ДомХимияАЛКИЛГАЛОГЕНИДЫ: СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ, ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2026
АЛКИЛГАЛОГЕНИДЫ: СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ, ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2026
Химия

АЛКИЛГАЛОГЕНИДЫ: СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ, ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2026

Anonim

В алкилгалогенидах являются органическими соединениями , в которых атом углерода зр гибридизировал 3 ковалентно связан с галогеном (F, Cl, Br, I). С другой стороны, для упрощения удобно предположить, что это галогеналканы; Это алканы, в которых некоторые атомы H заменены атомами галогена.

Кроме того, как следует из названия, атомы галогена должны быть связаны с алкильными группами R, чтобы считаться галогенидом этого типа; хотя структурно они могут быть замещенными или разветвленными, иметь ароматические кольца и при этом оставаться алкилгалогенидом.

Молекула 1-хлорбутана, пример галогенида алкила. Источник: Габриэль Боливар.

Выше представлена ​​молекула 1-хлорбутана, которая соответствует одному из простейших алкилгалогенидов. Видно, что все его атомы углерода имеют одинарные связи, а также гибридизацию sp 3 . Следовательно, зеленая сфера, соответствующая атому Cl, связана со скелетом, образованным из алкан-бутана.

Еще более простыми примерами, чем 1-хлорбутан, являются те, которые получают из метана: самого маленького углеводорода из всех.

В его молекуле CH 4 атомы H могут быть заменены, то есть йодом. Если вы замените H, у вас будет CH 3 I (йодметан или метилиодид). Заменив два H, вы получите CH 2 I 2 (дииодметан или метилениодид). Затем, наконец, Is заменяют все H, давая CHI 3 (йодоформ) и CI 4 (тетраиодид углерода).

Алкилгалогениды характеризуются высокой реакционной способностью и, имея большинство электроотрицательных атомов в периодической таблице, предполагается, что посредством бесконечных механизмов они оказывают влияние на биологические матрицы.

Свойства алкилгалогенидов

Свойства этого семейства соединений зависят от их молекулярной структуры. Однако при сравнении с таковыми из его производных алканов можно наблюдать заметные различия, вызванные простым фактом наличия связей CX (X = атом галогена).

То есть связи CX ответственны за любые различия или сходства между одним или несколькими алкилгалогенидами.

Начнем с того, что связи CH почти неполярны, учитывая небольшую разницу в электроотрицательности между C и H; Напротив, связи CX представляют собой постоянный дипольный момент, потому что галогены более электроотрицательны, чем углерод (особенно фтор).

С другой стороны, некоторые галогены легкие (F и Cl), а другие - тяжелые (Br и I). Их атомные массы также различаются по форме внутри связей CX; и, в свою очередь, непосредственно на свойствах галогенида.

Следовательно, добавление галогенов к углеводороду равносильно увеличению его полярности и молекулярной массы; это равносильно тому, чтобы сделать его менее летучим (до определенной точки), менее воспламеняющимся и повысить его температуру кипения или плавления.

Точки кипения и плавления

С учетом сказанного выше размер и, следовательно, вес различных галогенов показаны в порядке возрастания:

F <Cl <Br <I

Таким образом, можно ожидать, что алкилгалогениды, содержащие атомы F, будут легче, чем те, которые содержат атомы Br или I.

Например, рассматриваются некоторые галогениды, полученные из метана:

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

И так далее для других производных продуктов более высокой степени галогенирования. Обратите внимание, что порядок соблюдается: галогениды фтора легче галогенидов йода. Не только это, но и их температуры кипения и плавления также подчиняются этому порядку; RF закипает при более низких температурах, чем RI ( в данном случае R = CH 3 ).

Точно так же все эти жидкости бесцветны, поскольку электроны в своих связях CX не могут поглощать или выделять фотоны для перехода на другие энергетические уровни. Однако по мере того, как они становятся тяжелее, они могут кристаллизоваться и отображать цвета (как и йодоформ, CHI 3 ).

полярность

Связи CX различаются по полярности, но в обратном порядке, как указано выше:

CF> C-Cl> C-Br> CI

Следовательно, связи CF более полярны, чем связи CI. Будучи более полярными, галогениды RF имеют тенденцию взаимодействовать посредством диполь-дипольных сил. Между тем, в галогенидах RBr или RI их дипольные моменты слабее, и взаимодействия, управляемые лондонскими дисперсионными силами, приобретают большую силу.

Растворитель

Поскольку алкилгалогениды более полярны, чем алканы, из которых они получены, они увеличивают их способность растворять большее количество органических соединений. По этой причине они, как правило, лучше подходят для использования в качестве растворителей; хотя это не означает, что они могут заменить алканы во всех областях применения.

Существуют технические, экономические, экологические и эксплуатационные критерии, по которым следует предпочесть галогенированный растворитель алкану.

Номенклатура

Есть два способа назвать алкилгалогенид: по общему названию или по систематическому названию (IUPAC). Общие имена обычно удобнее использовать, когда RX простой:

CHCl 3

Хлороформ: общее название

Метилтрихлорид или трихлорметан: название IUPAC.

Но систематические имена предпочтительнее (и это единственный вариант), когда у вас есть разветвленные структуры. По иронии судьбы, общие имена снова пригодятся, когда структуры слишком сложные (например, те, которые вы увидите в последнем разделе).

Правила наименования соединений по системе IUPAC такие же, как и для спиртов: определяется основная цепь, которая является самой длинной или наиболее разветвленной. Затем атомы углерода перечислены, начиная с конца, ближайшего к заместителям или разветвлениям, и названы в алфавитном порядке.

пример

Для иллюстрации у нас есть следующий пример:

Алкилгалогенид как пример номенклатуры. Источник: Габриэль Боливар.

Первая ветвь - это метильная группа у С-4; но, поскольку существует двойная связь, она имеет более высокий приоритет над установленным правилом. По этой причине самая длинная цепочка начинается справа, во главе стоит атом углерода, связанный с двумя галогенами: Cl и Br.

В нумерации заместители названы в алфавитном порядке:

1-бром-1-хлор-4-метил-2-гексно.

получение

Для получения алкилгалогенидов молекулы должны быть подвергнуты процессу галогенирования; то есть включение атомов галогена в свои структуры, особенно атома с углеродом sp 3 .

Есть два метода их получения или синтеза: с помощью ультрафиолетового излучения с помощью свободных радикалов или с помощью добавления кислот или галогенов.

Галогенирование световым или ультрафиолетовым излучением

Первый, наименее подходящий и с наихудшими характеристиками, заключается в облучении алканов ультрафиолетовым излучением (hv) в присутствии галогена. Например, показаны уравнения хлорирования метана:

CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCl (в ультрафиолетовом свете)

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

Образуются четыре соединения (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCl 3 и CCl 4 ), и, следовательно, имеется смесь, которую можно подвергнуть фракционной перегонке. Однако этот метод непрактичен, и предпочтение отдается органическому синтезу.

Другой пример - бромирование н-гексана:

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

Опять же, в этой реакции используется свет или ультрафиолетовое излучение, чтобы способствовать образованию свободных радикалов. Бром, поскольку он представляет собой темно-красную жидкость, обесцвечивается при реакции, таким образом наблюдается изменение цвета с красного на бесцветный при образовании 2-бромгексана.

Добавление синильной кислоты или галогенов к алкенам

Второй способ получения алкилгалогенидов состоит из обработки спиртов (ROH) или алкенов (R 2 C = CR 2 ) гидрокислотами. Гидрокислоты имеют общую формулу HX (HF, HCl, HBr и HI). Для каждого из них будет показан пример использования этанола:

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

Точно так же алкены могут присоединять молекулы HX к своим двойным связям, образуя вторичные алкилгалогениды.

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

Продукт BrCH 2 -CH 2 -CH 3 представляет собой 1-бромпропан, а CH 3 -CHBr-CH 3 представляет собой 2-бромпропан. Второй продукт является основным, потому что он обладает наибольшей стабильностью, а первый производится в меньшей степени, потому что он более нестабилен. Это связано с тем, что CH 3 CHBrCH 3 является вторичным галогенидом алкила.

Очень похоже на то, что к алкену добавляется молекула X 2 :

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

Однако алкилгалогенид получается с двумя атомами брома, связанными с соседними атомами углерода; вицинальный алкилгалогенид. Если, с другой стороны, у вас были бы два брома, присоединенные к одному и тому же углероду, у вас был бы геминальный алкилгалогенид, как показано ниже:

Br 2 CH-CH 2 -CH 3

Реакции

Нуклеофильное замещение

Реакционная способность алкилгалогенидов зависит от хрупкости или прочности связи CX. Чем тяжелее галоген, тем слабее связь и, следовательно, тем легче она разорвется. В химической реакции связи разрываются и образуются новые; связи CX разрываются, образуя связь CG (G = новая группа).

В более подходящих терминах X действует как уходящая группа, а G как входящая группа в реакции нуклеофильного замещения. Почему возникает такая реакция? Поскольку X, будучи более электроотрицательным, чем углерод, «крадет» электронную плотность, оставляя ее с дефицитом электронов, который переводится как положительный частичный заряд:

С δ + -X δ-

Если отрицательный (: G - ) или нейтральный компонент с парой доступных электронов (: G), способный образовывать более стабильную связь CG, окружает окрестность , X в конечном итоге будет заменен на G. Вышеупомянутое может быть представлено следующим уравнением химия:

RX +: G - => RG + X -

Чем слабее связь CX или RX, тем выше ее реакционная способность или тенденция к замене нуклеофильным (или нуклеофильным) агентом G; то есть любители ядер или положительных зарядов.

Примеры

Ниже приведен ряд общих уравнений для нуклеофильных замещений, которым могут подвергаться алкилгалогениды:

RX + OH - => ROH + X - (Спирты)

+ OR '- => ROR ' (Эфиры, синтез Вильямсона)

+ I - => RI (Алкилиодиды)

+ CN - => RCN (нитрилы)

+ R'COO - => RCOOR '(Эфиры)

+ NH 3 => RNH 2 ( амины )

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

+ SH - => RSH (тиолы)

Из этих примеров уже можно предположить, насколько ценны алкилгалогениды для органических синтезов. Одна из многих замен, которые еще предстоит процитировать, - это реакция Фриделя-Крафтса, используемая для «разрыва» ароматических колец:

RX + ArH + AlCl 3 => ArR

В этой реакции H ароматического кольца заменяется группой R из RX.

устранение

Алкилгалогениды могут высвобождать молекулы HX посредством реакции отщепления; в частности, дегидрогалогенирование:

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

Считается, что дегидрогалогенирование происходит потому, что H и X теряются в одной и той же молекуле HX.

Синтез реактивов Гриньяра.

Алкилгалогениды могут реагировать с некоторыми металлами с образованием реагента Гриньяра, используемого для добавления групп R к другим молекулам. Общее уравнение его синтеза выглядит следующим образом:

RX + Mg => RMgX

Примеры

В разделах уже упоминалось несколько примеров алкилгалогенидов. Вот некоторые другие, простые:

-Этилхлорид, CH 3 CH 2 Cl

-Изопропилфторид, (CH 3 ) 2 CH 2 F

-2-метил-3-хлорпентан, CH 3 -CH (CH 3 ) -CHCl-CH 2 CH 3

-секбутилиодид, CH 3 CH 2 CH 2 I-CH 3

-3-бром-6-иодогептан, CH 3 -CH 2 -CHBr-CH 2 -CH 2 -CH 2 I

-3,4-дибром-1-пентен, CH 3 -CHBr-CHBr-CH = CH 2

Приложения

растворитель

В предыдущих разделах упоминалась растворяющая способность алкилгалогенидов. Промышленность воспользовалась этим свойством, чтобы использовать их в качестве чистящих средств для текстильных материалов, электронных компонентов или для удаления пятен от лака.

Точно так же они используются в качестве растворителей для красок или для органических или жирных проб для бесчисленных типов аналитических тестов.

Органический синтез

Алкилгалогениды очень полезны для «алкилирования» ароматических колец, одновременно служа исходным источником для синтеза практически всех других семейств органических соединений. Синтетически RX считается источником R-групп или цепей, которые могут быть желательны для включения в высокоароматические соединения.

Фармацевтическая индустрия

Вначале упоминалось, что атомы галогена взаимодействуют с биологическими матрицами, поэтому в наших организмах они не могут остаться незамеченными, не вызывая изменений, положительных или отрицательных. Если лекарство оказывает положительное действие на организм, имея атом галогена, этот эффект может усиливаться, а может и не увеличиваться.

Тогда, если X напрямую связан с углеродом с помощью sp 3 -гибридизации , у вас будет алкилгалогенид, а не галогенированное производное. Некоторые из таких галогенидов показаны ниже в следующей серии изображений:

Феноксибензамин, лекарство, используемое для снижения артериального давления у пациентов с феохромоцитомой. Источник: Utent: Марк Пи.

Изофлуран, ингаляционный анестетик. Источник: Benjah-bmm27.

Клиндамицин, антибиотик. Источник: M mitcheltree.

Пимекролимус, используемый для лечения атопического дерматита. Можете ли вы найти атом хлора? Источник: Марина Владивосток.

Халомон, возможное противоопухолевое средство и алкилгалогенид из морских водорослей Portieria hornemannii, естественный источник. Источник: Jü

Обратите внимание, что в этих пяти лекарствах есть по крайней мере одна связь CH 2 -X или CH-X; то есть галоген присоединен к углероду sp 3 .

Хладагенты

Знаменитый хладагент фреон-12 (CHCIF 2 ), как и другие фторалканы или гидрофторуглероды, заменил газообразный аммиак и хлорфторуглероды (CFC) в этой функции, потому что, хотя они и являются нелетучими и нетоксичными веществами, они разрушают озоновый слой; в то время как фреон-12, будучи более реактивным, разрушается до достижения таких высот.

Ссылки

  1. Кэри Ф. (2008). Органическая химия. (Издание шестое). Мак Гроу Хилл.
  2. Кларк Джим. (2016, 14 июля). Использование алкилгалогенидов. Химия LibreTexts. Получено с: chem.libretexts.org
  3. Гал Б., Бухер К. и Бернс Новая Зеландия (2016). Хиральные алкилгалогениды: малоизученные мотивы в медицине. Морские препараты, 14 (11), 206. doi: 10.3390 / md14110206
  4. Алкилгалогениды. Получено с: chemed.chem.purdue.edu
  5. Паткар Прачи. (16 июля 2017 г.). Все о алкилгалогенидах: свойства, применение и многое другое. Наука поражена. Получено с: sciencestruck.com
  6. Р. Шип. (2016). Алкилгалогениды. Получено с: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  7. Учебное пособие к главе 9 - Алкилгалогениды I. Получено с: cactus.dixie.edu
  8. QA Эдуардо Вега Барриос. (SF). Алкилгалогениды: свойства, применение и применение. [PDF. Получено с: cvonline.uaeh.edu.mx
Химия

Выбор редактора

Галогены: свойства, структура и применение

Алкилгалогениды: свойства, получение, примеры

Генри Мозли: биография и вклад

Гелий: история, свойства, структура, риски, применение

Гептан (C7H16): структура, свойства и применение

Гексан (C6H14): физические и химические свойства, структура, применение, токсичность