- Właściwości halogenków alkilu
- Temperatury wrzenia i topnienia
- Biegunowość
- Siła rozpuszczalnika
- Nomenklatura
- Przykład
- Otrzymywanie
- Halogenacja światłem lub promieniowaniem ultrafioletowym
- Dodawanie węglowodorów lub halogenów do alkenów
- Reakcje
- Substytucja nukleofilowa
- Przykłady
- Eliminacja
- Synteza odczynników Grignarda
- Przykłady
- Aplikacje
- Rozpuszczalnik
- Synteza organiczna
- Przemysł farmaceutyczny
- Czynniki chłodnicze
- Bibliografia
Do halogenków alkilu są związki organiczne, w których atom węgla sp hybrydyzacji 3 jest kowalencyjnie związany z atomem fluorowca (F, Cl, Br, I). Z innej perspektywy wygodnie jest uprościć, założyć, że są to haloalkany; Są to alkany, w których część atomów H została zastąpiona atomami halogenu.
Ponadto, jak wskazuje jego nazwa, atomy halogenu muszą być połączone z grupami alkilowymi R, aby można je było uznać za tego typu halogenek; chociaż strukturalnie mogą być podstawione lub rozgałęzione i mieć pierścienie aromatyczne i nadal pozostają halogenkiem alkilu.
Cząsteczka 1-chlorobutanu, przykład halogenku alkilu. Źródło: Gabriel Bolívar.
Powyżej znajduje się cząsteczka 1-chlorobutanu, która odpowiada jednemu z najprostszych halogenków alkilu. Można zauważyć, że wszystkie jego węgle mają wiązania pojedyncze, a także SP 3 hybrydyzacji . Dlatego zielona kula, odpowiadająca atomowi Cl, jest połączona ze szkieletem pochodzącym z alkanobutanu.
Jeszcze prostsze przykłady niż 1-chlorobutan pochodzą z metanu: najmniejszego węglowodoru ze wszystkich.
Z jego cząsteczki CH 4 atomy H można zastąpić, czyli jodem. Jeśli zastąpisz H, otrzymasz CH 3 I (jodometan lub jodek metylu). Podstawiając dwa H, otrzymasz CH 2 I 2 (dijodometan lub jodek metylenu). Na koniec Is zastępuje wszystkie Hs dając CHI 3 (jodoform) i CI 4 (tetrajodek węgla).
Halogenki alkilowe charakteryzują się bardzo dużą reaktywnością, a ponieważ mają najwięcej elektroujemnych atomów w układzie okresowym, podejrzewa się, że poprzez nieskończone mechanizmy wywierają wpływ na matryce biologiczne.
Właściwości halogenków alkilu
Właściwości tej rodziny związków zależą od ich budowy molekularnej. Jednak w porównaniu z tymi z jego pochodnych alkanów można zauważyć znaczące różnice spowodowane prostym faktem posiadania wiązań CX (X = atom halogenu).
Oznacza to, że wiązania CX są odpowiedzialne za wszelkie różnice lub podobieństwa między jednym lub większą liczbą halogenków alkilu.
Po pierwsze, wiązania CH są prawie niepolarne, biorąc pod uwagę małą różnicę elektroujemności między C i H; Natomiast wiązania CX prezentują stały moment dipolowy, ponieważ halogeny są bardziej elektroujemne niż węgiel (zwłaszcza fluor).
Z drugiej strony, niektóre halogeny są lekkie (F i Cl), podczas gdy inne są ciężkie (Br i I). Ich masy atomowe również kształtują różnice w wiązaniach CX; i z kolei bezpośrednio na właściwościach halogenku.
Dlatego dodanie halogenów do węglowodoru jest równoznaczne ze zwiększeniem jego polarności i masy cząsteczkowej; jest to równoznaczne z uczynieniem go mniej lotnym (do pewnego punktu), mniej łatwopalnym i podwyższeniem jego temperatury wrzenia lub topnienia.
Temperatury wrzenia i topnienia
Mając powyższe na uwadze, rozmiary, a zatem i waga różnych halogenów są pokazane w kolejności rosnącej:
F <Cl <Br <I
Zatem można oczekiwać, że halogenki alkilu zawierające atomy F będą lżejsze niż te zawierające atomy Br lub I.
Na przykład rozważa się niektóre halogenki pochodzące z metanu:
CH 3 F <CH 3 Cl <CH 3 Br <CH 3 I.
CH 2 F 2 <CH 2 Cl 2 <CH 2 Br 2 <CH 2 I 2
I tak dalej w przypadku innych produktów pochodnych o wyższym stopniu halogenowania. Zwróć uwagę, że kolejność jest zachowana: halogenki fluoru są lżejsze niż halogenki jodu. Nie tylko to, ale także ich temperatury wrzenia i topnienia również są zgodne z tą kolejnością; RF wrze w niższych temperaturach niż RI ( w tym przypadku R = CH 3 ).
Podobnie wszystkie te ciecze są bezbarwne, ponieważ elektrony w ich wiązaniach CX nie mogą absorbować ani uwalniać fotonów, aby przejść przez inne poziomy energii. Jednak gdy stają się cięższe, mogą krystalizować i wyświetlać kolory (podobnie jak jodoform, CHI 3 ).
Biegunowość
Wiązania CX różnią się polaryzacją, ale w odwrotnej kolejności jak powyżej:
CF> C-Cl> C-Br> CI
Dlatego obligacje CF są bardziej polarne niż obligacje CI. Będąc bardziej polarnymi, halogenki RF mają tendencję do interakcji poprzez siły dipol-dipol. Tymczasem w halogenkach RBr lub RI ich momenty dipolowe są słabsze, a oddziaływanie rządzone przez siły dyspersji londyńskiej zyskuje większą siłę.
Siła rozpuszczalnika
Ponieważ halogenki alkilu są bardziej polarne niż alkany, z których pochodzą, zwiększają ich zdolność do rozpuszczania większej liczby związków organicznych. Z tego powodu są one lepszymi rozpuszczalnikami; nie oznacza to jednak, że mogą one wypierać alkany we wszystkich zastosowaniach.
Istnieją kryteria techniczne, ekonomiczne, ekologiczne i wydajnościowe, aby preferować rozpuszczalnik chlorowcowany nad alkanem.
Nomenklatura
Istnieją dwa sposoby na nazwanie halogenku alkilu: jego nazwą zwyczajową lub nazwą systematyczną (IUPAC). Nazwy zwyczajowe są zwykle wygodniejsze w użyciu, gdy RX jest proste:
CHCl 3
Chloroform: nazwa zwyczajowa
Trichlorek metylu lub trichlorometan: nazwa IUPAC.
Ale systematyczne nazwy są preferowane (i jedyna opcja), gdy masz rozgałęzione struktury. Jak na ironię, popularne nazwy znów się przydają, gdy struktury są zbyt skomplikowane (jak te, które zobaczysz w ostatniej sekcji).
Zasady nazywania związku zgodnie z systemem IUPAC są takie same jak w przypadku alkoholi: identyfikowany jest łańcuch główny, który jest najdłuższy lub najbardziej rozgałęziony. Następnie atrybuty są wymienione, zaczynając od końca najbliżej podstawników lub rozgałęzień, nazwanych w kolejności alfabetycznej.
Przykład
Aby to zilustrować, mamy następujący przykład:
Halogenek alkilu jako przykład nomenklatury. Źródło: Gabriel Bolívar.
Pierwsza gałąź to grupa metylowa na C-4; ale ponieważ istnieje podwójne wiązanie, zyskuje wyższy priorytet w stosunku do określonej reguły. Z tego powodu najdłuższy łańcuch zaczyna się od prawej strony, na czele z atomem węgla związanym z dwoma halogenami: Cl i Br.
Wraz z wyliczeniem podstawniki są nazwane w kolejności alfabetycznej:
1-bromo-1-chloro-4-metylo-2-heksen.
Otrzymywanie
Aby otrzymać halogenki alkilowe, cząsteczki muszą zostać poddane procesowi halogenowania; to znaczy, wprowadzenie atomów chlorowca struktur, zwłaszcza atom węgla z sp 3 .
Istnieją dwie metody ich otrzymywania lub syntezy: za pomocą promieniowania ultrafioletowego na zasadzie działania wolnych rodników lub przez dodanie wodorokwasów lub halogenów.
Halogenacja światłem lub promieniowaniem ultrafioletowym
Pierwsza, najmniej odpowiednia i o najgorszych parametrach, polega na napromieniowaniu alkanów promieniowaniem ultrafioletowym (hv) w obecności halogenu. Na przykład przedstawiono równania dotyczące chlorowania metanu:
CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCl (w świetle ultrafioletowym)
CH 3 Cl + Cl 2 => CH 2 Cl 2 + HCl
CH 2 Cl 2 + Cl 2 => CHCI 3 + HCl
CHCI 3 + Cl 2 => Cl 4 + HCl
Powstają cztery związki (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCI 3 i CCl 4 ), w związku z czym powstaje mieszanina, którą można poddać destylacji frakcyjnej. Jednak ta metoda jest niepraktyczna i preferowane jest uciekanie się do syntez organicznych.
Innym przykładem jest bromowanie n-heksanu:
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 + Br 2 => CH 3 (Br) CHCH 2 CH 2 CH 2 CH 3 + HBr
Ponownie, w tej reakcji promieniowanie świetlne lub ultrafioletowe jest wykorzystywane do promowania tworzenia się wolnych rodników. Brom, ponieważ jest ciemnoczerwoną cieczą, zmienia kolor podczas reakcji, obserwując w ten sposób zmianę koloru z czerwonego na bezbarwny, gdy tworzy się 2-bromoheksan.
Dodawanie węglowodorów lub halogenów do alkenów
Druga metoda otrzymywania halogenków alkilowych polega na traktowaniu alkoholi (ROH) lub alkenów (R 2 C = CR 2 ) węglowodorami. Wodoracydy mają ogólny wzór HX (HF, HCl, HBr i HI). Przykład zostanie pokazany przy użyciu etanolu dla każdego z nich:
CH 3 CH 2 OH + HF => CH 3 CH 2 F + H 2 O
CH 3 CH 2 OH + HCl => CH 3 CH 2 Cl + H 2 O
CH 3 CH 2 OH + HBr => CH 3 CH 2 Br + H 2 O
CH 3 CH 2 OH + HI => CH 3 CH 2 I + H 2 O
Podobnie, alkeny mogą dodawać cząsteczki HX do swoich podwójnych wiązań, tworząc drugorzędowe halogenki alkilu.
CH 2 = CH-CH 3 + HBr => BrCH 2- CH 2- CH 3 + CH 3 -CHBr-CH 3
Produkt BrCH 2 -CH 2 -CH 3 , jest 1-bromopropanu i CH 3 -CHBr-CH 3 2-bromopropanu. Drugi jest produktem większościowym, ponieważ jest to produkt o największej stabilności, podczas gdy pierwszy jest wytwarzany w mniejszym stopniu, ponieważ jest bardziej niestabilny. Jest tak dlatego, CH 3 CHBrCH 3 jest drugim halogenek alkilu.
Bardzo podobnie dzieje się, gdy to, co jest dodawane do alkenu, jest cząsteczką X 2 :
CH 2 = CH-CH 3 + Br 2 => BrCH 2 -CHBr-CH 3
Jednak otrzymuje się halogenek alkilu z dwoma atomami bromu związanymi z sąsiednimi atomami węgla; wicynalny halogenek alkilu. Z drugiej strony, gdybyś miał dwa bromy przyłączone do tego samego węgla, miałbyś geminalny halogenek alkilu, jak poniżej:
Br 2 CH-CH 2 -CH 3
Reakcje
Substytucja nukleofilowa
Reaktywności halogenków alkilu są oparte na kruchości lub sile wiązania CX. Im cięższy halogen, tym słabsze wiązanie, a zatem łatwiej będzie się zrywać. W reakcji chemicznej pękają wiązania i powstają nowe; wiązania CX są zrywane, tworząc wiązanie CG (G = nowa grupa).
W bardziej odpowiednich terminach X działa jako grupa opuszczająca, a G jako grupa wchodząca w reakcji podstawienia nukleofilowego. Dlaczego zachodzi taka reakcja? Ponieważ X, będąc bardziej elektroujemnym niż węgiel, „kradnie” gęstość elektronów, pozostawiając jej deficyt elektronów, który przekłada się na dodatni ładunek częściowy:
C δ + -X δ-
Jeśli ujemny (: G - ) lub obojętny gatunek z parą dostępnych elektronów (: G), zdolnym do tworzenia bardziej stabilnego wiązania CG, unosi się w pobliżu , X zostanie zastąpiony przez G. Powyższe można przedstawić następującym równaniem chemia:
RX +: G - => RG + X -
Im słabsze wiązanie CX lub RX, tym większa jest jego reaktywność lub tendencja do zastąpienia przez nukleofilowy (lub nukleofilowy) czynnik G; to znaczy miłośnicy jąder atomowych lub ładunków dodatnich.
Przykłady
Poniżej znajduje się seria ogólnych równań dla podstawień nukleofilowych, którym mogą podlegać halogenki alkilowe:
RX + OH - => ROH + X - (Alkohole)
+ I '- => ROR ' (etery, synteza Williamsona)
+ I - => RI (jodki alkilu)
+ CN - => RCN (nitryle)
+ R'COO - => RCOOR '(Estry)
+ NH 3 => RNH 2 (aminy)
+ P (C 6 H 5 ) 3 => RP (C 6 H 5 ) 3 + X - (sole fosfoniowe)
+ SH - => RSH (Tiole)
Na podstawie tych przykładów można już podejrzewać, jak cenne są halogenki alkilu w syntezach organicznych. Jednym z wielu podstawień, które pozostały do przytoczenia, jest reakcja Friedela Craftsa, używana do „dzierżawy” pierścieni aromatycznych:
RX + ArH + AlCl 3 => ArR
W tej reakcji H pierścienia aromatycznego jest zastępowane przez grupę R z RX.
Eliminacja
Halogenki alkilowe mogą uwalniać cząsteczki HX w wyniku reakcji eliminacji; w szczególności dehydrohalogenacja:
R 2 CH CXR 2 + OH - => R 2 C = CR 2 + HX
Uważa się, że dehydrohalogenacja zachodzi, ponieważ zarówno H, jak i X są tracone w tej samej cząsteczce HX.
Synteza odczynników Grignarda
Halogenki alkilu mogą reagować z niektórymi metalami, tworząc odczynnik Grignarda, używany do dodawania grup R do innych cząsteczek. Ogólne równanie jego syntezy jest następujące:
RX + Mg => RMgX
Przykłady
Kilka przykładów halogenków alkilu zostało już wspomnianych w różnych rozdziałach. Niektóre inne, proste, to:
-Chlorek etylu, CH 3 CH 2 Cl
-Fluorek izopropylu, (CH 3 ) 2 CH 2 F.
-2-metylo-3-chloropentan, CH 3 -CH (CH 3 ) -CHCl-CH 2 CH 3
-jodek sekbutylu, CH 3 CH 2 CH 2 I-CH 3
3-bromo-6-iodoheptane, CH 3 -CH 2 -CHBr-CH 2 -CH 2 -CH 2 I
-3,4-dibromo-1-penten, CH 3 -CHBr-CHBr-CH = CH 2
Aplikacje
Rozpuszczalnik
W poprzednich rozdziałach wspomniano o pojemności rozpuszczalników halogenków alkilowych. Przemysł wykorzystał tę właściwość, aby używać ich jako środków czyszczących, czy to do materiałów tekstylnych, elementów elektronicznych, czy do usuwania plam z lakieru.
Podobnie, są one używane jako rozpuszczalniki do farb lub próbki organiczne lub tłuste do niezliczonych rodzajów testów analitycznych.
Synteza organiczna
Halogenki alkilowe są bardzo przydatne do „alkilowania” pierścieni aromatycznych, będąc jednocześnie źródłem wyjściowym do syntezy praktycznie wszystkich innych rodzin związków organicznych. Syntetycznie RX jest uważane za źródło grup lub łańcuchów R, które mogą być pożądane do wbudowania w związki silnie aromatyczne.
Przemysł farmaceutyczny
Na początku wspomniano, że atomy halogenu oddziałują z biologicznymi matrycami, dzięki czemu w naszych organizmach nie mogą one pozostać niezauważone bez wytworzenia zmiany, pozytywnej lub negatywnej. Jeśli lek wywiera pozytywny wpływ na organizm, posiadanie atomu halogenu może, ale nie musi, nasilać się.
Następnie, jeśli X jest związane bezpośrednio z atomem węgla z sp 3 hybrydyzacji , trzeba halogenku alkilowego i nie chlorowcowaną pochodną. Niektóre z takich halogenków są pokazane poniżej na następującej serii zdjęć:
Fenoksybenzamina, lek stosowany w leczeniu ciśnienia krwi u pacjentów z guzem chromochłonnym. Źródło: Utent: Mark Pea.
Izofluran, wziewny środek znieczulający. Źródło: Benjah-bmm27.
Klindamycyna, antybiotyk. Źródło: M mitcheltree.
Pimekrolimus, stosowany w leczeniu atopowego zapalenia skóry. Czy potrafisz zlokalizować atom chloru? Źródło: MarinaVladivostok.
Halomon, możliwy środek przeciwnowotworowy i halogenek alkilu z wodorostów Portieria hornemannii, naturalnego źródła. Źródło: Jü
Należy zauważyć, że w tych pięciu leków znajduje się co najmniej jeden CH 2 -X lub CH-X wiązanie ; to znaczy, że chlorowiec jest dołączony do sp 3 węgiel .
Czynniki chłodnicze
Słynny czynnik chłodniczy Freon-12 (CHCIF 2 ), podobnie jak inne fluoroalkany lub wodorofluorowęglowodory, zastąpił w tej funkcji gazy amoniakalne i chlorofluorowęglowodory (CFC), ponieważ chociaż są one substancjami nielotnymi i nietoksycznymi, niszczą warstwę ozonową; podczas gdy Freon-12, będąc bardziej reaktywnym, ulega zniszczeniu przed osiągnięciem takiej wysokości.
Bibliografia
- Carey F. (2008). Chemia organiczna. (Wydanie szóste). Mc Graw Hill.
- Clark Jim. (14 lipca 2016). Zastosowania halogenków alkilowych. Chemistry LibreTexts. Odzyskane z: chem.libretexts.org
- Gál, B., Bucher, C. i Burns, NZ (2016). Chiralne halogenki alkilowe: niedocenione motywy w medycynie. Marine Drugs, 14 (11), 206. doi: 10.3390 / md14110206
- Halogenki alkilowe. Odzyskany z: chemed.chem.purdue.edu
- Patkar Prachi. (16 lipca 2017). Wszystko o halogenkach alkilu: właściwości, zastosowania i wiele więcej. Nauka uderzyła. Odzyskany z: sciencestruck.com
- R. Ship. (2016). Halogenki alkilowe. Odzyskane z: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Przewodnik do rozdziału 9 - Halogenki alkilowe I. Źródło: cactus.dixie.edu
- QA Eduardo Vega Barrios. (sf). Halogenki alkilowe: właściwości, zastosowania i zastosowania. [PDF. Odzyskany z: cvonline.uaeh.edu.mx