АЛКИЛНИ ХАЛИДИ: СВОЙСТВА, ПРОИЗВОДСТВО, ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

На алкилови халиди са органични съединения, в които въглероден атом SP хибридизират ³ е ковалентно свързан с халоген (F, CI, Br, I). От друга гледна точка е удобно да се опрости, да се приеме, че те са халоалкани; Това са алкани, на които някои Н атоми са заменени от халогенни атоми.

Също така, както показва името му, халогенните атоми трябва да бъдат свързани с алкилови групи, R, за да се считат за този тип халид; въпреки че, в структурно отношение те могат да бъдат заместени или разклонени и имат ароматни пръстени и все още остават алкилов халид.

1-хлоробутан молекула, пример за алкилов халид. Източник: Габриел Боливар.

По-горе е 1-хлоробутановата молекула, която съответства на един от най-простите алкилови халиди. Тя може да се види, че всичките му въглерода имат единични връзки, а също така имат SP ³ хибридизация. Следователно зелената сфера, съответстваща на атома Cl, е свързана със скелет, получен от алкан бутан.

Дори по-прости примери от 1-хлоробутан са тези, получени от метан газ: най-малкият въглеводород от всички.

От своя CH ₄ молекула, Н атома могат да бъдат заменени от, който е йод. Ако заменен Н, ще трябва СН ₃ I (йодометан или метил йодид). Чрез заместване две Н, ще трябва CH ₂ I ₂ (дийодметан или метилен йодид). След това и в крайна сметка, е да замести всички Hs даващи CHI ₃ (йодоформ) и CI ₄ (въглероден тетрайодид).

Алкиловите халиди се характеризират с това, че са много реактивни и тъй като имат най-много електронегативни атоми в периодичната таблица, се подозира, че чрез безкрайни механизми те оказват влияние върху биологичните матрици.

Свойства на алкиловите халиди

Свойствата на това семейство съединения зависят от молекулните им структури. Въпреки това, в сравнение с тези на неговите производни алкани, могат да се наблюдават забележими разлики, причинени от простия факт на наличието на CX връзки (X = халогенен атом).

Тоест, CX връзките са отговорни за всяка разлика или сходство между един или повече алкилови халиди.

Като начало, CH връзките са почти тополови, предвид малката разлика в електроотрицателността между С и Н; от друга страна, CX връзките представляват постоянен диполен момент, поради факта, че халогените са по-електроотрицателни от въглерода (особено флуора).

От друга страна, някои халогени са леки (F и Cl), докато други са тежки (Br и I). Техните атомни маси също формират разлики в рамките на СХ връзките; и от своя страна, директно върху свойствата на халида.

Следователно добавянето на халогени към въглеводород е равно на увеличаване на неговата полярност и молекулна маса; той е равен на това да го направи по-малко летлив (до точка), по-малко запалим и да увеличи температурата на кипене или топене.

Точки на кипене и топене

След казаното по-горе, размерът и следователно теглото на различните халогени са показани във увеличаващ се ред:

F <Cl <Br <I

По този начин алкиловите халиди, съдържащи F атоми, могат да се очакват да бъдат по-леки от тези, съдържащи Br или I атоми.

Например, някои халиди, получени от метан, се считат:

CH ₃ F <CH ₃ Cl <CH ₃ Br <CH ₃ I

СН ₂ F ₂ <CH ₂ Cl ₂ <CH ₂ Br ₂ <CH ₂ I ₂

И така нататък за останалите производни на продукта с по-висока степен на халогениране. Обърнете внимание, че редът се поддържа: флуорните халогениди са по-леки от йодните халиди. Не само това, но и техните точки на кипене и топене също се подчиняват на този ред; RF кипи при по-ниски температури, отколкото RI (R = СН ₃, в този случай).

По същия начин всички тези течности са безцветни, тъй като електроните в техните CX връзки не могат да абсорбират или освобождават фотони за преминаване през други енергийни нива. Въпреки това, тъй като стават по-тежки, те могат да кристализират и да показват цветове (както и йодоформата, CHI ₃).

полярност

CX връзките се различават по полярността, но в обратен ред, както по-горе:

CF> C-Cl> C-Br> CI

Следователно CF връзките са по-полярни от CI връзките. Като са по-полярни, RF халидите са склонни да взаимодействат чрез дипол-диполни сили. Междувременно в RBr или RI халидите техните диполни моменти са по-слаби и взаимодействията, управлявани от лондонските дисперсионни сили, придобиват по-голяма сила.

Мощност на разтворителя

Тъй като алкиловите халиди са по-полярни от алканите, от които са получени, те увеличават способността си да разтварят по-голям брой органични съединения. Поради тази причина те са склонни да бъдат по-добри разтворители; въпреки че, това не означава, че те могат да заменят алканите във всички приложения.

Има технически, икономически, екологични и критерии за ефективност, за да се предпочете халогениран разтворител пред алкан.

номенклатура

Има два начина да се назове алкилов халид: чрез неговото общо име или чрез неговото систематично име (IUPAC). Обичайните имена обикновено са по-удобни за използване, когато RX е прост:

СНС ₃

Хлороформ: общо име

Метил трихлорид или трихлорометан: Име на IUPAC.

Но системните имена са за предпочитане (и единственият вариант), когато имате разклонени структури. По ирония на съдбата често срещаните имена отново са полезни, когато структурите са твърде сложни (като тези, които ще видите в последния раздел).

Правилата за именуване на съединение съгласно системата IUPAC са същите като за алкохолите: идентифицира се основната верига, която е най-дългата или най-разклонената. След това въглеродните са изброени, като се започне от края, най-близо до заместителите или клоните, наречени по азбучен ред.

пример

За илюстрация имаме следния пример:

Алкилхалид като пример за номенклатура. Източник: Габриел Боливар.

Първият клон е метиловата група при С-4; но тъй като има двойна връзка, тя придобива по-голям приоритет над заявеното правило. Поради тази причина най-дългата верига започва да се изброява отдясно, начело с въглероден атом, свързан с два халогена: Cl и Br.

С изброяването заместителите се назовават по азбучен ред:

1-бромо-1-хлоро-4-метил-2-хексен.

Получаване

За да се получат алкиловите халиди, молекулите трябва да бъдат подложени на процес на халогениране; това е, включваща халогенни атоми в техните структури, по-специално атом с въглероден SP ³.

Има два метода за получаването или синтезирането им: чрез ултравиолетово лъчение чрез механизъм от свободни радикали или чрез добавяне на хидрокиселини или халогени.

Халогениране със светлинна или ултравиолетова радиация

Първото, най-малко подходящо и с най-лошо изпълнение, се състои в облъчване на алканите с ултравиолетова радиация (hv) в присъствието на халоген. Например, са показани уравненията за хлориране на метан:

CH ₄ + Cl ₂ => СН ₃ Cl + HCI (под ултравиолетова светлина)

CH ₃ Cl + Cl ₂ => CH ₂ Cl ₂ + HCl

CH ₂ Cl ₂ + Cl ₂ => СНСЬ ₃ + HCl

СНСЬ ₃ + Cl ₂ => ССЦ ₄ + HCl

Четирите съединения (CH ₃ Cl, CH ₂ Cl ₂, хлороформ ₃ и ССЦ ₄) са оформени, и поради това е смес, която може да бъде подложен на фракционна дестилация. Този метод обаче е непрактичен и се предпочита използването на органични синтези.

Друг пример е бромирането на n-хексан:

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

Отново в тази реакция се използва светлинна или ултравиолетова радиация за насърчаване на образуването на свободни радикали. Бромът, тъй като е наситено червена течност, се обезцветява, докато реагира, като по този начин наблюдава промяна на цвета от червен към безцветен, когато се образува 2-бромохексан.

Добавяне на хидроциди или халогени към алкени

Вторият метод за получаване на алкилови халиди състои от лечение алкохоли (ROH) или алкени (R ₂ C = CR ₂) с хидрациди. Хидрацидите имат общата формула HX (HF, HCl, HBr и HI). Ще бъде показан пример, използвайки етанол за всеки от тях:

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 + НВг => CH ₃ CH ₂ Br + H ₂ O

CH ₃ CH ₂ OH + HI => CH ₃ CH ₂ I + H ₂ O

По същия начин алкените могат да добавят НХ молекули към техните двойни връзки, образувайки вторични алкилови халиди.

CH ₂ = СН-СН ₃ + НВг => ВгСН ₂ -СН ₂ -СН ₃ + CH ₃ -CHBr-СН ₃

Продуктът ВгСН ₂ -СН ₂ -СН ₃ е 1-бромопропан и СН ₃ -CHBr-СН _{3 е} 2-бромопропан. Вторият е мажоритарен продукт, защото е този с най-голяма стабилност, докато първият се произвежда в по-малка степен, защото е по-нестабилен. Това е така, защото СН ₃ CHBrCH ₃ е вторичен алкил халид.

Много подобно се получава, когато това, което се добавя към алкена, е молекула от X ₂:

CH ₂ = СН-СН ₃ + Br ₂ => ВгСН ₂ -CHBr-СН ₃

Получава се обаче алкилов халид с два атома бром, свързани към съседни въглероди; вицинал алкил халид. Ако от друга страна, двамата броми бяха прикрепени към един и същ въглерод, бихте имали геминален алкилхалид, като следното:

Br ₂ СН-СН ₂ -СН ₃

реакции

Нуклеофилно заместване

Реактивността на алкиловите халиди се основава на крехкостта или здравината на СХ връзката. Колкото по-тежък е халогенът, толкова по-слаба е връзката и следователно по-лесно ще се разруши. При химическа реакция връзките се разрушават и се образуват нови; CX връзките се разрушават, за да образуват CG връзка (G = нова група).

В по-подходящ смисъл, X действа като напускаща група, а G като влизаща група в реакция на нуклеофилно заместване. Защо възниква тази реакция? Тъй като X, бидейки по-електронегативен от въглерода, „открадва“ електронната плътност, оставяйки го с дефицит на електрони, който се превежда като положителен частичен заряд:

C ^{δ +} -X ^δ-

Ако отрицателен (: G ^-) или неутрален вид с чифт налични електрони (: G), способен да образува по-стабилна CG връзка, се движи около околността, X в крайна сметка ще бъде заменен с G. Горното може да бъде представено със следното уравнение химия:

RX +: G ^- => RG + X ^-

Колкото по-слаба е връзката CX или RX, толкова по-голяма е нейната реактивност или тенденция да бъде заменена от нуклеофилния (или нуклеофилен) агент G; тоест любители на ядра или положителни заряди.

Примери

По-долу е дадена серия от общи уравнения за нуклеофилните замествания, на които алкиловите халиди могат да бъдат подложени:

RX + OH ^- => ROH + X ^- (алкохоли)

+ ИЛИ ^'- => ROR ^' (Етери, синтез на Уилямсън)

+ I ^- => RI (Алкилни йодиди)

+ CN ^- => RCN (нитрили)

+ R'COO ^- => RCOOR '(естери)

+ NH ₃ => RNH ₂ (амини)

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

+ SH ^- => RSH (Thiols)

От тези примери вече може да се подозира колко ценни са алкиловите халиди за органични синтези. Една от многото замествания, които остава да бъдат цитирани, е тази на реакцията на Friedel Crafts, използвана за „наемане“ на ароматни пръстени:

RX + ArH + AlCl ₃ => ArR

При тази реакция, Н на ароматния пръстен се заменя с R група от RX.

отстраняване

Алкиловите халиди могат да освободят НХ молекули чрез елиминираща реакция; по-специално дехидрохалогениране:

R ₂ СН-CXR ₂ + OH ^- => R ₂ C = CR ₂ + HX

Казва се, че дехидрохалогенирането се случва, тъй като и H, и X се губят в една и съща молекула HX.

Синтез на Grignard реагенти

Алкиловите халиди могат да реагират с определени метали, за да образуват реактива на Гринярд, използван за добавяне на R групи към други молекули. Общото уравнение за неговия синтез е следното:

RX + Mg => RMgX

Примери

Няколко примера на алкил халиди вече са споменати във всички раздели. Някои други, прости, са:

Етил хлорид, CH ₃ CH ₂ Cl

Изопропил флуорид, (СН ₃) ₂ СН ₂ F

-2-метил-3-хлоропентан, СН _3, -СН (СН ₃), -CHCI-СН ₂ СН ₃

-secbutyl йодид, СН _3, СН ₂ СН ₂ I-СН ₃

-3-бромо-6-йод-пентан, СН _3, -СН ₂ -CHBr-СН ₂ -СН ₂ -СН ₂ I

-3,4-дибромо-1-пентен, СН ₃ -CHBr-CHBr-СН = СН ₂

Приложения

разтворител

В предишните раздели беше споменато капацитета на разтворителя на алкиловите халиди. Промишлеността се възползва от това свойство, за да ги използва за почистване, независимо дали за текстилни материали, електронни компоненти или за премахване на петна от лак.

Те се използват и като разтворител за бои, или за органични или мазни проби за безброй видове аналитични тестове.

Органичен синтез

Алкиловите халиди са много полезни за "алкилиране" на ароматни пръстени, като същевременно служат като изходен източник за синтеза на почти всички други семейства органични съединения. Синтетично RX се счита за източник на R групи или вериги, които могат да бъдат желани за включване в силно ароматни съединения.

Фармацевтична индустрия

В началото беше споменато, че халогенните атоми взаимодействат с биологични матрици, така че в нашите организми те да не могат да останат незабелязани, без да генерират промяна, положителна или отрицателна. Ако дадено лекарство окаже положителен ефект върху организма, имайки халогенен атом, този ефект може или не може да се засили.

След това, ако X е пряко свързана с въглероден с SP ³ хибридизация, ще трябва алкилхалогенид и не халогенирано производно. Някои от такива халиди са показани по-долу в следната серия от изображения:

Феноксибензамин, лекарство, използвано за борба с кръвното налягане при пациенти с феохромоцитом. Източник: Utent: Mark Pea.

Изофлуран, инхалационен анестетик. Източник: Benjah-bmm27.

Клиндамицин, антибиотик. Източник: M mitcheltree.

Пимекролимус, използван за лечение на атопичен дерматит. Можете ли да намерите атома на хлора? Източник: MarinaVladivostok

Халомон, възможно противотуморно средство и алкилов халид от морски водорасли Portieria hornemannii, естествен източник. Източник: Ю

Забележете, че в тези пет лекарства, има най-малко един СН ₂ -Х или CH-X връзка; което означава, че халоген е прикрепен към SP ³ въглерод.

Хладилни

Известният хладилен агент фреон-12 (CHCIF ₂), подобно на други флуороалкани или хидрофлуоровъглеводороди, замества в тази функция амонячни газове и хлорофлуоровъглеводороди (CFC), тъй като, въпреки че са нелетливи и нетоксични вещества, те разрушават озоновия слой; докато фреон-12, като е по-реактивен, се унищожава преди да достигне такава височина.

Препратки

1. Кери Ф. (2008). Органична химия. (Шесто издание). Mc Graw Hill.
2. Кларк Джим. (2016 г., 14 юли). Използване на алкилни халиди. Химия LibreTexts. Възстановено от: chem.libretexts.org
3. Gál, B., Bucher, C., & Burns, NZ (2016). Хирални алкилни халиди: Неизследвани мотиви в медицината. Морски лекарства, 14 (11), 206. doi: 10.3390 / md14110206
4. Алкилни халиди. Възстановени от: chemed.chem.purdue.edu
5. Пакар Прачи. (16 юли 2017 г.). Всичко за Алкиловите халиди: Свойства, употреби и много други. Научен удар. Възстановено от: sciencestruck.com
6. Р. Кораб. (2016 г.). Алкилни халиди. Възстановени от: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
7. Ръководство за обучение за глава 9 - Алкилни халиди I. Възстановени от: cactus.dixie.edu
8. QA Едуардо Вега Бариос. (SF). Алкилни халиди: Свойства, приложения и приложения. [PDF. Възстановено от: cvonline.uaeh.edu.mx