- Vlastnosti alkylhalogenidov
- Teploty varu a topenia
- polarita
- Solventná sila
- názvoslovie
- príklad
- získanie
- Halogenácia svetlom alebo ultrafialovým žiarením
- Pridávanie hydrokyselín alebo halogénov do alkénov
- reakcie
- Nukleofilná substitúcia
- Príklady
- eliminácia
- Syntéza Grignardových činidiel
- Príklady
- aplikácia
- Solventný
- Organická syntéza
- Farmaceutický priemysel
- chladiva
- Referencie
Tieto alkylhalogenidy sú organické zlúčeniny, v ktorých atóm uhlíka sp hybridizované 3 je kovalentne viazaný na atóm halogénu (F, Cl, Br, I). Z iného hľadiska je vhodné zjednodušiť predpokladať, že ide o halogénalkány; Sú to alkány, v ktorých boli niektoré atómy vodíka nahradené atómami halogénov.
Ako už názov napovedá, atómy halogénu musia byť spojené s alkylovými skupinami R, aby sa bral do úvahy tento typ halogenidu; štruktúrne však môžu byť substituované alebo rozvetvené a majú aromatické kruhy a stále zostávajú alkylhalogenidom.
Molekula 1-chlórbutánu, príklad alkylhalogenidu. Zdroj: Gabriel Bolívar.
Hore je molekula 1-chlórbutánu, ktorá zodpovedá jednému z najjednoduchších alkylhalogenidov. Je možné vidieť, že všetky jeho uhlíky majú jednoduché väzby, a majú tiež SP 3 hybridizácii . Preto je zelená guľa zodpovedajúca atómu Cl spojená s kostrou získanou z alkán-butánu.
Ešte jednoduchšie príklady ako 1-chlórbután sú príklady odvodené od metánového plynu: najmenší zo všetkých uhľovodíkov.
Od jeho CH 4 molekuly , H-atómov môže byť nahradený, že je, jód. Ak sa nahradiť je H, bude mať CH 3 I (Jódmetán alebo methyljodid). Nahradením dvoch H, bude mať CH 2 I 2 (dijodmethan alebo metylén jodid). Potom a nakoniec ich nahradiť všetky Hs dávať CHI 3 (jodoform) a CI 4 (tetrajódmetán).
Alkylhalogenidy sa vyznačujú tým, že sú veľmi reaktívne a keďže majú najviac elektregatívne atómy v periodickej tabuľke, existuje podozrenie, že prostredníctvom nekonečných mechanizmov majú vplyv na biologické matrice.
Vlastnosti alkylhalogenidov
Vlastnosti tejto skupiny zlúčenín závisia od ich molekulárnych štruktúr. Avšak v porovnaní s derivátmi odvodenými z alkánov je možné pozorovať značné rozdiely spôsobené jednoduchým faktom, že majú väzby CX (X = atóm halogénu).
To znamená, že väzby CX sú zodpovedné za akýkoľvek rozdiel alebo podobnosť medzi jedným alebo viacerými alkylhalogenidmi.
Po prvé, väzby CH sú takmer nepolárne, vzhľadom na malý rozdiel v elektronegativite medzi C a H; Naopak, väzby CX predstavujú permanentný dipólový moment, pretože halogény sú viac elektronegatívne ako uhlík (najmä fluór).
Na druhej strane, niektoré halogény sú ľahké (F a Cl), zatiaľ čo iné sú ťažké (Br a I). Ich atómové hmotnosti tiež formujú rozdiely vo väzbách CX; a zase priamo na vlastnosti halogenidu.
Preto pridávanie halogénov k uhľovodíkom sa rovná zvyšovaniu jeho polarity a molekulovej hmotnosti; rovná sa to, že je menej prchavý (do bodu), menej horľavý a zvyšuje sa jeho teplota varu alebo topenia.
Teploty varu a topenia
Keď už bolo uvedené, veľkosť a preto hmotnosť rôznych halogénov sú uvedené v rastúcom poradí:
F <Cl <Br <I
Očakáva sa teda, že alkylhalogenidy obsahujúce atómy F budú ľahšie ako tie, ktoré obsahujú atómy Br alebo I.
Napríklad sa zvažujú niektoré halogenidy odvodené od metánu:
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
A tak pre ďalšie deriváty produkt s vyšším stupňom halogenácie. Upozorňujeme, že poradie je zachované: halogenidy fluóru sú ľahšie ako halogenidy jódu. Nielen to, ale aj ich teplota varu a teploty topenia sa riadia týmto poriadkom; RF vrie pri nižších teplotách než RI (R = CH 3 , v tomto prípade).
Podobne všetky tieto kvapaliny sú bezfarebné, pretože elektróny v ich väzbách CX nemôžu absorbovať alebo uvoľňovať fotóny na prechod iných úrovní energie. Avšak, keď sú ťažšie, môžu kryštalizovať a zobrazovať farby (ako jódform, CHI 3 ).
polarita
CX väzby sa líšia polaritou, ale v opačnom poradí, ako je uvedené vyššie:
CF> C-Cl> C-Br> CI
Preto sú väzby CF polárnejšie ako väzby CI. Keďže sú polárnejšie, halogenidy RF majú tendenciu interagovať prostredníctvom dipól-dipólových síl. Medzitým v halogenidoch RBr alebo RI sú ich dipólové momenty slabšie a interakcie riadené londýnskymi disperznými silami získavajú väčšiu silu.
Solventná sila
Pretože alkylhalogenidy sú polárnejšie ako alkány, z ktorých sú odvodené, zvyšujú ich schopnosť rozpúšťať väčší počet organických zlúčenín. Z tohto dôvodu majú tendenciu byť lepšími rozpúšťadlami; To však neznamená, že môžu nahradiť alkány vo všetkých aplikáciách.
Existujú technické, ekonomické, ekologické a výkonnostné kritériá, ktoré uprednostňujú halogénované rozpúšťadlo pred alkánom.
názvoslovie
Existujú dva spôsoby, ako pomenovať alkylhalogenid: podľa bežného názvu alebo podľa systematického názvu (IUPAC). Bežné názvy sa zvyčajne používajú pohodlnejšie, ak je RX jednoduchý:
CHCEM 3
Chloroform: bežný názov
Metyl trichlorid alebo trichlórmetán: názov IUPAC.
Ak však máte rozvetvené štruktúry, uprednostňujú sa systematické názvy (a jediná možnosť). Je iróniou, že bežné mená sa hodia opäť, keď sú štruktúry príliš komplikované (napríklad tie, ktoré uvidíte v poslednej časti).
Pravidlá pre pomenovanie zlúčeniny podľa systému IUPAC sú rovnaké ako pre alkoholy: identifikuje sa hlavný reťazec, ktorý je najdlhší alebo najviac rozvetvený. Uhlíky sa potom uvádzajú od konca najbližšie k substituentom alebo vetvám, ktoré sú pomenované podľa abecedy.
príklad
Na ilustráciu máme nasledujúci príklad:
Alkylhalogenid ako príklad nomenklatúry. Zdroj: Gabriel Bolívar.
Prvá vetva je metylová skupina na C-4; ale keďže existuje dvojitá väzba, získava vyššiu prioritu pred uvedeným pravidlom. Z tohto dôvodu je najdlhší reťazec uvedený napravo, na čele je atóm uhlíka spojený s dvoma halogénmi: Cl a Br.
S výpočetom sú substituenty pomenované v abecednom poradí:
1-bróm-1-chlór-4-metyl-2-hexen.
získanie
Aby sa získali alkylhalogenidy, musia byť molekuly podrobené halogenačnému procesu; to znamená, že začlenenie halogénových atómov do ich štruktúry, najmä atóm s uhlíkovým sp 3 .
Existujú dva spôsoby, ako ich získať alebo syntetizovať: pomocou ultrafialového žiarenia prostredníctvom mechanizmu voľnými radikálmi alebo pomocou pridania vodných kyselín alebo halogénov.
Halogenácia svetlom alebo ultrafialovým žiarením
Prvý, najmenej vhodný a najhorší výkon spočíva v ožiarení alkánov ultrafialovým žiarením (hv) v prítomnosti halogénu. Napríklad sú uvedené rovnice pre chloráciu metánu:
CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCl (pod ultrafialovým svetlom)
CH 3 Cl + Cl 2 => CH 2 Cl 2 + HCl
CH 2 Cl 2 + Cl 2 => CHCEM 3 + HCl
CHCEM 3 + Cl 2 => CCl 4 + HCl
Štyri zlúčeniny (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCEM 3 a CCl 4 ) sú vytvorené, a preto je zmes, ktorá sa môže podrobiť frakčnej destilácii. Tento spôsob je však nepraktický a uprednostňuje sa použitie organických syntéz.
Ďalším príkladom je bromácia n-hexánu:
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 + Br 2 => CH 3 (Br) CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 + HBr
Pri tejto reakcii sa opäť používa svetlo alebo ultrafialové žiarenie na podporu tvorby voľných radikálov. Bróm, ako tmavá červená kvapalina, sa pri reakcii zmení na farebnú, čím sa pozoruje zmena farby z červenej na bezfarebnú, keď sa vytvorí 2-brómhexán.
Pridávanie hydrokyselín alebo halogénov do alkénov
Druhý spôsob získania alkylhalogenidů sa skladá z ošetrujúcich alkoholov (ROH) alebo alkény (R 2 C = CR 2 ) s hydracids. Hydracidy majú všeobecný vzorec HX (HF, HCI, HBr a HI). Ukážeme príklad použitia etanolu pre každú 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
Podobne môžu alkény k svojim dvojitým väzbám pridať molekuly HX a vytvárať sekundárne alkylhalogenidy.
CH 2 = CH-CH 3 + HBr => BrCH 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -CHBr-CH 3
Produkt BrCH 2 -CH 2 -CH 3 , je 1-bromopropánom, a CH 3 -CHBr-CH 3 je 2-bromopropánom. Druhým je majoritný produkt, pretože ide o produkt s najväčšou stabilitou, zatiaľ čo prvý sa vyrába v menšej miere, pretože je nestabilnejší. Je to preto, CH 3 CHBrCH 3 je sekundárna alkylhalogenid.
Veľmi podobné dochádza, keď to, čo sa pridá k alkény, je molekula X 2 :
CH 2 = CH-CH 3 + Br 2 => BrCH 2 -CHBr-CH 3
Získa sa však alkylhalogenid s dvoma atómami brómu naviazanými na susedné atómy uhlíka; vicinálny alkylhalogenid. Na druhej strane, ak by ste mali obidva brómy viazané na ten istý uhlík, mali by ste geminálny alkylhalogenid, ako je nasledujúci:
Br 2 CH-CH 2 -CH 3
reakcie
Nukleofilná substitúcia
Reaktivita alkylhalogenidov je založená na krehkosti alebo pevnosti väzby CX. Čím je halogén ťažší, tým je väzba slabšia a tým ľahšie sa zlomí. Pri chemickej reakcii sú väzby prerušené a vytvárajú sa nové; väzby CX sú prerušené, aby vytvorili väzbu CG (G = nová skupina).
Vhodnejšie povedané, X pôsobí ako odstupujúca skupina a G ako vstupná skupina v nukleofilnej substitučnej reakcii. Prečo táto reakcia nastáva? Pretože X, ktorý je viac elektronegatívny ako uhlík, „kradne“ hustotu elektrónov, takže má deficit elektrónov, ktorý sa prekladá ako kladný čiastočný náboj:
C5 + -X δ-
Ak obklopuje okolie negatívny (: G - ) alebo neutrálny druh s párom dostupných elektrónov (: G), ktorý je schopný vytvoriť stabilnejšiu väzbu CG, X bude nakoniec nahradené G. Vyššie uvedené môže byť reprezentované nasledujúcou rovnicou chémia:
RX +: G - => RG + X -
Čím je väzba CX alebo RX slabšia, tým väčšia je jej reaktivita alebo tendencia byť nahradená nukleofilným (alebo nukleofilným) činidlom G; to znamená milovníkov jadier alebo pozitívnych nábojov.
Príklady
Ďalej uvádzame sériu všeobecných rovníc pre nukleofilné substitúcie, ktorým môžu podliehať alkylhalogenidy:
RX + OH - => ROH + X - (alkoholy)
+ OR '- => ROR ' (Ethers, Williamsonova syntéza)
+ I - => RI (Alkyljodidy)
+ CN - => RCN (nitrily)
+ R'COO - => RCOOR '(Estery)
+ NH 3 => SB 2 (amíny)
+ P (C 6 H 5 ), 3 => RP (C 6 H 5 ) 3 + X - (fosfoniové soli)
+ SH - => RSH (tioly)
Z týchto príkladov je už možné predpokladať, aké cenné sú alkylhalogenidy pre organické syntézy. Jednou z mnohých substitúcií, ktorá sa ešte musí spomenúť, je substitúcia Friedel Craftsovej reakcie, ktorá sa používa na „prenajatie“ aromatických kruhov:
RX + ARH + AlCl 3 => ARR
V tejto reakcii je H aromatického kruhu nahradené skupinou R z RX.
eliminácia
Alkylhalogenidy môžu uvoľňovať HX molekuly prostredníctvom eliminačnej reakcie; konkrétne dehydrohalogenácia:
R 2 CH-CXR 2 + OH - => R 2 C = CR 2 + HX
Uvádza sa, že dochádza k dehydrohalogenácii, pretože tak H, ako aj X sa strácajú v tej istej molekule HX.
Syntéza Grignardových činidiel
Alkylhalogenidy môžu reagovať s určitými kovmi za vzniku Grignardovho činidla, ktoré sa používa na pridávanie skupín R k iným molekulám. Všeobecná rovnica pre jeho syntézu je nasledovná:
RX + Mg => RMgX
Príklady
V príkladoch už bolo uvedených niekoľko príkladov alkylhalogenidov. Niektoré ďalšie, jednoduché, sú:
Etyl chlorid, CH 3 CH 2 Cl
Izopropyl fluorid, (CH 3 ) 2 CH 2 F
-2-metyl-3-chlorpentan, CH 3 -CH (CH 3 ) -ak CH 2 CH 3
-secbutyl jodid, CH 3 CH 2 CH 2 I-CH 3
-3-bróm-6-iodoheptane, CH 3 -CH 2 -CHBr-CH 2 -CH 2 -CH 2 I
-3,4-dibróm-1-pentén, CH 3 -CHBr-CHBr-CH = CH 2
aplikácia
Solventný
V predchádzajúcich oddieloch bola uvedená kapacita rozpúšťadla alkylhalogenidov. Priemysel využil túto vlastnosť na použitie ako čistiace prostriedky, či už na textilné materiály, elektronické súčiastky alebo na odstránenie škvŕn z laku.
Rovnako sa používajú ako rozpúšťadlá pre farby alebo pre organické alebo mastné vzorky pre nespočetné množstvo analytických testov.
Organická syntéza
Alkylhalogenidy sú veľmi užitočné na „alkyláciu“ aromatických kruhov, pričom slúžia ako východiskový zdroj pre syntézu prakticky všetkých ostatných rodín organických zlúčenín. Synteticky je RX považovaný za zdroj R skupín alebo reťazcov, ktoré môžu byť potrebné na začlenenie do vysoko aromatických zlúčenín.
Farmaceutický priemysel
Na začiatku sa spomínalo, že atómy halogénu interagujú s biologickými matricami, takže v našich organizmoch nemôžu zostať bez povšimnutia bez toho, aby vyvolali zmenu, pozitívnu alebo negatívnu. Ak má liečivo pozitívny účinok na organizmus, môže mať alebo nemusí byť tento účinok s atómom halogénu zvýšený.
Potom, keď X je priamo spojený so uhlík s sp 3 hybridizáciou , bude mať alkylhalogenidu a nie halogénovaný derivát. Niektoré z týchto halogenidov sú uvedené nižšie v nasledujúcej sérii obrázkov:
Phenoxybenzamine, liek používaný na boj proti krvnému tlaku u pacientov s feochromocytómom. Zdroj: Utent: Mark Pea.
Isofluran, inhalačné anestetikum. Zdroj: Benjah-bmm27.
Clindamycín, antibiotikum. Zdroj: M mitcheltree.
Pimecrolimus, používaný na liečbu atopickej dermatitídy. Dokážete nájsť atóm chlóru? Zdroj: MarinaVladivostok.
Halomon, možné protinádorové činidlo a alkylhalogenid z morských rias Portieria hornemannii, prírodný zdroj. Zdroj: Jü
Všimnite si, že v týchto piatich liečiv je aspoň jedna CH 2 -X, alebo CH-X väzbu ; to znamená, že atóm halogénu je pripojený k sp 3 atómu uhlíka .
chladiva
Slávne chladivo Freon-12 (CHCIF 2 ), podobne ako iné fluóralkány alebo fluórované uhľovodíky, nahradilo v tejto funkcii amoniakové plyny a chlórfluórované uhľovodíky (CFC), pretože aj keď sú neprchavé a netoxické látky, ničia ozónovú vrstvu; zatiaľ čo Freon-12, ktorý je reaktívnejší, je zničený skôr, ako dosiahne takéto výšky.
Referencie
- Carey F. (2008). Organická chémia. (Šieste vydanie). Mc Graw Hill.
- Clark Jim. (2016, 14. júla). Použitie alkylhalogenidov. Chémia LibreTexts. Obnovené z: chem.libretexts.org
- Gál, B., Bucher, C., & Burns, NZ (2016). Chirálne alkylové halogenidy: nedostatočne preskúmané motívy v medicíne. Morské liečivá, 14 (11), 206. doi: 10,3390 / md14110206
- Alkylhalogenidy. Získané z: chemed.chem.purdue.edu
- Patkar Prachi. (16. júla 2017). Všetko o alkylových halidoch: vlastnosti, použitia a oveľa viac. Science Struck. Obnovené z: sciencestruck.com
- R. Loď. (2016). Alkylhalogenidy. Získané z: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Sprievodca výučbou pre Kapitola 9 - Alkylhalogenidy I. Získané z: cactus.dixie.edu
- QA Eduardo Vega Barrios. (SF). Alkylhalogenidy: Vlastnosti, použitie a aplikácie. [PDF. Získané z: cvonline.uaeh.edu.mx