氟化物

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氟化物指含负有机無機化合物。与其他卤素类似,氟生成单负阴离子(氟离子F)。氟可与除He、Ne和Ar外的所有元素形成二元化合物。从致命毒素沙林到药品依法韦仑,从难熔的氟化钙到反应性很强的四氟化硫都属于氟化物的范畴。

例子[编辑]

萤石矿物。

无机氟化物的水溶液含有F氟化氢根离子HF2[1] 少数无机氟化物溶于水而不显著水解。无机氟化物的例子有氢氟酸(HF)、氟化钠(NaF)和六氟化铀(UF6)。从反应活性上看,氟化物与氯化物和其他卤化物有显著不同,由于半径/电荷比小的缘故而溶剂化倾向更强,更趋近于氢氧化物。Si-F键属于单键中键能较高的一类,其他硅卤化物则很容易水解。

氟化物矿物有很多,其中商业上比较重要的是萤石氟磷灰石。在天然饮用水和食物中都有低浓度的氟化物存在,而地下水中的氟含量则要高一些。海水中平均为1.3ppm[2](1.2~1.5ppm),淡水中的则为0.01-0.3 ppm。[3]

应用[编辑]

氟化物在现代科技中有重要应用。氢氟酸是制取的最重要的氟化物,主要用于氟代烃铝氟化物的生产。此外,氢氟酸还有很多特别的应用,如利用它来溶解玻璃[4]

有机合成[编辑]

含氟试剂在有机合成中有很重要的地位。由于硅对氟有较大的亲合力,且硅有扩展其配位数的倾向,现实中常用氟化物来脱去硅醚保护基。例如氟化钠四丁基氟化铵(TBAF)和氟化铯等。

酶抑制剂[编辑]

生物化学中,氟化物常被用为酶抑制剂,通常用于抑制磷酸酶,例如丝氨酸/苏氨酸磷酸酶。[5] 其机理可能是替换了酶活性位点中亲核性氢氧根[6]氟化铍氟化铝结构上与磷酸根相类似,其中间体可与反应的过渡态构型相竞争,因此都可用作酶抑制剂。[7][8]

无机材料[编辑]

煎锅通常以聚四氟乙烯作为不粘锅涂层。

含氟聚合物[编辑]

含氟聚合物,例如聚四氟乙烯(即特富龙)是化学惰性且对生物无害的材料,应用于外科植入物材料中,譬如冠状动脉搭桥手术中,[9] 以及作为整容重建外科软组织的替代品。[10] 它也是不粘锅涂层和Gore-Tex公司户外防水透气型布料的主要材料。

口腔病防治[编辑]

含氟化合物被用于预防龋齿饮水加氟及其他口腔卫生产品中。[11] 起初是用氟化钠来为饮用水加氟,但后来逐渐被氟硅酸(H2SiF6)及其盐氟硅酸钠(Na2SiF6)代替,尤其是在美国。饮水加氟可以预防龋齿,[12][13] 并被美国疾病控制与预防中心(CDC)认为是“20世纪10大公共健康成就之一”。[14] 然而在一些集中供水系统并不发达的国家,政府则采用对食盐加氟的方法来补充氟。

饮水加氟也受到过质疑,参见对饮水加氟的争议[15]

氟烷三氟溴氯乙烷)的结构。

生物医药应用[编辑]

正电子发射计算机断层扫描技术利用了用氟-18标记的含氟药物氟脱氧葡萄糖,其在衰变到18O时会放出正电子

含氟药物包括:安定药(如氟非那嗪)、HIV蛋白酶抑制剂(如替拉那韦)、抗生素(如氧氟沙星曲氟沙星)以及麻醉剂(如氟烷)。[16] 强C-F键可以抵抗肝中的细胞色素P450氧化酶,因此氟原子的引入可以减少药物代谢[17]

毒性[编辑]

二异丙基氟磷酸对丝氨酸蛋白酶的不可逆抑制作用。

含氟化合物在结构上可以有很大差异,因此很难概括出氟化物的一般毒性。氟化物的毒性与其反应活性和结构有关,对盐而言,则是离解出氟离子的能力。 可溶的氟化物,例如最常见的NaF,具有适度的毒性,但已有与急性中毒有关联的事故及自杀个案被报道出来。[4] 尽管最小致死剂量尚不清楚,已经有报道称4g NaF对一个成年人足以致命。[18] 少至0.2g的氟硅酸钠(Na2SiF6)及其含氟更多的化合物可以致死,时间约为5-12小时。[18] 其致毒机理为,氟离子会与血液中的钙离子结合,生成不溶的氟化钙,从而进一步造成低血钙症。由于钙对神经系统至关重要,其浓度的降低可以是致命的。相应的治疗则包括用稀氢氧化钙氯化钙溶液以防止进一步的氟吸收,并且注射葡萄糖酸钙以补充血钙。[18]氟化氢在相比之下更加危险,因为它具有腐蚀性和挥发性,因此可通过吸入或皮肤吸收而进入人体,造成氟中毒。葡萄糖酸钙是常用的解毒剂。[19]

有一些有机氟化物是剧毒的,包括有机磷酸酯沙林二异丙基氟磷酸。它们可在肌神经接合点胆碱酯酶反应,并因此阻止神经刺激向肌肉传递。[20] 左图中,抑制剂中反应性强的F-P键是丝氨酸活性中心残基亲核进攻的位点,反应后F离子离去,酶则失活。

虽然聚四氟乙烯是化学惰性且无毒的,但在炊具温度超过260 °C后就会变性,并且在350 °C以上分解。[21] 这些降解产物可能对鸟类是致命的,也有可能在人类中导致类似流感的症状。[21] 相比之下,脂肪、油和黄油在200 °C以上烧焦变质,而对于肉则是在200-230 °C之间。

在一份1959年(在美国食品药品监督管理局通过食物加工器材使用之前)的研究中,表明使用普通油时,有涂层的锅干热时放出的烟较普通锅放出的毒性要小。[22]

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
  2. ^ Fluoride in Drinking-water: Background document for development of WHO Guidelines for Drinking-water Quality. World Health Organization, 2004, page 2. Page accessed on February 22, 2007.
  3. ^ Environmental Health Criteria 227: Fluorides. World Health Organization, 2002, page 38. Page accessed on February 22, 2007.
  4. ^ 4.0 4.1 Jean Aigueperse, Paul Mollard, Didier Devilliers, Marius Chemla, Robert Faron, Renée Romano, Jean Pierre Cuer, “Fluorine Compounds, Inorganic” in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2005 Wiley-VCH, Weinheim. DOI 10.1002/14356007.a11 307
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  21. ^ 21.0 21.1 DuPont, Key Questions About Teflon®,于03 Dec 2007查阅。
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