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    3. 氟化物

      氟化物指含负价氟的有机或无机化合物。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,从难溶的氟化钙到反应性很强的四氟化硫都属于氟化物的范畴。

      2017年10月27日,世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考,氟化物(饮用水中添加的无机物)3类致癌物清单中。

      编辑摘要
      应 用: 有机合成 酶抑制剂 无机材料 作用: 溶解玻璃

      目录

      简介/氟化物 编辑

      概述

      在卤化物中,氟化物容易与某些高氧化态的阳离子形成稳定的配离子,如六氟合铝酸根离子(AlF )。与其他卤化物不同,金属锂、碱土金属和镧系元素的氟化物难溶于水,而氟化银可溶于水,其他金属的氟化物易溶于水。氟化氢的水溶液称氢氟酸,是一种弱酸。金属氟化物还易形成酸式盐,如氟氢酸钾(KHF)。

      萤石(氟化钙,或称氟石)是天然矿物。碱金属的氟化物可由其氢氧化物或碳酸盐与氢氟酸作用而得。

      举例

      无机氟化物的水溶液含有F-和氟化氢根离子HF 。 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(UF)。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和氟磷灰石。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(1.2~1.5ppm),淡水中的则为0.01-0.3 ppm。

      存在形式

      氟广泛存在于自然水体中,人体各组织中都含有氟,但主要积聚在牙齿和骨筋中。适当的氟是人体所必需的,过量的氟对人体有危害,氟化钠对人的致死量为6—12克,饮用水含2.4—5毫克/升则可出现氟骨症。

      规定

      我国规定饮用水中氟浓度小于1.0毫克/升,适宜浓度为1.4-2毫克/升。

      毒性

      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。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。少至0.2g的氟硅酸钠(NaSiF)及其含氟更多的化合物可以致死,时间约为5-12小时。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或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。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。

      有一些有机氟化物是剧毒的,包括部分有机磷酸酯如沙林(甲氟膦酸异丙酯) 和二异丙基氟磷酸。它们可在肌神经接合点与胆碱酯酶反应,并因此阻止神经刺激向肌肉传递。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。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。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。 [1]

      应用/氟化物 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,主要用于氟代烃和铝氟化物的生产。此外,氢氟酸还有很多特别的应用,如利用它来溶解玻璃。

      有机合成

      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?;せ?。例如氟化钠、四丁基氟化铵(TBAF)和氟化铯等。

      酶抑制剂

      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。 其机理可能是替换了酶活性位点中亲核性的氢氧根。氟化铍和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。

      无机材料

      六氟化硫是个惰性、无毒的绝缘气体,常用在变压器中。由于气体扩散速率不同,六氟化铀被用于分离铀-235和铀-238,而铀-235是核裂变的原料。

      含氟聚合物

      含氟聚合物,例如聚四氟乙烯,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, 以及作为整容和重建外科中软组织的替代品。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

      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。起初是用氟化钠来为饮用水加氟,但后来逐渐被氟硅酸(HSiF)及其盐氟硅酸钠(NaSiF)代替,尤其是在美国。饮水加氟可以预防龋齿,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”。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。

      生物医药应用

      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 O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(如氧氟沙星和曲氟沙星)以及麻醉剂(如氟烷)。 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。

      氟化物电池:氟化物电池在未来或许将替代锂离子电池。国外媒体报道称,氟化物电池的续航理论上可以比锂电池续航提升10倍。

      电池一直是笔记本电脑和智能手机等电子产品中的关键部件,更长的续航则一直是电池面临的瓶颈。来自KIT研究院(Institute of Technology)的研究人员取得了突破,有望大幅提升电能容量。

      研究人员研发这种电池无需锂元素,采用的是氟化物,基于氟化物内部的返还穿行,可以在电极间转换阴离子。由于没有锂离子,这种电池也更加安全。

      4氟一氧化疝是液体。

      测定方法/氟化物 编辑

      液体

      氟化物的测定方法有氟试剂比色法、茜素磺酸锆比色法和离子选择电极法、离子色谱法等。比色法测水中含氟量有褪色和增色两种方法,如茜素磺酸铅盐比色法就是利用氟离子和金属锆离子形成稳定的无色化合物,使其从菌素磺酸锗盐(红色整合物)中游离出来而褪色,进行比色测定。该法测量误差较大;氟试剂比色法为增色反应,色度较稳定,方法灵敏。

      大气

      大气中的气态氟化物主要是HF,也可能有少量的SiF和CF,含氟的粉尘主要是冰晶石(NaAlF)、萤石(CaF)、氟化铝(AlF)、氟化钠(NaF)及磷灰石等。氟化物属高毒类物质,由呼吸道进入人体,会引起粘膜刺激、中毒等症状,并能影响各组织和器官的正常生理功能,对植物的生长、发育也会产生危害。

      测定大气中氟化物的方法有吸光光度法、滤膜(或滤纸)采样-氟离子选择电极法等。

      滤膜采样-氟离子选择电极法:用磷酸氢二钾溶液浸渍的玻璃纤维滤膜或碳酸氢钠-甘油溶液浸渍的玻璃纤维滤膜采样,则大气中的气态氟化物被吸收固定,尘态氟化物同时被阻留在滤膜上,采样后的滤膜用水或酸浸取后,用氟离子选择电极法测定。

      自然界中的氟化物主要来源于火山爆发、高氟温泉、干旱土壤、含氟岩石的风化释放以及化石燃料的燃烧等。这些氟化物可以分布在空气中,也可以溶解在水体中??掌械姆镏饕治涂帕W垂烫?。

      氟化物气体是一个系列,例如六氟化硫,三氟甲烷,六氟乙烷等十几种气态化合物。 [2]

      相关文献

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      参考资料
      [1]^引用日期:2019-07-03
      [2]^引用日期:2019-07-03
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      氟化物

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