• » Familles et nomenclature

    • Familles et nomenclature

    12 juillet 2019

    How Can We Help?

    Familles et nomenclature

    Crée le
    parJean-Louis CRABOS
    You are here:
    Retour

    Table des matières 

    Familles et nomenclature

    Les Substances Perfluoroalkylées (PFAS) rassemblent un grand nombre de molécules qui peuvent être regroupées par familles. Il existe différentes classifications dans la littérature scientifique. Le classement présenté ici est celui proposé par Buck et al. (2011)1 et a été réalisé en fonction de la structure chimique des molécules.

    Schématisations des familles de PFAS d’après la classification proposée par Buck et al. 2011

    Les non-polymères

    Les non polymères se divisent en deux grandes catégories :

    • les Perfluoroalkyles : substances aliphatiques pour lesquelles tous les atomes d’hydrogènes (H) attachés aux atomes de carbone (C) ont été remplacés par des atomes de fluor (F) exceptés les atomes liés au groupe fonctionnel.
    • les Polyfluoroalkyles : substances aliphatiques pour lesquelles tous les atomes d’hydrogènes (H) attachés à au moins un carbone de la chaîne ont été remplacés par des atomes de fluor.
    Schématisation de la différence entre Per- et Polyfluoroalkyl à partir d’un composé organique

    Les perfluoroalkyles

    Les perfluoroalkyles regroupent sept familles de PFAS :

    • Les PFCs, les perfluorocarbures composés uniquement de carbones et de fluor : parmi eux se trouvent les perfluoroalcanes (CnF2(n+1)), perfluoroalcènes, les cycles..
    • Les PFAIs, les perfluoralkyles iodés (CnF2n+1I)
    • Les PASFs, les perfluoroalkyles sulfonides fluorures (CnF2n+1SO2F)
    • Les FASAs, les pefluoroalcanes sulfonamides (CnF2n+1SO2NH2)
    • Les PAFs, les fluorures de perfluoroalcanoyle (CnF2n+1COF)
    • Les PFALs et PFAL-H2Os, les aldéhydes de perfluoroalkyles (CnF2n+1CHO) et les hydrates d’aldéhydes de perfluoroalkyles (CnF2n+1CH(OH)2)
    • Les PFAAs, les perfluoralkyles acides, divisés en sous-familles

    Les PFAAs

    Les PFAAs sont des perfluoroalkyles acides, capables de libérer des protons (H+). Ils sont divisés en cinq sous-familles :

    • les PFCAs, les acides carboxyliques perfluorés (CnF2n+1COOH)
    • les PFSAs, les acides perfluorosulfoniques (CnF2n+1SO3H)
    • les PFSiAs, les acides perfluorosulfiniques (CnF2n+1SO2H)
    • les PFPAs, les acides perfluorophosphoniques (O=P(OH)2CnF2n+1)
    • les PFPiAs, les acides perfluorophosphiniques (O=P(OH)(CnF2n+1)(CmF2m+1))

    Les polyfluoroalkyles

    Les Fluorotélomères

    Les fluorotélomères (Ft) sont produits à partir des PFAIs. Il sont composés d’une chaîne perfluorée liée à des atomes de carbones (souvent au nombre de deux) porteurs d’hydrogène. Ils se différencient par les fonctions  qui les composent (alcool, ester, alcène, aldéhydes …). Ainsi il existe vingt sous-familles:  

    • les n:2 FTIs, les fluorotelomères iodés (n:2 CnF2n+1C2H2+1I)
    • les n:2 FTOs, les fluorotelomères d’olefines (n:2 CnF2n+1CH=CH2)
    • les n:2 FTOHs, les fluorotelomères d’alcool (n:2 CnF2n+1CH2CH2OH)
    • les n:2 FTACs, les fluorotelomères d’acrylates (n:2 CnF2n+1CH2CH2OC(O)CH=CH2)
    • les n:2 FTMACs, les fluorotelomères de methacrylates (n:2 CnF2n+1CH2CH2OC(O)C(CH3)CH2)
    • les PAPs, les phosphates fluorotélomères ou polyfluoroalkyles phosphoriques esters acides (CnF2n+1CH2CH2O)xP(=O)(OH)3-x où x varie entre 1 et 2 correspondant respectivement aux monoPAPs et aux diPAPs)
    • les SFAs et SFAenes, les alcanes et alcènes semi-fluorés CnF2n+1(CH2)mH et CnF2n+1CH=CH(CH2)m-2H (où 6<n<16 et 2<m<16)
    • les n:2 FTSAs, les fluorotelomères d’acide sulfonique (n:2 CnF2n+1CH2CH2SO3H) pouvant aussi se trouver sous leur forme anionique en tant que fluorotélomères sulfonates (FtS) (n:2 CnF2n+1CH2CH2SO3–)
    • les n:2 FTALs et FTUALs, les fluorotélomères d’aldéhydes (n:2 CnF2n+1CH2CHO)   et fluorotélomères d’aldéhydes insaturé  (n:2 CnF2n+1CF=CHCHO)
    • les n:2 FTCAs et FTUCAs, les fluorotélomères d’acides carboxyliques (n:2 CnF2n+1CH2COOH) et les fluorotélomères d’acides carboxyliques insaturés (n:2 CnF2n+1CF=CHCOOH)
    • les n:3 Acids et UAcids, les acides (n:3 CnF2n+1CH2CH2COOH) et les acides insaturés (n:3 CnF2n+1CH=CHCOOH)
    • les n:2 FTEOCs, les fluorotélomères éthoxycarboxylates (n:2 CnF2n+1CH2CH2OCH2COOH)2
    • les n:2 FTSs, les fluorotélomères monoester stéariques (n:2 CnF2n+1CH2CH2OC(O)C17H35)*
    • les n:2 TBCs, les fluorotélomères triester citriques (n:2 CnF2n+1CH2CH2OC(O)C(OH)(CH2C(O)O–CH2CH2CnF2n+1)2)*
    • les n:2 FT Ketone, les fluorotélomères à cétones (n:2 CnF2n+1C(O)CH3)
    • les n:3 ketone aldéhydes, les fluorotélomères d’aldéhydes à cétone (n:3 CnF2n+1C(O)CH2CHO)*
    • les n:2 FtTAoSs, les flurorotélomères thioamides sulfonates (n:2 CnF2n+1CH2CH2SCH2CH2C(O)NHC(CH3)2CH2SO3–)*
    • les n:2 FtTHN+, les fluorotélomères thiohydroxy ammonium (n:2 CnF2n+1CH2CH2SCH2C(OH)CH2N(CH3)3+)*
    • les n:2 FtSaB, les fluorotelomères sulfonamide bétaïnes (n:2 CnF2n+1CH2CH2SO2NHCH2CH2CH2N+(CH3)2CH2COO–)*
    • les n:2 FtSaAm, les fluorotélomères sulfonamide amine (n:2 CnF2n+1CH2CH2SO2NHCH2CH2CH2NH+(CH3)2)*
    • les n:1:2 FtB et les n:3 FtB, les fluorotélomères bétaines (n:1:2 CnF2n+1CH(F)CH2CH2N+(CH3)2CH2COO– et n:3 CnF2n+1CH2CH2CH2N+(CH3)2CH2COO–)*

    * Les molécules marquées d’une astérisque ont été ajoutées à la classification suite à la lecture d’un article de Ruan et al. (2015)3

    Les dérivés des sulfonamides

    Il existe un groupe de substances composé d’un sulfonamide (FASA) et d’une chaîne carbonée porteuse d’hydrogènes. Ces composés sont divisés en plusieurs sous-familles qui se différencient par la fonction qu’elles portent :

    • les N-FASAs, les N-Alkyles sulfonamide perfluoroalkane comportant les MeFASAs, et les EtFASAs, les BuFASAs de formule générale : CnF2n+1SO2NH(R) où R peut être un groupement Méthyle, Ethyle ou Butyle (R=CmH2m+1 avec m=1,2 ou 3)
    • les FASEs et les N-FASEs (comportant les MeFASEs, les EtFASEs, les BuFASE), les perfluoroalkanes suflonamido-éthanoïques de formule générale : CnF2n+1SO2N(R)CH2CH2OH (où R=CmH2m+1 avec m=0,1,2 ou 3)
    • les N-FAS(M)ACs, les N-Alkyles  perfluoroalkanes sulfonamidoéthyles acrylates et methacrylates (comprenant les MeFAS(M)ACs, EtFAS(M)ACs, BuFAS(M)ACs) de formule générale : CnF2n+1SO2N(R)CH2CH2OC(O)CH=CH2 et CnF2n+1SO2N(R)CH2CH2OC(O)C(CH3)=CH2 (où R=CmH2m+1 avec m=1,2 ou 3)
    • les FASAAs et N-FASAAs (comportant les MeFASAAs, les EtFASAAs, les BuFASAAs), les acides perfluoroalkanes suflonamido acétiques de formule générale : CnF2n+1SO2N(R)CH2COOH (où R=CmH2m+1 avec m=0,1,2 ou 3)
    • les PFASaAm (qui selon la nomenclature de Buck et al. pourraient être appelés FASaAms), les perfluoroalkyles sulfonamido-amines (CnF2n+1SO2NHCH2CH2NH+(CH3)2)4
    • les PFASaAmA (qui selon la nomenclature de Buck et al. pourraient être appelés FASaAmAs), les perfluoroalkyles sulfonamido-amino carboxylates (CnF2n+1SO2N(CH2CH2COO–)CH2CH2CH2NH+(CH3)2)5
    • les SAmPAPs (CnF2n+1SO2N(CH2CH3)CH2CH2OPO(ONa)2)

    Les PFECAs et PFESAs

    Les acides carboxyliques perfluorés éther (PFECAs) et les acides perfluorosulfoniques éther (PFESAs) ont pour formule générale : CnF2n+1OCmF2m-R, où R peut être de la forme -COOH, -SO2H, -OCxF2xCOOH.

    Dans la littérature6, ces composés sont parfois classés parmi les PFAAs.

    Les polymères

    Ce sont tous les polymères pour lesquels un ou plusieurs PFAS est utilisé lors de sa synthèse en tant que monomère ou adjuvant. Ils sont tous capables d’engendrer des pertes de PFAS lors de leur production ou de leur dégradation.

    Les perfluoropolyethers (PFPEs)

    Les perfluoropolyethers (PFPEs) disposent d’un squelette composé d’atomes d’oxygène et d’atomes de carbone auxquels sont attachés des atomes de fluor. Les atomes d’oxygène sont placés entre les chaînes carbonées de même taille. Par exemple : F-(CmF2mO-)nCF3 et HOCH2O-[CmF2mO-]nCH2OH.

    Polymères à ramifications fluorées

    Ces polymères possèdent un squelette non-fluoré mais présentent des ramifications fluorées. On peut distinguer trois sous-familles qui se différencient par la manière dont la chaîne perfluorée est raccordée à la chaîne principale :

    • les polymères d’acrylate et métacrylate fluorés
      • Acrylate : Squelette-CH-C(O)O-X-CnF2n+1*
      • Méthacrylate : Squelette-C(CH3)-C(O)O-X-CnF2n+1*
    • les polymères d’urethane fluorés : Squelette-NHC(O)O- X-CnF2n+1*
    • les polymères d’oxetane fluorés : Squelette-CH2OCH2-R (où R=CF3, C2F5,CH2C4F9)

    *où X est CH2CH2  ou CH2CH2N(R’)SO2 avec R’=CnH2n+1 (n=0,1,2,4)

    Les fluoro-polymères

    Les fluoropolymères sont issus d’une co(polymérisation) de monomères oléfiniques (alcène) dont au moins un contient une liaison fluor à l’un ou aux deux carbone(s) oléfiniques (doublement liés). Ainsi se forme un squelette carboné directement lié à des atomes de fluor.

    Exemples :

    • Polytetrafluoroéthylène (PTFE) -(CF2CF2)n–
    • Polyfluorure de vinylidène (PVDF) -(CH2CF2)n–
    • Polyfluorure de vinyle (PVF) -(CH2CHF)n–
    • Éthylène propylène fluoré (FEP) -(CF2CF2)n-(CF(CF3)CF2)m–

    Nomenclature des substances individuelles

    La plupart des substances individuelles sont nommées par des sigles qui reprennent celui de la famille ou sous-familles à laquelle ils appartiennent en remplaçant une lettre par autre indiquant le nombre de carbone présents dans la chaîne perfluorée (n). Des exemples sont donnés dans le tableau ci-dessous :

    n 4 5 6 7 8 9 10 11 12
    Lettre(s)

    (Nomenclature)

    		 B

    (But-)

    		 Pe

    (Pent-)

    		 Hx

    (Hex-)

    		 Hp

    (Hept-)

    		 O

    (Oct-)

    		 N

    (Non-)

    		 D

    (Déca-)

    		 Un

    (Undéc-)

    		 DoD

    (Dodéca-)
    PFCAs* PFBA PFPeA PFHxA PFHpA PFOA PFNA PFDA PFUnA PFDoDA
    PFSAs PFBS PFHxS PFOS PFDS
    FASAs FBSA FHxSA FOSA

    *Dans le cas des PFCAs, n représente le nombre de carbones contenus dans la molécule.

    Autres nomenclatures et groupes

    Dans la littérature on peut trouver d’autres nomenclatures ou groupes non définis par la classification de Buck et al. (2011). L’OCED (2018)7 propose de compléter cette dernière en y ajoutant :

    • les dérivés des alcènes perfluorés (e.g. [(CF3)2CF]2C=C(CF3)(OC6H4SO3Na))
    • les alcools perfluoroalkylés (CnF2n+1OH), les kétones perfluoroalkylées (CnF2n+1C(O)CmF2m+1) et les semi-kétones perfluoroalkylées (CnF2n+1C(O)CmH2m+1)
    • les composés aromatiques à ramifications fluorées
    • les hydrofluorocarbones (HFCs, CnF2n+1CmH2m+1), les hydrofluoroéthers (HFEs, CnF2n+1OCmH2m+1) et les hydrofluoroolefines (HFOs, CnF2n+1C(O)CmH2m+1CH=CH2)

    Mais les molécules sont aussi associées en fonction de leurs propriétés et de leur comportement. On retrouve notamment :

    • les “long-chains” et “short-chains PFAS”, les propriétés des PFAS varient en fonction de leur longueur de chaîne (CnF2n+1-R)
      • les short-chains désignent les C3 à C7 PFCAs et les PFSAs ayant une chaîne perfluorée inférieure à 6.
      • les long-chains désignent les PFCAs et les PFSAs ayant un squelette carboné de plus de 8 et 6 carbones respectivement
    • les nPFAS, sigle pour “neutral PFAS”, un groupe de composés très volatils
    • les précurseurs, regroupant les PFAS qui, lors de leur dégradation, produisent d’autres PFAS plus stables (souvent des PFAAs)
    1. Buck et al. (2011). Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances in the Environment : Terminology, Classification, and Origins. Integrated Environmental Assessment and Management, 2011, 7, 513-541.
    2. Cette sous-famille n’est pas présente dans la nomenclature de Buck et al. (2011), elle a été rajoutée par ailleurs suite à la lecture de Gremmel, C.; Frömel, T. et Knepper, T. P. (2017). HPLC–MS/MS methods for the determination of 52 perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances in aqueous samples. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2017, 409, 1643-1655.
    3. Ruan, T. et al. (2015). Methodology for studying biotransformation of polyfluoroalkyl precursors in the environment. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2015, 67, 167 – 178.
    4. Ruan, T. et al. (2015). Methodology for studying biotransformation of polyfluoroalkyl precursors in the environment. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2015, 67, 167 – 178.
    5. Ruan, T. et al. (2015). Methodology for studying biotransformation of polyfluoroalkyl precursors in the environment. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2015, 67, 167 – 178.
    6. Wang, Z. ; DeWitt, J.C. ; Higgins, C.P. et al. A Never-Ending Story of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFASs)? Environ. Sci. and Technol., 2017, 51 (5), 2508−2518
    7. OCED (2018). Toward a new comprehensive global database of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFASs) : Summary report on updating the OECD 2007 list of Per- and Polyfluoroalkyl Substance
    Dernière mise à jour :
    Tags:

    Document à télécharger

    Ruan 2015_Trends in Analytical Chemistry
    1,71 Mo - 29/06/2022 17:39
    Gremmel 2017_Analytical Bioanalytical Chemistry
    987,66 Ko - 29/06/2022 17:39
    Buck 2011_Integr Env Assess Manag
    1,45 Mo - 29/06/2022 17:39