Organofluoruri: idrofuorocarburi, sintesi

Gli organofluoruri sono composti organici alifatici o aromatici che contengono il fluoro
Fin dal 1886 anno in cui il chimico francese Ferdinand Frederick Henri Moissan isolò il fluoro i composti fluorurati sono stati oggetto di studio per le loro molteplici applicazioni.

Si comprese l’utilità dei composti fluorurati in particolare nel corso degli studi del Progetto Manhattan per l’arricchimento dell’uranio a partire dall’esafluoruro di uranio

Attualmente una delle principali tendenze nello sviluppo delle sintesi organiche è l’introduzione di un atomo di fluoro per ottenere organofluoruri.

Proprietà del fluoro

Il fluoro presenta infatti alcune peculiarità rispetto ad altri sostituenti che si possono trovare nelle molecole organiche.

Esso è l’elemento più elettronegativo quindi la sostituzione di un idrogeno con un atomo di fluoro in una molecola organica provoca momento dipolare per la variazione della distribuzione degli elettroni e la possibilità di formazione di legami a idrogeno.

Inoltre il fluoro ha un raggio atomico di poco superiore a quello dell’idrogeno quindi la sua sostituzione non altera significativamente la dimensione della molecola.

I composti organici fluorurati presentano un’elevata stabilità sia chimica che termica grazie alla forza del legame carbonio-fluoro.

A causa di queste proprietà gli organofluoruri sono utilizzati nei campi più svariati dai farmaci, ai catalizzatori, refrigeranti, tensioattivi, anestetici, polimeri e propellenti.

Sintesi

Il fluorometano è il primo degli organofluoruri  ottenuto nel 1835  dal dimetilsolfato e fluoruro di potassio secondo la reazione:

(CH₃)₂SO₄ + 2 KF → 2 CH₃F + K₂SO₄

I primi composti organici fluorurati per usi industriali da utilizzare quali refrigeranti furono ottenuti alla fine degli anni ’20 del secolo scorso presso i laboratori dalla DuPont e denominati con il nome commerciale di freon noti come fluoroclorocarburi.

Dalla pirolisi di uno di questi fluoroclorocarburi ovvero il clorodifluorometano CHClF₂ si sintetizzò, per via radicalica, il tetrafluoroetilene:

2 CHClF₂ → F₂C=CF₂ + 2 HCl

Dalla polimerizzazione del tetrafluoroetilene si ottennero i polimeri contenenti fluoro tra cui il politetrafluoroetilene noto con il nome di teflon.

Tra i composti organici contenenti fluoro vi sono gli acidi perfluorurati aventi formula generale C_nF_(2n+1)COOH. Il più semplice degli acidi perfluorurati è l’acido trifluoroacetico CF₃COOH che è un acido forte come un acido minerale.

L’anione perfluoroacetato è infatti stabilizzato, rispetto agli acidi carbossilici, dall’effetto induttivo dovuto alla presenza dei tre atomi di fluoro.

Una classe di composti organici fluorurati che si è diffusa a seguito della stipulazione del protocollo di Montreal alla fine degli anni ’80 dello scorso secolo è quella degli idrofuorocarburi.

In questo trattato internazionale veniva ridotta la produzione di tutte quelle sostanza chimiche che minacciavano lo strato di ozono ed in particolare i clorofluorocarburi detti anche gas a effetto serra che furono quindi sostituiti dagli idrofuorocarburi.

Usi degli organofluoruri

I composti organofluorurati si incontrano frequentemente in campo farmaceutico e trovano applicazione negli antibiotici e  come sedativi. Gli eteri sostituiti con fluoro sono impiegati come anestetici volatili. 

Negli inalatori predosati, utilizzati per somministrare alcuni farmaci per l’asma, gli organofluoruri trovano applicazione come propellenti. Le sostanze poli e perfluoroalchiliche (PFAS) sono tensioattivi organici sintetici con un’ampia gamma di applicazioni industriali e di consumo.

La catena alchilica fluorurata conferisce ai PFAS proprietà uniche, tra cui proprietà superiori di abbassamento della tensione superficiale e resistenza alla degradazione termica e chimica , che sono assenti nei tensioattivi convenzionali. Queste straordinarie proprietà consentono un’ampia gamma di applicazioni oltre a quelle dei tensioattivi convenzionali.

I PFAS sono stati prodotti in serie dagli anni ’50 e utilizzati come costituenti di polimeri in contenitori per alimenti, coadiuvanti tecnologici per pentole antiaderenti, agenti tensioattivi in ​​indumenti impermeabili e tappeti antimacchia, nonché ingredienti in schiume acquose filmogene e materiali pittorici