2,2-διφθοροπροπανικό οξύ

2,2-διφθοροπροπανικό οξύ
Γενικά
Όνομα IUPAC	2,2-διφθοροπροπανικό οξύ
Άλλες ονομασίες	2,2-διφθοροπροπιονικό οξύ
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C3H4F2O2
Μοριακή μάζα	110,060 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CF2COOH MeCF2COOH CH3CF2CO2H
Αριθμός CAS	373-96-6
SMILES	CC(C(=O)O)(F)F
InChI	1S/C3H4F2O2/c1-3(4,5)2(6)7/h1H3,(H,6,7)
ChemSpider ID	2062969
Δομή
Ισομέρεια
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	43 °C
Σημείο βρασμού	142 °C
Πυκνότητα	1.300±100 kg/m³
Διαλυτότητα στο νερό	34,06 kg/m³
Δείκτης διάθλασης , nD	1,346
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	66 °C
Επικινδυνότητα
Φράσεις κινδύνου	34
Φράσεις ασφαλείας	22,24/25,26,36/37/39,45
Ιδιότητες εκρηκτικού
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το 2,2-διφθοροπροπανικό οξύ ή 2,3-διφθοροπροπιονικό οξύ (αγγλικά 2,2-difluoropropanoic acid ή 2,2-difluoropropionic acid) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο και φθόριο, με μοριακό τύπο C₃H₄F₂O₂, αν και συνηθέστερα παριστάνεται με τους ημισυντακτικούς τύπους CH₃CF₂COOH, MeCF₂COOH και CH₃CF₂CO₂H. Ανήκει στα α,α-διαλοκαρβοξυλικά οξέα. Το χημικά καθαρό 2,2-διφθοροπροπανικό οξύ, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι ευαίσθητο στην υγρασία στερεό.

2 Ονοματολογία

Κατά τη συστηματική ονοματολογία κατά IUPAC, η ένωση θεωρείται υποκατεστημένο προπανικό οξύ, δηλαδή προπανικό οξύ, τα δύο (2) άτομα υδρογόνου του #1 ατόμου άνθρακα αιθυλίου του οποίου, έχουν αντικατασταθεί από δύο άτομα φθορίου. Πιο αναλυτικά, το πρόθεμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ικό οξύ» φανερώνει ότι η ένωση είναι ένα καρβοξυλικό οξύ, δηλαδή ότι κύρια χαρακτηριστική ομάδα της ένωσης είναι ένα καρβοξύλιο (-COOH). Το αρχικό πρόθεμα «διφθορ(ο)-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) ατόμων φθορίου ανά μόριο της ένωσης. Η χρήση των αριθμών θέσης (2,2-) είναι απαραίτητη σε αυτήν την ένωση, γιατί υπάρχουν άλλα δύο (2) ισομερή διφθοροπροπανικά οξέα {συγκεκριμένα το 2,3-διφθοροπροπανικό οξύ [FCH₂CHFCOOH, σε δύο (2) οπτικά ισομερή] και το 3,3-διφθοροπροπανικό οξύ [CHF₂CH₂COOH]}, με αποτέλεσμα η τυχόν απουσία των αριθμών θέσης από την ονομασία θα προκαλούσε σύγχιση για το πιο ισομερές εννοείται.

3 Μοριακή δομή

Η μοριακή δομή του μπορεί να βρεθεί από την αντίστοιχη του προπανικού οξέος με αντικατάσταση των δύο (2) ατόμων υδρογόνου του #1 ατόμου άνθρακα του αιθυλίου του από δύο (2) άτομα φθορίου. Η ενέργεια δεσμού των δεσμών C-F ανέρχεται σε 552 kJ/mol. Η ειδική θερμοχωρητικότητά του είναι C_p = 38,171 J/(mole·K) στους 25 °C. Οι δεσμοί αυτοί είναι πολύ σταθεροί και έχουν μεγάλη πολικότητα, αγγίζοντας τα όρια ετεροπολικού δεσμού.

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C-F	σ	2sp³-2sp³	135 pm	43% C+ F-
C#3-H	σ	2sp³-1s	109 pm	3% C- H+
C#2-C#1	σ	2sp³-2sp²	151 pm
C#3- C#2	σ	2sp³-2sp³	154 pm
C=O	σ π	2sp²-2sp² 2p-2p	132 pm	19% C+ O-
C-O	σ	2sp²-2sp³	147 pm	19% C+ O-
O-H	σ	2sp³-1s	96 pm	32% O- H+
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο
O (OH)	-0,51
F	-0,43
O (=O)	-0,38
C#3	-0,09
H (HC)	+0,03
H (OH)	+0,32
C#1	+0,57
C#2	+0,86

Παραγωγή

Με προσθήκη υδροφθορίου σε προπινικό οξύ

Με προσθήκη δύο (2) ισοδυνάμων υδροφθορίου (HF) σε προπινικό οξύ (HC≡CCOOH) παράγεται 2,2-διφθοροπροπανικό οξύ:

$\mathrm {HC\equiv CCOOH+2HF{\xrightarrow {}}CH_{3}CF_{2}COOH}$

Με ολική υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε 2,2-διχλωροπροπανικό οξύ (CH₃CCl₂COOH) μπορεί να υποκατασταθεί το χλώριο από φθόριο, γιατί ο σχηματισμός δυσδυάλυτου χλωριούχου υφυδραργύρου (Hg₂Cl₂) μετακινεί τη χημική ισορροπία της αντίδρασης προς τα δεξιά:

$\mathrm {CH_{3}CCl_{2}COOH+Hg_{2}F_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CF_{2}COOH+Hg_{2}Cl_{2}\downarrow }$

Παρόμοια υποκατάσταση συμβαίνει και με χρήση φθοριούχου αργύρου (AgF):

$\mathrm {CH_{3}CCl_{2}COOH+2AgF{\xrightarrow {}}CH_{3}CF_{2}COOH+2AgCl\downarrow }$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Το 2,2-διφθοροπροπανικό οξυ συνδυάζει τις ιδιότητες καρβοξυλικού οξέος και διφθοροπαραγώγου.

΄Οξινος χαρακτήρας και καρβονικά άλατα

Το 2,2-διφθοροπροπανικό οξύ είναι ένα ασθενές μονοβασικό οξύ. Το 2,2-διφθοροπροπανικό οξύ αντιδρά με ορισμένα μέταλλα μέταλλα και βάσεις σχηματίζοντας άλατα με σύγχρονη έκλυση υδρογόνου ή νερού, αντίστοιχα.

$\mathrm {CH_{3}CF_{2}COOH{\rightleftarrows }CH_{3}CF_{2}COO^{-}+H^{+}}$

(Αντίδραση διάστασης)

$\mathrm {CH_{3}CF_{2}COOH+Na{\xrightarrow {}}CH_{3}CF_{2}COONa+H_{2}\uparrow }$

(Επίδραση μετάλλων ηλεκτροθετικότερων του υδρογόνου)

$\mathrm {CH_{3}CF_{2}COOH+NaOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CF_{2}COONa+H_{2}O}$

(Αντίδραση εξουδετέρωσης)

• Τα ηλεκτροθετικότερα των μετάλλων, όπως τα αλκαλιμέταλλα, καθώς και τα πυκνά διαλύματα ισχυρών βάσεων έχουν επίσης την τάση να δίνουν και αντιδράσεις απόσπασης υδροφθορίου (δείτε παρακάτω).

Αποκαρβοξυλίωση

1. Με θέρμανση 2,2-διφθοροπροπανικού νατρίου παίρνουμε διοξείδιο του άνθρακα και 1,1-διφθοραιθάνιο:

$\mathrm {CH_{3}CF_{2}COOH+NaOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CF_{2}COONa+H_{2}O{\xrightarrow {\triangle }}CH_{3}CHF_{2}+NaOH+CO_{2}}$

2. Με ηλεκτρόλυση 2,2-φθοροπροπανικού νατρίου (μέθοδος Kolbe), παράγονται διοξείδιο του άνθρακα και 2,2,3,3-τετραφθοροβουτάνιο:

$\mathrm {2CH_{3}CF_{2}COOH+2NaOH{\xrightarrow {}}2CH_{3}CF_{2}COONa+2H_{2}O{\xrightarrow {\eta \lambda \epsilon \kappa \tau \rho {\acute {o}}\lambda \upsilon \sigma \eta }}CH_{3}CF_{2}CF_{2}CH_{3}+2NaOH+2CO_{2}\uparrow }$

3. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιο (ή βάριο) παράγεται 2,2,4,4-τετραφθορο-3-πεντανόνη:

$\mathrm {(CH_{3}CF_{2}COO)_{2}Ca{\xrightarrow {\triangle }}CH_{3}CF_{2}COCF_{2}CH_{3}+CaCO_{3}\downarrow }$

4. Με επίδραση βρωμίου σε 2,2-φθοροπροπανικό άργυρο παράγεται 1-βρωμο-1,1-διφθοραιθάνιο - Αντίδραση Hunsdiecker:

$\mathrm {CH_{3}CF_{2}COOAg+Br_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CBrF_{2}+AgBr\downarrow +CO_{2}\uparrow }$

Αναγωγή

1. Τo 2,2-διφθοροπροπανικό οξύ ανάγεται με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) (κυρίως) προς 1-προπανόλη:

$\mathrm {2CH_{3}CF_{2}COOH+3LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}2CH_{3}CH_{2}OH+2LiAlO_{2}+LiF+AlF_{3}}$

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ παράγεται προπανικό οξύ:

$\mathrm {CH_{3}CF_{2}COOH+2Zn+2HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}COOH+2ZnClF}$

3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου παράγεται προπανικό οξύ:

$\mathrm {CH_{3}CF_{2}COOH+SiH_{4}{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}COOH+SiH_{2}F_{2}}$

4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Παράγεται προπανικό οξύ. Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CF_{2}COOH+RSnH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}COOH+RSnHF_{2}}$

Οξείδωση

Τo φθοραιθανικό οξύ οξειδώνεται σε 2,2-διφθοροπροπανικό υπεροξύ από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H₂O₂), σε όξινο περιβάλλον:

$\mathrm {CH_{3}CF_{2}COOH+H_{2}O_{2}{\xrightarrow {H^{+}}}CH_{3}CF_{2}CO_{3}H+H_{2}O}$

Εστεροποίηση

• Με επίδραση αλκοολών παράγονται 2,2-διφθοροπροπικοί εστέρες::

$\mathrm {CH_{3}CF_{2}COOH+ROH{\rightleftarrows }CH_{3}CF_{2}COOR+H_{2}O}$

Πηγές

• Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985
• Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
• SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
• Πολυχρόνη Σ. Καραγκιοζίδη: Ονοματολογία οργανικών ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1991, Έκδοση Β΄.
• Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, Έκδοση Β΄.
• Δ. Νικολαΐδη: Ειδικά κεφάλαια Οργανικής Χημεία, Θεσσαλονίκη 1983.