HemKemiALKYLHALOGENIDER: EGENSKAPER, PRODUKTION, EXEMPEL - KEMI - 2025
ALKYLHALOGENIDER: EGENSKAPER, PRODUKTION, EXEMPEL - KEMI - 2025
Kemi

ALKYLHALOGENIDER: EGENSKAPER, PRODUKTION, EXEMPEL - KEMI - 2025

Anonim

De alkylhalogenider är organiska föreningar, i vilka en kolatom sp hybridiserade 3 är kovalent bunden till en halogen (F, Cl, Br, I). Ur ett annat perspektiv är det bekvämt att förenkla att anta att de är haloalkaner; Dessa är alkaner till vilka vissa H-atomer har ersatts av halogenatomer.

Som namnet antyder måste halogenatomerna vara kopplade till alkylgrupper, R, för att betraktas som denna typ av halogenid; även om de strukturellt sett kan vara substituerade eller grenade och ha aromatiska ringar och fortfarande förbli en alkylhalogenid.

1-klorbutanmolekyl, ett exempel på en alkylhalogenid. Källa: Gabriel Bolívar.

Ovan är 1-klorbutanmolekylen, som motsvarar en av de enklaste alkylhaliderna. Det kan ses att alla dess kolatomer har enstaka bindningar och även har sp 3- hybridisering . Därför är den gröna sfären, motsvarande Cl-atomen, kopplad till ett skelett härrörande från alkanbutan.

Ännu enklare exempel än 1-klorbutan är de som härrör från metangas: det minsta kolvätet av alla.

Från dess CH 4 -molekylen , kan H-atomer kan ersättas med, det vill säga jod. Om du ersätter en H kommer du att ha CH 3 I (jodmetan eller metyljodid). Genom att ersätta två H, har du CH 2 I 2 (dijodmetan eller metylen jodid). Sedan och slutligen ersätter Is alla Hs som ger CHI 3 (jodform) och Cl 4 (koltetrajodid).

Alkylhalogenider kännetecknas av att de är mycket reaktiva och genom att ha de mest elektronegativa atomerna i den periodiska tabellen misstänks de att de genom oändliga mekanismer påverkar biologiska matriser.

Egenskaper hos alkylhalogenider

Egenskaperna för denna familj av föreningar beror på deras molekylstrukturer. Men jämfört med de från dess härledda alkaner kan märkbara skillnader observeras orsakade av det enkla faktumet att ha CX-bindningar (X = halogenatom).

Det vill säga CX-bindningarna ansvarar för varje skillnad eller likhet mellan en eller flera alkylhalogenider.

Till att börja med är CH-bindningar nästan apolära, med tanke på den lilla elektronegativitetsskillnaden mellan C och H; Däremot har CX-bindningar ett permanent dipolmoment, eftersom halogener är mer elektronegativa än kol (särskilt fluor).

Å andra sidan är vissa halogener lätta (F och Cl), medan andra är tunga (Br och I). Deras atommassor formar också skillnader inom CX-bindningarna; och i sin tur direkt på halogenens egenskaper.

Därför är tillsats av halogener till ett kolväte lika med att öka dess polaritet och molekylmassa; det är lika med att göra det mindre flyktigt (upp till en punkt), mindre brandfarligt och öka dess kok- eller smältpunkter.

Kok- och smältpunkter

Med det ovan nämnda, visas storleken och därför vikten av de olika halogenerna i ökande ordning:

F <Cl <Br <I

Således kan alkylhalogenider innehållande F-atomer förväntas vara lättare än de som innehåller Br- eller I-atomer.

Exempelvis anses vissa halogenider härledda från metan:

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

Och så vidare för andra derivatprodukter med högre halogeneringsgrad. Observera att ordningen bibehålls: fluorhalider är lättare än jodhalogenider. Inte bara det, utan också deras kok- och smältpunkter följer också denna ordning. RF kokar vid lägre temperaturer än RI (R = CH 3 , för detta fall).

På samma sätt är alla dessa vätskor färglösa, eftersom elektroner i deras CX-bindningar inte kan absorbera eller släppa fotoner för att transportera andra energinivåer. Men när de blir tyngre kan de kristallisera och visa färger (liksom iodoform, CHI 3 ).

polaritet

CX-bindningar skiljer sig i polaritet, men i omvänd ordning som ovan:

CF> C-Cl> C-Br> Cl

Därför är CF-obligationer mer polära än CI-obligationer. Vara mer polära tenderar RF-halider att interagera genom dipol-dipolkrafter. Under tiden, i RBr- eller RI-haliderna, är deras dipolmoment svagare och interaktioner som styrs av Londons spridningskrafter får större styrka.

Lösningsmedel

Eftersom alkylhalogeniderna är mer polära än alkanerna från vilka de härrör, ökar de deras förmåga att lösa upp ett större antal organiska föreningar. Det är av detta skäl som de tenderar att vara bättre lösningsmedel; även om det inte betyder att de kan ersätta alkaner i alla applikationer.

Det finns tekniska, ekonomiska, ekologiska och prestandakriterier att föredra ett halogenerat lösningsmedel framför en alkan.

Nomenklatur

Det finns två sätt att namnge en alkylhalogenid: med dess vanliga namn eller med dess systematiska namn (IUPAC). Vanliga namn är vanligtvis mer praktiska att använda när RX är enkelt:

CHCl 3

Kloroform: vanligt namn

Metyltriklorid eller triklormetan: IUPAC-namn.

Men systematiska namn är att föredra (och det enda alternativet) när du har grenade strukturer. Ironiskt nog kommer vanliga namn att vara praktiska igen när strukturer är för komplicerade (som de du ser i det sista avsnittet).

Reglerna för namngivning av en förening enligt IUPAC-systemet är desamma som för alkoholer: huvudkedjan identifieras, som är den längsta eller den mest grenade. Kolterna listas sedan med början från slutet närmast substituenter eller grenar, benämnda i alfabetisk ordning.

Exempel

För att illustrera har vi följande exempel:

Alkylhalogenid som ett exempel på nomenklatur. Källa: Gabriel Bolívar.

Den första grenen är metylgruppen vid C-4; men eftersom det finns en dubbelbindning får den högre prioritet jämfört med den angivna regeln. Av denna anledning börjar den längsta kedjan listas från höger, med en kolatom kopplad till två halogener: Cl och Br.

Med uppräkningen namnges substituenterna i alfabetisk ordning:

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

Erhållande

För att erhålla alkylhalogeniderna måste molekylerna underkastas en halogeneringsprocess; det vill säga införlivande av halogenatomer i deras strukturer, speciellt en atom med en kolsp 3 .

Det finns två metoder för att erhålla eller syntetisera dem: med hjälp av ultraviolett strålning genom en mekanism med fria radikaler, eller genom tillsats av hydro-syror eller halogener.

Halogenering med ljus eller ultraviolett strålning

Den första, minst lämpliga och med sämsta prestanda, består i att bestråla alkanerna med ultraviolett strålning (hv) i närvaro av en halogen. Exempelvis visas ekvationerna för klorering av metan:

CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCl (under ultraviolett ljus)

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

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

CHCl 3 + Cl 2 => CCl 4 + HCl

De fyra föreningarna (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCl 3 och CCl 4 ) är bildade, och därför finns det en blandning, som kan underkastas fraktionerad destillation. Emellertid är denna metod opraktisk och användningen av organiska synteser är att föredra.

Ett annat exempel är bromering av 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 denna reaktion används återigen ljus eller ultraviolett strålning för att främja bildandet av fria radikaler. Brom, eftersom det är en djup röd vätska, missfärgas när den reagerar, och observerar således en färgändring från röd till färglös när 2-bromhexan bildas.

Tillsätt hydrocider eller halogener till alkener

Den andra metoden för att erhålla alkylhalider består av behandlings alkoholer (ROH) eller alkener (R 2 C = CR 2 ) med hydracids. Hydracider har den allmänna formeln HX (HF, HCl, HBr och HI). Ett exempel visas med användning av etanol för var och en 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 + Hl => CH 3 CH 2 I + H 2 O

På samma sätt kan alkener lägga till HX-molekyler till sina dubbelbindningar och bilda sekundära alkylhalogenider.

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

Produkten BrCH två -CH 2 -CH 3 är en-brompropan, och CH 3 -CHBr-CH 3 är 2-brompropan. Den andra är majoritetsprodukten eftersom den är den med störst stabilitet, medan den första produceras i en mindre andel eftersom den är mer instabil. Detta beror CH 3 CHBrCH 3 är en sekundär alkylhalogenid.

Mycket liknande inträffar när det som tillsätts till alkenen är en molekyl av X 2 :

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

Emellertid erhålles en alkylhalogenid med två bromatomer bundna till intilliggande kolatomer; vicinal alkylhalogenid. Om du å andra sidan hade de två brominerna kopplade till samma kol, skulle du ha en geminalalkylhalogenid, som följande:

Br 2 CH-CH 2 -CH 3

reaktioner

Nukleofil substitution

Reaktiviteterna för alkylhalogenider är baserade på sprödheten eller styrkan hos CX-bindningen. Ju tyngre halogen, desto svagare är bindningen, och desto lättare bryts den. I en kemisk reaktion bryts bindningar och nya bildas; CX-obligationerna bryts, för att bilda en CG-obligation (G = ny grupp).

I mer lämpliga termer fungerar X som en lämnande grupp och G som en inträffande grupp i en nukleofil substitutionsreaktion. Varför inträffar denna reaktion? Eftersom X, som är mer elektronegativt än kol, "stjäl" elektrontätheten och lämnar den med ett underskott av elektroner som översätts som en positiv delladdning:

C 5 + -X 5-

Om en negativ (: G - ) eller neutral art med ett par tillgängliga elektroner (: G), som kan bilda en mer stabil CG-bindning, omger omgivningen , kommer X att bli ersatt av G. Ovanstående kan representeras av följande ekvation kemi:

RX +: G - => RG + X -

Ju svagare CX- eller RX-bindningen, desto större är dess reaktivitet eller tendens att ersättas av det nukleofila (eller nukleofila) medlet G; det vill säga älskare av kärnor eller positiva laddningar.

exempel

Nedan följer en serie allmänna ekvationer för de nukleofila substitutionerna som alkylhalogenider kan genomgå:

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

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

+ 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)

Från dessa exempel kan man redan misstänka hur värdefulla alkylhalogenider är för organiska synteser. En av de många ersättningar som återstod att citeras är den från Friedel Crafts-reaktionen, som används för att "hyra" aromatiska ringar:

RX + ArH + AlCl 3 => ArR

I denna reaktion ersätts en H i den aromatiska ringen med en R-grupp från RX.

Eliminering

Alkylhalogenider kan frisätta HX-molekyler genom en eliminationsreaktion; specifikt en dehydrohalogenering:

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

Dehydrohalogenering sägs ske eftersom både H och X går förlorade i samma HX-molekyl.

Syntes av Grignard-reagens

Alkylhalogenider kan reagera med vissa metaller för att bilda Grignard-reagenset, som används för att sätta R-grupper till andra molekyler. Den allmänna ekvationen för dess syntes är följande:

RX + Mg => RMgX

exempel

Flera exempel på alkylhalogenider har redan nämnts i hela avsnitten. Några andra, enkla, är:

-Etyl-klorid, CH 3 CH 2 Cl

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

-2-metyl-3-klorpentan, 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

tillämpningar

Lösningsmedel

I tidigare sektioner nämnades lösningsmedelskapaciteten för alkylhalogeniderna. Branschen har utnyttjat den här egenskapen för att använda dem som rengöringsmedel, vare sig det gäller textilmaterial, elektroniska komponenter eller för att ta bort lackfläckar.

På samma sätt används de som lösningsmedel för målarfärg eller för organiska eller feta prov för otaliga typer av analytiska tester.

Organisk syntes

Alkylhalogenider är mycket användbara för "alkylering" av aromatiska ringar, medan de fungerar som en utgångskälla för syntesen av praktiskt taget alla andra familjer av organiska föreningar. Syntetiskt betraktas RX som en källa för R-grupper eller kedjor, vilket kan vara önskvärt för införlivande i mycket aromatiska föreningar.

Läkemedelsindustri

Det nämndes i början att halogenatomer interagerar med biologiska matriser, så att de i våra organismer inte kan gå obemärkt utan att generera en förändring, positiv eller negativ. Om ett läkemedel utövar en positiv effekt på kroppen, med en halogenatom kan denna effekt eller inte öka.

Om X är direkt kopplad till ett kol med sp 3- hybridisering kommer du att ha en alkylhalogenid och inte ett halogenerat derivat. Några av sådana halider visas nedan i följande bildserie:

Fenoxibensamin, ett läkemedel som används för att bekämpa blodtryck hos patienter med feokromocytom. Källa: Utent: Mark Pea.

Isofluran, en anestesimedel för inandning. Källa: Benjah-bmm27.

Clindamycin, ett antibiotikum. Källa: M mitcheltree.

Pimecrolimus, används för att behandla atopisk dermatit. Kan du hitta kloratomen? Källa: MarinaVladivostok.

Halomon, eventuellt antitumörmedel och alkylhalogenid från tång Portieria hornemannii, en naturlig källa. Källa: Jü

Notera att i dessa fem läkemedel finns det åtminstone en CH 2 -X eller CH-X -bindning ; det vill säga halogen är fäst vid ett sp 3 kol .

Köldmedier

Den berömda köldmediet Freon-12 (CHCIF 2 ), liksom andra fluoroalkaner eller hydrofluorkolväten, ersatte ammoniakgaser och klorfluorkolväten (CFC) i denna funktion eftersom de, även om de är icke-flyktiga och giftfria ämnen, förstör ozonskiktet; medan Freon-12, som är mer reaktiv, förstörs innan den når sådana höjder.

referenser

  1. Carey F. (2008). Organisk kemi. (Sjätte upplagan). Mc Graw Hill.
  2. Clark Jim. (2016, 14 juli). Användningar av alkylhalider. Kemi LibreTexts. Återställd från: chem.libretexts.org
  3. Gál, B., Bucher, C., & Burns, NZ (2016). Chiral Alkyl Halides: Oundersökta motiv i medicin. Marine droger, 14 (11), 206. doi: 10.3390 / md14110206
  4. Alkylhalider. Återställdes från: chemed.chem.purdue.edu
  5. Patkar Prachi. (16 juli 2017). Allt om alkylhalider: Egenskaper, användningar och mycket mer. Science Struck. Återställd från: sciencestruck.com
  6. R. Ship. (2016). Alkylhalider. Återställdes från: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  7. Lärarhandbok för kapitel 9 - Alkylhalider I. Återställd från: cactus.dixie.edu
  8. QA Eduardo Vega Barrios. (Sf). Alkylhalogenider: Egenskaper, användningar och applikationer. [PDF. Återställd från: cvonline.uaeh.edu.mx
Kemi

Redaktörens val

Topoisomeraser: egenskaper, funktioner, typer och hämmare

Totoaba: egenskaper, livsmiljö, reproduktion, beteende

Totipotentiality: historia, egenskaper och vikt

Toxascaris leonina: egenskaper, morfologi, infektionssymtom

Mexikansk turtledove: egenskaper, livsmiljö, reproduktion, utfodring

Toxocara cati: egenskaper, morfologi, infektion, behandling