Перхфторагексансульфоновая кислота (355-46-4) — физические и химические свойства
Перхфторагексансульфоновая кислота
Перхфторированная сульфоновая кислота, широко используемая в качестве аналитического стандарта и промежуточного продукта в исследованиях и разработках, связанных с ПФАС, при создании материалов и испытаниях формуляций.
| Номер CAS | 355-46-4 |
| Класс вещества | Перхфторалкилсульфоновые кислоты (PFAS) |
| Типичная форма | Порошок или кристаллическое твердое вещество |
| Распространённые марки | EP, Technical Grade, USP |
Перхфторагексансульфоновая кислота — это перхфторалкансульфоновая кислота (перхфторсульфоновая кислота), в которой шестичленный углеродный скелет полностью замещён фторированными заместителями, а в конце цепи присутствует сульфоновая группа. Структурно она представлена молекулярной формулой \(\ce{C6HF13O3S}\), систематическое название — 1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6‑тридекафторгексана‑1‑сульфоновая кислота. Перхфторалкильная цепь обеспечивает крайне низкую поляризуемость углеводородного каркаса, но выраженный электроноакцепторный эффект от двенадцати–тринадцати атомов фтора; сульфоновая группа придаёт сильные кислые свойства и высокую полярность, которые доминируют в кислотно-основном и ионном поведении в конденсированных фазах.
Соединение легко ионизируется (оценочный \(\mathrm{p}K_a \approx 0.14\)) с образованием соответствующего перхфторагексансульфонатного аниона при типичных экологических и физиологических значениях pH, поэтому в нейтральной и щелочной среде оно присутствует преимущественно в анионной форме и ведёт себя как стойкое, высокомобильное поверхностно-активное вещество. Сочетание гидрофобного фторированного хвоста и заряженной, высокогидратированной сульфонатной головки обеспечивает амфифильное фазовое поведение (поверхностная активность, образование мицелл в концентрированных системах) и склонность к распределению на интерфейсах и органических покрытиях, при этом демонстрируя низкую летучесть и устойчивость к гидролизу и фотолизу. Для этого класса перхфторалкилсульфоновых кислот с шестью атомами углерода характерна стойкая биоаккумуляция и длительные периоды выведения из организма человека и дикой природы.
Распространённые коммерческие марки вещества: EP, Technical Grade, USP.
Основные физические свойства
Плотность
Измеренная плотность: \(1.841\ \mathrm{г}/\mathrm{см}^3\).
Комментарий: Высокая плотность по сравнению с типичными органическими жидкостями обусловлена большим содержанием тяжёлого фтора и компактной структурой перфторалкильной цепи. Плотные фторированные жидкости и твердые вещества обычно характеризуются низкой сжимаемостью и высокой химической инертностью.
Температура плавления
Экспериментальные значения для данного параметра в доступных данных отсутствуют.
Температура кипения
Сообщаемый диапазон температур кипения: \(238\text{–}239\,^\circ\mathrm{C}\).
Комментарий: Относительно высокая температура кипения соответствует небольшой, тяжёлой и сильно взаимодействующей молекуле, способной образовывать водородные связи через сульфоновую группу в недиссоциированном состоянии и обладающей низким давлением паров при комнатной температуре.
Давление пара
Оценочное давление пара при \(25\,^\circ\mathrm{C}\): \(0.0046\ \mathrm{мм рт. ст.}\).
Комментарий: Низкое давление пара указывает на ограниченную летучесть при стандартных условиях; однако атмосферное распределение наблюдается как в газовой фазе, так и в частицах, благодаря ассоциации с аэрозолями и поверхностно-активному поведению соединения.
Температура вспышки
Экспериментальные значения для данного параметра в доступных данных отсутствуют.
Химические свойства
Растворимость и фазовое поведение
Перхфторагексансульфоновая кислота ведёт себя как сильно кислая поверхностно-активная субстанция: при экологических и физиологических pH она практически полностью ионизирована (оценочный \(\mathrm{p}K_a \approx 0.14\)), поэтому водные растворы доминируют анионы перхфторагексансульфоната. Амфифильная природа приводит к поверхностной активности и мицеллообразованию при повышенных концентрациях; часть вещества, связанная с интерфейсами или органическими матрицами, может быть эффективно нелетучей несмотря на низкое давление пара исходного вещества. В водах и почвах анионная форма характеризуется высокой мобильностью (сообщаемый полевой коэффициент \(K_{\mathrm{oc}}\approx 9.3\)), низким сродством к сорбции на органическом углероде и умеренным потенциалом биоконцентрации (сообщаемый BCF ≈ 10; полевой BAF ≈ 70).
Комментарий по растворимости: точные значения растворимости в воде не предоставлены в доступных данных; ионизированная форма является диспергируемой в воде, тогда как нейтральная кислота (в сильно кислой среде) менее гидрофильна.
Реактивность и стабильность
Химическая стабильность: сообщается устойчивость при рекомендованных условиях хранения. Сульфоновая головка термостойка, а перфторалкильная цепь сильно устойчива к гидролизу, окислению и фотолизу в типичных условиях окружающей среды. Гидролиз вряд ли является значимым путём деградации; абиотическое атмосферное окисление радикалами OH медленное (оценочный атмосферный период полураспада около 115 дней). Неразрешённые материалы — сильные окислители. Термическое разложение или горение могут образовывать токсичные газы (например, фтористый водород и оксиды серы); следует применять соответствующие меры пожарной безопасности.
Термодинамические данные
Стандартная энтальпия и теплоёмкость
Экспериментальных данных по этому параметру в доступных источниках нет.
Комментарий: Стандартные термодинамические показатели (стандартная энтальпия образования, теплоёмкость при постоянном давлении) отсутствуют в наличии; надёжные значения потребовали бы калориметрических определений или проверенных вычислительных методов термохимии для сильно фторированной сульфоновой кислоты.
Молекулярные параметры
Молекулярная формула и масса
Молекулярная формула: \(\ce{C6HF13O3S}\).
Сообщаемая молекулярная масса: \(400.12\).
Точная/моноизотопная масса: \(399.9438812\).
Комментарий: Молекулярная масса и точная масса отражают многочисленные фторные замещения; точные массы полезны для масс-спектрометрического контроля дегпротонированного аниона и олигомерных видов.
LogP и полярность
Сообщаемое вычисленное значение XLogP3 (характеристика липофильности): \(3.7\).
Топологическая полярная площадь (TPSA): \(62.8\ \text{Å}^2\).
Число доноров водородных связей: 1 (протон сульфоновой кислоты в недиссоциированном состоянии).
Число акцепторов водородных связей: 16.
Число вращающихся связей: 5.
Комментарий: Вычисленное значение XLogP около 3.7 указывает на внутреннюю гидрофобность перфторалкильного скелета; однако сильно кислая сульфоновая группа обеспечивает растворимость в воде и анионное поведение при нейтральном pH, уменьшая классическое липофильное распределение в биологических системах и способствуя связыванию с белками (например, с сывороточным альбумином) вместо распределения в липидные фазы.
Структурные особенности
Молекула объединяет полностью фторированный гесильный (перхфторгесильный) хвост и терминальную сульфоновую кислоту. Перхфторалкильный сегмент электронно и стерически отличается от углеводородных цепей: он придаёт химическую инертность, высокую плотность и прочность C–F-связей. Сульфоновая головка является сильной кислотой и в большинстве условий находится в анионной форме (\(\ce{RSO3^-}\)), которая сильно координируется с водой и белковыми сайтами связывания. Молекулярная геометрия минимизирует поляризуемость хвоста, концентрируя полярность в сульфонате, что обеспечивает поверхностно-активные и межфазные свойства распределения.
SMILES: C(C(C(C(F)(F)S(=O)(=O)O)(F)F)(F)F)(C(C(F)(F)F)(F)F)(F)F
InChI: InChI=1S/C6HF13O3S/c7-1(8,3(11,12)5(15,16)17)2(9,10)4(13,14)6(18,19)23(20,21)22/h(H,20,21,22)
InChIKey: QZHDEAJFRJCDMF-UHFFFAOYSA-N
(Эти идентификаторы предоставлены в качестве машинных идентификаторов для подтверждения структуры и спектрального анализа; используют в аналитических методиках для масс-спектрометрии и разработки хроматографических методов.)
Идентификаторы и синонимы
Регистрационные номера и коды
Номер CAS: 355-46-4
Другие зарегистрированные идентификаторы (выборочно): UNII ZU6Y1E592S; EC номер 206-587-1; с веществом связаны несколько кураторских реестровых идентификаторов.
Синонимы и структурные наименования
Распространённые синонимы и альтернативные названия включают: перфторгексансульфоновая кислота; PFHxS; перфторгексан-1-сульфоновая кислота; перфторгексансульфоновая кислота; перфторгексан-1-сульфоновая кислота (альтернативное написание); 1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6-тридекафторгексан-1-сульфоновая кислота; тридекафторгексан-1-сульфоновая кислота. В техническом и аналитическом контекстах применяются описания степени очистки, например «Perfluorohexanesulfonic Acid (Technical Grade)», и форматы концентраций (например, стандартные растворы в метаноле или ацетонитриле).
Промышленные и коммерческие применения
Типичные области применения и отрасли
Перфторгексансульфоновая кислота исторически использовалась и применяется как прекурсор при производстве продуктов перфторалкильных сульфонатов. Типичные применения включают формулы водных пеносоставов (AFFF) для пожаротушения, обработку текстиля и ковров с целью придания водо- и грязеотталкивающих свойств, покрытия для кожи и мембран одежды, а также как химический промежуточный продукт для специализированных фторированных соединений. Экологический мониторинг указывает на исторические пути выбросов вещества из названных сфер применения в сточные воды, почвы и атмосферный воздух.
Роль в синтезе или формулах
В производстве фторхимии перфторалкансульфонилфториды получают электролитическим фторированием или иными методами фторирования, затем гидролизуют с целью получения сульфоновых кислот или переводят в соли для использования в рецептурах. Сульфоновая кислота (и её соли) функционируют как ионные поверхностно-активные вещества в продуктах; соли (например, калиевые или аммониевые перфторгексансульфонаты) широко применяются в последующих технологических стадиях.
Если требуется краткое, специфичное для продукта описание применения для закупок или формулирования, универсального заявления здесь не приводится; выбор осуществляется локально с учётом совместимости с матрицами продукта и нормативных требований, описанных далее.
Обзор безопасности и обращения
Острая и профессиональная токсичность
Классификация опасности и острые эффекты: сопровождающиеся классификационными формулировками на основе GHS включают острую токсичность при приёме внутрь, через кожу и ингаляцию; коррозию/раздражение кожи и серьёзное повреждение/раздражение глаз; токсичность-мишень при повторном воздействии. Указаны коды предупреждений H302, H312, H314, H332 (острые пути воздействия) и H373 для возможного повреждения органов при повторном воздействии.
Токсикокинетика и хроническое воздействие: данные биомониторинга человека и эпидемиологии свидетельствуют о повсеместном воздействии в различных популяциях при длительно сохраняющемся периоде биологического полувыведения (геометрический средний период полувыведения в сыворотке человека оценивается в тысячи дней в некоторых исследованиях). Зарегистрированы ассоциации повышения концентраций в сыворотке с изменениями липидного профиля, нарушениями функции щитовидной железы у восприимчивых субъектов, исходами развития и нейроразвитием или репродуктивными показателями в отдельных когортах. Исследования на животных выявляют поражения печени, нарушения липопротеидного обмена, маркёры нейротоксичности развития и изменения в путях, зависящих от гормонов щитовидной железы. Оценки хронической оральной референсной дозы включают крайне низкие значения порядка \(4\times10^{-10}\ \mathrm{мг}\,\mathrm{кг}^{-1}\,\mathrm{день}^{-1}\) (одна из центральных оценок) и ориентировочные нормативные значения порядка \(2\times10^{-5}\ \mathrm{мг}\,\mathrm{кг}^{-1}\,\mathrm{день}^{-1}\) по другим оценкам; пользователям рекомендуется рассматривать эти показатели как индикативные низкие пороги воздействия в риск-оценке и консультироваться с продукт-специфической документацией по безопасности для определения рабочих пределов.
Первая помощь: стандартные меры деконтаминации и медицинской поддержки при попадании внутрь, ингаляции или контакте с кожей и глазами: снять загрязнённую одежду, промыть поражённые участки водой, обеспечить проходимость дыхательных путей и дыхание, обеспечить срочную медицинскую помощь.
Требования к хранению и обращению
Обращение: избегать вдыхания пыли или аэрозолей, контакт с кожей и глазами; использовать инженерные средства защиты (местная вентиляция, вытяжные шкафы) при возможном образовании пыли или аэрозолей. Подбирать химически стойкие перчатки и непроницаемую одежду, соответствующие предполагаемому уровню воздействия.
Средства индивидуальной защиты (СИЗ): защита глаз (защитные очки с боковыми щитками или герметичные очки), химически стойкие перчатки, респираторы для защиты от частиц (например, P95/P1) или для смешанных рисков газов и частиц использовать соответствующие комбинированные картриджи; подбор должен соответствовать институциональным программам и стандартам испытаний средств защиты органов дыхания.
Хранение: держать контейнеры плотно закрытыми в сухом, хорошо проветриваемом помещении; избегать хранения рядом с сильными окислителями. Маркировать контейнеры и вести учёт для минимизации неконтролируемых выбросов.
Аварийные разливы и утилизация: избегать образования пыли; локализовать разливы, собирать в подходящую тару и утилизировать через лицензированные службы по обращению с опасными отходами с учетом стойкости вещества в окружающей среде и потенциальной подвижности в воде и почвах. При управлении отходами учитывать устойчивость и транспорт в окружающей среде; соблюдать местные нормативные требования.
Для детальной информации по опасностям, транспортировке и нормативным требованиям рекомендуется обращаться к конкретному Паспорт безопасности вещества (SDS) и законодательству региона.
