Hispanopedia WikiEl proceso Fowler es una ruta industrial y de laboratorio para obtener fluorocarbonos , mediante la fluoración de hidrocarburos o sus derivados parcialmente fluorados en fase de vapor sobre fluoruro de cobalto (III) .
Fondo
El Proyecto Manhattan requería la producción y manipulación de hexafluoruro de uranio para enriquecerlo , ya fuera por difusión o por centrifugación. El hexafluoruro de uranio es un sólido volátil, oxidante y muy corrosivo ( sublima a 56 °C). [1] Para manipular este material, se necesitaban varios materiales nuevos, incluido un líquido refrigerante que pudiera sobrevivir al contacto con el hexafluoruro de uranio. Los perfluorocarbonos se identificaron como materiales ideales, pero en ese momento no había ningún método disponible para producirlos en cantidades significativas.
El problema es que el gas flúor es extremadamente reactivo. La simple exposición de un hidrocarburo al flúor provocará su ignición. Se necesitaba una forma de moderar la reacción y el método desarrollado fue hacer reaccionar el hidrocarburo con fluoruro de cobalto (III), en lugar de hacerlo con el propio flúor.
Después de la Segunda Guerra Mundial, gran parte de la tecnología que se había mantenido en secreto se hizo pública. El número de marzo de 1947 de Industrial and Engineering Chemistry presentó una colección de artículos sobre la química del flúor, comenzando con la generación y el manejo del flúor, y continuando con la síntesis de organofluoruros y temas relacionados. En uno de estos artículos, Fowler et al. describen la preparación en laboratorio de numerosos perfluorocarbonos mediante la reacción en fase de vapor de un hidrocarburo con fluoruro de cobalto (III), [2] a escala de planta piloto, en particular, perfluoro-n-heptano y perfluorodimetilciclohexano (mezcla de isómero 1,3 e isómero 1,4), [3] y a escala industrial por Du Pont . [4]
Química
El proceso Fowler normalmente se realiza en dos etapas, siendo la primera la fluoración del fluoruro de cobalto (II) a fluoruro de cobalto (III).
- 2CoF2 + F2 → 2CoF3
Durante la segunda etapa, en este caso para fabricar perfluorohexano , se introduce la carga de hidrocarburo y se fluora con fluoruro de cobalto (III), que se convierte nuevamente en fluoruro de cobalto (II) para su reutilización. Ambas etapas se realizan a alta temperatura.
- C6H14 + 28CoF3 → C6F14 + 14HF + 28CoF2
La reacción se lleva a cabo a través de un único proceso de transferencia de electrones, que involucra un carbocatión . [5] Este carbocatión intermedio puede sufrir fácilmente reordenamientos, que pueden conducir a una mezcla compleja de productos.
Materias primas
Por lo general, se utilizan compuestos de hidrocarburos como materias primas. Para el perfluorocarbono cíclico, el hidrocarburo aromático es la opción preferida, por lo que, por ejemplo, el tolueno es la materia prima para el perfluorometilciclohexano , en lugar del metilciclohexano , ya que se requiere menos flúor. A menudo se utilizan materias primas parcialmente fluoradas, por ejemplo, bis-1,3-(trifluorometil)benceno para fabricar perfluoro-1,3-dimetilciclohexano . Aunque estos son considerablemente más caros, requieren menos flúor y, lo que es más importante, generalmente dan rendimientos más altos, ya que los reordenamientos de carbocationes son mucho menos probables.
Perfluorocarbonos Flutec
En el Reino Unido, Imperial Chemical Industries Limited (posteriormente ICI) también estaba desarrollando tecnología de fluoruro de cobalto (III) durante la guerra, impulsada por el trabajo en los EE. UU. [6] El proceso fue comercializado más tarde bajo el nombre comercial Flutec por la Imperial Smelting Company (posteriormente ISC Chemicals) en Avonmouth, cerca de Bristol. Las propiedades físicas fueron determinadas por una empresa llamada GV Planer, en el marco de un proyecto en 1965 llamado Proyecto Planar. Por lo tanto, los productos se designaron PP1, PP2, PP3, etc. [7] La designación se ha mantenido hasta el día de hoy.
ISC Chemicals pasó a formar parte de RTZ en 1968, [8] y esa parte del negocio se transfirió a Rhone-Poulenc en 1988. [9] El negocio de Flutec entró en declive, debido a una caída en su aplicación principal, la soldadura por reflujo en fase de vapor (utilizada en tecnología de montaje superficial ), y seis años más tarde el negocio de Flutec fue comprado por BNFL Fluorochemicals Ltd y transferido a Preston, Lancashire, donde se ha desarrollado en varias aplicaciones nuevas. [10] BNFL Fluorochemicals Ltd se convirtió en F2 Chemicals Ltd en 1998.
Referencias
- ^ Hexafluoruro de uranio Archivado el 20 de diciembre de 2007 en Wayback Machine , Tarjetas internacionales de seguridad química n.° 1250.
- ^ Fowler, RD; Burford, WB, III; Hamilton, JM, Jr.; Sweet, RG; Weber, CE; Kasper, JS; Litant, I. (1947). "Síntesis de fluorocarbonos". Ind. Eng. Chem. 39 : 292–298. doi :10.1021/ie50447a612.
- ^ Burford, WB, III; Fowler, R, D.; Hamilton, JM, Jr.; Anderson, HC; Weber, CE; Sweet, RG (1947). "Síntesis de plantas piloto: perfluoro- n -heptano, perfluorodimetilciclohexano y aceites fluorocarbonados de alto punto de ebullición". Ind. Eng. Chem. 39 : 319–329. doi :10.1021/ie50447a618.
- ^ Benner, R. G; Benning, AF; Downing, FB; Irwin, CF; Johnson, KC; Linch, AL; Parmalee, HM; Wirth, WV (1947). "Fluorocarbonos mediante fluoración de hidrocarburos con trifluoruro de cobalto". Ind. Eng. Chem. 39 : 329–333. doi :10.1021/ie50447a619.
- ^ Sandford, G. (2003). "Perfluoroalcanos". Tetrahedron 59 : 437–454. doi :10.1016/S0040-4020(02)01568-5.
- ^ Dawson, AM (1943). Imperial Chemical Industries Limited, División de Productos Químicos Generales, Departamento de Investigación, Informe R/GC/1685.
- ^ M. Hill (1975). "Proceso y desarrollo del mercado de fluidos fluorocarbonados". Chem. Ind. : 118–121.
- ^ "Guía de las Gracias de Rio Tinto Co".
- ^ Sitio web de Rhodia (enlace obsoleto)
- ^ sitio web
