이플루오린화 제논

3. 화학적 성질

이플루오린화 제논은 강한 산화제 및 플루오린화제로 작용하며, 다양한 유기 및 무기 화합물과 반응한다.

오불화 브로민, 삼불화 브로민, 오불화 요오드, 무수 불화 수소, 아세토니트릴과 같은 용매에 잘 용해된다.^[17] 불화 수소에서의 용해도는 29.95°C에서 100g HF 당 167g으로 높다.^[17]

이플루오린화 제논(XeF₂)은 금속 착물에서 리간드로 작용할 수 있다.^[17] 플루오린화 수소(HF) 용액에서 다음 반응이 일어난다.

:Mg(AsF₆)₂ + 4 XeF₂ → [Mg(XeF₂)₄](AsF₆)₂

결정학적 분석에 따르면 마그네슘 원자는 6개의 플루오린 원자와 배위되어 있다. 4개의 플루오린 원자는 4개의 이플루오린화 제논 리간드에 기인하며, 다른 두 개는 ''cis''-AsF6|AsF₆^-영어 리간드 쌍이다.^[23] 유사한 반응으로 Mg(AsF₆)₂ + 2 XeF₂ → [Mg(XeF₂)₂](AsF₆)₂ 이 있으며, 이 생성물의 결정 구조에서 마그네슘 원자는 팔면체 배위를 이루며 XeF₂ 리간드는 축 방향이고, AsF6|AsF₆^-영어 리간드는 적도 방향이다.

M이 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 납(Pb), 은(Ag), 란타넘(La), 또는 네오디뮴(Nd)일 수 있고 A가 비소(As), 안티모니(Sb) 또는 인(P)일 수 있는 [M^''x''(XeF₂)_''n''](AF₆)_''x'' 형태의 생성물과 같은 많은 반응이 관찰되었다.^[24]

2004년에는 양이온 중심의 일부가 XeF₂의 플루오린 원자에 의해서만 배위된 용매화물의 합성에 대한 결과가 발표되었다.^[25] 반응식은 다음과 같다.

:2 Ca(AsF₆)₂ + 9 XeF₂ → Ca₂(XeF₂)₉(AsF₆)₄

이 반응은 과량의 이플루오린화 제논이 필요하다. 염의 구조는 Ca²⁺ 이온의 절반은 이플루오린화 제논에서 나온 플루오린 원자에 배위되고, 다른 Ca²⁺ 이온은 XeF₂ 및 AsF6|AsF₆^-영어 모두에 배위된다.

이플루오린화 제논은 다른 제논 화합물을 합성하는 데 사용되는 중요한 출발 물질이다. 불안정한 유기제논 화합물인 Xe(CF₃)₂^영어는 육플루오로에테인을 조사(照射)하여 라디칼을 생성하고, 이 기체를 XeF₂ 위로 통과시켜 만들 수 있다. 생성된 왁스 모양의 흰색 고체는 실온에서 4시간 이내에 완전히 분해된다.^[18]

XeF⁺ 양이온은 이플루오린화 제논과 과량의 액체 오플루오린화 안티몬(SbF₅)과 같은 강한 플루오린화물 수용체를 결합하여 형성된다.

: XeF₂ + SbF₅ → XeF⁺ + SbF₆⁻

이 옅은 노란색 용액에 2–3 기압의 압력으로 제논 기체를 첨가하면 상자성 Xe₂⁺ 이온을 포함하는 녹색 용액이 생성되며,^[19] 이는 Xe−Xe 결합을 포함한다. ("apf"는 액체 SbF₅에서의 용액을 나타낸다.)

: 3 Xe_(g) + XeF⁺_(apf) + SbF₅_(l) ⇄ 2 Xe₂⁺_(apf) + SbF₆⁻_(apf)

이 반응은 가역적이다. 용액에서 제논 기체를 제거하면 Xe₂⁺ 이온이 제논 기체와 XeF⁺로 다시 변환되고, 용액의 색상은 옅은 노란색으로 돌아온다.^[20] 액체 HF가 존재하면 −30 °C에서 녹색 용액으로부터 짙은 녹색 결정을 침전시킬 수 있다.

: Xe₂⁺_(apf) + 4 SbF₆⁻_(apf) → Xe₂⁺[Sb₄F₂₁]⁻_(s) + 3 F⁻_(apf)

X선 결정학은 이 화합물의 Xe–Xe 결합 길이가 309 pm임을 나타내며, 이는 매우 약한 결합임을 시사한다.^[18] Xe₂⁺ 이온은 또한 짙은 녹색인 I₂⁻ 이온과 등전자성을 나타낸다.^[21][22]

3. 1. 합성

3. 2. 용해도

3. 3. 유도체

3. 4. 배위 화학

4. 응용

이플루오린화 제논은 유기 및 무기 화합물의 선택적 플루오린화에 사용되는 강력한 플루오린화제이자 산화제이다.^[26][27] 불소 이온 수용체와 함께 사용하면 XeF⁺ 및 Xe₂F₃⁺와 같이 더욱 강력한 플루오린화제를 형성한다.^[17]

이플루오린화 제논은 플루오린화할 원자에 대해 선택적이므로, 유기 화합물 내 다른 치환기를 건드리지 않고 헤테로 원자를 플루오린화하는 데 유용하다. 예를 들어 트라이메틸아르신 속 비소 원자는 플루오린화하지만, 메틸기는 건드리지 않는다.^[31]

또한, 이플루오린화 제논은 1995년 처음 시연된 미세 전자기계 시스템(MEMS) 생산에서 실리콘의 등방성 기체 에칭제로 사용된다.^[36] 상업용 시스템에서는 팽창 챔버를 이용한 펄스 에칭을 사용한다.^[37] 이플루오린화 제논은 에칭 속도가 비교적 높으며, 실리콘 에칭을 위해 반응성 이온 에칭이나 외부 에너지원을 필요로 하지 않는다.

4. 1. 플루오린화제

• '''산화 플루오린화''':

• '''환원 플루오린화''':

• '''방향족 화합물의 플루오린화''':

• '''알켄의 플루오린화''':

• '''라디칼 플루오린화''': 훈스디커형 반응에서 라디칼 탈카복실화 불소화 반응을 일으켜 라디칼 중간체를 생성하고 불소 전달원으로 사용된다.^[28][29] 아릴 실란으로부터 아릴 라디칼을 생성하는 데에도 사용된다.^[30]

4. 2. 에칭제

참조

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