Первичное представление о соединениях углерода и фтора — фторуглеродах

                            Из многообразия химических элементов природа использовала для создания органического вещества лишь небольшое число органогенных элементов: углерод, водород, азот, кислород, серу и фосфор. Одной из наиболее характерных черт развития органической химии на современном этапе является вовлечение в органический синтез практически всех элементов и возникновение элементоорганической химии, связывающей органическую и неорганическую химии в единую область знания. Введение атомов разнообразных элементов в органические молекулы является мощным средством создания нового вещества, а на его основе — материалов, обладающих принципиально новыми свойствами, что стало одной из главных предпосылок бурного технического прогресса, происходящего на наших глазах. Особое место в этом стремительном развитии принадлежит фтору.
История развития химии фтора носит почти приключенческий характер. Достаточно вспомнить те трудности, многочисленные неудачи и разочарования, которые выпали на долю химиков на пути к получению элементного фтора. Однако после того, как это было достигнуто, началось стремительное развитие методов синтеза, основанных на использовании фтора и некоторых его простейших соединений как реагентов для замены водорода на фтор в органических молекулах. С положением фтора в Периодической системе связаны уникальные свойства и возможности, среди которых, пожалуй, наиболее замечательной является не имеющая аналогов возможность замены любого числа атомов водорода на атомы этого элемента с сохранением многих присущих органическому веществу черт, таких, как подвижность, летучесть, низко плавкость, и одновременным появлением принципиально новых свойств. Особенно ярко это проявляется при полной замене водорода на фтор, что означает трансформацию органической химии как химии углеводородов и их производных в химию фторуглеродов — соединений с уникальным сочетанием свойств, благодаря чему они проникли практически во все области науки и техники, во все сферы нашей жизни.

Широкое и разнообразное применение в современной технике находят всевозможные жидкости. Зачастую функция, выполняемая жидкостью, и условия ее работы таковы, что от нее требуется уникальное сочетание свойств. Оказалось, что во многих случаях наилучшим образом удовлетворяют этим требованиям фторуглероды. Их преимущества в первую очередь проявляются в связи с химической и термической стойкостью, не горючестью, безвредностью для живых организмов. Они используются как рабочие тела в гидравлике, смазочные масла, хладагенты, пламегасители, пенообразователи, сырье и растворители в химической технологии, в аэрозольных упаковках, медицине.
В наибольшей степени экстремальным требованиям отвечают свойства перфторуглеродов — соединений углерода и фтора, не содержащих других элементов. Их получают прямым фторированием углеводородов, при котором происходят замена водорода на фтор и присоединение фтора по кратным связям. Сырьем обычно служат определенные фракции нефти, а фторирующими агентами — фтор и фториды некоторых элементов (кобальта, марганца, серебра). Получаемые фторуглеродные жидкости используются главным образом как смазочные масла, свойства которых сильно зависят от полноты фторирования. При этом серьезная технологическая проблема заключается в том, что осуществить исчерпывающее фторирование или отделить перфторуглероды от примеси продуктов неполного фторирования крайне затруднительно. Последние гораздо менее устойчивы как в условиях эксплуатации, так и при хранении и достаточно легко претерпевают превращения, при которых образуется фтористый водород.
В этом отношении гораздо лучшими свойствами обладают жидкости, получаемые олигомеризацией полифторированных алкенов. Для того чтобы при этом образовывались не фторопласты, а фторированные жидкости, степень полимеризации не должна быть велика. Химическая устойчивость этих материалов определяется в значительной степени природой концевых фрагментов олигомерной молекулы, обеспечиваемой участием в реакции соединения типа А-В, фрагменты которого оказываются на концах цепи. Такая реакция называется теломеризацией.
Из-за не горючести и биологической инертности фреоны оказались привлекательными для использования не только в промышленности, но и в быту. Наиболее широкое применение они нашли, во-первых, как хладагенты, чему способствуют их способность легко сжижаться под давлением и высокая теплота испарения. В этой сфере по многим показателям фреоны имеют преимущество перед традиционными хладагентами: аммиаком, сернистым ангидридом, хлористым метилом, углекислотой. И во-вторых, благодаря тому, что фреоны инертны и, будучи распыленными в атмосфере, быстро испаряются, широчайшее распространение получило их применение в аэрозольных способах борьбы с насекомыми и сорняками, нанесении защитных и окрашивающих покрытий, очистке поверхностей, распылении косметических средств и антистатиков, приготовлении пищи (приправы, взбитые сливки). Фреоны используются в качестве сырья в производстве мономеров для фторопластов и фторэластомеров.
Мировое производство и потребление фреонов превысили миллион тонн в год. Приведенный перечень основных сфер их использования делает очевидным, что огромные массы фторхлоруглеродов попадают в атмосферу, что поставило вопрос о последствиях этого гигантского выброса чужеродного для окружающей среды материала. Оказалось, что в отношении хлорсодержащих фреонов представления о безопасности применения без последующей утилизации, основанные на их химической устойчивости, несколько преувеличены. Попадая в атмосферу, фреоны достигают ее верхних слоев, где под действием солнечной радиации претерпевают превращения, протекающие с участием озона. На этой основе возникла теория разрушения озонового слоя, которая, однако, не имеет всеобщего признания и является предметом дискуссии. В настоящее время приняты международные соглашения о постепенном прекращении использования хлорсодержащих фреонов в форме аэрозолей, что представляется вполне разумным, поскольку за то время, которое необходимо, чтобы в споре родилась истина, ущерб от поступления фреонов в атмосферу может стать непоправимым.
Фторуглероды (ШТЕЙНГАРЦ В.Д. , 1999), ХИМИЯ.