HjemKjemiALKYLHALOGENIDER: EGENSKAPER, PRODUKSJON, EKSEMPLER - KJEMI - 2026
ALKYLHALOGENIDER: EGENSKAPER, PRODUKSJON, EKSEMPLER - KJEMI - 2026
Kjemi

ALKYLHALOGENIDER: EGENSKAPER, PRODUKSJON, EKSEMPLER - KJEMI - 2026

Anonim

De alkylhalogenider er organiske forbindelser, hvor et karbonatom sp hybridisert 3 er kovalent bundet til et halogen (F, Cl, Br, I). Fra et annet perspektiv er det praktisk å forenkle å anta at de er haloalkaner; Dette er alkaner som noen H-atomer er erstattet med halogenatomer til.

Som navnet antyder, må også halogenatomene være knyttet til alkylgrupper, R, for å bli vurdert av denne typen halogenid; selv om de strukturelt sett kan være substituerte eller forgrenede og ha aromatiske ringer, og fremdeles forbli et alkylhalogenid.

1-klorobutanmolekyl, et eksempel på et alkylhalogenid. Kilde: Gabriel Bolívar.

Over er 1-klorobutanmolekylet, som tilsvarer et av de enkleste alkylhalogenidene. Det kan sees at alle karbonene har enkeltbindinger, og også har sp 3- hybridisering . Derfor er den grønne sfæren, tilsvarende Cl-atomet, knyttet til et skjelett avledet fra alkanbutan.

Enda enklere eksempler enn 1-klorobutan er de som er avledet fra metangass: det minste hydrokarbonet av alle.

Fra dens CH 4 molekyl , H-atomer kan være erstattet med, det vil si, jod. Hvis du erstatter en H, vil du ha CH 3 I (jodmetan eller metyljodid). Ved å erstatte to H, vil du ha CH 2 I 2 (diiodometan eller metylenjodid). Deretter og til slutt erstatter Is alle H- ene som gir CHI 3 (iododform) og CI 4 (karbontetraiodid).

Alkylhalogenider er preget av å være veldig reaktive, og ettersom de har de mest elektronegative atomer i den periodiske tabellen, mistenkes det at de gjennom uendelige mekanismer påvirker biologiske matriser.

Egenskaper ved alkylhalogenider

Egenskapene til denne familien av forbindelser avhenger av deres molekylstrukturer. Sammenlignet med de av dens avledede alkaner, kan imidlertid bemerkelsesverdige forskjeller observeres forårsaket av det enkle faktum å ha CX-bindinger (X = halogenatom).

Det vil si at CX-bindinger er ansvarlige for enhver forskjell eller likhet mellom en eller flere alkylhalogenider.

Til å begynne med er CH-bindinger nesten apolare, gitt den lille elektronegativitetsforskjellen mellom C og H; I motsetning til dette gir CX-bindinger et permanent dipolmoment, fordi halogener er mer elektronegative enn karbon (spesielt fluor).

På den annen side er noen halogener lette (F og Cl), mens andre er tunge (Br og jeg). Atommassene deres former også forskjeller i CX-bindingene; og i sin tur direkte på halogenes egenskaper.

Derfor er tilsetning av halogener til et hydrokarbon lik å øke polariteten og molekylmassen; det tilsvarer at det blir mindre flyktig (opp til et punkt), mindre brannfarlig og øker kokepunktet eller smeltepunktene.

Kokepunkt og smeltepunkter

Når det er sagt, vises størrelsen på og derfor vekten til de forskjellige halogenene i økende rekkefølge:

F <Cl <Br <I

Alkylhalogenider som inneholder F-atomer kan således forventes å være lettere enn de som inneholder Br- eller I-atomer.

Noen halogenider avledet fra metan blir for eksempel vurdert:

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

Og så videre for de andre derivatproduktene med høyere halogeneringsgrad. Merk at rekkefølgen opprettholdes: fluorhalogenider er lettere enn jodhalogenider. Ikke bare det, men også deres koke- og smeltepunkter overholder også denne ordren; RF koker ved lavere temperaturer enn RI (R = CH 3 , for dette tilfellet).

På samme måte er alle disse væskene fargeløse, siden elektroner i deres CX-bindinger ikke kan absorbere eller frigjøre fotoner for å overføre andre energinivåer. Når de blir tyngre, kan de imidlertid krystallisere og vise farger (som iodoform, CHI 3 ).

polaritet

CX-bindinger er forskjellige i polaritet, men i motsatt rekkefølge som ovenfor:

CF> C-Cl> C-Br> CI

Derfor er CF-obligasjoner mer polare enn CI-obligasjoner. Å være mer polare, har RF-halogener en tendens til å samhandle gjennom dipol-dipol-krefter. I mellomtiden, i RBr- eller RI-halidene, er dipolmomentene deres svakere, og interaksjonene som styres av Londons spredningskrefter får større styrke.

Løsemiddelkraft

Siden alkylhalogenidene er mer polare enn alkanene de er avledet fra, øker de deres evne til å oppløse et større antall organiske forbindelser. Det er av denne grunn at de har en tendens til å være bedre løsningsmidler; selv om det ikke betyr at de kan erstatte alkaner i alle bruksområder.

Det er tekniske, økonomiske, økologiske og ytelseskriterier for å foretrekke et halogenert løsningsmiddel fremfor et alkan.

nomenklatur

Det er to måter å navngi et alkylhalogenid: ved dets vanlige navn, eller ved det systematiske navnet (IUPAC). Vanlige navn er vanligvis mer praktisk å bruke når RX er enkelt:

CHCI 3

Kloroform: vanlig navn

Metyltriklorid eller triklormetan: IUPAC-navn.

Men systematiske navn er å foretrekke (og det eneste alternativet) når du har forgrenede strukturer. Ironisk nok er vanlige navn nyttige igjen når strukturer er for kompliserte (som de du vil se i den siste delen).

Reglene for å navngi en forbindelse i henhold til IUPAC-systemet er de samme som for alkoholer: hovedkjeden er identifisert, som er den lengste eller den mest forgrenede. Karbonene blir deretter listet fra ende nærmest substituentene eller grenene, navngitt i alfabetisk rekkefølge.

Eksempel

For å illustrere har vi følgende eksempel:

Alkylhalogenid som et eksempel på nomenklatur. Kilde: Gabriel Bolívar.

Den første grenen er metylgruppen ved C-4; men ettersom det er en dobbeltobligasjon, får den høyere prioritet fremfor den oppgitte regelen. Av denne grunn begynner den lengste kjeden å være listet fra høyre, ledet av et karbonatom knyttet til to halogener: Cl og Br.

Med oppregningen blir substituentene navngitt i alfabetisk rekkefølge:

1-brom-1-klor-4-metyl-2-heksen.

Å skaffe

For å oppnå alkylhalogenidene, må molekylene underkastes en halogeneringsprosess; det vil si inkorporere halogenatomer i deres strukturer, spesielt et atom med en karbon sp 3 .

Det er to metoder for å oppnå eller syntetisere dem: ved hjelp av ultrafiolett stråling gjennom en mekanisme av frie radikaler, eller ved tilsetning av hydroksyrer eller halogener.

Halogenering med lys eller ultrafiolett stråling

Den første, minst passende og med dårligst ytelse, består i å bestråle alkanene med ultrafiolett stråling (hv) i nærvær av et halogen. For eksempel er ligningene for klorering av metan vist:

CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCl (under ultrafiolett lys)

CH 3 Cl + Cl 2 => CH 2 Cl 2 + HCl

CH 2 Cl 2 + Cl 2 => CHCI 3 + HCl

CHCI 3 + Cl 2 => CCl 4 + HCl

De fire forbindelser (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCI 3 og CCl 4 ) er utformet, og derfor er det en blanding, som kan underkastes fraksjonert destillasjon. Imidlertid er denne metoden upraktisk, og anvendelse av organiske synteser er å foretrekke.

Et annet eksempel er bromering av n-heksan:

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

Igjen, i denne reaksjonen brukes lys eller ultrafiolett stråling for å fremme dannelsen av frie radikaler. Brom, ettersom det er en dyp rød væske, blir misfarget når den reagerer, og observerer således en fargeendring fra rød til fargeløs når 2-bromheksan dannes.

Tilsetting av hydrocider eller halogener til alkener

Den andre fremgangsmåte for å oppnå alkylhalogenider består av å behandle alkoholer (ROH) eller alkener (R 2 C = CR 2 ) med hydrogensyrer. Hydracider har den generelle formelen HX (HF, HCl, HBr og HI). Et eksempel vil bli vist ved bruk av etanol for hver av dem:

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

På samme måte kan alkener legge HX-molekyler til sine dobbeltbindinger, og danne sekundære alkylhalogenider.

CH 2 = CH-CH 3 + HBr => BrCH'er 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 CHBr-CH 3

Produktet BrCH'er 2 -CH 2 -CH 3 er 1-brompropan, og CH 3 CHBr-CH 3 er 2-brompropan. Det andre er majoritetsproduktet fordi det er det med størst stabilitet, mens det første produseres i mindre grad fordi det er mer ustabilt. Dette er fordi CH 3 CHBrCH 3 er et sekundært alkylhalogenid.

Svært likt oppstår når det som tilsettes alkenen er et molekyl av X 2 :

CH 2 = CH-CH 3 + Br 2 => BrCH'er 2 CHBr-CH 3

Imidlertid oppnås et alkylhalogenid med to bromatomer bundet til tilstøtende karbonatomer; vicinal alkylhalogenid. Hvis du derimot hadde de to bromiene festet til det samme karbonet, ville du ha et geminalalkylhalogenid, som følgende:

Br 2 CH-CH 2 -CH 3

reaksjoner

Nukleofil substitusjon

Reaktivitetene til alkylhalogenider er basert på sprøheten eller styrken av CX-bindingen. Jo tyngre halogen, desto svakere er bindingen, og desto lettere blir den lettere. I en kjemisk reaksjon brytes bindinger og nye dannes; CX-obligasjonene brytes, for å danne en CG-obligasjon (G = ny gruppe).

I mer hensiktsmessige termer fungerer X som en avgangsgruppe, og G som en inngående gruppe i en nukleofil substitusjonsreaksjon. Hvorfor oppstår denne reaksjonen? Fordi X, som er mer elektronegativt enn karbon, "stjeler" elektrontettheten, og etterlater det med et underskudd av elektroner som oversettes som en positiv delladning:

C 5 + -X 5-

Hvis en negativ (: G - ) eller nøytral art med et par elektroner tilgjengelig (: G), som er i stand til å danne en mer stabil CG-binding, omgir nærområdet , vil X ende opp med å bli erstattet av G. Ovennevnte kan representeres av følgende ligning kjemi:

RX +: G - => RG + X -

Jo svakere CX- eller RX-bindingen er, jo større er dens reaktivitet eller tendens til å erstattes av det nukleofile (eller nukleofile) midlet G; det vil si kjernerelskere eller positive ladninger.

eksempler

Nedenfor er en serie generelle ligninger for de nukleofile substitusjoner som alkylhalogenider kan gjennomgå:

RX + OH - => ROH + X - (alkoholer)

+ ELLER '- => ROR ' (Ethers, Williamson syntese)

+ I - => RI (Alkyljodider)

+ CN - => RCN (nitriler)

+ R'COO - => RCOOR '(Esters)

+ NH 3 => RNH 2 (Aminer)

+ P (C 6 H 5 ) 3 => RP (C 6 H 5 ) 3 + X - (fosfoniumsalter)

+ SH - => RSH (tioler)

Fra disse eksemplene kan man allerede mistenke hvor verdifulle alkylhalogenider er for organiske synteser. En av de mange erstatningene som gjensto å sitere er den fra Friedel Crafts-reaksjonen, som brukes til å "leie" aromatiske ringer:

RX + ArH + AlCl 3 => ArR

I denne reaksjonen erstattes en H av den aromatiske ringen med en R-gruppe fra RX.

eliminering

Alkylhalogenider kan frigjøre HX-molekyler gjennom en eliminasjonsreaksjon; spesifikt en dehydrohalogenering:

R 2 CH-CXR 2 + OH - => R 2 C = CR 2 + HX

Dehydrohalogenering sies å skje fordi både H og X går tapt i det samme HX-molekylet.

Syntese av Grignard-reagenser

Alkylhalogenider kan reagere med visse metaller for å danne Grignard-reagenset, som brukes til å tilsette R-grupper til andre molekyler. Den generelle ligningen for syntesen er som følger:

RX + Mg => RMgX

eksempler

Flere eksempler på alkylhalogenider er allerede blitt nevnt gjennom seksjonene. Noen andre, enkle, er:

-Etyl-klorid, CH 3 CH 2 Cl

Isopropyl- fluorid, (CH 3 ) 2- CH 2- F

-2-metyl-3-klor-pentan, CH 3 -CH (CH 3 ) -CHCl-CH 2- CH 3

-secbutyl jodid, CH 3- CH 2- CH 2 I-CH 3

-3-brom-6-jodheptan, CH 3 -CH 2- CHBr-CH 2 -CH 2 -CH 2 I

-3,4-dibrom-1-penten, CH 3 CHBr-CHBr-CH = CH 2-

applikasjoner

Løsemiddel

I tidligere seksjoner ble nevnt løsningsmiddelkapasiteten til alkylhalogenidene. Industrien har benyttet seg av denne egenskapen til å bruke dem som rengjøringsmidler, enten det gjelder tekstilmaterialer, elektroniske komponenter eller for å fjerne lakkflekker.

På samme måte brukes de som løsemidler for maling, eller til organiske eller fete prøver for utallige typer analytiske tester.

Organisk syntese

Alkylhalogenider er veldig nyttige for å "alkylere" aromatiske ringer, mens de tjener som en startkilde for syntesen av praktisk talt alle andre familier av organiske forbindelser. Syntetisk blir RX betraktet som en kilde til R-grupper eller kjeder, som kan være ønsket for inkorporering i sterkt aromatiske forbindelser.

Legemiddelindustrien

Det ble nevnt i begynnelsen at halogenatomer interagerer med biologiske matriser, slik at de i våre organismer ikke kan gå upåaktet hen uten å generere en forandring, positiv eller negativ. Hvis et medikament utøver en positiv effekt på kroppen, har et halogenatom denne effekten eller ikke.

Hvis X er direkte knyttet til et karbon med sp 3- hybridisering , vil du ha et alkylhalogenid og ikke et halogenert derivat. Noen av slike halogenider er vist nedenfor i følgende bildeserie:

Fenoksybenzamin, et medisin som brukes til å bekjempe blodtrykk hos pasienter med feokromocytom. Kilde: Utent: Mark Pea.

Isofluran, et anestesi til inhalasjon. Kilde: Benjah-bmm27.

Clindamycin, et antibiotikum. Kilde: M mitcheltree.

Pimecrolimus, brukt til å behandle atopisk dermatitt. Kan du finne kloratom? Kilde: MarinaVladivostok.

Halomon, mulig antitumormiddel og alkylhalogenid fra tang Portieria hornemannii, en naturlig kilde. Kilde: Jü

Legg merke til at i disse fem stoffene er det minst ett CH 2 -X eller CH-X -binding ; det vil si at halogenet er festet til et sp 3 karbon .

kulde

De berømte kjølemediene Freon-12 (CHCIF 2 ), som andre fluoroalkaner eller hydrofluorkarboner, erstattet ammoniakkgasser og klorfluorkarboner (CFC) i denne funksjonen, selv om de er ikke-flyktige og ikke-giftige stoffer, ødelegger de ozonlaget; mens Freon-12, som er mer reaktiv, blir ødelagt før han når slike høyder.

referanser

  1. Carey F. (2008). Organisk kjemi. (Sjette utgave). Mc Graw Hill.
  2. Clark Jim. (2016, 14. juli). Bruk av alkylhalogenider. Kjemi LibreTexts. Gjenopprettet fra: chem.libretexts.org
  3. Gál, B., Bucher, C., & Burns, NZ (2016). Chiral Alkyl Halides: Unexexplored Motivs in Medicine. Marine medisiner, 14 (11), 206. doi: 10.3390 / md14110206
  4. Alkyl Halides. Gjenopprettet fra: chemed.chem.purdue.edu
  5. Patkar Prachi. (16. juli 2017). Alt om alkylhalogenider: Egenskaper, bruk og mye mer. Science Struck. Gjenopprettet fra: sciencestruck.com
  6. R. Ship. (2016). Alkyl Halides. Gjenopprettet fra: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  7. Læreguide for kapittel 9 - Alkylhalider I. Gjenopprettet fra: cactus.dixie.edu
  8. QA Eduardo Vega Barrios. (SF). Alkylhalogenider: Egenskaper, bruksområder og applikasjoner. [PDF. Gjenopprettet fra: cvonline.uaeh.edu.mx
Kjemi

Redaktørens valg

Cyril J. O'Donnell: biografi, teori og andre bidrag

Kurtosis: definisjon, typer, formler, hva det er for eksempel

Dekaloog: definisjon og eksempler

Potensiell etterspørsel: hvordan det beregnes og eksempler

Demerit: opprinnelse, mening, synonymer, antonymer

Innkjøpsavdeling: Kjennetegn, funksjoner