- Eigenschappen van alkylhalogeniden
- Kook- en smeltpunten
- Polariteit
- Oplosmiddelvermogen
- Nomenclatuur
- Voorbeeld
- Het verkrijgen van
- Halogenering met licht of ultraviolette straling
- Hydrocids of halogenen toevoegen aan alkenen
- Reacties
- Nucleofiele substitutie
- Voorbeelden
- Eliminatie
- Synthese van Grignard-reagentia
- Voorbeelden
- Toepassingen
- Oplosmiddel
- Organische synthese
- Farmaceutische industrie
- Koelmiddelen
- Referenties
De alkylhalogeniden zijn organische verbindingen waarin een koolstofatoom sp gehybridiseerd 3 covalent gebonden is aan een halogeen (F, Cl, Br, I). Vanuit een ander perspectief is het gemakkelijk om te vereenvoudigen aan te nemen dat het haloalkanen zijn; Dit zijn alkanen waarin sommige H-atomen zijn vervangen door halogeenatomen.
Zoals de naam aangeeft, moeten de halogeenatomen ook zijn gekoppeld aan alkylgroepen, R, om als dit type halogenide te worden beschouwd; hoewel ze structureel gesubstitueerd of vertakt kunnen zijn en aromatische ringen hebben, en toch een alkylhalogenide blijven.
1-chloorbutaanmolecuul, een voorbeeld van een alkylhalogenide. Bron: Gabriel Bolívar.
Hierboven staat het 1-chloorbutaanmolecuul, dat overeenkomt met een van de eenvoudigste alkylhalogeniden. Men kan zien dat al zijn koolstofatomen enkele bindingen hebben en ook sp 3- hybridisatie hebben . Daarom is de groene bol, die overeenkomt met het Cl-atoom, gekoppeld aan een skelet dat is afgeleid van alkaanbutaan.
Nog eenvoudiger voorbeelden dan 1-chloorbutaan zijn die afgeleid van methaangas: de kleinste koolwaterstof van allemaal.
Uit de CH 4 molecuul , H-atomen kunnen worden vervangen, dat wil zeggen jodium. Als je een H vervangt, heb je CH 3 I (joodmethaan of methyljodide). Door twee H te vervangen, heb je CH 2 I 2 (dijoodmethaan of methyleenjodide). Dan en ten slotte vervangt de Is alle H's en geeft CHI 3 (jodoform) en CI 4 (koolstoftetrajodide).
Alkylhalogeniden worden gekenmerkt doordat ze zeer reactief zijn en aangezien ze de meest elektronegatieve atomen in het periodiek systeem hebben, wordt vermoed dat ze via eindeloze mechanismen invloed uitoefenen op biologische matrices.
Eigenschappen van alkylhalogeniden
De eigenschappen van deze familie van verbindingen zijn afhankelijk van hun moleculaire structuren. In vergelijking met die van zijn afgeleide alkanen, kunnen echter opmerkelijke verschillen worden waargenomen die worden veroorzaakt door het simpele feit dat CX-bindingen (X = halogeenatoom) hebben.
Dat wil zeggen, de CX-bindingen zijn verantwoordelijk voor elk verschil of gelijkenis tussen een of meer alkylhalogeniden.
Om te beginnen zijn CH-bindingen bijna apolair, gezien het kleine elektronegativiteitsverschil tussen C en H; Daarentegen vertonen CX-bindingen een permanent dipoolmoment, omdat halogenen meer elektronegatief zijn dan koolstof (vooral fluor).
Aan de andere kant zijn sommige halogenen licht (F en Cl), terwijl andere zwaar zijn (Br en I). Hun atomaire massa geeft ook vorm aan verschillen binnen de CX-bindingen; en op zijn beurt direct op de eigenschappen van het halogenide.
Daarom is het toevoegen van halogenen aan een koolwaterstof gelijk aan het verhogen van de polariteit en molecuulmassa; het is gelijk aan het minder vluchtig (tot op zekere hoogte), minder ontvlambaar maken en het kook- of smeltpunt verhogen.
Kook- en smeltpunten
Dit gezegd hebbende, worden de grootte en dus het gewicht van de verschillende halogenen in oplopende volgorde weergegeven:
F <Cl <Br <I
Aldus kan worden verwacht dat alkylhalogeniden met F-atomen lichter zijn dan die met Br- of I-atomen.
Sommige halogeniden afgeleid van methaan worden bijvoorbeeld beschouwd als:
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
En zo verder voor de andere afgeleide producten met een hogere mate van halogenering. Merk op dat de volgorde wordt gehandhaafd: fluorhalogeniden zijn lichter dan jodiumhalogeniden. Niet alleen dat, maar ook hun kook- en smeltpunten gehoorzamen ook aan deze volgorde; RF kookt bij lagere temperaturen dan RI (R = CH 3 , in dit geval).
Evenzo zijn al die vloeistoffen kleurloos, omdat elektronen in hun CX-bindingen geen fotonen kunnen absorberen of afgeven om andere energieniveaus door te voeren. Naarmate ze echter zwaarder worden, kunnen ze kristalliseren en kleuren vertonen (net als jodoform, CHI 3 ).
Polariteit
CX-bindingen verschillen in polariteit, maar in omgekeerde volgorde als hierboven:
CF> C-Cl> C-Br> Cl
Daarom zijn CF-obligaties polair dan CI-obligaties. Omdat ze meer polair zijn, hebben RF-halogeniden de neiging om te interageren door middel van dipool-dipoolkrachten. Ondertussen zijn in de RBr- of RI-halogeniden hun dipoolmomenten zwakker en worden de interacties die worden beheerst door de Londense dispersiekrachten sterker.
Oplosmiddelvermogen
Omdat de alkylhalogeniden meer polair zijn dan de alkanen waarvan ze zijn afgeleid, vergroten ze hun vermogen om een groter aantal organische verbindingen op te lossen. Het is om deze reden dat ze de neiging hebben om betere oplosmiddelen te zijn; hoewel dit niet betekent dat ze in alle toepassingen alkanen kunnen vervangen.
Er zijn technische, economische, ecologische en prestatiecriteria om een gehalogeneerd oplosmiddel te verkiezen boven een alkaan.
Nomenclatuur
Er zijn twee manieren om een alkylhalogenide te noemen: met de gewone naam of met de systematische naam (IUPAC). Algemene namen zijn meestal handiger in het gebruik als RX eenvoudig is:
CHCl 3
Chloroform: algemene naam
Methyltrichloride of trichloormethaan: IUPAC-naam.
Maar systematische namen hebben de voorkeur (en de enige optie) als je vertakte structuren hebt. Ironisch genoeg zijn gewone namen weer handig als structuren te gecompliceerd zijn (zoals degene die je in de laatste sectie zult zien).
De regels voor het benoemen van een verbinding volgens het IUPAC-systeem zijn dezelfde als voor alcoholen: de hoofdketen wordt geïdentificeerd, die de langste of de meest vertakte is. De koolstofatomen worden vervolgens vermeld vanaf het einde dat het dichtst bij de substituenten of takken ligt, in alfabetische volgorde genoemd.
Voorbeeld
Ter illustratie hebben we het volgende voorbeeld:
Alkylhalogenide als een voorbeeld van de nomenclatuur. Bron: Gabriel Bolívar.
De eerste tak is de methylgroep op C-4; maar aangezien er een dubbele binding is, krijgt deze een hogere prioriteit boven de genoemde regel. Om deze reden begint de langste keten vanaf de rechterkant te worden vermeld, met aan het hoofd een koolstofatoom dat is gekoppeld aan twee halogenen: Cl en Br.
Bij de opsomming worden de substituenten in alfabetische volgorde genoemd:
1-broom-1-chloor-4-methyl-2-hexeen.
Het verkrijgen van
Om de alkylhalogeniden te verkrijgen, moeten de moleculen worden onderworpen aan een halogeneringsproces; dat wil zeggen, halogeenatomen opnemen in hun structuren, vooral een atoom met een koolstof sp 3 .
Er zijn twee methoden om ze te verkrijgen of te synthetiseren: door middel van ultraviolette straling via een mechanisme van vrije radicalen, of door toevoeging van hydrozuren of halogenen.
Halogenering met licht of ultraviolette straling
De eerste, de minst geschikte en met de slechtste prestatie, bestaat uit het bestralen van de alkanen met ultraviolette straling (hv) in aanwezigheid van een halogeen. Zo worden de vergelijkingen voor de chlorering van methaan getoond:
CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCl (onder ultraviolet licht)
CH 3 Cl + Cl 2 => CH 2 Cl 2 + HCl
CH 2 Cl 2 + Cl 2 => CHCl 3 + HCl
CHCl 3 + Cl 2 => CCI 4 + HCl
De vier verbindingen (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCl 3 en CCl 4 ) worden gevormd, en daarom is er een mengsel dat kan worden onderworpen aan gefractioneerde destillatie. Deze methode is echter onpraktisch en het gebruik van organische syntheses heeft de voorkeur.
Een ander voorbeeld is de bromering van n-hexaan:
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
Ook hier wordt bij deze reactie licht of ultraviolette straling gebruikt om de vorming van vrije radicalen te bevorderen. Broom, aangezien het een dieprode vloeistof is, verkleurt tijdens de reactie, waardoor een kleurverandering van rood naar kleurloos wordt waargenomen wanneer 2-broomhexaan wordt gevormd.
Hydrocids of halogenen toevoegen aan alkenen
De tweede werkwijze voor het verkrijgen alkylhalogeniden omvat het behandelen alcoholen (ROH) of alkenen (R 2 C = CR 2 ) met waterstofzuren. Hydraciden hebben de algemene formule HX (HF, HCl, HBr en HI). Er zal een voorbeeld worden getoond met ethanol voor elk van hen:
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
Evenzo kunnen alkenen HX-moleculen aan hun dubbele bindingen toevoegen, waardoor secundaire alkylhalogeniden worden gevormd.
CH 2 = CH-CH 3 + HBr => BrCH 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -CHBr-CH 3
Het product BrCH 2 -CH 2 -CH 3 1-broompropaan en CH 3 -CHBr-CH 3 2-broompropaan. Het tweede is het meerderheidsproduct omdat dit het product is met de grootste stabiliteit, terwijl het eerste in mindere mate wordt geproduceerd omdat het instabieler is. Dit komt omdat CH 3 CHBrCH 3 is een secundair alkylhalogenide.
Zeer vergelijkbaar treedt op wanneer wat aan het alkeen wordt toegevoegd een molecuul van X 2 is :
CH 2 = CH-CH 3 + Br 2 => BrCH 2 -CHBr-CH 3
Er wordt echter een alkylhalogenide verkregen met twee broomatomen die zijn gebonden aan aangrenzende koolstofatomen; vicinale alkylhalogenide. Als u aan de andere kant de twee broom aan dezelfde koolstof had gehecht, zou u een geminale alkylhalogenide hebben, zoals de volgende:
Br 2 CH-CH 2- CH 3
Reacties
Nucleofiele substitutie
De reactiviteiten van alkylhalogeniden zijn gebaseerd op de broosheid of sterkte van de CX-binding. Hoe zwaarder het halogeen, des te zwakker de binding, en dus des te gemakkelijker zal deze breken. Bij een chemische reactie worden bindingen verbroken en worden nieuwe gevormd; de CX-bindingen worden verbroken om een CG-binding te vormen (G = nieuwe groep).
Met andere woorden, X fungeert als een vertrekkende groep en G als een binnenkomende groep in een nucleofiele substitutiereactie. Waarom treedt deze reactie op? Omdat X, dat elektronegatiever is dan koolstof, de elektronendichtheid "steelt", waardoor er een tekort aan elektronen ontstaat dat zich vertaalt in een positieve gedeeltelijke lading:
C δ + -X δ-
Als een negatieve (: G - ) of neutrale soort met een paar beschikbare elektronen (: G), die een stabielere CG-binding kunnen vormen, in de buurt zweeft, wordt X uiteindelijk vervangen door G. Het bovenstaande kan worden weergegeven door de volgende vergelijking chemie:
RX +: G - => RG + X -
Hoe zwakker de CX- of RX-binding, hoe groter de reactiviteit of neiging om te worden vervangen door het nucleofiele (of nucleofiele) middel G; dat wil zeggen, liefhebbers van kernen of positieve ladingen.
Voorbeelden
Hieronder vindt u een reeks algemene vergelijkingen voor de nucleofiele substituties die alkylhalogeniden kunnen ondergaan:
RX + OH - => ROH + X - (alcoholen)
+ OR '- => ROR ' (Ethers, Williamson-synthese)
+ I - => RI (Alkyljodiden)
+ CN - => RCN (nitrilen)
+ R'COO - => RCOOR '(Esters)
+ NH 3 => RNH 2 (Aminen)
+ P (C 6 H 5 ) 3 => RP (C 6 H 5 ) 3 + X - (fosfoniumzouten)
+ SH - => RSH (Thiolen)
Uit deze voorbeelden kan al worden vermoed hoe waardevol alkylhalogeniden zijn voor organische syntheses. Een van de vele vervangingen die nog moesten worden genoemd, is die van de Friedel Crafts-reactie, die werd gebruikt om aromatische ringen te "huren":
RX + ArH + AlCl 3 => ArR
Bij deze reactie wordt een H van de aromatische ring vervangen door een R-groep uit RX.
Eliminatie
Alkylhalogeniden kunnen HX-moleculen afgeven door een eliminatiereactie; specifiek een dehydrohalogenering:
R 2 CH-CXR 2 + OH - => R 2 C = CR 2 + HX
Dehydrohalogenering zou plaatsvinden omdat zowel H als X verloren gaan in hetzelfde HX-molecuul.
Synthese van Grignard-reagentia
Alkylhalogeniden kunnen reageren met bepaalde metalen om het Grignard-reagens te vormen, dat wordt gebruikt om R-groepen aan andere moleculen toe te voegen. De algemene vergelijking voor de synthese is als volgt:
RX + Mg => RMgX
Voorbeelden
In de secties zijn al verschillende voorbeelden van alkylhalogeniden genoemd. Enkele andere, eenvoudig, zijn:
Ethylchloride, CH 3 CH 2 Cl
-Isopropylfluoride, (CH 3 ) 2 CH 2 F
-2-methyl-3-chloorpentaan, CH 3 CH (CH 3 ) -CHCl-CH 2 CH 3
-secbutyljodide, CH 3 CH 2 CH 2 I-CH 3
-3-broom-6-joodheptaan, CH 3 -CH 2 -CHBr-CH 2 -CH 2 -CH 2 I
-3,4-dibroom-1-penteen, CH 3 -CHBr-CHBr-CH = CH 2
Toepassingen
Oplosmiddel
In voorgaande paragrafen werd melding gemaakt van het oplosmiddelvermogen van de alkylhalogeniden. De industrie heeft van deze eigenschap gebruik gemaakt om ze te gebruiken als reinigingsmiddelen, of het nu gaat om textielmaterialen, elektronische componenten of om lakvlekken te verwijderen.
Evenzo worden ze gebruikt als oplosmiddelen voor verven, of voor organische of vette monsters voor ontelbare soorten analytische tests.
Organische synthese
Alkylhalogeniden zijn zeer nuttig voor het "alkyleren" van aromatische ringen, terwijl ze dienen als uitgangsbron voor de synthese van vrijwel alle andere families van organische verbindingen. Synthetisch wordt RX beschouwd als een bron van R-groepen of ketens, die gewenst kunnen zijn voor opname in sterk aromatische verbindingen.
Farmaceutische industrie
In het begin werd vermeld dat halogeenatomen interageren met biologische matrices, zodat ze in onze organismen niet onopgemerkt kunnen blijven zonder een verandering, positief of negatief, te genereren. Als een medicijn een positief effect heeft op het lichaam, met een halogeenatoom, kan dit effect al dan niet worden versterkt.
Als X dan direct is gekoppeld aan een koolstofatoom met sp 3- hybridisatie , heb je een alkylhalogenide en geen gehalogeneerd derivaat. Enkele van dergelijke halogeniden worden hieronder weergegeven in de volgende reeks afbeeldingen:
Fenoxybenzamine, een geneesmiddel dat wordt gebruikt om de bloeddruk te bestrijden bij patiënten met feochromocytoom. Bron: Utent: Mark Pea.
Isofluraan, een inhalatie-anestheticum. Bron: Benjah-bmm27.
Clindamycine, een antibioticum. Bron: M mitcheltree.
Pimecrolimus, gebruikt om atopische dermatitis te behandelen. Kunt u het chlooratoom lokaliseren? Bron: MarinaVladivostok.
Halomon, mogelijk antitumormiddel en alkylhalogenide uit zeewier Portieria hornemannii, een natuurlijke bron. Bron: Jü
Merk op dat er in deze vijf geneesmiddelen ten minste één CH 2 -X- of CH-X- binding is ; dat wil zeggen, het halogeen is bevestigd aan een sp 3 koolstofatoom .
Koelmiddelen
Het beroemde koelmiddel Freon-12 (CHCIF 2 ), net als andere fluoralkanen of fluorkoolwaterstoffen, verving ammoniakgassen en chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's) in deze functie omdat ze, hoewel ze niet-vluchtige en niet-giftige stoffen zijn, de ozonlaag vernietigen; terwijl freon-12, omdat het reactiever is, wordt vernietigd voordat het dergelijke hoogten bereikt.
Referenties
- Carey F. (2008). Organische chemie. (Zesde editie). Mc Graw Hill.
- Clark Jim. (2016, 14 juli). Maakt gebruik van Alkyl Halides. Chemie LibreTexts. Hersteld van: chem.libretexts.org
- Gál, B., Bucher, C., & Burns, NZ (2016). Chirale alkylhalogeniden: onderbelichte motieven in de geneeskunde. Marine drugs, 14 (11), 206. doi: 10.3390 / md14110206
- Alkylhalogeniden. Hersteld van: chemed.chem.purdue.edu
- Patkar Prachi. (16 juli 2017). Alles over alkylhalogeniden: eigenschappen, toepassingen en nog veel meer. Science Struck. Hersteld van: sciencestruck.com
- R. Schip. (2016). Alkylhalogeniden. Hersteld van: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Leergids voor hoofdstuk 9 - Alkylhalogeniden I. Hersteld van: cactus.dixie.edu
- QA Eduardo Vega Barrios. (sf). Alkylhalogeniden: eigenschappen, toepassingen en toepassingen. [PDF. Hersteld van: cvonline.uaeh.edu.mx