- Eigenschaften von Alkylhalogeniden
- Siede- und Schmelzpunkte
- Polarität
- Lösungsmittelkraft
- Nomenklatur
- Beispiel
- Erhalten
- Halogenierung mit Licht oder ultravioletter Strahlung
- Zugabe von Hydrociden oder Halogenen zu Alkenen
- Reaktionen
- Nucleophile Substitution
- Beispiele
- Beseitigung
- Synthese von Grignard-Reagenzien
- Beispiele
- Anwendungen
- Lösungsmittel
- Organische Synthese
- Pharmaindustrie
- Kältemittel
- Verweise
Die Alkylhalogenide sind organische Verbindungen, in denen ein Kohlenstoffatom sp hybridisiert 3 kovalent an ein Halogen (F, Cl, Br, I) gebunden ist. Aus einer anderen Perspektive ist es zweckmäßig, zu vereinfachen und anzunehmen, dass es sich um Halogenalkane handelt; Dies sind Alkane, bei denen einige H-Atome durch Halogenatome ersetzt wurden.
Wie der Name schon sagt, müssen die Halogenatome an die Alkylgruppen R gebunden sein, um von dieser Art von Halogenid in Betracht gezogen zu werden. strukturell können sie jedoch substituiert oder verzweigt sein und aromatische Ringe aufweisen und bleiben dennoch ein Alkylhalogenid.
1-Chlorbutanmolekül, ein Beispiel für ein Alkylhalogenid. Quelle: Gabriel Bolívar.
Oben ist das 1-Chlorbutanmolekül dargestellt, das einem der einfachsten Alkylhalogenide entspricht. Es ist ersichtlich, dass alle seine Kohlenstoffe Einfachbindungen und auch eine sp 3 -Hybridisierung aufweisen . Daher ist die grüne Kugel, die dem Cl-Atom entspricht, an ein von Alkanbutan abgeleitetes Gerüst gebunden.
Noch einfachere Beispiele als 1-Chlorbutan sind solche, die aus Methangas gewonnen werden: der kleinste Kohlenwasserstoff von allen.
Aus seinem CH 4 -Molekül können H-Atome durch Jod ersetzt werden. Wenn Sie ein H ersetzen, erhalten Sie CH 3 I (Iodmethan oder Methyliodid). Wenn Sie zwei H ersetzen, erhalten Sie CH 2 I 2 (Diiodmethan oder Methyleniodid). Dann und schließlich ersetzt das Is alle Hs, die CHI 3 (Iodoform) und CI 4 (Tetraiodkohlenstoff) ergeben.
Alkylhalogenide zeichnen sich durch ihre Reaktivität aus. Da sie die elektronegativsten Atome im Periodensystem aufweisen, wird vermutet, dass sie durch endlose Mechanismen einen Einfluss auf biologische Matrizen ausüben.
Eigenschaften von Alkylhalogeniden
Die Eigenschaften dieser Verbindungsfamilie hängen von ihren Molekülstrukturen ab. Im Vergleich zu den abgeleiteten Alkanen können jedoch bemerkenswerte Unterschiede beobachtet werden, die durch die einfache Tatsache verursacht werden, dass CX-Bindungen vorliegen (X = Halogenatom).
Das heißt, die CX-Bindungen sind für jeden Unterschied oder jede Ähnlichkeit zwischen einem oder mehreren Alkylhalogeniden verantwortlich.
Zunächst sind CH-Bindungen angesichts des geringen Elektronegativitätsunterschieds zwischen C und H nahezu unpolar; Im Gegensatz dazu weisen CX-Bindungen ein permanentes Dipolmoment auf, da Halogene elektronegativer sind als Kohlenstoff (insbesondere Fluor).
Andererseits sind einige Halogene leicht (F und Cl), während andere schwer sind (Br und I). Ihre Atommassen formen auch Unterschiede innerhalb der CX-Bindungen; und wiederum direkt auf die Eigenschaften des Halogenids.
Daher ist die Zugabe von Halogenen zu einem Kohlenwasserstoff gleichbedeutend mit der Erhöhung seiner Polarität und Molekülmasse; es ist gleichbedeutend damit, es weniger flüchtig (bis zu einem gewissen Punkt) und weniger brennbar zu machen und seine Siede- oder Schmelzpunkte zu erhöhen.
Siede- und Schmelzpunkte
Nachstehend sind die Größe und damit das Gewicht der verschiedenen Halogene in aufsteigender Reihenfolge angegeben:
F <Cl <Br <I
Daher kann erwartet werden, dass Alkylhalogenide, die F-Atome enthalten, leichter sind als solche, die Br- oder I-Atome enthalten.
Beispielsweise werden einige von Methan abgeleitete Halogenide betrachtet:
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
Und so weiter für das andere Derivatprodukt mit einem höheren Halogenierungsgrad. Beachten Sie, dass die Reihenfolge beibehalten wird: Fluorhalogenide sind leichter als Jodhalogenide. Nicht nur das, sondern auch ihre Siede- und Schmelzpunkte gehorchen dieser Reihenfolge; RF siedet bei niedrigeren Temperaturen als RI (in diesem Fall R = CH 3 ).
Ebenso sind alle diese Flüssigkeiten farblos, da Elektronen in ihren CX-Bindungen keine Photonen absorbieren oder freisetzen können, um andere Energieniveaus zu durchlaufen. Wenn sie jedoch schwerer werden, können sie kristallisieren und Farben anzeigen (ebenso wie Jodoform, CHI 3 ).
Polarität
CX-Bindungen unterscheiden sich in der Polarität, jedoch in umgekehrter Reihenfolge wie oben:
CF> C-Cl> C-Br> CI
Daher sind CF-Bindungen polarer als CI-Bindungen. RF-Halogenide sind polarer und neigen dazu, durch Dipol-Dipol-Kräfte zu interagieren. Währenddessen sind in den RBr- oder RI-Halogeniden ihre Dipolmomente schwächer und die Wechselwirkungen, die von den Londoner Dispersionskräften gesteuert werden, gewinnen an Stärke.
Lösungsmittelkraft
Da die Alkylhalogenide polarer sind als die Alkane, von denen sie abgeleitet sind, erhöhen sie ihre Fähigkeit, eine größere Anzahl organischer Verbindungen aufzulösen. Aus diesem Grund neigen sie dazu, bessere Lösungsmittel zu sein; Dies bedeutet jedoch nicht, dass sie Alkane in allen Anwendungen ersetzen können.
Es gibt technische, ökonomische, ökologische und Leistungskriterien, um ein halogeniertes Lösungsmittel einem Alkan vorzuziehen.
Nomenklatur
Es gibt zwei Möglichkeiten, ein Alkylhalogenid zu benennen: nach seinem gebräuchlichen Namen oder nach seinem systematischen Namen (IUPAC). Allgemeine Namen sind normalerweise bequemer zu verwenden, wenn RX einfach ist:
CHCl 3
Chloroform: gebräuchlicher Name
Methyltrichlorid oder Trichlormethan: IUPAC-Name.
Systematische Namen sind jedoch vorzuziehen (und die einzige Option), wenn Sie verzweigte Strukturen haben. Ironischerweise sind gebräuchliche Namen wieder nützlich, wenn Strukturen zu kompliziert sind (wie die, die Sie im letzten Abschnitt sehen werden).
Die Regeln für die Benennung einer Verbindung nach dem IUPAC-System sind dieselben wie für Alkohole: Die Hauptkette wird identifiziert, die am längsten oder am verzweigtsten ist. Die Kohlenstoffe werden dann beginnend an dem Ende aufgelistet, das den Substituenten oder Zweigen am nächsten liegt, und zwar in alphabetischer Reihenfolge.
Beispiel
Zur Veranschaulichung haben wir folgendes Beispiel:
Alkylhalogenid als Beispiel für die Nomenklatur. Quelle: Gabriel Bolívar.
Der erste Zweig ist die Methylgruppe an C-4; Da es sich jedoch um eine Doppelbindung handelt, hat diese eine höhere Priorität als die angegebene Regel. Aus diesem Grund wird die längste Kette von rechts aufgelistet, angeführt von einem Kohlenstoffatom, das an zwei Halogene gebunden ist: Cl und Br.
Bei der Aufzählung werden die Substituenten in alphabetischer Reihenfolge benannt:
1-Brom-1-chlor-4-methyl-2-hexen.
Erhalten
Um die Alkylhalogenide zu erhalten, müssen die Moleküle einem Halogenierungsprozess unterzogen werden; das heißt, Halogenatome in ihre Strukturen einbauen, insbesondere ein Atom mit einem Kohlenstoff sp 3 .
Es gibt zwei Methoden, um sie zu erhalten oder zu synthetisieren: mittels ultravioletter Strahlung durch einen Mechanismus durch freie Radikale oder mittels der Zugabe von Hydrosäuren oder Halogenen.
Halogenierung mit Licht oder ultravioletter Strahlung
Die erste, die am wenigsten geeignete und mit der schlechtesten Leistung besteht darin, die Alkane mit ultravioletter Strahlung (hv) in Gegenwart eines Halogens zu bestrahlen. Zum Beispiel sind die Gleichungen für die Chlorierung von Methan gezeigt:
CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCl (unter ultraviolettem Licht)
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
Die vier Verbindungen (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCl 3 und CCl 4 ) werden gebildet, und daher gibt es eine Mischung, die einer fraktionierten Destillation unterzogen werden kann. Dieses Verfahren ist jedoch unpraktisch und der Rückgriff auf organische Synthesen ist bevorzugt.
Ein weiteres Beispiel ist die Bromierung von 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
Auch bei dieser Reaktion wird Licht oder ultraviolette Strahlung verwendet, um die Bildung freier Radikale zu fördern. Brom, da es eine tiefrote Flüssigkeit ist, verfärbt sich bei seiner Reaktion und beobachtet so einen Farbwechsel von rot zu farblos, wenn 2-Bromhexan gebildet wird.
Zugabe von Hydrociden oder Halogenen zu Alkenen
Das zweite Verfahren zur Gewinnung von Alkylhalogeniden besteht in der Behandlung von Alkoholen (ROH) oder Alkenen (R 2 C = CR 2 ) mit Hydraciden. Hydracide haben die allgemeine Formel HX (HF, HCl, HBr und HI). Für jeden von ihnen wird ein Beispiel mit Ethanol gezeigt:
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.
Ebenso können Alkene HX-Moleküle zu ihren Doppelbindungen hinzufügen und sekundäre Alkylhalogenide bilden.
CH 2 = CH-CH 3 + HBr => BrCH 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -CHBr-CH 3
Das Produkt BrCH 2 -CH 2 -CH 3 ist 1-Brompropan und CH 3 -CHBr-CH 3 ist 2-Brompropan. Das zweite ist das Hauptprodukt, weil es das stabilste ist, während das erste in geringerem Maße hergestellt wird, weil es instabiler ist. Dies liegt daran, dass CH 3 CHBrCH 3 ein sekundäres Alkylhalogenid ist.
Sehr ähnlich tritt auf, wenn dem Alken ein Molekül von X 2 zugesetzt wird :
CH 2 = CH-CH 3 + Br 2 => BrCH 2 -CHBr-CH 3
Es wird jedoch ein Alkylhalogenid mit zwei Bromatomen erhalten, die an benachbarte Kohlenstoffe gebunden sind; vicinales Alkylhalogenid. Wenn Sie andererseits die beiden Brome an denselben Kohlenstoff gebunden hätten, hätten Sie ein geminales Alkylhalogenid wie das folgende:
Br 2 CH-CH 2 -CH 3
Reaktionen
Nucleophile Substitution
Die Reaktivitäten von Alkylhalogeniden basieren auf der Sprödigkeit oder Stärke der CX-Bindung. Je schwerer das Halogen ist, desto schwächer ist die Bindung und desto leichter bricht sie. Bei einer chemischen Reaktion werden Bindungen aufgebrochen und neue gebildet; Die CX-Bindungen werden gebrochen, um eine CG-Bindung zu bilden (G = neue Gruppe).
In geeigneteren Begriffen fungiert X als Abgangsgruppe und G als Eintrittsgruppe in eine nukleophile Substitutionsreaktion. Warum tritt diese Reaktion auf? Weil X elektronegativer als Kohlenstoff ist, "stiehlt" es die Elektronendichte und hinterlässt ein Elektronendefizit, das sich in einer positiven Teilladung niederschlägt:
C δ + -X δ-
Wenn eine negative (: G - ) oder neutrale Spezies mit einem verfügbaren Elektronenpaar (: G), die eine stabilere CG-Bindung bilden kann, die Umgebung umgibt , wird X durch G ersetzt. Das Obige kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden Chemie:
RX +: G - => RG + X -
Je schwächer die CX- oder RX-Bindung ist, desto größer ist ihre Reaktivität oder Tendenz, durch das nukleophile (oder nukleophile) Mittel G ersetzt zu werden; das heißt, Liebhaber von Kernen oder positiven Ladungen.
Beispiele
Nachfolgend finden Sie eine Reihe allgemeiner Gleichungen für die nukleophilen Substitutionen, die Alkylhalogenide eingehen können:
RX + OH - => ROH + X - (Alkohole)
+ OR '- => ROR ' (Ether, Williamson-Synthese)
+ I - => RI (Alkyliodide)
+ CN - => RCN (Nitrile)
+ R'COO - => RCOOR '(Ester)
+ NH 3 => RNH 2 (Amine)
+ P (C 6 H 5 ) 3 => RP (C 6 H 5 ) 3 + X - (Phosphoniumsalze)
+ SH - => RSH (Thiole)
Aus diesen Beispielen kann man bereits ahnen, wie wertvoll Alkylhalogenide für organische Synthesen sind. Eine der vielen noch zu zitierenden Substitutionen ist die der Friedel-Crafts-Reaktion, mit der aromatische Ringe "gemietet" werden:
RX + ArH + AlCl 3 => ArR
Bei dieser Reaktion wird ein H des aromatischen Rings durch eine R-Gruppe von RX ersetzt.
Beseitigung
Alkylhalogenide können HX-Moleküle durch eine Eliminierungsreaktion freisetzen; speziell eine Dehydrohalogenierung:
R 2 CH-CXR 2 + OH - => R 2 C = CR 2 + HX
Eine Dehydrohalogenierung soll auftreten, weil sowohl H als auch X im selben HX-Molekül verloren gehen.
Synthese von Grignard-Reagenzien
Alkylhalogenide können mit bestimmten Metallen unter Bildung des Grignard-Reagens reagieren, das zur Addition von R-Gruppen an andere Moleküle verwendet wird. Die allgemeine Gleichung für seine Synthese lautet wie folgt:
RX + Mg => RMgX
Beispiele
In den Abschnitten wurden bereits mehrere Beispiele für Alkylhalogenide erwähnt. Einige andere, einfach, sind:
-Ethylchlorid, CH 3 CH 2 Cl
-Isopropylfluorid, (CH 3 ) 2 CH 2 F.
-2-Methyl-3-chlorpentan, CH 3 -CH (CH 3 ) -CHCl-CH 2 CH 3
-secbutyliodid, CH 3 CH 2 CH 2 I-CH 3
-3-Brom-6-iodhehean, CH 3 -CH 2 -CHBr-CH 2 -CH 2 -CH 2 I.
-3,4-Dibrom-1-penten, CH 3 -CHBr-CHBr-CH = CH 2
Anwendungen
Lösungsmittel
In früheren Abschnitten wurde die Lösungsmittelkapazität der Alkylhalogenide erwähnt. Die Industrie hat diese Eigenschaft genutzt, um sie als Reinigungsmittel für Textilmaterialien, elektronische Komponenten oder zur Entfernung von Lackflecken zu verwenden.
Ebenso werden sie als Lösungsmittel für Farben oder für organische oder fettige Proben für unzählige Arten von analytischen Tests verwendet.
Organische Synthese
Alkylhalogenide sind sehr nützlich für die "Alkylierung" aromatischer Ringe und dienen als Ausgangsquelle für die Synthese praktisch aller anderen Familien organischer Verbindungen. Synthetisch wird RX als Quelle für R-Gruppen oder -Ketten angesehen, die für den Einbau in hocharomatische Verbindungen erwünscht sein können.
Pharmaindustrie
Zu Beginn wurde erwähnt, dass Halogenatome mit biologischen Matrices interagieren, so dass sie in unseren Organismen nicht unbemerkt bleiben können, ohne eine positive oder negative Veränderung hervorzurufen. Wenn ein Medikament eine positive Wirkung auf den Körper ausübt und ein Halogenatom aufweist, kann diese Wirkung verstärkt sein oder nicht.
Wenn X dann direkt an einen Kohlenstoff mit sp 3 -Hybridisierung gebunden ist , erhalten Sie ein Alkylhalogenid und kein halogeniertes Derivat. Einige solcher Halogenide sind nachstehend in der folgenden Bildserie gezeigt:
Phenoxybenzamin, ein Arzneimittel zur Bekämpfung des Blutdrucks bei Patienten mit Phäochromozytom. Quelle: Utent: Mark Pea.
Isofluran, ein Inhalationsanästhetikum. Quelle: Benjah-bmm27.
Clindamycin, ein Antibiotikum. Quelle: M mitcheltree.
Pimecrolimus zur Behandlung von Neurodermitis. Können Sie das Chloratom lokalisieren? Quelle: MarinaVladivostok.
Halomon, mögliches Antitumormittel und Alkylhalogenid aus Algen Portieria hornemannii, einer natürlichen Quelle. Quelle: Jü
Es ist zu beachten, dass in diesen fünf Arzneimitteln mindestens eine CH 2 -X- oder CH-X- Bindung vorhanden ist ; das heißt, das Halogen ist an einen sp 3 -Kohlenstoff gebunden .
Kältemittel
Das berühmte Kältemittel Freon-12 (CHCIF 2 ) ersetzte wie andere Fluoralkane oder Fluorkohlenwasserstoffe in dieser Funktion Ammoniakgase und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), da sie, obwohl sie nichtflüchtige und ungiftige Substanzen sind, die Ozonschicht zerstören. während Freon-12 reaktiver ist, wird es zerstört, bevor es solche Höhen erreicht.
Verweise
- Carey F. (2008). Organische Chemie. (Sechste Ausgabe). Mc Graw Hill.
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- Patkar Prachi. (16. Juli 2017). Alles über Alkylhalogenide: Eigenschaften, Verwendung und vieles mehr. Wissenschaft getroffen. Wiederhergestellt von: sciencestruck.com
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- Lernhandbuch für Kapitel 9 - Alkylhalogenide I. Wiederhergestellt von: cactus.dixie.edu
- QA Eduardo Vega Barrios. (sf). Alkylhalogenide: Eigenschaften, Verwendungen und Anwendungen. [PDF. Wiederhergestellt von: cvonline.uaeh.edu.mx