stringtranslate.com

Тетрафторэтилен

Тетрафторэтилен ( TFE ) — фторуглерод с химической формулой C2F4 . Это простейший перфторированный алкен . Этот газообразный вид используется в основном в промышленном производстве фторполимеров .

Впервые он был описан как «тетрафторид диуглерода» в 1890 году. [2]

Характеристики

Тетрафторэтилен — синтетический бесцветный, не имеющий запаха газ, нерастворимый в воде. Как и все ненасыщенные фторуглероды, он подвержен нуклеофильной атаке. Он нестабилен по отношению к разложению на углерод и тетрафторид углерода ( CF
4) и склонны образовывать взрывоопасные перекиси при контакте с воздухом. [3] [4]

Промышленное использование

Полимеризация тетрафторэтилена производит полимеры политетрафторэтилена (ПТФЭ), такие как Тефлон и Флюон . ПТФЭ является одной из двух фторуглеродных смол, состоящих полностью из фтора и углерода. Другая смола, состоящая исключительно из углерода и фтора, является сополимером ТФЭ с обычно 6–9% гексафторпропена (ГФП), который известен как ФЭП ( фторированный сополимер этилена и пропилена ). ТФЭ также используется при получении многочисленных сополимеров, которые также включают водород и/или кислород, включая как фторопласты, так и фторэластомеры . Типичные фторопласты на основе ТФЭ включают ЭТФЭ, чередующийся сополимер 1:1 с этиленом, и ПФА, который является случайным сополимером, похожим на ФЭП, но с небольшим количеством перфторалкилвинилового эфира (ПАВЭ) вместо ГФП. DuPont использует в основном перфтор(метилвинилэфир), тогда как Daikin использует в основном перфтор(пропилвинилэфир) при производстве PFA. Существует множество других фторполимеров, содержащих тетрафторэтилен, но обычно не более 50% по весу.

Производство

TFE производится из хлороформа . [5] Хлороформ фторируется реакцией с фтористым водородом с получением хлордифторметана (R-22). Пиролиз хлордифторметана (при 550–750 °C) дает TFE, с дифторкарбеном в качестве промежуточного продукта.

CHCl3 + 2HF → CHClF2 + 2HCl
2 CHClF2 → C2F4 + 2HCl​

Альтернативно его можно получить путем пиролиза фтороформа (который также производится из хлороформа и HF):

2 CHF 3 → C 2 F 4 + 2 HF

Лабораторные методы

Удобным и безопасным методом получения ТФЭ является пиролиз натриевой соли пентафторпропионовой кислоты : [6]

C 2 F 5 CO 2 Na → C 2 F 4 + CO 2 + NaF

Реакция деполимеризации — вакуумный пиролиз ПТФЭ при 650–700 °C (1200–1290 °F) в кварцевом сосуде — традиционный лабораторный синтез ТФЭ. Однако этот процесс сложен, поскольку необходимо уделять внимание давлению, а также избегать перфторизобутилена. Полимер ПТФЭ растрескивается, и при давлении ниже 5 Торр (670 Па) получается исключительно C2F4 . При  более высоких давлениях  смесь продуктов содержит гексафторпропилен и октафторциклобутан . [ 7 ]

Реакции

Тетрафторэтилен — это реакционноспособная молекула, которая участвует во множестве реакций. Благодаря наличию четырех фторзаместителей его реакции сильно отличаются от поведения обычных алкенов, таких как этилен . Тетрафторэтилен димеризуется, давая октафторциклобутан . Даже нормальные алкены и диены присоединяют тетрафторэтилен по схеме [2+2]. 1,3-бутадиен дает 3-винил-1,1,2,2-тетрафторциклобутан. [8]

Безопасность

Основная опасность, связанная с ТФЭ, — это взрыв, особенно если присутствует кислород. ТФЭ реагирует с кислородом при низких температурах, образуя взрывоопасный оксид, [3] детонации которого обычно достаточно, чтобы вызвать взрывное разложение ТФЭ на C и CF4 . [ 9] Взрывы также могут быть вызваны адиабатическим сжатием , если ТФЭ обрабатывается под высоким давлением, что обычно происходит в промышленных условиях. Если сжатый ТФЭ попадает в сосуд или трубопровод при более низком давлении, то атмосфера в сосуде будет сжиматься ТФЭ, что приведет к его нагреванию, потенциально до точки, когда он может детонировать ТФЭ. Известно, что это вызывает взрывы. [10] В промышленности трубопроводы продуваются сжатым азотом перед введением ТФЭ, как для исключения кислорода, так и для предотвращения адиабатического сжатия.

TFE является алкилирующим агентом , хотя и слабым, и, как таковой, считается канцерогеном. LD 50 (крыса, вдыхание) = 40000 ppm. [11]

Международное агентство по изучению рака классифицирует ТФЭ как вероятно канцерогенный для человека на основе исследований на животных. [12]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Информация о рейтинге опасности огненных алмазов NFPA". Архивировано из оригинала 28.02.2015 . Получено 15.03.2015 .
  2. ^ C. Chabrie "Общий метод приготовления фторидов углерода" в журнале Chemical Society, Лондон. (1890). Великобритания: Chemical Society.
  3. ^ ab Gozzo, F.; Camaggi, G. (январь 1966). «Реакции окисления тетрафторэтилена и их продуктов — I». Tetrahedron . 22 (6): 1765–1770. doi :10.1016/S0040-4020(01)82248-1.
  4. ^ PubChem. "Тетрафторэтилен". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 25.09.2023 .
  5. ^ Зигемунд, Гюнтер; Швертфегер, Вернер; Фейринг, Эндрю; Умный, Брюс; Бер, Фред; Фогель, Гервард; МакКьюсик, Блейн; Kirschtitle = Соединения фтора, органические, эксперт (2016). Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a11_349.pub2. ISBN 978-3527306732.
  6. ^ Hercules, Daniel A.; Parrish, Cameron A.; Sayler, Todd S.; Tice, Kevin T.; Williams, Shane M.; Lowery, Lauren E.; Brady, Michael E.; Coward, Robert B.; Murphy, Justin A.; Hey, Trevyn A.; Scavuzzo, Anthony R.; Rummler, Lucy M.; Burns, Emory G.; Matsnev, Andrej V.; Fernandez, Richard E.; McMillen, Colin D.; Thrasher, Joseph S. (2017). «Получение тетрафторэтилена из пиролиза солей пентафторпропионовой кислоты». Журнал химии фтора . 196 : 107–116. doi : 10.1016/j.jfluchem.2016.10.004 .
  7. ^ RJ Hunadi & K. Baum (1982). "Тетрафторэтилен: Удобный лабораторный препарат". Синтез . 39 (6): 454. doi :10.1055/s-1982-29830. S2CID  96276938.
  8. ^ Робертс, Джон Д.; Шартс, Клей М. (2011). «Производные циклобутана из термических реакций циклоприсоединения». Органические реакции . С. 1–56. doi :10.1002/0471264180.or012.01. ISBN 978-0471264187.
  9. ^ Фабио, Ферреро; Роберт, Цепс; Мартин, Клюге; Фолькмар, Шрёде; Том, Спормейкер (апрель 2013 г.). «Взрывное разложение тетрафторэтилена: крупномасштабные испытания и моделирование». Chemical Engineering Transactions . 31 : 817–822. doi :10.3303/CET1331137.
  10. ^ Реза, Али; Кристиансен, Эрик (март 2007 г.). «Исследование случая взрыва ТФЭ на предприятии по производству ПТФЭ». Process Safety Progress . 26 (1): 77–82. doi :10.1002/prs.10174. S2CID  110305024.
  11. ^ Профиль вещества NIH для TFE
  12. ^ "Террафлюороэтилен" (PDF) . Международное агентство по изучению рака . Получено 20 мая 2020 г.[ постоянная мертвая ссылка ]

Внешние ссылки