- Proprietățile halogenurilor alchilice
- Punctele de fierbere și de topire
- Polaritate
- Puterea solventului
- Nomenclatură
- Exemplu
- Obținerea
- Halogenare cu radiații ușoare sau ultraviolete
- Adăugarea de hidrocide sau halogene la alchene
- reacţii
- Substituție nucleofilă
- Exemple
- Eliminare
- Sinteza reactivilor Grignard
- Exemple
- Aplicații
- Solvent
- Sinteza organică
- Industria farmaceutica
- Refrigeranții
- Referințe
De halogenuri de alchil sunt compuși organici , în care un atom de carbon hibridizat sp 3 este legat covalent la un atom de halogen (F, CI, Br, I). Dintr-o altă perspectivă, este convenabil, de simplificat, să presupunem că sunt haloalkani; Acestea sunt alcani la care unii atomi de H au fost înlocuiți cu atomi de halogen.
De asemenea, așa cum indică și numele, atomii de halogen trebuie să fie legați de grupări alchil, R, pentru a fi considerați de acest tip de halogenă; deși, structural pot fi substituite sau ramificate și au inele aromatice și rămân în continuare o halogenură de alchil.
1-Molecula clorobutanului, exemplu de halogenură de alchil. Sursa: Gabriel Bolívar.
Deasupra se află molecula 1-clorobutan, care corespunde unuia dintre cele mai simple halogenuri de alchil. Se poate observa că toți carbonii săi au legături unice și au, de asemenea, hibridizare sp 3 . Prin urmare, sfera verde, corespunzătoare atomului Cl, este legată de un schelet derivat din butan alcan.
Exemple chiar mai simple decât 1-clorobutanul sunt cele derivate din gazul metan: cea mai mică hidrocarbură dintre toate.
Inca de CH 4 molecula , atomii de H poate fi înlocuit cu, adică, iod. Daca substitui un H, vei avea CH 3 I (iodmetan sau iodură de metil). Prin substituirea doi H, va avea CH 2 I 2 (diiodometan sau iodură de metilen). Apoi și în final, Is înlocuiește toate H-urile care dau CHI 3 (iodoform) și CI 4 (tetraiodură de carbon).
Haloidele alchilice se caracterizează prin faptul că sunt foarte reactive și, deoarece au cei mai electroni atomi electronici în tabelul periodic, se suspectează că prin mecanisme interminabile exercită o influență asupra matricilor biologice.
Proprietățile halogenurilor alchilice
Proprietățile acestei familii de compuși depind de structurile lor moleculare. Cu toate acestea, în comparație cu cele ale alcanilor derivați, se pot observa diferențe notabile cauzate de simplul fapt de a avea legături CX (X = atom de halogen).
Adică, legăturile CX sunt responsabile pentru orice diferență sau similaritate între una sau mai multe halogenuri de alchil.
Pentru început, legăturile CH sunt aproape apolare, având în vedere diferența mică de electronegativitate dintre C și H; pe de altă parte, legăturile CX prezintă un moment dipol permanent, datorită faptului că halogenii sunt mai electronegativi decât carbonul (în special fluorul).
Pe de altă parte, unii halogeni sunt ușori (F și Cl), în timp ce alții sunt grei (Br și I). Masele lor atomice modelează, de asemenea, diferențele în legăturile CX; și, la rândul său, direct asupra proprietăților halogenului.
Prin urmare, adăugarea de halogeni la un hidrocarbon este egală cu creșterea polarității și masei sale moleculare; este egal cu a-l face mai puțin volatil (până la un punct), mai puțin inflamabil și a crește punctele de fierbere sau de topire.
Punctele de fierbere și de topire
Acestea fiind spuse mai sus, mărimea și, prin urmare, greutatea diferiților halogeni sunt arătate în ordine crescătoare:
F <Cl <Br <I
Astfel, se poate aștepta ca halogenurile de alchil care conțin atomi de F să fie mai ușoare decât cele care conțin atomi de Br sau I.
De exemplu, unele halogenuri derivate din metan sunt considerate:
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
Și așa mai departe pentru celelalte derivate produs cu un grad mai mare de halogenare. Rețineți că ordinea este menținută: halogenurile de fluor sunt mai ușoare decât halogenurile de iod. Nu numai asta, ci și punctele lor de fierbere și topire se supun și acestei ordini; RF fierbe la temperaturi mai mici decât RI (R = CH 3 , pentru acest caz).
De asemenea, toate acele lichide sunt incolore, deoarece electronii din legăturile lor CX nu pot absorbi sau elibera fotoni pentru a tranzita alte niveluri de energie. Cu toate acestea, pe măsură ce devin mai grele, pot cristaliza și afișa culorile (la fel ca iodoformul, CHI 3 ).
Polaritate
Legăturile CX diferă în polaritate, dar în ordinea inversă ca mai sus:
CF> C-Cl> C-Br> CI
Prin urmare, obligațiunile CF sunt mai polare decât obligațiunile CI. Fiind mai polari, halogenele RF tind să interacționeze prin forțe dipol-dipol. Între timp, în halogenele RBr sau RI, momentele lor dipolice sunt mai slabe, iar interacțiunile guvernate de forțele de dispersie londoneze câștigă o putere mai mare.
Puterea solventului
Deoarece halogenurile alchilice sunt mai polare decât alcanii de la care sunt derivate, acestea cresc capacitatea lor de a dizolva un număr mai mare de compuși organici. Din acest motiv tind să fie solvenți mai buni; deși, aceasta nu înseamnă că pot înlocui alcani în toate aplicațiile.
Există criterii tehnice, economice, ecologice și de performanță pentru a prefera un solvent halogenat decât un alcan.
Nomenclatură
Există două moduri de a denumi o halogenură de alchil: prin numele său comun sau prin numele său sistematic (IUPAC). Numele obișnuite sunt de obicei mai convenabile de utilizat atunci când RX este simplu:
CHCI 3
Cloroform: nume comun
Triclorură de metil sau triclorometan: denumire IUPAC.
Numele sistematice sunt însă de preferat (și singura opțiune), atunci când aveți structuri ramificate. În mod ironic, numele comune vin din nou la îndemână atunci când structurile sunt prea complicate (precum cele pe care le veți vedea în ultima secțiune).
Regulile pentru denumirea unui compus în funcție de sistemul IUPAC sunt aceleași ca pentru alcooli: este identificat lanțul principal, care este cel mai lung sau cel mai ramificat. Carbunii sunt apoi enumerați începând de la capătul cel mai apropiat de substituenți sau ramuri, numiți în ordine alfabetică.
Exemplu
Pentru a ilustra, avem următorul exemplu:
Halogura de alchil ca exemplu de nomenclatură. Sursa: Gabriel Bolívar.
Prima ramură este gruparea metil la C-4; dar, deoarece există o dublă legătură, ea câștigă prioritate mai mare față de regula declarată. Din acest motiv, cel mai lung lanț începe să fie listat de la dreapta, în frunte cu un atom de carbon legat de doi halogeni: Cl și Br.
Odată cu enumerarea, substituenții sunt numiți în ordine alfabetică:
1-brom-1-clor-4-metil-2-hexenă.
Obținerea
Pentru a obține halogenuri de alchil, moleculele trebuie supuse unui proces de halogenare; adică încorporând atomii de halogen în structurile lor, în special un atom cu un sp 3 de carbon .
Există două metode pentru a le obține sau sintetiza: prin intermediul radiațiilor ultraviolete printr-un mecanism de către radicalii liberi sau prin adăugarea de hidro-acizi sau halogeni.
Halogenare cu radiații ușoare sau ultraviolete
Primul, cel mai puțin adecvat și cu cele mai proaste performanțe, constă în iradierea alcanilor cu radiații ultraviolete (hv) în prezența unui halogen. De exemplu, ecuațiile pentru clorarea metanului sunt arătate:
CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCl (sub lumină ultravioletă)
CH 3 Cl + Cl 2 => CH 2 Cl 2 + HCI
CH 2 Cl 2 + Cl 2 => CHCI 3 + HCI
CHCI 3 + Cl 2 => CCl 4 + HCI
Cei patru compuși (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCI 3 și CCl 4 ) sunt formate, și , prin urmare , există un amestec, care poate fi supus la distilare fracționată. Cu toate acestea, această metodă este practic și este preferată recurgerea la sinteze organice.
Un alt exemplu este bromurarea n-hexanului:
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
Din nou, în această reacție, radiațiile ușoare sau ultraviolete sunt utilizate pentru a promova formarea radicalilor liberi. Bromul, deoarece este un lichid roșu profund, devine decolorat pe măsură ce reacționează, observând astfel o schimbare de culoare de la roșu la incolor atunci când se formează 2-bromohexan.
Adăugarea de hidrocide sau halogene la alchene
A doua metodă de obținere halogenuri de alchil constă din alcooli (ROH) tratarea sau alchene (R 2 C = CR 2 ) cu hidracizii. Hidracidele au formula generală HX (HF, HCl, HBr și HI). Un exemplu va fi arătat folosind etanol pentru fiecare dintre ele:
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
De asemenea, alkenele pot adăuga molecule HX la legăturile lor duble, formând halogenuri alchilice secundare.
CH 2 = CH-CH 3 + HBr => BrCH 2 CH 2 CH 3 + CH 3 -CHBr-CH 3
Produsul BrCH 2 CH 2 CH 3 este 1-brompropan, și CH 3 -CHBr-CH 3 este 2-brompropan. Al doilea este produsul majoritar, deoarece este cel cu cea mai mare stabilitate, în timp ce primul este produs într-o măsură mai mică, deoarece este mai instabil. Acest lucru se datorează faptului că CH 3 CHBrCH 3 este o halogenură de alchil secundar.
Foarte similar se produce atunci când ceea ce se adaugă la alchena este o molecula de X 2 :
CH 2 = CH-CH 3 + Br 2 => BrCH 2 -CHBr-CH 3
Cu toate acestea, o halogenură de alchil este obținută cu doi atomi de brom legați de carbonii adiacenți; halogenură de alchil vicinal. Dacă, pe de altă parte, ai avea cele două bromuri atașate la același carbon, ai avea o halogenură de alchil geminal, cum ar fi următoarele:
Br 2 CH-CH 2 CH 3
reacţii
Substituție nucleofilă
Reactivitatea halogenurilor alchilice se bazează pe fragilitatea sau rezistența legăturii CX. Cu cât este mai greu halogenul, cu atât este mai slab legătura și, prin urmare, cu atât mai ușor se va rupe. Într-o reacție chimică se rup legături și se formează altele noi; legăturile CX sunt rupte, pentru a forma o legătură CG (G = grup nou).
În termeni mai adecvați, X acționează ca o grupă părăsitoare, iar G ca un grup de intrare într-o reacție de substituție nucleofilă. De ce apare această reacție? Deoarece X, fiind mai electronegativ decât carbonul, „fură” densitatea electronilor, lăsând-o cu un deficit de electroni care se traduce ca o sarcină parțială pozitivă:
C δ + -X δ-
Dacă o specie negativă (: G - ) sau neutră, cu o pereche de electroni disponibili (: G), capabili să formeze o legătură CG mai stabilă, înconjoară vecinătatea , X va sfârși înlocuind cu G. Mai sus poate fi reprezentat de ecuația următoare chimie:
RX +: G - => RG + X -
Cu cât este mai slab legătura CX sau RX, cu atât este mai mare reactivitatea sau tendința sa de a fi înlocuită cu agentul G nucleofil (sau nucleofil); adică iubitorii de nuclee sau sarcini pozitive.
Exemple
Mai jos este prezentată o serie de ecuații generale pentru substituțiile nucleofile la care pot suferi halogenuri de alchil:
RX + OH - => ROH + X - (alcooli)
+ OR '- => ROR ' (sinteza Ethers, Williamson)
+ I - => RI (ioduri alchilice)
+ CN - => RCN (Nitrile)
+ R'COO - => RCOOR '(Esteri)
+ NH 3 => RNH 2 (amine)
+ P (C 6 H 5 ) 3 => RP (C 6 H 5 ) 3 + X - (săruri de fosfoniu)
+ SH - => RSH (tioli)
Din aceste exemple se poate deja bănui cât de valoroase sunt halogenurile de alchil pentru sintezele organice. Una dintre numeroasele substituții rămase de citat este cea a reacției Friedel Crafts, folosită pentru „închirierea” inelelor aromatice:
RX + ArH + AlCl 3 => ArR
În această reacție, un H al inelului aromatic este înlocuit cu o grupare R din RX.
Eliminare
Halogenurile de alchil pot elibera molecule de HX printr-o reacție de eliminare; în special, o dehidrohalogenare:
R 2 CH-CXR 2 + OH - => R 2 C = CR 2 + HX
Se spune că dehidrohalogenarea are loc deoarece H și X se pierd în aceeași moleculă HX.
Sinteza reactivilor Grignard
Halogenurile de alchil pot reacționa cu anumite metale pentru a forma reactivul Grignard, utilizat pentru a adăuga grupări R la alte molecule. Ecuația generală pentru sinteza sa este următoarea:
RX + Mg => RMgX
Exemple
Mai multe exemple de halogenuri de alchil au fost deja menționate în secțiuni. Unele altele, simple, sunt:
Clorură de -Etil, CH 3 CH 2 CI
Fluorură de -izopropil, (CH 3 ) 2 CH 2 F
-2-metil-3-clorpentan, CH 3 CH (CH 3 ) -CHCl-CH 2 CH 3
iodură de -secbutyl, CH 3 CH 2 CH 2 I-CH 3
-3-brom-6-iodoheptan, CH 3 CH 2 -CHBr-CH 2 - CH 2 - CH 2 I
-3,4-dibrom-1-pentena, CH 3 -CHBr-CHBr-CH = CH 2
Aplicații
Solvent
În secțiunile anterioare, se menționa capacitatea de solvent a halogenurilor de alchil. Industria a profitat de această proprietate pentru a le folosi ca produse de curățare, fie pentru textile, componente electronice, fie pentru a îndepărta petele de lac.
De asemenea, sunt utilizate ca solvenți pentru vopsele sau pentru probe organice sau grase pentru nenumărate tipuri de teste analitice.
Sinteza organică
Halogenurile de alchil sunt foarte utile pentru „alchilarea” inelelor aromatice, servind totodată ca sursă de pornire pentru sinteza practic a tuturor celorlalte familii de compuși organici. Sintetic, RX este considerată o sursă de grupări R sau lanțuri, care pot fi dorite pentru încorporarea în compuși puternic aromatici.
Industria farmaceutica
La început a fost menționat că atomii de halogen interacționează cu matrice biologice, astfel încât în organismele noastre nu pot trece neobservate fără a genera o schimbare, pozitivă sau negativă. Dacă un medicament exercită un efect pozitiv asupra organismului, având un atom de halogen, acest efect poate fi sau nu crescut.
Apoi, dacă X este direct legat de un carbon cu hibridizarea sp 3 , veți avea o halogenură de alchil și nu un derivat halogenat. Unele dintre astfel de halogenuri sunt prezentate mai jos în următoarea serie de imagini:
Fenoxibenzamina, un medicament utilizat pentru combaterea tensiunii arteriale la pacienții cu feocromocitom. Sursa: Utent: Mark Pea.
Isoflurane, un anestezic prin inhalare. Sursa: Benjah-bmm27.
Clindamicina, un antibiotic. Sursa: M mitcheltree.
Pimecrolimus, utilizat pentru tratarea dermatitei atopice. Poți localiza atomul de clor? Sursa: MarinaVladivostok.
Halomon, posibil agent antitumoral și halogenură de alchil din alge marine Portieria hornemannii, o sursă naturală. Sursa: Jü
De notat că în aceste cinci medicamente există cel puțin o CH 2 - X sau CH-X legătură ; adică halogenul este atașat la un carbon sp 3 .
Refrigeranții
Celebrul agent frigorific Freon-12 (CHCIF 2 ), la fel ca alți fluoroalkani sau hidrofluorocarburi, au înlocuit în această funcție gazele de amoniac și clorofluorocarburile (CFC), deoarece, deși sunt substanțe non-volatile și netoxice, acestea distrug stratul de ozon; în timp ce Freon-12, fiind mai reactiv, este distrus înainte de a atinge asemenea altitudini.
Referințe
- Carey F. (2008). Chimie organica. (Ediția a șasea). Mc Graw Hill.
- Clark Jim. (2016, 14 iulie). Utilizări de halide alchilice. Chimie LibreTexturi. Recuperat din: chem.libretexts.org
- Gál, B., Bucher, C., & Burns, NZ (2016). Haluri de alchil chiral: motive neexplorate în medicină. Medicamente marine, 14 (11), 206. doi: 10.3390 / md14110206
- Haluri alchilice. Recuperat din: chemed.chem.purdue.edu
- Patkar Prachi. (16 iulie 2017). Totul despre alchil Halides: proprietăți, utilizări și multe altele. Struck Science. Recuperat de la: șticestruck.com
- R. Nava. (2016). Haluri alchilice. Recuperat din: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Ghid de învățare pentru capitolul 9 - Halide alchilice I. Recuperat din: cactus.dixie.edu
- QA Eduardo Vega Barrios. (Sf). Haluri de alchil: proprietăți, utilizări și aplicații. [PDF. Recuperat din: cvonline.uaeh.edu.mx