- Az alkil-halogenidek tulajdonságai
- Forráspont és olvadáspont
- Polaritás
- Oldószer hatalom
- Elnevezéstan
- Példa
- beszerzése
- Halogenálás fény vagy ultraibolya sugárzással
- Hidroxidok vagy halogének hozzáadása az alkénekhez
- reakciók
- Nukleofil helyettesítés
- Példák
- kiküszöböléséről
- Grignard reagensek szintézise
- Példák
- Alkalmazások
- Oldószer
- Szerves szintézis
- Gyógyszeripar
- hűtőközegek
- Irodalom
A alkil-halogenidek olyan szerves vegyületek, amelyekben egy szénatom sp hibridizált 3 kovalensen kötődik egy halogénatom (F, Cl, Br, I). Más szempontból kényelmesebb egyszerűsíteni azt feltételezni, hogy halogén-alkánok; Ezek alkánok, amelyekben néhány H-atomot halogénatomok helyettesítettek.
Ezenkívül, amint a neve is jelzi, a halogénatomoknak R alkilcsoportokhoz kell kapcsolódniuk, hogy ezt a halogenidetípusnak lehessen tekinteni; bár szerkezetileg szubsztituáltak vagy elágazóak lehetnek, és aromás gyűrűkkel rendelkeznek, és továbbra is alkil-halogenidek.
1-klórbután-molekula, például egy alkil-halogenid. Forrás: Gabriel Bolívar.
Fent az 1-klór-bután-molekula, amely az egyik legegyszerűbb alkil-halogenidnek felel meg. Látható, hogy minden szénatomja egyszeres kötésű, és sp 3 hibridizációval is rendelkezik. Ezért a Cl-atomnak megfelelő zöld gömb kapcsolódik egy alkán-butánból származó vázhoz.
Még egyszerűbb példák, mint az 1-klórbután, a metángázból származnak: a legkisebb szénhidrogén.
Már a CH 4 molekula, H atom lehet helyettesíteni, hogy van, a jód. Ha H helyettesít, akkor CH 3 I (jód-metán vagy metil-jodid) lesz. Két H helyettesítésével CH 2 I 2-t (dijód-metán vagy metilén-jodid) kapsz. Aztán végül az, hogy cserélje a Hs így CHI 3 (jodoformmal) és CI 4 (széntetrajodid).
Az alkil-halogenideket nagyon reakcióképesnek tekintik, és mivel a periódusos rendszerben a legtöbb elektronegatív atom van, feltételezhető, hogy végtelen mechanizmusok révén befolyásolják a biológiai mátrixokat.
Az alkil-halogenidek tulajdonságai
Ennek a vegyületcsaládnak a tulajdonságai függnek molekuláris szerkezetüktől. A származékaival összehasonlítva azonban figyelemre méltó különbségeket a CX-kötések egyszerű tényezője (X = halogénatom) okozhat.
Vagyis a CX-kötések felelősek minden különbségért vagy hasonlóságért egy vagy több alkil-halogenid között.
Először: a CH-kötések szinte apolárisak, tekintettel a C és H közötti kicsi elektronegativitási különbségre; Ezzel szemben a CX-kötések állandó dipólmomentumot képviselnek, mivel a halogének elektronegatívabbak, mint a szén (különösen a fluor).
Másrészt, néhány halogén könnyű (F és Cl), mások nehéz (Br és I). Atomtömegük szintén alakítja a különbségeket a CX-kötésekben; és viszont közvetlenül a halogenid tulajdonságaira.
Ezért halogének hozzáadása a szénhidrogénhez megegyezik a polaritás és a molekulatömeg növelésével; ez megegyezik azzal, hogy kevésbé illékony (egy pontig), kevésbé tűzveszélyes és növelje forráspontját vagy olvadáspontját.
Forráspont és olvadáspont
A fentiek alapján a különböző halogének mérete és súlya növekvő sorrendben látható:
F <Cl <Br <I
Így várható, hogy az F-atomokat tartalmazó alkil-halogenidek könnyebbek legyenek, mint azok, amelyek Br vagy I atomokat tartalmaznak.
Például a metánból származó néhány halogenidet figyelembe veszik:
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
És így tovább a többi származéktermékhez, amely magasabb fokú halogénezést tartalmaz. Vegye figyelembe, hogy a sorrend megmarad: a fluor-halogenidek könnyebbek, mint a jód-halogenidek. Nemcsak ezt, hanem forráspontját és olvadáspontját is betartják ezt a sorrendet; Az RF alacsonyabb hőmérsékleten forr, mint RI (ebben az esetben R = CH 3).
Hasonlóképpen, az összes folyadék színtelen, mivel a CX-kötéseikben levő elektronok nem képesek abszorbeálni vagy felszabadítani fotonokat más energiaszintek átvitelére. Mivel azonban nehezebbé válnak, kristályosodhatnak és színeket jeleníthetnek meg (mint a jodoform, CHI 3).
Polaritás
A CX kötvények polaritásukban különböznek, de a fentiek szerint fordított sorrendben:
CF> C-Cl> C-Br> CI
Ezért a CF-kötések polárosabbak, mint a CI-kötvények. Mivel polárosabbak, az RF-halogenidek hajlamosak kölcsönhatásba lépni a dipól-dipól erőkön keresztül. Eközben az RBr vagy RI halogenidekben a dipólmomentumuk gyengébb, és a londoni diszperziós erők által szabályozott interakciók erősebbek.
Oldószer hatalom
Mivel az alkil-halogenidek polárosabbak, mint azok az alkánok, amelyekből származnak, növelik képességüket nagyobb mennyiségű szerves vegyület feloldására. Ez az oka annak, hogy jobban oldószerek; bár ez nem azt jelenti, hogy minden alkalmazásban el tudják távolítani az alkánokat.
Technikai, gazdasági, ökológiai és teljesítménykritériumok vannak a halogénezett oldószer előnyben részesítésére az alkán helyett.
Elnevezéstan
Az alkil-halogenideket kétféle módon lehet megnevezni: általános névvel vagy szisztematikus nevével (IUPAC). A köznevek általában kényelmesebbek, ha az RX egyszerű:
kloroform 3
Kloroform: közismert név
Metil-triklorid vagy triklór-metán: IUPAC név.
De a szisztematikus nevek előnyösek (és az egyetlen lehetőség), ha elágazó struktúrák vannak. Ironikus módon a köznevek ismét hasznosak, ha a struktúrák túl bonyolultak (mint amilyeneket az utolsó részben látni fog).
A vegyületeknek az IUPAC rendszer szerinti elnevezésére vonatkozó szabályok megegyeznek az alkoholokéval: azonosítják a fő láncot, amely a leghosszabb vagy a leginkább elágazó. A szénatomokat ezután felsoroljuk a szubsztituensekhez vagy ágakhoz legközelebbi végtől kezdve, ábécé sorrendben.
Példa
A szemléltetés céljából a következő példa található:
Az alkil-halogenid mint a nómenklatúra példája. Forrás: Gabriel Bolívar.
Az első ág a C-4 metilcsoport; de mivel létezik kettős kötés, nagyobb prioritást kap a megadott szabályhoz képest. Ezért jobbról kezdődik a leghosszabb lánc felsorolása, amelyet két halogénhez: Cl és Br kapcsolódó szénatom vezet.
A felsorolás során a szubsztituenseket ábécé sorrendben nevezzük el:
1-bróm-1-klór-4-metil-2-hexén.
beszerzése
Az alkil-halogenidek előállításához a molekulákat halogénezési eljárásnak kell alávetni; amelyek magukban foglalják az halogénatomok be a szerkezetük, különösen egy atom egy szénatom SP 3.
Két módszer létezik ezek előállítására vagy szintetizálására: ultraibolya sugárzás útján, szabad gyökök által létrehozott mechanizmuson keresztül, vagy hidrogénsavak vagy halogének hozzáadásával.
Halogenálás fény vagy ultraibolya sugárzással
Az első, a legkevésbé megfelelő és a legrosszabb teljesítményű alkanok ultraibolya sugárzással (hv) történő besugárzása halogén jelenlétében áll. Például a metán klórozásának egyenleteit mutatjuk be:
CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCl (ultraibolya fényben)
CH 3 Cl + Cl 2 => CH 2 Cl 2 + HCI
CH 2 Cl 2 + Cl 2 => CHCI 3 + HCl
CHCI 3 + Cl 2 => CCI 4 + HCI
A négy vegyület (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2, CHCI 3 és a CCL 4) vannak kialakítva, és így van egy keverék, amely lehet frakcionált desztillációnak vetjük alá. Ez a módszer azonban nem praktikus, és előnyben részesítik a szerves szintéziseket.
Egy másik példa az n-hexán brómozása:
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
Ebben a reakcióban ismét könnyű vagy ultraibolya sugárzást alkalmaznak a szabad gyökök képződésének elősegítésére. A bróm, mivel ez egy mélyvörös folyadék, reakció közben elszíneződik, és megfigyeli a színváltozást vörösről színtelenre, amikor 2-bróm-hexán képződik.
Hidroxidok vagy halogének hozzáadása az alkénekhez
A második módszer megszerzésének alkil-halogenidek abból áll, alkoholok (ROH) vagy alkének (R 2 C = CR 2) a hidrogén-halogenidekkel,. A hidracidok általános képlete HX (HF, HCl, HBr és HI). Példa kerül bemutatásra mindegyik etanol felhasználásával:
CH 3 CH 2 OH + HF => CH 3 CH 2 F + H 2 O
CH 3 CH 2 OH + HCI => 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
Hasonlóképpen, az alkének HX molekulákat adhatnak kettős kötéseikhez, szekunder alkil-halogenideket képezve.
CH 2 = CH-CH 3 + HBr => BrCH 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -CHBr-CH 3
A terméket BrCH 2 -CH 2 -CH 3 jelentése 1-bróm-propánt, és a CH 3 -CHBr-CH 3 jelentése 2-bróm-propánt. A második a többségű termék, mivel a legnagyobb stabilitással rendelkezik, míg az első kisebb méretben készül, mert instabilabb. Ez azért van, mert CH 3 CHBrCH 3 egy szekunder alkil-halogenid.
Nagyon hasonló történik, ha az alkénhez hozzáadunk egy X 2 molekulát:
CH 2 = CH-CH 3 + Br 2 => BrCH 2 -CHBr-CH 3
Alkil-halogenidet kapunk azonban két szomszédos szénatomhoz kötött bróm-atommal; vicinal alkil-halogenid. Ha viszont a két bróm ugyanahhoz a szénhez kapcsolódik, akkor egy geminális alkil-halogenid lenne, az alábbiak szerint:
Br 2 CH-CH 2 -CH 3
reakciók
Nukleofil helyettesítés
Az alkil-halogenidek reaktivitása a CX-kötés törékenységén vagy szilárdságán alapul. Minél nehezebb a halogén, annál gyengébb a kötés, és ezért könnyebben el fog törni. Egy kémiai reakció során kötések megszakadnak és újak képződnek; a CX kötések megszakadnak, hogy CG kötést képezzenek (G = új csoport).
Pontosabban fogalmazva, X kilépő csoportként, G pedig belépő csoportként viselkedik nukleofil szubsztitúciós reakcióban. Miért fordul elő ez a reakció? Mivel az X, mivel inkább elektronegatív, mint a szén, "ellopja" az elektron sűrűségét, és így elektroncsökkenést eredményez, amely pozitív parciális töltésként fordul elő:
C δ + -X δ-
Ha egy negatív (: G -) vagy semleges faj, amelyben rendelkezésre áll egy elektronpár (: G), és képes egy stabilabb CG-kötés kialakítására, körülveszi a helyzetet, akkor X végül G. helyébe lép. A fentiek a következő egyenlettel ábrázolhatók: kémia:
RX +: G - => RG + X -
Minél gyengébb a CX vagy RX kötés, annál nagyobb a reakcióképessége vagy hajlandósága arra, hogy G nukleofil (vagy nukleofil) szerrel helyettesítse; vagyis a magok vagy pozitív töltések szerelmesei.
Példák
Az alábbiakban bemutatjuk az általános egyenletek sorozatát az alkil-halogenidek nukleofil helyettesítéseire:
RX + OH - => ROH + X - (alkoholok)
+ VAGY '- => ROR ' (éterek, Williamson szintézis)
+ I - => RI (alkil-jodidok)
+ CN - => RCN (nitril)
+ R'COO - => RCOOR '(észterek)
+ NH 3 => RNH 2 (Aminok)
+ P (C 6 H 5) 3 => RP (C 6 H 5) 3 + X - (foszfóniumsók)
+ SH - => RSH (tiolok)
Ezekből a példákból már feltételezhető, hogy az alkil-halogenidek mennyire értékesek a szerves szintézisekhez. Az a sok helyettesítés, amelyet még idézni kell, a Friedel Crafts-reakció, amelyet aromás gyűrűk "kölcsönzésére" használtak:
RX + ArH + AlCl 3 => arr
Ebben a reakcióban az aromás gyűrű H csoportját RX helyén álló R csoport helyettesíti.
kiküszöböléséről
Az alkil-halogenidek eliminálási reakció révén felszabadíthatják a HX molekulákat; konkrétan dehidrohalogénezés:
R 2 CH-CXR 2 + OH - => R 2 C = CR 2 + HX
A dehidrohalogénezésről azt állítják, hogy ugyanabban a HX-molekulában mind a H, mind az X elvesznek.
Grignard reagensek szintézise
Az alkil-halogenidek reagálhatnak bizonyos fémekkel Grignard-reagenst képezve, amelyet R csoportok más molekulákhoz történő hozzáadására használnak. A szintézis általános egyenlete a következő:
RX + Mg => RMgX
Példák
Az alkil-halogenidek számos példáját már említik a fejezetekben. Mások, egyszerűek, a következők:
-Etil-kloridot, CH 3 CH 2 Cl
-Izopropil-fluorid, (CH 3) 2 CH 2 F
-2-metil-3-klór-pentán, CH 3 -CH (CH 3) -CHCI-CH 2 CH 3
-secbutyl jodid, CH 3 CH 2 CH 2 I-CH 3
-3-bróm-6-iodoheptane, CH 3 -CH 2 -CHBr-CH 2 -CH 2 -CH 2 I
-3,4-dibróm-1-pentén, CH 3 -CHBr-CHBr-CH = CH 2
Alkalmazások
Oldószer
Az előző szakaszokban megemlítettük az alkil-halogenidek oldószer-kapacitását. Az iparág kihasználta ezt a tulajdonságot, hogy tisztítószerként használja őket, akár textilanyagok, elektronikus alkatrészek, akár lakkfoltok eltávolítására.
Hasonlóképpen oldószerként használják a festékekhez vagy szerves vagy zsíros mintákhoz számtalan típusú analitikai vizsgálathoz.
Szerves szintézis
Az alkil-halogenidek nagyon hasznosak az aromás gyűrűk "alkilezéséhez", ugyanakkor kiindulási forrásként szolgálnak a szerves vegyületek gyakorlatilag minden más családjának szintéziséhez. Szintetikusan az RX az R csoportok vagy láncok forrása, amely kívánatos lehet az erősen aromás vegyületekbe történő beépítéshez.
Gyógyszeripar
Az elején megemlítették, hogy a halogénatomok kölcsönhatásba lépnek a biológiai mátrixokkal, így organizmusainkban nem maradhatnak észrevétlenül pozitív vagy negatív változás előidézése nélkül. Ha egy gyógyszer pozitív hatással van a testre, halogénatommal rendelkezik, ez a hatás fokozódhat, vagy nem.
Ezután, ha X közvetlenül kapcsolódik egy szénatomhoz SP 3 hibridizáció, akkor egy alkil-halogenid, és nem egy halogénezett származékát. Az ilyen halogenidek némelyikét az alábbiakban mutatjuk be a következő képsorozatban:
Fenoxibenzozamin, pheochromocytómában szenvedő betegek vérnyomásának leküzdésére szolgáló gyógyszer. Forrás: Utent: Mark Pea.
Izoflurán, inhalációs érzéstelenítő. Forrás: Benjah-bmm27.
Klindamicin, egy antibiotikum. Forrás: M mitcheltree.
Pimekrolimusz, atópiás dermatitis kezelésére. Megtalálhatja a klóratomot? Forrás: MarinaVladivostok.
Halomon, lehetséges daganatellenes szer és alkil-halogenid a természetes eredetű Portieria hornemannii algaból. Forrás: Jü
Megjegyezzük, hogy ebben az öt kábítószer van legalább egy CH 2 -X vagy CH-X kötés; azaz, a halogénatom kapcsolódik egy SP 3 szénatomos.
hűtőközegek
A híres Freon-12 (CHCIF 2) hűtőközeg, hasonlóan más fluor- alkánokhoz vagy fluorozott szénhidrogénekhez, ebben a funkcióban helyettesítette az ammóniagázokat és a klórozott-fluorozott szénhidrogéneket (CFC-k), mivel annak ellenére, hogy nem illékony és nem mérgező anyagok, elpusztítják az ózonréteget; míg a Freon-12, mivel reaktívabb, elpusztul, mielőtt elérné az ilyen magasságokat.
Irodalom
- Carey F. (2008). Szerves kémia. (Hatodik kiadás). Mc Graw Hill.
- Clark Jim. (2016, július 14). Az alkil-halogenidek felhasználása. Kémia LibreTexts. Helyreállítva: chem.libretexts.org
- Gál, B., Bucher, C., és Burns, NZ (2016). Királis alkil-halogenidek: Alig ismeretlen motívumok az orvostudományban. Marine drogos, 14 (11), 206. doi: 10,3390 / md14110206
- Alkil-halogenidek. Helyreállítva: chemed.chem.purdue.edu
- Patkar Prachi. (2017. július 16.) Minden, ami az alkil-halogenideket tartalmazza: tulajdonságok, felhasználások és még sok más. Science Struck. Helyreállítva: sciencestruck.com
- R. Ship. (2016). Alkil-halogenidek. Helyreállítva: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Tanulási útmutató a 9. fejezethez - Alkil-halogenidek I. Helyreállítva: cactus.dixie.edu
- QA Eduardo Vega Barrios. (Sf). Alkil-halogenidek: Tulajdonságok, felhasználások és alkalmazások. [PDF. Helyreállítva: cvonline.uaeh.edu.mx