Fluorierung

Fluorierung ist die Einführung des chemischen Elements Fluor in organische Verbindungen mit Hilfe von Fluorierungsmitteln. Sie ist ein Spezialfall der Halogenierung. Fluor ist das reaktivste und elektronegativste aller Elemente, und seine Einführung in Moleküle kann deren Eigenschaften signifikant verändern.

Bei den betreffenden Reaktionen werden vorrangig Chlor- oder Wasserstoff-Atome durch Fluor-Atome ersetzt.

Fluoridierung hingegen bedeutet die Anreicherung von Speisesalz, Wasser oder anderen Lebensmitteln zur Karies-Prophylaxe in der Bevölkerung.

Fluorierungsmittel

Elektrophile Fluorierungsreagentien

Als Fluorierungsmittel kommen unter anderem folgende Stoffe bzw. Stoffgruppen zum Einsatz:

• gasförmiges Fluor
• Fluorwasserstoff
• Fluorwasserstoff-Pyridin-Gemische
• Alkalifluoride
• Aluminiumfluoride
• quartäre Ammoniumfluoride
• Antimonfluoride
• Carbonsäurefluoride
• Chromfluoride
• Cobalt(III)-fluorid
• Halogenfluoride (z. B. Iodpentafluorid)
• Molybdänfluorid
• Quecksilber(I)-fluorid
• Schwefel(IV)-fluorid
• Silberfluorid
• Sulfosäurefluoride
• Xenonfluoride und andere Edelgas-Verbindungen

Reaktionen

Substitution anderer Halogenatome

In hochreaktiven Organohalogenverbindungen (benzylische und Allylhalogenide) können Halogenatome direkt durch wasserfreien Fluorwasserstoff substituiert werden. So gelingt die Umsetzung von Benzotrichlorid zu Benzotrifluorid oder von Tritylchlorid zu Tritylfluorid. Weniger reaktive Verbindungen können nur unter Zusatz einer Lewis-Säure fluoriert werden (Swarts-Reaktion). Dabei kommt beispielsweise Antimontrifluorid, Antimontrifluorid / Antimonpentachlorid, Antimonpentafluorid oder Antimondichloridtrifluorid zum Einsatz. Eine weitere Reaktionsmethode ist die Fluorierung mit Fluorwasserstoff und einem Chrom(III)-Katalysator.

Mit der Swarts-Reaktion lassen sich Fluoralkane oder Chlorfluoralkane gewinnen. Sie stellt eine Variante der Finkelstein-Reaktion dar. Dabei werden Silber-, Quecksilber(I)- oder Kaliumfluorid verwendet, um in Monohalogenalkanen (Alkylmonohalogeniden) das Halogen-Atom gegen Fluor auszutauschen, z. B.

$\mathrm {2\ R{-}X\ +\ Hg_{2}F_{2}\longrightarrow \ 2\ R{-}F\ +\ Hg_{2}X_{2}}$

$\mathrm {(X\ {=}\ Cl,\ Br,\ I)}$

Schiemann-Reaktion

Mit der Schiemann-Reaktion sind fluorierte Aromaten zugänglich.

Ionenaustauscher

Fluor lässt sich auch durch an Ionenaustauscher gebundene quartäre Ammoniumfluoride einführen.

Elektrofluorierung/Simons-Prozess

Die Elektrofluorierung ist ein elektrochemischer Prozess, mit dem perfluorierte Verbindungen hergestellt werden können.

Beim sogenannten Simons-Prozess werden in Fluorwasserstoff gelöste Carbonsäure- oder Sulfosäurefluoride in Nickel-Zellen elektrolysiert (anodische Fluorierung), wobei ein vollständiger Austausch von Wasserstoff durch Fluor erfolgt.

Fluortelomerisierung

Neben der Elektrofluorierung ist die Fluortelomerisierung eine weitere Möglichkeit, um perfluorierte Tenside (PFT) zu erzeugen.

Fluorierung einer Kunststoffoberfläche

Bei der Fluorierung kommt es zu einer chemischen Reaktion zwischen Fluor-Stickstoff und einer Kunststoffoberfläche. Dafür wird in einer Reaktorkammer bis zur Druckuntergrenze evakuiert und mit Fluor-Stickstoff geflutet. Dabei oxidiert die Oberfläche des Kunststoffes und richtet sich polar aus, ohne weiter in das Substrat einzudringen und Eigenschaften negativ zu verändern.

Dieses Verfahren ist auch bei komplexen Geometrien mit Hohlräumen anwendbar.

Literatur

• H. Beyer, W. Walter: Lehrbuch der Organischen Chemie. 20. Aufl., Hirzel, Stuttgart, 1984. S. 135–136, 446.
• Eintrag zu Fluorierung. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 2. Januar 2015.