Organofluorföreningar

Organofluorföreningar (organiska fluorföreningar) är organohalogenföreningar som innehåller minst en fluoratom direkt kopplad till kol.

Historik

På 1930-talet, för separationen av UF 6 -isotoper , uppstod ett behov av smörjmedel som var resistenta mot det. Problemet löstes med ett prov av trögflytande perfluorkolväte "Joe's stuff" från John Simons. 1938 upptäckte Roy Plunket av misstag polytetrafluoreten (Teflon) i den spontana polymerisationen av tetrafluoreten . De oavsiktliga upptäckterna av Simons och Plunket ledde till den explosiva utvecklingen av organofluorkemi [1] . På basis av organiska fluorföreningar, icke brännbara värmebeständiga och icke-oxiderande smörjoljor , hydraulvätskor , plaster ( Teflon ), värmebeständiga gummin ( fluorgummi ), beläggningar, flamsläckningsmedel, material för elektrisk utrustning, icke- giftiga köldmedier ( freoner ), insekticider och fungicider har erhållits . På basis av organofluorföreningar tillverkas nya material, till exempel för medicin - konstgjorda kärl, ventiler för hjärtat, blodersättningsmedel ( perftoran ).

Framställning av organofluorföreningar

Fluorkolföreningar erhålls genom att ersätta halogenatomer i organohalogenföreningar med fluor genom inverkan av antimon(III) fluorid eller vattenfri vätefluorid i närvaro av antimon(V)klorid ( Swarts-reaktion ); elektrokemisk fluorering av organiska föreningar i vattenfri flytande vätefluorid ( Simons reaktion ); direkt fluorering av organiska föreningar med fluor eller i närvaro av en fluorbärare såsom CoF3 ; införande av fluoratomer i aromatiska föreningar genom termisk nedbrytning av torra diazoniumborfluorider (mer sällan hexafluorfosfater och hexafluorantimonater) genom Baltz-Schiemann-reaktionen och med många andra metoder [2] [3] [4] [5] [6]

Verkningsmekanismen för ett antal organofluorföreningar

Här är vad den berömde farmakologen Alexander Shulgin skriver i sin bok TiHKAL :

Fluoratomen är älskad av manipulatorer av molekylära strukturer eftersom den är i form av ett "falskt" väte. I själva verket, som en atombula på en aromatisk ring, är den mycket större och mycket tyngre, men det är en bula som inte vill förknippas med något annat. Dess bindning till ringens kol är av samma tvåelektronkaraktär som väteatomens, men den kan inte oxideras på samma sätt. Så om ett ämne har en oxidationskänslig position, och den oxidationen anses vara ansvarig för någon speciell farmakologisk egenskap, lägg fluor där och du kommer att störa den egenskapen hos ämnet.

Organofluorföreningar i levande organismer

Organofluorföreningar är extremt sällsynta i levande organismer. Fluoridanjoner är svaga nukleofiler och är mycket hydratiserade , vilket gör det svårt att bilda en CF-bindning. De biokemiska vägarna som tillhandahåller införlivandet av fluor i organiska föreningar är dåligt förstådda.

I växter

Ett antal växtarter från de torra regionerna i Afrika och Australien ( Gastrolobium spp., Oxylobium spp., Dichapetalum spp., Acacia georginae , Palicourea marcgravii ) kan bilda monofluorättiksyra. Fluoroacetat är extremt giftigt och fungerar som ett försvar mot växtätare av växter [7] [8] [9] .

Fröna av den afrikanska växten Dichapetalum toxicarious ackumulerar ett antal organofluormetaboliter (monofluoroleic, monofluoropalmitic, monofluormyristoyl, ω-fluoro-9,10-dihydroxystearic acid) [7] [8] [9] .

I prokaryoter

Det finns ett antal streptomyceter ( Streptomyces cattleya och Streptomyces calvus ) som kan ackumulera och syntetisera organofluorföreningar (fluoroacetat, 4-fluorothreonine) [7] [10] .

Biosyntes

Det enda enzym som hittills identifierats som katalyserar bildandet av CF-bindningen är fluorinas [10] . Enzymet säkerställer bildandet av 5'-fluoro-5'-deoxiadenosin, som är den första organofluorinmellanprodukten i biosyntesen av andra organofluorföreningar [7] .

Biologisk nedbrytning

2018 visade forskare vid University of Texas i San Antonio den grundläggande möjligheten att bryta CF-bindningen med enzymer i människokroppen [11] . Forskarna modifierade enzymet cysteindioxygenas genom att introducera två mycket starka CF-bindningar, men det visade sig att det modifierade enzymet bryter dem och återställer dess katalytiska aktivitet [12] [13] .

Applikation

Organofluorföreningar används i stor utsträckning inom modern vetenskap och teknik. Bland dem finns mediciner, bekämpningsmedel, sprängämnen, kemiska krigföringsmedel. Perfluordekalin har föreslagits som en blodersättningslösning.

Fluorerade polymerer (Teflon-4, Teflon-3, PEEK) används ofta.

Anteckningar

1. ↑ Kemisk encyklopedisk ordbok / kap. redaktör I. L. Knunyants. - M . : Soviet Encyclopedia, 1983. - S.  413 -414. — 792 sid.
2. ↑ Gudlitsky M. Kemi av organiska fluorföreningar / ed. A.P. Sergeeva. - per. från tjeckiska Yu.I. Weinstein. - M . : Goshimizdat, 1961. - 372 sid.
3. ↑ Lovelace A., Roach D., Postelnek U. Alifatiska fluorinnehållande föreningar / ed. I. L. Knunyants. - per. från engelska. A.V. Fokina, R.N. Sterlin, A.A. Skladnev. - M. : Inlitizdat, 1961. - 346 sid.
4. ↑ Synteser av organofluorföreningar / G. G. Belenky, V. M. Vlasov, G. F. Grebenshchikova och andra; ed. I. L. Knunyants och G. G. Yakobson. - M . : "Kemi", 1973. - 312 sid.
5. ↑ Synteser av organofluorföreningar (monomerer och mellanprodukter) / A.N. Voronkov, D.S. Rondarev och andra; ed. I. L. Knunyants och G. G. Yakobson. - M . : "Kemi", 1977. - 304 sid.
6. ↑ Sheppard W., Sharts K. Organic chemistry of fluorine / redigerad av I. L. Knunyants. - översättning från engelska. - M . : Mir, 1972. - 480 sid.
7. ↑ 1 2 3 4 N. I. Agalakova, G. P. Gusev. Effekt av oorganisk fluor på levande organismer av olika fylogenetisk nivå  (engelska)  // Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. — 2011-10-01. — Vol. 47 , iss. 5 . - s. 393-406 . — ISSN 1608-3202 0022-0930, 1608-3202 . - doi : 10.1134/s002209301105001x . Arkiverad från originalet den 15 oktober 2017.
8. ↑ 1 2 L. H. Weinstein. Fluor och växtliv  // Journal of Occupational Medicine.: Official Publication of the Industrial Medical Association. - Januari 1977. - T. 19 , nr. 1 . — s. 49–78 . — ISSN 0096-1736 .
9. ↑ 1 2 Jay S. Jacobson, Leonard H. Weinstein, DC Mccune, AE Hitchcock. The Accumulation of Fluorine by Plants  // Journal of the Air Pollution Control Association. - 1966-08-01. - T. 16 , nej. 8 . — S. 412–417 . — ISSN 0002-2470 . - doi : 10.1080/00022470.1966.10468494 .
10. ↑ 1 2 Hai Deng, David O'Hagan, Christoph Schaffrath. Fluorometabolitbiosyntes och fluorinaset från Streptomyces cattleya  (engelska)  // Natural Product Reports. - 2004-11-24. — Vol. 21 , iss. 6 . — ISSN 1460-4752 . - doi : 10.1039/b415087m .
11. ↑ Alexander Rulev. Fluor: destruktivt eller kreativt?  // Vetenskap och liv . - 2019. - Nr 10 . - S. 71 . Arkiverad från originalet den 12 december 2019.
12. ↑ Jiasong Li et al. Klyvning av en kol-fluorbindning av ett konstruerat cysteindioxygenas  (engelska)  // Nature Chemical Biology. — Vol. 14 . - s. 853-860 . - doi : 10.1038/s41589-018-0085-5 .
13. ↑ Kemister gör historisk fluorupptäckt . ScienceDaily (5 september 2018). Hämtad 11 december 2019. Arkiverad från originalet 6 april 2019. (obestämd)

Litteratur

• Nytt inom tekniken för fluorföreningar. - Ed. Ishikawa N. - M .: Mir , 1984
• Panshin Yu. A., Malkevich S. G., Dunaevskaya Ts. S. Fluoroplasts. - L .: Kemi , 1978
• Industriella organofluorprodukter: en handbok. - L .: Kemi, 1990
• Rakhimov AI Kemi och teknologi för organofluorföreningar. - M . : Chemistry, 1986. - 272 sid.
• Synteser av organofluorföreningar. — M.: Kemi, 1973
• Gudlitsky M. Kemi av organiska föreningar av fluor. — M.: GNTIHL, 1961
• Ishikawa N., Kobayashi Y. Fluor: kemi och tillämpningar. — M.: Mir, 1982
• Chemical Encyclopedia / Red.: Zefirov N.S. och andra - M . : Great Russian Encyclopedia , 1998. - T. 5 (Tri-Yatr). — 783 sid. — ISBN 5-85270-310-9 .