DomKemijaALKIL HALOGENIDI: SVOJSTVA, PROIZVODNJA, PRIMJERI - KEMIJA - 2025
ALKIL HALOGENIDI: SVOJSTVA, PROIZVODNJA, PRIMJERI - KEMIJA - 2025
Kemija

ALKIL HALOGENIDI: SVOJSTVA, PROIZVODNJA, PRIMJERI - KEMIJA - 2025

Anonim

Su alkil halogenidi su organski spojevi u kojima ugljikov atom sp hibridizirani 3 kovalentno vezan na halogen (F, Cl, Br, I). Iz druge perspektive, prikladno je pojednostaviti pretpostavku da su haloalkani; To su alkani kojima su neki H-atomi zamijenjeni atomima halogena.

Također, kao što mu ime govori, atomi halogena moraju biti povezani s alkilnim skupinama, R, kako bi se smatrali ovom vrstom halogenida; iako, u strukturi mogu biti supstituirani ili razgranati i imaju aromatske prstenove, i dalje ostaju alkil halogenid.

Molekula 1-klorobutana, primjer alkil halogenida. Izvor: Gabriel Bolívar.

Iznad je molekula 1-klorobutana, koja odgovara jednom od najjednostavnijih alkil halogenida. To se može vidjeti da su svi njegovi ugljen imaju jednostruke veze, a također imaju i sp 3 hibridizacije. Stoga je zelena sfera, koja odgovara atomu Cl, povezana sa kostrom izvedenim iz alkan-butana.

Čak i jednostavniji primjeri od 1-klorobutana su oni koji su dobiveni iz plina metana: najmanji ugljikovodik od svih.

Od svojih CH 4 molekulu, H atoma može biti zamijenjena s, tj jod. Ako zamijeniti H, imat CH 3 I (jodometan ili metil jodida). Supstitucijom dva H, imat CH 2 I 2 (dijodometana ili metilen jodida). Tada i, konačno, je zamijeniti sve HS davanje chi 3 (jodo formom) i CI 4 (ugljični tetraiodide).

Za alkilne halogenide je karakteristično da djeluju vrlo reaktivno, a kako imaju najviše elektronegativnih atoma u periodičnoj tablici, sumnja se da kroz beskrajne mehanizme utječu na biološke matrice.

Svojstva alkil halogenida

Svojstva ove obitelji spojeva ovise o njihovim molekularnim strukturama. Međutim, u usporedbi s onima njegovih izvedenih alkana, mogu se primijetiti razlike uzrokovane jednostavnom činjenicom postojanja CX veza (X = atom halogena).

Odnosno, CX veze su odgovorne za bilo kakvu razliku ili sličnost između jednog ili više alkil halogenida.

Za početak, CH veze su gotovo apolarne, s obzirom na malu elektronegativnostnu razliku između C i H; Suprotno tome, CX veze predstavljaju trajni dipolni trenutak, jer su halogeni elektronegativniji od ugljika (posebno fluora).

S druge strane, neki su halogeni lagani (F i Cl), dok su drugi teški (Br i I). Njihove atomske mase također oblikuju razlike unutar CX veza; a zauzvrat direktno na svojstva halida.

Stoga je dodavanje halogena ugljikovodiku jednako povećanju njegove polarnosti i molekularne mase; jednaka je što je čini manje hlapljivom (do točke), manje zapaljivom i povećavanjem njezinih vrelišta ili tališta.

Vrelišta i tališta

Slijedom navedenog, veličina i samim tim težina različitih halogena prikazuju se u sve većem redoslijedu:

F <Cl <Br <I

Stoga se može očekivati ​​da će alkilni halogenidi koji sadrže F atome biti lakši od onih koji sadrže Br ili I atome.

Primjerice, smatraju se neki halogenidi dobiveni od metana:

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 tako dalje za ostale derivate proizvoda višeg stupnja halogeniranja. Imajte na umu da se red održava: halogenidi fluora su lakši od halogenida joda. I ne samo to, već i njihove točke ključanja i taljenja, također poštuju ovu zapovijed; RF svodi na nižim temperaturama od RI (R = CH 3, u ovom slučaju).

Jednako tako, sve te tekućine su bezbojne, jer elektroni u svojim CX vezama ne mogu apsorbirati ili otpustiti fotone da bi prolazili kroz druge razine energije. Međutim, kako postaju teži, mogu kristalizirati i prikazivati ​​boje (kao što je i jodform, CHI 3).

Polaritet

CX veze razlikuju se polarnošću, ali obrnutim redoslijedom kao što je gore:

CF> C-Cl> C-Br> CI

Stoga su CF obveznice polarnije od CI veza. Budući da su polarniji, RF halogenidi imaju tendenciju da međusobno djeluju putem dipol-dipolnih sila. U međuvremenu, u halidima RBr ili RI njihovi su dipolni trenuci slabiji, a interakcije kojima upravljaju londonske disperzijske snage dobijaju na većoj snazi.

Snaga otapala

Kako su alkil halogenidi polarniji od alkana iz kojih su dobiveni, to povećava njihovu sposobnost otapanja većeg broja organskih spojeva. Iz tog razloga imaju tendenciju da budu bolja otapala; iako, to ne znači da oni mogu zamijeniti alkane u svim aplikacijama.

Postoje tehnički, ekonomski, ekološki kriteriji i radni kriteriji kojima se daje prednost halogeniranom otapalu nad alkanom.

Nomenklatura

Postoje dva načina za imenovanje alkil halogenida: njegovim uobičajenim imenom ili sistematskim nazivom (IUPAC). Uobičajena imena obično su prikladnija za upotrebu kada je RX jednostavan:

kloroform 3

Kloroform: uobičajeni naziv

Metil triklorid ili triklorometan: naziv IUPAC.

Međutim, ako imate razgranate strukture, poželjno je (i jedina opcija) sustavna imena. Ironično je da su uobičajena imena opet korisna kad su strukture previše komplicirane (poput onih koje ćete vidjeti u posljednjem odjeljku).

Pravila za imenovanje spoja prema IUPAC sustavu ista su kao i za alkohole: identificiran je glavni lanac, koji je najduži ili najviše razgranati. Zatim su navedeni ugljikovi listići počevši od kraja najbliže supstituentima ili granama, abecednim redom.

Primjer

Za ilustraciju, imamo sljedeći primjer:

Alkil halogenid kao primjer nomenklature. Izvor: Gabriel Bolívar.

Prva grana je metilna skupina na C-4; ali kako postoji dvostruka veza, ona ima veći prioritet nad navedenim pravilom. Iz tog razloga, najdulji lanac počinje se nabrajati s desne strane, na čelu s ugljikovim atomom povezanim s dva halogena: Cl i Br.

Sa nabrajanjem, supstituenti se nazivaju abecednim redom:

1-bromo-1-kloro-4-metil-2-heksen.

dobivanje

Da bi se dobili alkil halogenidi, molekule se moraju podvrgnuti procesu halogeniranja; to jest, koji uključuje halogene atome u svoje strukture, naročito atom ugljika sa sp 3.

Postoje dvije metode za njihovo dobivanje ili sintezu: pomoću ultraljubičastog zračenja kroz mehanizam slobodnih radikala ili dodavanjem hidroksidnih kiselina ili halogena.

Halogeniranje svjetlosnim ili ultraljubičastim zračenjem

Prva, najmanje odgovarajuća i s najgorim performansama, sastoji se u ozračivanju alkana ultraljubičastim zračenjem (hv) u prisutnosti halogena. Na primjer, prikazane su jednadžbe za kloriranje metana:

CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCl (pod ultraljubičastim svjetlom)

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

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

Kloroform 3 + Cl 2 => CCl 4 + HCl

Spojevi četiri (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2, CHCl 3 i CCl 4) oblikovani, i stoga je mješavina koja se može podvrgnuti frakcijskom destilacijom. Međutim, ova metoda je nepraktična, pa je poželjno korištenje organskih sinteza.

Drugi primjer je bromiranje n-heksana:

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

Opet se u ovoj reakciji svjetlosno ili ultraljubičasto zračenje koristi za promicanje stvaranja slobodnih radikala. Brom, kao što je duboko crvena tekućina, postaje razbarušen dok reagira, na taj način promatrajući promjenu boje iz crvene u bezbojnu kada nastane 2-bromoheksan.

Dodavanje hidroksida ili halogena u alkene

Druga metoda za dobivanje alkil halida sadrži tretiranje alkohola (ROH) ili alkena (R 2 C = CR 2) s hydracids. Hidracidi imaju opću formulu HX (HF, HCl, HBr i HI). Primjer će biti prikazan korištenjem etanola za svaki od njih:

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 + Hl => CH 3 CH 2 I + H 2 O

Isto tako, alkeni mogu dodati HX molekule svojim dvostrukim vezama, tvoreći sekundarne alkilhalogenide.

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

Proizvod BrCH 2 CH 2 CH 3 je 1-brompropanom, i CH 3 -CHBr CH 3 2-bromopropana. Drugi je većinski proizvod jer je onaj s najvećom stabilnošću, dok se prvi proizvodi u manjoj mjeri jer je nestabilniji. To je zato što CH 3 CHBrCH 3 sekundarni alkil halid.

Vrlo slično se događa kada se alkenu dodaje molekula X 2:

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

Međutim, dobiva se alkil halogenid s dva atoma broma vezana na susjedne ugljenike; vicinalni alkil halogenid. Kad biste, s druge strane, dva broma bila spojena na isti ugljik, imali biste geminalni alkil halogenid, poput sljedećeg:

Br 2 CH CH 2 CH 3

reakcije

Nukleofilna supstitucija

Reaktivnost alkil halogenida temelji se na krhkosti ili čvrstoći CX veze. Što je teži halogen, slabija je veza, pa će se on lakše razbiti. U kemijskoj reakciji veze se prekidaju i stvaraju se nove; CX veze su prekinute da bi tvorile CG vezu (G = nova skupina).

U prikladnijim crtama, X djeluje kao odlazeća skupina, a G kao ulazna skupina u reakciji nukleofilne supstitucije. Zašto nastaje ova reakcija? Budući da je X, više elektronegativan od ugljika, "krao" gustoću elektrona, ostavljajući ga sa nedostatkom elektrona što se prevodi kao pozitivni parcijalni naboj:

C δ + -X δ-

Ako negativna (: G -) ili neutralna vrsta s parom dostupnih elektrona (: G), sposobna formirati stabilniju CG vezu, okružuje okolicu, X će na kraju biti zamijenjen sa G. Gore navedeno može se predstaviti sljedećom jednadžbom kemija:

RX +: G - => RG + X -

Što je slabija CX ili RX veza, to je veća njegova reaktivnost ili tendencija da bude zamijenjena nukleofilnim (ili nukleofilnim) agensom G; to jest ljubitelji jezgara ili pozitivnih naboja.

Primjeri

Slijedi niz općih jednadžbi za nukleofilne supstitucije kojima alkil halogenidi mogu proći:

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

+ ILI '- => ROR ' (Eteri, Williamsonova sinteza)

+ I - => RI (Alkil jodidi)

+ CN - => RCN (nitril)

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

+ NH 3 => RNH 2 (Amini)

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

+ SH - => RSH (tioli)

Iz ovih primjera se već može sumnjati koliko su vrijedni alkil halogenidi za organske sinteze. Jedna od mnogih zamjena koje ostaje navesti ona je reakcija Friedel Crafts, koja se koristi za "iznajmljivanje" aromatičnih prstenova:

RX + ArH + AlCl 3 => ArR

U ovoj reakciji, H aromatskog prstena zamjenjuje se R skupinom iz RX.

eliminacija

Alkil halogenidi mogu otpustiti HX molekule kroz reakciju eliminacije; posebno, dehidrohalogeniranje:

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

Kaže se da dehidrohalogenacija dolazi zbog toga što su i H i X izgubljeni u istoj molekuli HX.

Sinteza Grignardovih reagensa

Alkil halogenidi mogu reagirati s određenim metalima da nastanu Grignardov reagens, koji se koristi za dodavanje R skupina drugim molekulama. Opća jednadžba za njegovu sintezu je sljedeća:

RX + Mg => RMgX

Primjeri

Nekoliko primjera alkil halogenida već je spomenuto u odjeljcima. Neki drugi, jednostavni, su:

Etil klorid, CH 3 CH 2 Cl

Izopropil fluorid, (CH 3) 2 CH 2 F

-2-metil-3-klorpentana, 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-dibromo-1-pentena, CH 3 -CHBr-CHBr-CH = CH 2

Prijave

Otapalo

U prethodnim odjeljcima spomenuto je kapacitet otapala alkil halogenida. Industrija je iskoristila ovo svojstvo tako da ih koristi kao sredstva za čišćenje, bilo da se radi o tekstilnim materijalima, elektroničkim komponentama ili da ukloni mrlje od laka.

Isto tako, koriste se kao otapala za boje ili organski ili masni uzorci za bezbroj analitičkih ispitivanja.

Organska sinteza

Alkil halogenidi su vrlo korisni za "alkiliranje" aromatskih prstenova, dok služe kao polazni izvor za sintezu praktički svih ostalih obitelji organskih spojeva. Sintetički se RX smatra izvorom R skupina ili lanaca, što je možda poželjno za ugradnju u visoko aromatske spojeve.

Farmaceutska industrija

Na početku je spomenuto da atomi halogena uzajamno djeluju s biološkim matricama, tako da u našim organizmima ne mogu proći neopaženo, a da ne generiraju promjenu, pozitivnu ili negativnu. Ako lijek djeluje pozitivno na tijelo, imajući atom halogena, ovaj se učinak može ili ne mora pojačati.

Zatim, ako je X je izravno povezan na ugljiku sa sp 3 hibridizacije, imat alkil halida i ne halogenirani derivat. Neki od takvih halida prikazani su u nastavku u sljedećim serijama slika:

Fenoksibenzamin, lijek koji se koristi u borbi protiv krvnog tlaka u bolesnika s feokromocitomom. Izvor: Utent: Mark Pea.

Izofluran, anestetik za inhalaciju. Izvor: Benjah-bmm27.

Kindamicin, antibiotik. Izvor: M mitcheltree.

Pimekrolimus, koji se koristi za liječenje atopijskog dermatitisa. Možete li pronaći atom klora? Izvor: MarinaVladivostok.

Halomon, moguće antitumorsko sredstvo i alkil halogenid iz prirodnih izvora Portieria hornemannii. Izvor: Jü

Napomenuti da u ovih pet lijekova postoji barem jedna CH 2 -X ili CH-X veza; odnosno halogen vezan na sp 3 ugljika.

Rashladna

Poznati rashladni medij Freon-12 (CHCIF 2), poput ostalih fluoroalkana ili hidrofluorougljika, u ovoj je funkciji zamijenio plinove amonijaka i klorofluoro-ugljikovodike (CFC) jer, iako su neisparljive i netoksične tvari, uništavaju ozonski sloj; dok je Freon-12, što je više reaktivan, uništen prije nego što dosegne takve visine.

Reference

  1. Carey F. (2008). Organska kemija. (Šesto izdanje). Mc Graw Hill.
  2. Clark Jim. (2016., 14. srpnja). Upotrebe alkilnih halida. Kemija LibreTexts. Oporavak od: chem.libretexts.org
  3. Gál, B., Bucher, C., i Burns, NZ (2016). Kiralni alkilni halogenidi: nerazvijeni motivi u medicini. Morski lijekovi, 14 (11), 206. doi: 10.3390 / md14110206
  4. Alkil halogeni. Oporavak od: chemed.chem.purdue.edu
  5. Patkar Prachi. (16. srpnja 2017.). Sve o alkilhalidima: svojstva, upotrebe i još mnogo toga. Znanstveni struk. Oporavilo od: sciencestruck.com
  6. R. Brod. (2016). Alkil halogeni. Oporavak od: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  7. Vodič za učenje za poglavlje 9 - Alkil halogenidi I. oporavljeno od: cactus.dixie.edu
  8. QA Eduardo Vega Barrios. (SF). Alkil halogenidi: Svojstva, upotrebe i aplikacije. [PDF. Oporavak s: cvonline.uaeh.edu.mx
Kemija

Izbor urednika

Acilna skupina: struktura, karakteristike, spojevi i derivati

Amino grupa (NH2): struktura, svojstva, primjeri

Karbonilna skupina: karakteristike, svojstva, nomenklatura, reaktivnost

Hafnium: otkriće, struktura, svojstva, upotrebe, rizici

Halogeni: svojstva, struktura i upotreba

Alkil halogenidi: svojstva, proizvodnja, primjeri