Elektrochemische Fluorierung

Die elektrochemische Fluorierung (ECF), auch Elektrofluorierung genannt, ist Elektrolyseverfahren zur Herstellung fluororganischen Verbindungen. Das Verfahren wird gewöhnlich in Fluorwasserstoff ausgeführt, das dabei als Reaktionspartner und als Lösungsmittel dient; in diesem Fall wird es nach seinem Erfinder (1941, veröffentlicht 1949[1]) Joseph H. Simons auch Simonssches Verfahren genannt. Auf diese Weise werden auch perfluorierte Tenside hergestellt, wobei diese auch mit der Fluortelomerisierung produziert werden können.

Aufgrund der guten Löslichkeit der meisten organischen Stoffklassen in Fluorwasserstoff (HF) ist das Verfahren vielseitig anwendbar. Für ungesättigte Verbindungen ist das gewöhnliche Verfahren nicht geeignet, da diese HF anlagern oder polymerisieren.[2]

Bei allen Varianten wird die Fluorierung durch die an der Elektrolysezelle angelegte Spannung ausgelöst. Es können auch Gase fluoriert werden, wobei beispielsweise aus Methan ein Gemisch entsteht, das vor allem Tetrafluormethan sowie Trifluormethan enthält.[3] Trotz geringer Ausbeuten und eines großen Anteils an verzweigten Nebenprodukten ist die elektrochemische Fluorierung eine günstige Synthesemethode.

Beispiele bei der Tensidherstellung

Durch elektrochemische Fluorierung können alle Wasserstoffatome der n-Octansäure bzw. des Octansulfonylfluorids durch Fluoratome ersetzt werden. Die Reaktion läuft auf folgende Weise ab:[4]

\mathrm {C_{7}H_{15}COOH+16\ HF\rightarrow C_{7}F_{15}CO_{2}F\ +16\ H_{2}}

\mathrm {C_{8}H_{17}SO_{2}F\ \ +17\ HF\rightarrow C_{8}F_{17}SO_{2}F+17\ H_{2}}

Die entstandenen Verbindungen Perfluoroctancarbonylfluorid und Perfluoroctansulfonylfluorid sind wichtige Synthesebausteine, die nach Standardverfahren zu perfluorierten Tensiden derivatisiert werden. Die jeweilige Hydrolyse führt zur Perfluoroctansäure bzw. Perfluoroctansulfonsäure.

Einzelnachweise

J. H. Simons: Production of Fluorocarbons: I. The Generalized Procedure and its Use with Nitrogen Compounds. In: The Electrochemical Society (Hrsg.): Journal of the Electrochemical Society. Band 95, Nr. 2, 1949, S. 47–52, doi:10.1149/1.2776733.
Hans Schmidt, Hermann Dietrich Schmidt: Elektrochemische Fluorierung. III. Elektrofluorierung von Olefinen in nichtwäßrigen Lösungsmitteln. Zum Mechanismus des Anodenvorganges. In: Journal für Praktische Chemie. Band 2, Nr. 4, September 1955, S. 250–260, doi:10.1002/prac.19550020407.
M. Schmeisser, P. Sartori: Die elektrochemische Fluorierung. In: Chemie Ingenieur Technik. Band 36, Nr. 1, Januar 1964, S. 9–14, doi:10.1002/cite.330360103.
3M Company: “Fluorochemical use, distribution and release overview”. U.S. EPA Public Docket AR226-0550 (1999). PDF-Datei (Memento vom 15. Dezember 2007 im Internet Archive) (578 kB).

Literatur

M. Schmeisser, P. Sartori: Die elektrochemische Fluorierung. In: Chemie Ingenieur Technik – CIT 36 (1) (1964). doi:10.1002/cite.330360103.
Peer Kirsch: Modern Fluoroorganic Chemistry: Synthesis, Reactivity, Applications. Wiley-VCH, 2013, doi:10.1002/9783527651351, ISBN 9783527331666, S. 34–35.

Siehe auch

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[1] J. H. Simons: Production of Fluorocarbons: I. The Generalized Procedure and its Use with Nitrogen Compounds. In: The Electrochemical Society (Hrsg.): Journal of the Electrochemical Society. Band 95, Nr. 2, 1949, S. 47–52, doi:10.1149/1.2776733.

[2] Hans Schmidt, Hermann Dietrich Schmidt: Elektrochemische Fluorierung. III. Elektrofluorierung von Olefinen in nichtwäßrigen Lösungsmitteln. Zum Mechanismus des Anodenvorganges. In: Journal für Praktische Chemie. Band 2, Nr. 4, September 1955, S. 250–260, doi:10.1002/prac.19550020407.

[Schmeisser-3] M. Schmeisser, P. Sartori: Die elektrochemische Fluorierung. In: Chemie Ingenieur Technik. Band 36, Nr. 1, Januar 1964, S. 9–14, doi:10.1002/cite.330360103.

[4] 3M Company: “Fluorochemical use, distribution and release overview”. U.S. EPA Public Docket AR226-0550 (1999). PDF-Datei (Memento vom 15. Dezember 2007 im Internet Archive) (578 kB).