Lưu huỳnh tetrafluoride

Sulfur tetrafluoride
Cấu trúc 2D và thông số liên kết của lưu huỳnh tetrafluoride
Danh pháp IUPAC	Sulfur(IV) fluoride
Tên khác	Sulfur(IV) fluoride Sulfur tetrafluoride Lưu huỳnh(IV) fluoride
Nhận dạng
Số CAS	7783-60-0
PubChem	24555
ChEBI	30495
Số RTECS	WT4800000
Ảnh Jmol-3D	ảnh
SMILES	đầy đủ FS(F)(F)F
InChI	đầy đủ 1/F4S/c1-5(2,3)4
Thuộc tính
Công thức phân tử	SF4
Khối lượng mol	108,0596 g/mol
Bề ngoài	khí không màu
Khối lượng riêng	1,95 g/cm³, -78 ℃
Điểm nóng chảy	−121 °C (152 K; −186 °F)
Điểm sôi	-38
Độ hòa tan trong nước	phản ứng
Áp suất hơi	10,5 atm (22 ℃)[1]
Cấu trúc
Hình dạng phân tử	Seesaw (C2v)
Mômen lưỡng cực	0,632 D[2]
Các nguy hiểm
Nguy hiểm chính	Rất độc, ăn mòn
NFPA 704	0 3 2
PEL	không có[1]
REL	C 0,1 ppm (0,4 mg/m³)[1]
IDLH	N.D.[1]
Các hợp chất liên quan
Anion khác	Lưu huỳnh dichloride Disulfur dibromide Lưu huỳnh trifluoride
Cation khác	Oxy difluoride Selen tetrafluoride Telluri tetrafluoride Poloni tetrafluoride
Nhóm chức liên quan	Disulfur difluoride Lưu huỳnh difluoride Disulfur decafluoride Lưu huỳnh hexafluoride
Hợp chất liên quan	Thionyl fluoride
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 °C [77 °F], 100 kPa). Y kiểm chứng (cái gì ^YN ?) Tham khảo hộp thông tin

Lưu huỳnh tetrafluoride là một hợp chất vô cơ với công thức hóa học SF₄. Hợp chất này tồn tại dưới dạng khí ở các điều kiện chuẩn. Nó là một chất ăn mòn, giải phóng HF khi tiếp xúc với nước hoặc độ ẩm. Mặc dù những đặc điểm này rất có hại, hợp chất này là một chất thử hữu ích cho việc điều chế các hợp chất cơ fluor (organofluorine compounds)^[3], một số trong đó có vai trò quan trọng trong ngành dược phẩm và các ngành công nghiệp hóa chất đặc biệt.

Cấu trúc

Lưu huỳnh trong SF₄ ở trạng thái oxy hóa +4, với một cặp electron độc thân. Do đó, cấu trúc của SF₄ có thể được dự đoán dựa trên các nguyên tắc của lý thuyết VSEPR: nó có hình dạng bập bênh, với S ở giữa. Một trong ba vị trí equatorial bị chiếm bởi một cặp electron không liên kết độc thân. Do đó, phân tử này có hai loại phối tử riêng biệt, hai trục và hai xích đạo. Khoảng cách liên kết S–F_ax là 164,3 pm và S–F_eq là 154,2 pm. Nó là một hợp chất điển hình cho các phối tử dọc trục trong các phân tử tăng lên được liên kết ít mạnh mẽ hơn. Trái ngược với SF₄, phân tử liên quan SF₆ có lưu huỳnh ở trạng thái 6+, không có điện hóa trị nào không liên kết với lưu huỳnh, do đó phân tử này có một cấu trúc hình cánh diện cân đối cao. Tương phản với SF₄, SF₆ trơ một cách lạ thường về mặt hóa học.

Phổ 19F NMR của SF₄ cho thấy chỉ có một tín hiệu, cho thấy các vị trí của các nguyên tử F axial và equatorial nhanh chóng chuyển đổi qua pseudorotation.

Cân bằng động học trong phân tử của SF₄.

Tổng hợp và sản xuất

Trong phòng thí nghiệm, lưu huỳnh tetrafluoride được điều chế từ đơn chất lưu huỳnh and và cobalt trifluoride:^[4]

S + 4CoF₃ → SF₄ + 4CoF₂

Trong công nghiệp, SF₄ được sản xuất bởi phản ứng của SCl₂, Cl₂ và NaF với chất xúc tác là acetonitrile:

SCl₂ + Cl₂ + 4NaF → SF₄↑ + 4NaCl

Ở nhiệt độ cao hơn, (ví dụ như từ 225–450 °C), thì dung môi bị dư. Hơn nữa, lưu huỳnh dichloride có thể được thay thế bằng đơn chất lưu huỳnh (S) và chlor (Cl₂).

Khi chỉ xử lí SCl₂ với NaF cũng cho SF₄ chứ không phải SF₂. SF₂ không ổn định, nó ngưng tụ với chính nó để tạo thành SF₄ và S₂F₂. Một phuơng pháp ở nhiệt độ thấp hơn (ví dụ như từ 0–86 °C), khác với phuơng pháp trên, sử dụng brom lỏng với vai trò vừa là chất oxy hóa, vừa là dung môi:

S(r) + 2 Br₂(l) + 4KF(r) → SF₄↑ + 4 KBr(brom)

Ứng dụng trong tổng hợp hợp chất cơ fluor

Trong tổng hợp hữu cơ, SF₄ được sử dụng để chuyển các nhóm COH và C=O thành các nhóm CF và CF₂^[5]. Một số alcohol có thể cho fluorocarbon tương ứng. Keton và aldehyde cho mạch difluoride. Sự hiện diện của proton alpha đến carbonyl dẫn đến phản ứng phụ và hiệu suất giảm (30–40%). Diol cũng có thể cho ester sulfite tuần hoàn, (RO)₂SO. Các acid carboxylic chuyển thành dẫn xuất trifluorometyl. Ví dụ cho acid heptanoic tác dụng với SF₄ ở 100–130 ℃ tạo ra 1,1,1-trifluoroheptan. Hexafluoro-2-butyn cũng có thể được sản xuất tương tự từ acid acetylendicarboxylic. Các sản phẩm phụ từ những chất fluoride này, bao gồm SF₄ không phản ứng, SOF₂ và SO₂, độc nhưng có thể được trung hòa bằng cách xử lý với dung dịch KOH.

Việc sử dụng SF₄ đang bị thay thế trong những năm gần đây do xử lý thuận tiện hơn diethylaminosulfur trifluoride, Et₂NSF₃, "DAST", với Et = CH₃CH₂.^[6] Thuốc thử này được điều chế từ SF₄:^[7]:

SF₄ + Me₃SiNEt₂ → Et₂NSF₃ + Me₃SiF

Các phản ứng khác

Lưu huỳnh chloropentafluoride (SF₅Cl), một nguồn hữu ích của nhóm SF₅, được chuẩn bị từ SF₄.^[8]

Sự thủy phân của SF₄ cho lưu huỳnh dioxide:^[9]

SF₄ + 2H₂O → SO₂ + 4HF

Phản ứng này tiến hành thông qua chất trung gian là thionyl fluoride, thường không can thiệp vào việc sử dụng SF₄ làm chất phản ứng.

Khi xử lí các amin với lưu huỳnh tetrafluoride sẽ thu được các aminosulfur difluoride.

Độc tính

SF₄ phản ứng bên trong phổi khi có độ ẩm, tạo thành lưu huỳnh dioxide và hydro fluoride - từ đó tạo thành acid hydrofluoric có độc tính cao và ăn mòn mạnh.^[10] SF₄ rất độc.

Tham khảo

1. ^ “NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards #0580”. Viện An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp Quốc gia Hoa Kỳ (NIOSH).
2. Tolles, W. M.; W. M. Gwinn, W. D. (1962). “Structure and Dipole Moment for SF₄”. J. Chem. Phys. 36 (5): 1119–1121. doi:10.1063/1.1732702.
3. C.-L. J. Wang, "Sulfur Tetrafluoride" in Encychlorpedia of Reagents for Organic Synthesis (Ed: L. Paquette) 2004, J. Wiley & Sons, New York. doi:10.1002/047084289.
4. Kay, Jack G. (8 tháng 5 năm 1964). “Inorganic Chemistry: Handbook of Preparative Inorganic Chemistry . vol. 1. Georg Brauer, Ed. Translated from the German edition (Stuttgart, ed. 2, 1960) by Scripta Technica. Reed F. Riley, Ed. Academic Press, New York, 1963. xxviii + 1002 pp. Illus. $36”. Science. 144 (3619): 703–703. doi:10.1126/science.144.3619.703.b. ISSN 0036-8075. line feed character trong |title= tại ký tự số 21 (trợ giúp)
5. Hasek, W. R. “1,1,1-Trifluoroheptane”. Organic Syntheses.; Collective Volume, 5, tr. 1082
6. A. H. Fauq, "N,N-Diethylaminosulfur Trifluoride" in Encychlorpedia of Reagents for Organic Synthesis (Ed: L. Paquette) 2004, J. Wiley & Sons, New York. doi:10.1002/047084289.
7. W. J. Middleton, E. M. Bingham. “Diethylaminosulfur Trifluoride”. Organic Syntheses.; Collective Volume, 6, tr. 440
8. Nyman, F., Roberts, H. L., Seaton, T. Inorganic Syntheses, 1966, Volume 8, p. 160 McGraw-Hill Book Company, Inc., 1966, doi:10.1002/9780470132395.ch42
9. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (ấn bản thứ 2), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-3365-4
10. Johnston, H. (2003). A Bridge not Attacked: Chemical Warfare Civilian Research During World War II. World Scientific. tr. 33–36. ISBN 981-238-153-8.