HjemKemiALKYLHALOGENIDER: EGENSKABER, PRODUKTION, EKSEMPLER - KEMI - 2025
ALKYLHALOGENIDER: EGENSKABER, PRODUKTION, EKSEMPLER - KEMI - 2025
Kemi

ALKYLHALOGENIDER: EGENSKABER, PRODUKTION, EKSEMPLER - KEMI - 2025

Anonim

De alkylhalogenider er organiske forbindelser, hvori et carbonatom sp hybridiserede 3 er kovalent bundet til et halogen (F, Cl, Br, I). Fra et andet perspektiv er det praktisk at forenkle at antage, at de er haloalkaner; Disse er alkaner, hvortil nogle H-atomer er erstattet af halogenatomer.

Som navnet antyder, skal halogenatomerne også være knyttet til alkylgrupper, R, for at blive taget i betragtning til denne type halogenid; skønt de strukturelt kan være substituerede eller forgrenede og har aromatiske ringe og stadig er et alkylhalogenid.

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

Over er 1-chlorobutan-molekylet, der svarer til et af de enkleste alkylhalogenider. Det kan ses, at alle dens kulhydrater har enkeltbindinger og også har sp 3- hybridisering. Derfor er den grønne sfære, der svarer til Cl-atomet, knyttet til et skelet, der stammer fra alkanbutan.

Endnu enklere eksempler end 1-chlorobutan er dem, der stammer fra metangas: det mindste kulbrinte af alle.

Fra sin CH 4 molekyle, kan H-atomer være erstattet med, dvs. iod. Hvis du erstatter en H, vil du have CH 3 I (iodomethan eller methyliodid). Ved at substituere to H, vil du have CH 2 I 2 (diiodmethan eller methyleniodid). Derefter og til sidst erstatter Is alle H'er, der giver CHI 3 (ioddoform), og Cl 4 (carbontetraiodid).

Alkylhalogenider er kendetegnet ved at være meget reaktive, og ved at have de mest elektronegative atomer i det periodiske system mistænkes det for, at de gennem uendelige mekanismer påvirker biologiske matrixer.

Egenskaber ved alkylhalogenider

Egenskaberne ved denne familie af forbindelser afhænger af deres molekylære strukturer. Sammenlignet med dem fra dets afledte alkaner kan der dog observeres bemærkelsesværdige forskelle forårsaget af den enkle kendsgerning at have CX-bindinger (X = halogenatom).

Det vil sige, at CX-bindingerne er ansvarlige for enhver forskel eller lighed mellem en eller flere alkylhalogenider.

Til at begynde med er CH-bindinger næsten apolære i betragtning af den lille elektronegativitetsforskel mellem C og H; I modsætning hertil udgør CX-bindinger et permanent dipolmoment, fordi halogener er mere elektronegative end kulstof (især fluor).

På den anden side er nogle halogener lette (F og Cl), mens andre er tunge (Br og I). Deres atommasser former også forskelle inden for CX-bindingerne; og til gengæld direkte på halogenets egenskaber.

Derfor er tilsætning af halogener til et carbonhydrid lig med at øge dets polaritet og molekylmasse; det er lig med at gøre det mindre flygtigt (op til et punkt), mindre brandfarligt og øge dets kogepunkt eller smeltepunkter.

Kogepunkt og smeltepunkter

Når det er sagt, er størrelsen og derfor vægten af ​​de forskellige halogener vist i stigende rækkefølge:

F <Cl <Br <I

Således kan alkylhalogenider indeholdende F-atomer forventes at være lettere end dem, der indeholder Br- eller I-atomer.

F.eks. Betragtes nogle halogenider afledt af methan:

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 derivater, der har en højere grad af halogenering. Bemærk, at rækkefølgen opretholdes: fluorhalogenider er lettere end jodhalogenider. Ikke kun det, men også deres kogepunkt og smeltepunkter overholder også denne rækkefølge; RF koger ved lavere temperaturer end RI (R = CH 3, for denne sag).

Ligeledes er alle disse væsker farveløse, da elektroner i deres CX-bindinger ikke kan absorbere eller frigive fotoner for at gennemføre andre energiniveauer. Når de bliver tungere, kan de imidlertid krystallisere og vise farver (ligesom iodoform, CHI 3).

polaritet

CX-bindinger er forskellige i polaritet, men i modsat rækkefølge som ovenfor:

CF> C-Cl> C-Br> Cl

Derfor er CF-obligationer mere polære end CI-obligationer. Når de er mere polære, har RF-halogenider en tendens til at interagere gennem dipol-dipol-kræfter. I mellemtiden er RBr- eller RI-halogenider deres dipolmomenter svagere, og interaktioner, der styres af Londons spredningskræfter, får større styrke.

Opløsningsmiddel

Da alkylhalogeniderne er mere polære end de alkaner, hvorfra de er afledt, øger de deres evne til at opløse et større antal organiske forbindelser. Det er af denne grund, at de har tendens til at være bedre opløsningsmidler; skønt det ikke betyder, at de kan erstatte alkaner i alle anvendelser.

Der er tekniske, økonomiske, økologiske og ydeevne kriterier for at foretrække et halogeneret opløsningsmiddel frem for en alkan.

nomenklatur

Der er to måder at navngive et alkylhalogenid på: ved dets almindelige navn eller ved dets systematiske navn (IUPAC). Almindelige navne er normalt mere praktisk at bruge, når RX er enkel:

CHC 3

Kloroform: almindeligt navn

Methyltrichlorid eller trichlormethan: IUPAC-navn.

Men systematiske navne foretrækkes (og den eneste mulighed), når du har forgrenede strukturer. Ironisk nok er almindelige navne nyttige igen, når strukturer er for komplicerede (som dem, du vil se i det sidste afsnit).

Reglerne for navngivning af en forbindelse ifølge IUPAC-systemet er de samme som for alkoholer: hovedkæden identificeres, som er den længste eller den mest forgrenede. Derefter anføres kulhydraterne startende fra slutningen tættest på substituenter eller grene, navngivet i alfabetisk rækkefølge.

Eksempel

For at illustrere har vi følgende eksempel:

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

Den første gren er methylgruppen ved C-4; men da der er en dobbeltobligation, får den højere prioritet i forhold til den anførte regel. Af denne grund begynder den længste kæde at blive listet fra højre, ledet af et carbonatom knyttet til to halogener: Cl og Br.

Med nummereringen er substituenterne navngivet i alfabetisk rækkefølge:

1-brom-1-chlor-4-methyl-2-hexen.

Indhentning

For at opnå alkylhalogenider skal molekylerne underkastes en halogeneringsproces; det vil sige at inkorporere halogenatomer i deres strukturer, især et atom med en carbon sp 3.

Der er to metoder til at opnå eller syntetisere dem: ved hjælp af ultraviolet stråling gennem en mekanisme med frie radikaler eller ved tilsætning af hydroinsyrer eller halogener.

Halogenering med lys eller ultraviolet stråling

Den første, den mindst passende og med den dårligste ydelse, består i at bestråle alkanerne med ultraviolet stråling (hv) i nærværelse af en halogen. For eksempel vises ligningerne til klorering af methan:

CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCI (under ultraviolet lys)

CH 3 Cl + Cl 2 => CH 2 Cl 2 + HCI

CH 2 Cl 2 + Cl 2 => CHC 3 + HCI

CHC 3 + Cl 2 => CCI 4 + HCI

De fire forbindelser (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2, CHC 3 og CCU 4) dannes, og derfor er der en blanding, der kan underkastes fraktioneret destillation. Imidlertid er denne fremgangsmåde upraktisk, og anvendelse af organiske synteser foretrækkes.

Et andet eksempel er bromering af n-hexan:

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

I denne reaktion bruges let eller ultraviolet stråling til at fremme dannelsen af ​​frie radikaler. Brom, da det er en dyb rød væske, bliver misfarvet, når den reagerer, og observerer således en farveændring fra rød til farveløs, når der dannes 2-bromhexan.

Tilsætning af hydrocider eller halogener til alkener

Den anden fremgangsmåde til opnåelse af alkylhalogenider består af behandling alkoholer (ROH) eller alkener (R 2 C = CR 2) med hydrogensyrer. Hydracider har den generelle formel HX (HF, HCI, HBr og HI). Et eksempel vil blive vist ved anvendelse af ethanol til hver af dem:

CH 3 CH 2 OH + HF => CH 3 CH 2 F + H 2 O

CH 3 CH 2 OH + HCI => 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

Ligeledes kan alkener tilføje HX-molekyler til deres dobbeltbindinger og danne sekundære alkylhalogenider.

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

Produktet BrCH 2 -CH 2 -CH 3 er 1-brompropan, og CH 3 -CHBr-CH 3 er 2-brompropan. Det andet er majoritetsproduktet, fordi det er det med størst stabilitet, mens det første produceres i en mindre andel, fordi det er mere ustabilt. Dette er fordi CH 3 CHBrCH 3 er et sekundært alkylhalogenid.

Meget lignende forekommer, når det, der tilsættes alkenen, er et molekyle af X 2:

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

Imidlertid opnås et alkylhalogenid med to bromatomer bundet til tilstødende kulhydrater; vicinal alkylhalogenid. Hvis du på den anden side havde de to brominer bundet til det samme kulstof, ville du have et geminalalkylhalogenid, som følgende:

Br 2 CH-CH 2 -CH 3

Reaktioner

Nukleofil substitution

Reaktiviteterne af alkylhalogenider er baseret på skørheden eller styrken af ​​CX-bindingen. Jo tyngre halogen, jo svagere er bindingen, og desto lettere bruges den. I en kemisk reaktion brydes bindinger, og der dannes nye; CX-obligationerne brydes for at danne en CG-binding (G = ny gruppe).

I mere passende udtryk fungerer X som en fraspaltelig gruppe og G som en indgående gruppe i en nukleofil substitutionsreaktion. Hvorfor forekommer denne reaktion? Fordi X, der er mere elektronegativt end kulstof, "stjæler" elektrondensiteten, hvilket efterlader det med et underskud af elektroner, der oversættes som en positiv delladning:

C 5 + -X 6-

Hvis en negativ (: G -) eller neutral art med et par tilgængelige elektroner (: G), der er i stand til at danne en mere stabil CG-binding, omgiver omgivelserne, vil X ende med at blive erstattet af G. Ovenstående kan repræsenteres ved følgende ligning kemi:

RX +: G - => RG + X -

Jo svagere CX- eller RX-bindingen er, jo større er dens reaktivitet eller tendens til at blive erstattet af det nukleofile middel (eller nukleofile) middel G; det vil sige elskere af kerner eller positive ladninger.

eksempler

Nedenfor er en række generelle ligninger for de nukleofile substitutioner, som alkylhalogenider kan gennemgå:

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

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

+ I - => RI (Alkyliodider)

+ CN - => RCN (nitriler)

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

+ NH 3 => RNH 2 (Aminer)

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

+ SH - => RSH (Thiols)

Fra disse eksempler kan man allerede mistænke, hvor værdifulde alkylhalogenider er for organiske synteser. En af de mange substitutioner, der blev tilbage at nævne, er reaktionen fra Friedel Crafts, der blev brugt til at "leje" aromatiske ringe:

RX + ArH + AlCl 3 => ArR

I denne reaktion erstattes en H i den aromatiske ring med en R-gruppe fra RX.

Elimination

Alkylhalogenider kan frigive HX-molekyler gennem en eliminationsreaktion; specifikt en dehydrohalogenering:

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

Det siges, at dehydrohalogenering forekommer, fordi både H og X går tabt i det samme HX-molekyle.

Syntese af Grignard-reagenser

Alkylhalogenider kan reagere med visse metaller til dannelse af Grignard-reagenset, der bruges til at tilføje R-grupper til andre molekyler. Den generelle ligning for dens syntese er som følger:

RX + Mg => RMgX

eksempler

Flere eksempler på alkylhalogenider er allerede blevet nævnt gennem sektionerne. Nogle andre, enkle, er:

-Ethylchlorid, CH 3 CH 2 Cl

Isopropyl fluorid, (CH 3) 2 CH 2 F

-2-methyl-3-chlorpentan, CH 3 -CH (CH 3) -CHCl-CH 2 CH 3

-secbutyl iodid, CH 3 CH 2 CH 2 I-CH 3

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

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

Applikationer

opløsningsmiddel

I tidligere sektioner blev der nævnt opløsningsmiddelkapaciteten af ​​alkylhalogeniderne. Branchen har draget fordel af denne egenskab til at bruge dem som rengøringsmidler, hvad enten det gælder tekstilmaterialer, elektroniske komponenter eller til at fjerne lakfarvning.

Ligeledes bruges de som opløsningsmidler til maling eller til organiske eller fedtede prøver til utallige typer analytiske test.

Organisk syntese

Alkylhalogenider er meget nyttige til "alkylering" af aromatiske ringe, mens de tjener som en startkilde til syntese af praktisk talt alle andre familier af organiske forbindelser. Syntetisk betragtes RX som en kilde til R-grupper eller kæder, som kan være ønsket til inkorporering i stærkt aromatiske forbindelser.

Farmaceutisk industri

Det blev nævnt i starten, at halogenatomer interagerer med biologiske matrixer, så de i vores organismer ikke kan gå upåaktet hen uden at skabe en ændring, positiv eller negativ. Hvis et lægemiddel udøver en positiv effekt på kroppen, hvis det har et halogenatom, kan denne effekt muligvis ikke øges.

Hvis X derefter er direkte knyttet til et carbon med sp 3- hybridisering, vil du have et alkylhalogenid og ikke et halogeneret derivat. Nogle af sådanne halogenider er vist nedenfor i følgende billedserie:

Phenoxybenzamin, et lægemiddel, der bruges til at bekæmpe blodtrykket hos patienter med pheochromocytoma. Kilde: Utent: Mark Pea.

Isofluran, en anæstetisk bedøvelsesmiddel. Kilde: Benjah-bmm27.

Clindamycin, et antibiotikum. Kilde: M mitcheltree.

Pimecrolimus, brugt til behandling af atopisk dermatitis. Kan du finde kloratomet? Kilde: MarinaVladivostok.

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

Bemærk, at i disse fem stoffer der er mindst en CH 2 -X eller CH-X -binding; det vil sige, halogenen er bundet til et sp 3 carbon.

Kølemidler

Den berømte kølemiddel Freon-12 (CHCIF 2), som andre fluoralkaner eller hydrofluorcarboner, erstattede ammoniakgasser og chlorfluorcarboner (CFC'er) i denne funktion, fordi de, selvom de er ikke-flygtige og ikke-giftige stoffer, ødelægger ozonlaget; mens Freon-12, der er mere reaktiv, ødelægges, før de når sådanne højder.

Referencer

  1. Carey F. (2008). Organisk kemi. (Sjette udgave). Mc Graw Hill.
  2. Clark Jim. (2016, 14. juli). Anvendelser af alkylhalogenider. Kemi LibreTexts. Gendannes fra: chem.libretexts.org
  3. Gál, B., Bucher, C., & Burns, NZ (2016). Chiralalkylhalogenider: Undereksplorerede motiver i medicin. Marine lægemidler, 14 (11), 206. doi: 10.3390 / md14110206
  4. Alkylhalider. Gendannes fra: chemed.chem.purdue.edu
  5. Patkar Prachi. (16. juli 2017). Alt om alkylhalogenider: Egenskaber, anvendelser og meget mere. Science Struck. Gendannes fra: sciencestruck.com
  6. R. Ship. (2016). Alkylhalider. Gendannes fra: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  7. Læringsvejledning til kapitel 9 - Alkylhalogenider I. Gendannet fra: cactus.dixie.edu
  8. QA Eduardo Vega Barrios. (Sf). Alkylhalogenider: Egenskaber, anvendelser og applikationer. [PDF. Gendannes fra: cvonline.uaeh.edu.mx
Kemi

Valg af editor

Konsonantgrupper: Hvad de er og eksempler

Greguerías: oprindelse, karakteristika og eksempler

Gregorio Marañón: biografi, stil, citater og værker

Hvad er et udstillingsskrift?

Gutierre de Cetina: Biografi og værker

Teaterskrift: egenskaber, typer, funktioner, eksempler