사플루오린화 황
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1. 개요
사플루오린화 황(SF₄)은 황 원자가 +4의 산화수를 가지며 시소 형태의 구조를 갖는 무기 화합물이다. 이 화합물은 실험실에서 황과 플루오린화 코발트(III)를 사용하여 제조하거나, 산업적으로 염화 황과 플루오린화 나트륨의 반응을 통해 생산된다. 유기 합성에서 COH 및 C=O기를 CF 및 CF₂기로 전환하는 데 사용되며, SF₅Cl, 이산화 황, 아미노황 디플루오라이드 등의 화합물 합성에 활용된다. 사플루오린화 황은 폐 내 수분과 반응하여 유독한 이산화 황과 불산을 생성하며, 독성을 띤다.
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사플루오린화 황 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
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일반 정보 | |
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IUPAC 이름 | 사플루오린화 황(IV) |
다른 이름 | 사플루오린화 황 |
CAS 등록번호 | 7783-60-0 |
UN 번호 | 2418 |
PubChem CID | 24555 |
ChemSpider ID | 22961 |
ChEBI | 30495 |
SMILES | FS(F)(F)F |
InChI | 1/F4S/c1-5(2,3)4 |
InChIKey | QHMQWEPBXSHHLH-UHFFFAOYAT |
표준 InChI | 1S/F4S/c1-5(2,3)4 |
표준 InChIKey | QHMQWEPBXSHHLH-UHFFFAOYSA-N |
속성 | |
화학식 | SF₄ |
분자량 | 108.07 g/mol |
외형 | 무색 기체 |
밀도 | 1.95 g/cm³, -78 °C |
용해도 | 반응함 |
녹는점 | -121.0 °C |
끓는점 | -38 °C |
증기압 | 10.5 atm (22 °C) |
구조 | |
분자 모양 | 시소 (C₂ᵥ) |
쌍극자 모멘트 | 0.632 D |
위험성 | |
주된 위험 | 높은 반응성 및 독성 기체 |
NFPA 704 | "보건: 3" "화재: 0" "반응성: 2" "특수: W" |
즉시 생명 및 건강에 위험한 농도 (IDLH) | 자료 없음 |
허용 노출 기준 (PEL) | 없음 |
권장 노출 기준 (REL) | C 0.1 ppm (0.4 mg/m³) |
관련 화합물 | |
다른 양이온 | 산소 이플루오린화물 셀레늄 사플루오린화물 텔루륨 사플루오린화물 |
다른 황 불화물 | 이황화 이플루오린화물 이플루오린화 황 데카플루오린화 이황 육플루오린화 황 |
다른 음이온 | 이염화 황 이브롬화 이황 삼플루오린화 황 |
관련 화합물 | 플루오린화 티오닐 |
2. 구조
사플루오린화 황은 실험실 환경과 산업 환경에서 서로 다른 방식으로 제조된다. 실험실에서는 주로 원소 황과 플루오린화 코발트(III)를 반응시켜 얻는다.[5] 산업적으로는 이염화 황과 플루오린화 나트륨을 반응시켜 대량 생산하며[6], 특정 조건 하에서는 황과 염소를 직접 사용하거나[7][8] 브롬을 이용하는 방법도 있다.[9]
SF₄ 내의 황은 +4 산화수를 가지며, 하나의 비공유 전자쌍을 갖는다. SF₄ 내의 원자들은 시소 형태로 배열되어 있으며, 황 원자가 중심에 위치한다. 세 개의 적도 위치 중 하나는 비결합 비공유 전자쌍이 차지한다. 결과적으로, 분자는 두 개의 뚜렷한 유형의 F 리간드를 가지며, 두 개의 축방향(axial) 리간드와 두 개의 적도 방향(equatorial) 리간드를 갖는다. 관련 결합 거리는 S–Fax = 164.3 pm이고 S–Feq = 154.2 pm이다. 초원자가 분자에서 축방향 리간드가 덜 강하게 결합되는 것은 일반적이다.
SF₄의 19F NMR 스펙트럼은 하나의 신호만 나타내며, 이는 축방향 및 적도 방향 F 원자 위치가 가상 회전을 통해 빠르게 상호 변환됨을 나타낸다.[4]
3. 제조
3. 1. 실험실적 제조
실험실 규모에서는 원소 황(S)과 플루오린화 코발트(III)(CoF3)를 반응시켜 사플루오린화 황(SF4)을 제조한다.[5]
:S + 4CoF3 → SF4 + 4CoF2
3. 2. 산업적 제조
사플루오린화 황은 산업적으로 염화 황(SCl2)와 플루오린화 나트륨(NaF)의 반응을 통해 생산되며, 이때 아세토니트릴이 촉매로 사용된다.[6]
:3 SCl2 + 4 NaF → SF4 + S2Cl2 + 4 NaCl
더 높은 온도(예: 225°C–450°C)에서는 용매 없이 반응을 진행할 수 있다. 또한, 염화 황 대신 원소 황(S)과 염소(Cl2)를 직접 사용할 수도 있다.[7][8]
상기 염소화 공정 대신, 비교적 낮은 온도(예: 20°C–86°C)에서 액체 브롬(Br2)을 산화제 및 용매로 사용하는 방법도 있다.[9]
:S(s) + 2 Br2(l; excess) + 4 KF(s) → SF4↑ + 4 KBr(brom)
4. 유기 플루오린 화합물 합성에 응용
유기 합성에서 SF4는 COH기와 C=O기를 각각 CF기와 CF2기로 전환하는 데 사용된다.[10] 이러한 전환의 효율성은 매우 다양하다.
실험실 환경에서는 SF4 대신 더 안전하고 다루기 쉬운 디에틸아미노황 트리플루오라이드(DAST, 화학식: (C2H5)2NSF3)가 사용되는 추세이다.[11] DAST는 SF4를 이용하여 다음 반응을 통해 합성할 수 있다.[12]
SF4 + (CH3)3SiN(C2H5)2 → (C2H5)2NSF3 + (CH3)3SiF
5. 기타 반응
염화 플루오린화 황(SF5Cl)은 SF5 그룹의 유용한 공급원으로, 사플루오린화 황(SF4)으로부터 다음과 같이 제조된다.[13]
:SF4 + Cl2 + CsF → SF5Cl + CsCl
SF4의 가수분해는 이산화 황(SO2)을 생성한다.[14]
:SF4 + 2 H2O → SO2 + 4 HF
이 반응은 중간 생성물로 플루오린화 티오닐을 거치지만, 일반적으로 SF4를 시약으로 사용하는 데 방해가 되지는 않는다.[6]
아민을 SF4 및 염기와 함께 처리하면 아미노황 디플루오라이드가 생성된다.[15]
6. 독성
폐 내에서 수분과 반응하여 이산화 황과 불화 수소를 형성하며, 이는 유독하고 부식성이 강한 불산을 생성한다.
참조
[1]
논문
Structure and Dipole Moment for SF4
[2]
간행물
PGCH|0580
[3]
백과사전
J. Wiley & Sons
2004
[4]
서적
Inorganic Chemistry
Academic Press
2001
[5]
백과사전
Fluorine compounds: Sulfur tetrafluoride
https://archive.org/[...]
Academic Press
[6]
서적
Inorganic Syntheses
1963
[7]
논문
The Chemistry of Sulfur Tetrafluoride. I. The Synthesis of Sulfur Tetrafluoride
1960
[8]
특허
Synthesis of Sulfur Tetrafluoride
[9]
논문
A simplified and efficient bromine-facilitated SF4-preparation method
2010
[10]
간행물
1,1,1-Trifluoroheptane
[11]
백과사전
"''N'', ''N''-Diethylaminosulfur Trifluoride"
J. Wiley & Sons
2004
[12]
간행물
Diethylaminosulfur Trifluoride
[13]
서적
Inorganic Syntheses
McGraw-Hill
1966
[14]
서적
Chemistry of the Elements
Butterworth-Heinemann
[15]
논문
Novel generation of benzonitrile-N-sulfide
1975
[16]
서적
A Bridge not Attacked: Chemical Warfare Civilian Research During World War II
World Scientific
[17]
논문
Structure and Dipole Moment for SF4
[18]
간행물
PGCH|0580
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