二氟化氙
| 二氟化氙 | |
|---|---|
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IUPAC名 xenon(II) fluoride | |
| 别名 | 氟化氙(II) |
| 识别 | |
CAS号 | 13709-36-9  |
PubChem | 83674 |
ChemSpider | 75497 |
SMILES |
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InChI |
|
InChIKey | IGELFKKMDLGCJO-UHFFFAOYAE |
| 性质 | |
化学式 | XeF2 |
摩尔质量 | 169.2968 g·mol⁻¹ |
| 外观 | 无色透明晶体 |
密度 | 4.32 g/cm3 |
熔点 | 129 °C |
沸点 | 114 °C 昇华 |
溶解性（水） | 分解 2.5 g/100mL, 0 °C |
蒸氣壓 | 5.2 kPa |
| 结构 | |
晶体结构 | 平行XeF2单位 |
分子构型 | 直线型 |
偶极矩 | 0 D |
| 危险性 | |
| 主要危害 | 爆炸性，腐蚀性 高毒 |
| 相关物质 | |
| 其他阳离子 | XeF4、XeF6、XeO3 |
| 相关氟化物 | KrF2、RnF2、OF2 |
| 若非注明，所有数据均出自一般条件（25 ℃，100 kPa）下。 | |
二氟化氙（化学式：XeF2）是一种稳定的氙化合物，可长期处放在镍制容器中或干燥的石英和玻璃器皿中而不发生变化。同其他氟化氙相比较，二氟化氙是一种温和的氧化剂和氟化剂，可生成多种氙化合物。
目录
1 物理性质
2 化学性质
2.1 基本反应
2.2 同无机物的反应
2.2.1 不生成氙化合物
2.2.2 生成氙化合物
2.3 同有机物的反应
2.3.1 非环化合物
2.3.2 碳环化合物
2.3.3 杂环化合物
3 合成方法
4 参见
5 参考资料
物理性质
二氟化氙是一种无色固体，在室温下容易升华而形成大的透明晶体。二氟化氙蒸气是无色的，具有令人发呕的恶臭。
二氟化氙易溶于无水氟化氢、NOF·3HF和五氟化碘中，并不发生电离。固体二氟化氙晶体属于体心四方晶系，a=431.5pm，c=699.0pm，键长约为200pm。二氟化氙气态时是一种直线型的分子，对称群为D∞h，键长比固态略短，为197.7pm，其中的Xe-F键具有一定离子键的性质，这可以用三中心四电子键来解释。
化学性质
基本反应
- 与氢气反应定量地放出氙和生成氟化氢，通常用这个反应来分析二氟化氙。
- XeF2+H2→673KXe+2HF{displaystyle {rm { XeF_{2}+H_{2}{xrightarrow {673K}}Xe+2HF}}}
- 与氟气反应：XeF2可进一步与单质氟反应生成XeF4和XeF6。
- XeF2+F2→473KXeF4{displaystyle {rm { XeF_{2}+F_{2}{xrightarrow {473K}}XeF_{4}}}}
- XeF4+F2→673KXeF6{displaystyle {rm { XeF_{4}+F_{2}{xrightarrow {673K}}XeF_{6}}}}
O2F2也可以将XeF2进一步氟化成为XeF4和XeF6。
- 与水反应，中间产物可能有XeO自由基、H2O2、XeF+等。
- 2XeF2+2H2O→2Xe+O2+4HF{displaystyle {rm { 2XeF_{2}+2H_{2}Orightarrow 2Xe+O_{2}+4HF}}}
- 与碱反应：
- 2XeF2+4OH−→2Xe+O2+4F−+2H2O{displaystyle {rm { 2XeF_{2}+4OH^{-}rightarrow 2Xe+O_{2}+4F^{-}+2H_{2}O}}}
- 与双氧水反应，中间产物有自由基O、OH、XeF，以及HO2。
- 2XeF2+H2O2→Xe+O2+2HF{displaystyle {rm { 2XeF_{2}+H_{2}O_{2}rightarrow Xe+O_{2}+2HF}}}
同无机物的反应
不生成氙化合物
二氟化氙是一种具有氧化性的氟化剂，往往会同时发生氧化和氟化反应。二氟化氙被还原时放出氙，但不生成氙化合物。作为氟化剂来说，无论从热力学还是动力学的观点，二氟化氙的氟化本领不如单质氟或某些氟化物，显示出有一定的钝性：
ClF5 > BrF5 > IF7 > ClF > BrF3 > XeF2 > IF5 > BrF
也正因为如此，用二氟化氙作氟化剂比较安全和操作方便。
此外，二氟化氙在反应后，氙一般不会进入到产物中，释出的氙可以循环使用，所以它是一种很好的氟化剂。它可以氟化许多无机化合物，并且是一种选择性很好的无机物氟化剂。二氟化氙只有在气相和非水溶液中才具有氟化性质，在水溶液中它只能起氧化剂的作用。
生成氙化合物
二氟化氙中的氟可被电负性较强的基团取代，生成氟化氙的衍生物。这是目前制取氙化合物的重要途径之一。
| 反应物HA | 生成的氙化合物 | |
|---|---|---|
| 一取代物 FXeA | 二取代物 XeA2 | |
| HOSO2F | FXeOSO2F 无色固体 | Xe(OSO2F)2 灰黄色固体 |
| HOClO3 | FXeOClO3 无色物（熔点16.5 °C） | Xe(OClO3)2 >0 °C为红色液体并分解 |
| HOTeF5 | FXeOTeF5 灰黄色液体 | Xe(OTeF5)2 无色固体 |
| HOSeF5 | FXeOSeF5 浅黄色液体 | Xe(OSeF5)2 晶体 |
| HOSO2CF3 | FXeOSO2CF3 <0 °C为无色固体 | / |
| HOSO2CH3 | FXeOSO2CH3 <0 °C为无色固体 | / |
| 无水HNO3 | FXeNO3 红棕色 | Xe(NO3)2 红棕色 |
| HOPOF2 | FXeOPOF2 灰黄色固体 | Xe(OPOF2)2 灰黄色固体 |
| HN(SO2F)2 | FXeN(SO2F)2 | / |
反应通式为：
- XeF2 + HA → FXeA + HF
- FXeA + HA → XeA2 + HF
其中HA是反应物，A是电负性较强的基团。
这些氙化合物的稳定性都不如二氟化氙，并且同水反应生成氙、氧和相应的酸。只有HOTeF5和HOSeF5形成的化合物较稳定，在100℃以上才开始分解。Xe(OTeF5)2与水反应很慢，但在碱性溶液反应剧烈。值得一提的是，核磁共振和拉曼光谱证实，FXeN(SO2F)2含有Xe-N键。FXeOSO2F一端与氟原子相连，另一端与氟磺酸基团中的氧相连。
同有机物的反应
有机化合物的氟化是近代化学的重要课题。用单质氟作氟化剂，由于技术和安全方面的困难，受到很大限制，反应剧烈不易控制，可引起有机化合物的断链，或者一直进行到生成全氟化合物。利用其他氟化剂，如氟化氢、某些金属氟化物、卤素氟化物，虽然也可以同有机化合物发生氟化取代反应，但反应物的产率一般都较低，选择性也较差。四氟化氙和六氟化氙同水易生成具有爆炸性的三氧化氙，而且六氟化氙的氟化-氧化性质太强，可引起有机物的断链。唯独二氟化氙的氟化性比较温和，又比较稳定，操作比较安全，而且反应物的产率和氟化选择性也都比较好。
非环化合物
用二氟化氙作氟化剂可以使烯烃的氟化反应得到一定的改善。气相氟化反应在室温下按下式进行：
二氟化氙能溶于乙腈中，在室温下只是单纯溶解，不发生化学反应；当升高温度到乙腈的沸点时，二氟化氙就对乙腈发生氟化。二氟化氙能溶于五氟化溴、氟化氢、五氟化碘、二氧化硫等之中，起初也不发生化学反应，但只要有痕量的路易斯酸存在时，二氟化氙就会同这些溶剂发生氟化-氧化反应。对于路易斯酸在这里所起的作用，有人提出如下解释：二氟化氙溶解在这些溶剂里呈分子状态，没有发生电离；当加入路易斯酸时，二氟化氙电离而产生XeF+：
- XeF2 + A(Lewis酸) → XeF+ + AF−
- 2XeF2 + A(Lewis酸) → Xe2F3+ + AF−
- XeF2 + A(Lewis酸) → XeF+ + AF−
XeF+和Xe2F3+的反应能力比二氟化氙强得多，所以在二氟化氙的乙腈溶液中只要有痕量的路易斯酸（如三氟化溴、五氟化砷、五氟化磷或四氟化钛）存在时，二氟化氙就会同乙腈发生反应而放出氙。
氟代硅烷是有实际意义的化合物。二氟化氙对硅烷（以乙腈为溶剂）的氟化有以下规律：含Si-Cl键的硅烷同二氟化氙反应时只需几分钟，就能完成氟同氯之间的交换反应，生成氟代硅烷；但二氟化氙不同Si-C，Si-O键反应。
- 2(CH3)3SiCl + XeF2 → 2(CH3)3SiF (100%) + Cl2 + Xe
- 2(C2H5)3SiCl + XeF2 → 2(C2H5)3SiF (100%) + Cl2 + Xe
- (CH3)2SiCl2 + XeF2 → (CH3)2SiF2 (100%) + Cl2 + Xe
二氟化氙对仅含Si-H键的硅烷不能直接发生氟化反应，但如果硅烷中同时含有Si-Cl键时，则能很快发生氟化反应。反应机理是二氟化氙首先同Si-Cl反应，释放出的氯随即将Si-H键转化为Si-Cl键。这样，二氟化氙就能将它进一步氟化成为二氟代硅烷了。
在氟化三甲基砷的时候，二氟化氙只会氟化砷原子，而不会影响甲基。[1]
(CH3)3As + XeF2 → (CH3)3AsF2 + Xe
碳环化合物
二氟化氙对碳环化合物具有优良的选择性氟化性能，比传统的氟化过程简便。
- 苯的氟化
二氟化氙对苯直接氟化制取氟苯有良好的效果，以四氯化碳为溶剂，产率为68%。反应机理为自由基反应。除氟代苯外，还生成了少量的联苯。苯的同系物甲苯、氯苯等同二氟化氙反应，也生成少量的联苯。体系的电子顺磁共振谱表明有对位R(C6H4)2R+ （R=CH3，Cl，F，F-C6H4-C6H4-）自由基存在。二氟化氙可将电极电势较高的化合物变为阳离子自由基，起到R(C6H4)2R+自由基生成剂的作用，有很重要的实际意义。
- 含苯氧基的化合物
- 含苯氧基（C7H7O）的氟化合物是有价值的药物，用传统的氟化方法合成流程较长。利用二氟化氙的选择性氟化性能，直接对苯环进行氟化，只需一步反应就可完成，例如：
- C6H5OCH3 + XeF2 -(CH2Cl2)→ C6H4(OCH3)F (71%)
- 稠环烃
- 二氟化氙可用于合成很多稠环烃的氟化物，如1,4-二氟代萘以及与蒽、芘反应的产物。
杂环化合物
5-氟代尿嘧啶（5-Fu, Fluorouracil）是一种有价值的药物，可用来抗癌。在生物化学方面，它是同核酸有关的一类化合物。在室温下尿嘧啶可以被二氟化氙一步直接氟化成为5-氟代尿嘧啶。
合成方法
合成二氟化氙的方法有：
- 单质合成：条件可以是加热、光合成、放电、电子束照射、γ-辐射或以氧或空气为载气反应，将装有单质混合物的透明容器于阳光下曝晒便可合成。整个合成过程必须保持氙过量，否则会有过多的副产物四氟化氙影响纯度：
- Xe + F2 → XeF2
- 其他氟化物氟化，可用的氟化试剂有四氟化碳、四氟化硅、五氟化铬、二氟二氯甲烷、二氟化二氧、氟氧基三氟甲烷(CF3OF)、二氟化二氧、二氟化二氮及氟磺酸氟等。
- Xe + 2CF4 -放电→ XeF2 + C2F6
- Xe + 2SiF4 -放电→ XeF2 + Si2F6
- Xe + CrF5 → XeF2 + CrF3
- Xe + CF2Cl2 → XeF2 （通过放电管）
- Xe + CF3OF → XeF2 （250atm，500K）
- Xe + FSO3F → XeF2 （150atm，450K）
- Xe + O2F2 → XeF2 + O2
- N2F2 + Xe → Xe的氟化物的混合物（80-150°C）
四氟化氙与氙发生归中反应：
- XeF4 + Xe -(高压)→ 2XeF2
参见
- 四氟化氙
- 六氟化氙
参考资料
- 冯光熙，黄祥玉。《无机化学丛书》第一卷。51页。
^ W. Henderson. Main group chemistry. Great Britain: Royal Society of Chemistry. 2000: 150. ISBN 0-85404-617-8.
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