0710773-有机氟化物的性质及其应用-陆佳伟.pdfVIP

有机氟化物独特性质及其应用

近年来有机氟化学研究领域的发展非常迅猛，而含氟化合物几乎深入到我们

日常生活的各个方面。有机物中的氟元素神奇地赋予了该物质独特的性质，从而

一些有机物有了氟元素的帮助下展现出了独特的化学魅力。

日常生活中有许多东西都离不开有机氟化物，以前的冰箱、灭火剂常用的氯

氟烷到现在的润滑剂、液晶显示器、医用药物、农用化学药品等。有了氟元素的

帮忙，有机物的用途范围也变得更加广泛。

氟是一个特殊的元素，对于自然界生物圈而言，有机氟化物几乎完全是外来

的。各种生物过程完全不依赖于氟元素的代谢，但从另一个方面而言，现在许多

的药物或农用化学品又至少含有一个氟原子，它们因此而有着特别的功能。尽管

氟是所有元素中最活泼的，但有些有机氟化物就如同惰性气体那样稳定的。

有机氟化物的独特性质：

要介绍有机氟化物的性质，首先介绍最简单的有机氟化物——全氟碳烷，它

是一种非极性溶剂。一般情况下，直链烷烃是线性锯齿形构型。相反全氟碳烷具

有螺旋形构型，由于连接于碳链1，3-位的氟原子之间的电子及立体排斥，直链

烷烃的碳链具有一定柔性而全氟碳烷的碳链是刚性的棒状分子结构，这一性质是

由于1，3-位上两个CF2基团的排斥张力导致的。

由于全氟烷烃低的可极化性造成与其它碳氢溶剂的混合性很差，因此就产生

了第三相，即相对于有机相和水相的氟相。固体全氟碳烷的表面具有最低的表面

能，聚四氟乙烯的表面能为18.5达因/厘米，这种材料的低摩擦和不粘性能被用

于特夫隆不粘锅等其他一些用具。这一性质与含氟量直接相关。【1】低表面能的

形成可以确定是由于氟原子紧密覆盖的表面所致，因此所有材料中观察到的具有

最低表面能的是氟化石墨（C2F）n和（CF）n，它的表面能仅6达因/厘米【2】。

当一个全氟碳链上联结一个亲水基团时就得到一个含氟表面活性剂，它可以将水

的表面张力从72达因/厘米降低到15~20达因/厘米。而类似的碳表面活性剂仅

能降低到25~35达因/厘米。

有机氟化物对环境的影响是由于全氟烷烃和氯氟烷烃特别的化学稳定性导

致的，迄今为止CFC已经被逐步停止使用，它们的替代物也在被开发，目前包括

如下几种：氢氟碳烷HFC，氢氯氟碳烷烃和部分氟化的醚等。这些物质不是很稳

定，因此在大气层中可受到自由基进攻而不至于上升到同温层去破会臭氧层。

全氟碳烷除了在大气层中特别长的生存期外，它在1000到1400红外区还有

强吸收，而大气层在这一波段确是相对透明的。同时CFC的红外吸收要强于二氧

化碳，因此它们也是全球变暖的另外一个因素。一些最具有温室效应的含氟气体

如CHF3、CF4、C2F6等并非是有目的的生产出来的，而是作为氟化产品工业生产

过程中的副产物。CHF3是生产F-22（CHClF2)生产时过分氟化的产物。而CF4

和C2F6则是生产铝过程中由于电解溶融六氟氯酸钠时的副产物。【3】最近有人

建议可以将CFC的温室效应能力去影响火星的“铁磁现象”。加入约400ppb的

CFC至火星外围可导致其表面温度升高70K。

由于许多脂肪族的全氟碳烷的化学活泼性基本上类似与惰性气体那样低，它

们是不被代谢的。它们通常易挥发，不溶于身体组分部分中的水相（如血液）或

脂肪（如神经系统）。除了被肺所吸入外，它们由于作为一个“外来者”并不被

身体所识别。但另一方面，有少量含氟化合物确是剧毒的。而且某些含氟化合物，

如果吸入后可降解为有毒的代谢产物。这一现象发生在单氟脂肪酸、醛、醇、胺

及其衍生物，因为脂肪酸的氧化代谢是通过各个C2-单元断裂实施的。

全氟异丁烯是迄今为止发现的最毒的含氟化合物。其LC50（对于人的）少

于1ppm，其剧毒的机理尚未完全了解。该化合物的靶子器官是肝和肺。吸入该

气体会导致致命的浮肿。【4】

H

FCCFFCCF

33

33

谷胱甘肽-SH

F

FFSF