性率）にし、ガスを比較的よく溶解することができる。より小さいfluorocarbonsは非常に揮発である。五つのペルフルオロアルカンガスがあります: テトラフルオロメタン(bp-128°C)、ヘキサフルオロエタン(bp-78.2°C)、オクタフルオロプロパン(bp-36.5°C)、パーフルオロ-n-ブタン(bp-2.2°C)およびパーフルオロ-イソ-ブタン(bp-1°C)。他のほとんどすべてのフルオロアルカンは液体であり、最も顕著な例外は51℃で昇華するペルフルオロシクロヘキサンである。

パーフルオロアルカン
最も単純なパーフルオロアルカンである四フッ化炭素
ペルフルオロオクタン（ペルフルオロオクタン）は、直鎖状のペルフルオロアルカンである。
ペルフルオロ-2-メチルペンタン(perfluoro-2-methylpentane)は、分岐したペルフルオロアルカンである。
ペルフルオロ-1,3-ジメチルシクロヘキサン(perfluoro-1,3-dimethylcyclohexane)は、環状のペルフルオロアルカンである。
ペルフルオロデカリン（Perfluorodecalin）は、多環式ペルフルオロアルカンである。

1960年代麻酔薬としてのフルオロカーボンに多くの関心がありました。この研究では麻酔薬は生産されなかったが、燃焼性の問題に関する試験が含まれており、試験されたフッ素炭素は空気中でいかなる割合でも可燃性ではないことが示されたが、試験のほとんどは純粋な酸素または純粋な亜酸化窒素（麻酔学において重要なガス）であった。

Compound	Test conditions	Result
Hexafluoroethane	Lower flammability limit in oxygen	None
Perfluoropentane	Flash point in air	None
	Flash point in oxygen	−6 °C
	Flash point nitrous oxide	−32 °C
Perfluoromethylcyclohexane	Lower flammability limit in air	None
	Lower flammability limit in 酸素	8.3%
	酸素（50°C）の燃焼性の限界を下げて下さい)	7.4%
	亜酸化窒素の可燃性の限界を下げて下さい	7.7%
ペルフルオロ-1,3-ジメチルシクロヘキサン	酸素中の可燃性限界値が低い(50°C)	5.2%
ペルフルオロメチルデカリン	自然発火試験 127barでの酸素中	500℃での点火なし
	断熱ショック波の酸素中での自然発火、0。98から186棒	点火無し
	断熱衝撃における自然発火酸素中の波、0.98-196bar	点火

1993年、3Mはフロンに代わる消火剤としてフルオロカーボンを検討した。この消火効果は、火から熱を奪う熱容量が高いことに起因しています。宇宙ステーションまたは類似のペルフルオロカーボンのかなりの割合を含む大気は、火災を完全に防ぐことが示唆されている。燃焼が起こるとき、カルボニルのフッ化物、一酸化炭素およびフッ化水素を含む有毒な発煙は、起因します。

ガス溶解特性edit

パーフルオロカーボンは比較的大量のガスを溶解する。ガスの高い溶解度は，これらのふっ素流体中の弱い分子間相互作用に起因する。

血液ガス分配係数から計算した溶解した窒素のモル分率x1の値を298.15K(25℃)、0.101325M Paで示した。

Liquid	104 x1	Concentration, mM
Water	0.118	0.65
Ethanol	3.57	6.12
Acetone	5.42	7.32
Tetrahydrofuran	5.21	6.42
Cyclohexane	7.73	7.16
Perfluoromethylcyclohexane	33.1	16.9
Perfluoro-1,3-dimethylcyclohexane	31.9	14.6

ManufactureEdit

フッ素産業の発展は第二次世界大戦と重なり、それ以前はフッ素と炭化水素との反応、すなわち直接フッ素化によってフッ素を製造していた。 C-C結合はフッ素によって容易に切断されるため、直接フッ素化は主にテトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエタン、オクタフルオロプロパンなどのより小さなパーフルオロカーボンを与える。

Fowler processEdit

フルオロカーボンの大規模な製造を可能にした大きなブレークスルーはFowler processでした。このプロセスでは、三フッ化コバルトがフッ素の供給源として使用される。具体的には、ペルフルオロヘキサンの合成である：

C6H14+28Cof3→C6F14+14HF+28Cof2

得られた二フッ化コバルトは、時には別の反応器で再生される：

2Cof2+F2→2Cof3

工業的には、例えば、f2chemicals LtdによるフルオロカーボンのFlutec範囲の製造において、垂直stirred拌ベッドを用いて行われる。炭化水素が底部に導入され、フッ素が反応器の途中に導入された反応器。フロロカーボンの蒸気は上から回復される。

電気化学的フッ素化edit

電気化学的フッ素化（ECF）（サイモンズのプロセスとしても知られている）は、フッ化水素に溶解した基板の電気分解を含む。フッ素自体はフッ化水素の電気分解によって製造されるため、ECFはフッ素炭素へのより直接的な経路である。このプロセスは低電圧（5–6V）で進行し、遊離フッ素は遊離されない。理想的にはフッ化水素に可溶であるべきであるため、基質の選択は制限される。エーテルと三級アミンが一般的に用いられる。例えば、

N(C6H13)3+45HF→3C6F14+NF3+42H2

ペルフルオロアミンも生成されます。

N(C6H13)3+39HF→N(C6F13)3+39H2

環境と健康への懸念編集

fluoroalkanesは一般に不活性および無毒です。

フルオロアルカンは塩素原子や臭素原子を含まないため、オゾン破壊を行わず、オゾン破壊化学物質の代替品として使用されることがあります。用語フルオロカーボンは、オゾン層破壊されているクロロフルオロカーボンを含む、フッ素と炭素を含む任意の化学物質を含むようにかなり緩く使用されフルオロアルカンは、時には著しく生物蓄積するフルオロサーファクタントと混同されることがある。

ペルフルオロアルカンは生物蓄積しない;医療処置で使用されるものは、主に蒸気圧の関数として排泄速度を伴う呼気を介して体内から急速に排泄される;オクタフルオロプロパンの半減期は、ペルフルオロデカリンの約一週間に比べて2分未満である。

PFC-14およびPFC-116の大気中濃度は、1978年から2015年の間の同様の人工ハロゲン化ガスと比較した（右グラフ）。対数スケールに注意してください。

低沸点ペルフルオロアルカンは、その非常に長い大気寿命のために強力な温室効果ガスであり、それらの使用は京都議定書によってカバーされている。多くのガスの地球温暖化の可能性（二酸化炭素のそれと比較して）は、IPCC第5次評価報告書に記載されており、いくつかのペルフルオロアルカンについては以下の抜粋があります。