De alkylhalogeniden zijn organische verbindingen waarin een koolstofatoom met sp-hybridisatie3 is covalent gebonden aan een halogeen (F, Cl, Br, I). Vanuit een ander perspectief is het gemakkelijk om te vereenvoudigen aan te nemen dat het halogeenalkanen zijn; dit zijn alkanen waarin sommige H-atomen zijn vervangen door halogeenatomen.
Zoals de naam aangeeft, moeten 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.
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-hybridisatie hebben3. 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.
Van zijn molecuul CH4 H-atomen kunnen worden vervangen door bijvoorbeeld jodium. Als een H wordt vervangen, hebben we de CH3I (joodmethaan of methyljodide). Door twee H te vervangen, hebben we de CHtweeiktwee (dijoodmethaan of methyleenjodide). Dan en tot slot vervangen de I's alle H's door CHI te geven3 (jodoform) en CI4 (koolstoftetrajodide).
Alkylhalogeniden worden gekenmerkt doordat ze zeer reactief zijn en, doordat ze de meest elektronegatieve atomen in het periodiek systeem hebben, wordt aangenomen dat ze via eindeloze mechanismen invloed uitoefenen op biologische matrices.
Artikel index
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 ze C-X-bindingen hebben (X = halogeenatoom).
Dat wil zeggen, de C-X-bindingen zijn verantwoordelijk voor elk verschil of gelijkenis tussen een of meer alkylhalogeniden..
Om te beginnen zijn de C-H-bindingen bijna apolair, gezien het kleine elektronegativiteitsverschil tussen C en H; aan de andere kant presenteren de C-X-bindingen een permanent dipoolmoment, vanwege het feit dat halogenen elektronegatiever 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 C-X-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; komt overeen met het minder vluchtig maken (tot op zekere hoogte), minder ontvlambaar en het verhogen van het kook- of smeltpunt.
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 die F-atomen bevatten lichter zijn dan die welke Br- of I-atomen bevatten..
Sommige halogeniden afgeleid van methaan worden bijvoorbeeld beschouwd:
CH3F. < CH3Cl < CH3Br < CH3ik
CHtweeF.twee < CHtweeCltwee < CHtweeBrtwee < CHtweeiktwee
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 = CH3, in dit geval).
Evenzo zijn al die vloeistoffen kleurloos, omdat elektronen geen fotonen kunnen absorberen of afgeven in hun C-X-bindingen om andere energieniveaus door te voeren. Naarmate ze echter zwaarder worden, kunnen ze kristalliseren en kleuren weergeven (net als jodoform, CHI3.
C-X-bindingen verschillen in polariteit, maar in omgekeerde volgorde als hierboven:
C-F> C-Cl> C-Br> C-I
Daarom zijn CF-bindingen meer polair dan C-I-bindingen. Omdat ze meer polair zijn, hebben RF-halogeniden de neiging om te interageren via dipool-dipoolkrachten. Ondertussen zijn in RBr- of RI-halogeniden hun dipoolmomenten zwakker en worden de interacties die worden beheerst door de Londense dispersiekrachten sterker..
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 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.
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:
CHCl3
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 nuttig als de structuren te gecompliceerd zijn (zoals degene die in de laatste sectie zullen worden gezien).
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. Vervolgens worden de koolstofatomen weergegeven vanaf het einde dat het dichtst bij de substituenten of takken ligt, in alfabetische volgorde genoemd.
Om het te illustreren, hebben we het volgende voorbeeld:
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 van rechts 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.
Om de alkylhalogeniden te verkrijgen, moeten de moleculen worden onderworpen aan een halogeneringsproces; dat wil zeggen, halogeenatomen in hun structuren opnemen, vooral een atoom met een koolstofsp3.
Er zijn twee methoden om ze te verkrijgen of te synthetiseren: door ultraviolette straling via een mechanisme van vrije radicalen of door toevoeging van hydrociden of halogenen..
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:
CH4 + Cltwee => CH3Cl + HCl (onder UV-licht)
CH3Cl + Cltwee => CHtweeCltwee + HCl
CHtweeCltwee + Cltwee => CHCl3 + HCl
CHCl3 + Cltwee => CCl4 + HCl
De vier verbindingen (CH3Cl, CHtweeCltwee, CHCl3 en CCl4) worden gevormd, en daarom heb je 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:
CH3CHtweeCHtweeCHtweeCHtweeCH3 + Brtwee => CH3(Br) CHCHtweeCHtweeCHtweeCH3 + HBr
Ook hier wordt bij deze reactie licht of ultraviolette straling gebruikt om de vorming van vrije radicalen te bevorderen. Broom, omdat het een dieprode vloeistof is, verkleurt tijdens de reactie, waardoor een kleurverandering van rood naar kleurloos wordt waargenomen wanneer 2-broomhexaan wordt gevormd..
De tweede methode om alkylhalogeniden te verkrijgen bestaat uit het behandelen van alcoholen (ROH) of alkenen (R.tweeC = CRtwee) met hydraciden. Hydraciden hebben de algemene formule HX (HF, HCl, HBr en HI). Er zal een voorbeeld worden getoond met ethanol voor elk van hen:
CH3CHtweeOH + HF => CH3CHtweeF + HtweeOF
CH3CHtweeOH + HCl => CH3CHtweeCl + HtweeOF
CH3CHtweeOH + HBr => CH3CHtweeBr + HtweeOF
CH3CHtweeOH + HI => CH3CHtweeIk + HtweeOF
Evenzo kunnen alkenen HX-moleculen aan hun dubbele bindingen toevoegen, waardoor secundaire alkylhalogeniden worden gevormd..
CHtwee= CH-CH3 + HBr => BrCHtwee-CHtwee-CH3 + CH3-CHBr-CH3
Het BrCH-producttwee-CHtwee-CH3 is 1-broompropaan en CH3-CHBr-CH3 2-broompropaan. Het tweede is het meerderheidsproduct omdat het het meest stabiel is, terwijl het eerste in mindere mate wordt geproduceerd omdat het instabieler is. Dit komt omdat de CH3CHBrCH3 is een secundair alkylhalogenide.
Zeer vergelijkbaar doet zich voor wanneer wat aan het alkeen wordt toegevoegd een molecuul X istwee
CHtwee= CH-CH3 + Brtwee => BrCHtwee-CHBr-CH3
Er wordt echter een alkylhalogenide verkregen met twee broomatomen die zijn gebonden aan aangrenzende koolstofatomen; vicinale alkylhalogenide. Als u daarentegen de twee broom aan dezelfde koolstof had gehecht, zou u een geminale alkylhalogenide hebben, zoals de volgende:
BrtweeCH-CHtwee-CH3
De reactiviteiten van alkylhalogeniden zijn gebaseerd op de broosheid of sterkte van de C-X-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; C-X-bindingen worden verbroken om een C-G-binding te vormen (G = nieuwe groep).
Met andere woorden, X fungeert als een vertrekkende groep en G als een binnenkomende groep in een reactie van nucleofiele substitutie. 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 als een positieve gedeeltelijke lading:
Cδ+-Xδ-
Als een negatieve soort (: G-) of neutraal met een beschikbaar elektronenpaar (: G), dat in staat is om een stabielere C-G-binding te vormen, X zal uiteindelijk worden vervangen door G. Het bovenstaande kan worden weergegeven door de volgende chemische vergelijking:
RX +: G.- => RG + X-
Hoe zwakker de C-X- of R-X-binding, hoe groter de reactiviteit of neiging om te worden vervangen door de nucleofiel middel (of nucleofiel) G; dat wil zeggen, liefhebbers van kernen of positieve ladingen.
Een reeks algemene vergelijkingen voor de nucleofiele substituties die alkylhalogeniden kunnen ondergaan, wordt hieronder weergegeven:
RX + OH- => ROH + X- (Alcoholen)
+ OF- => ROR (Ethers, Williamson-synthese)
+ ik- => RI (Alkyljodiden)
+ CN- => RCN (Nitrilen)
+ R'COO- => RCOOR '(Esters)
+ NH3 => RNHtwee (Amines)
+ P (C6H.53 => RP (C6H.53+ 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 + AlCl3 => ArR
Bij deze reactie wordt een H van de aromatische ring vervangen door een R-groep uit de RX.
Alkylhalogeniden kunnen HX-moleculen afgeven door middel van een eliminatiereactie; specifiek een dehydrohalogenering:
RtweeCH-CXRtwee + Oh- => RtweeC = CRtwee + HX
Er wordt gezegd dat dehydrohalogenering optreedt omdat zowel een H als een X verloren gaan in hetzelfde HX-molecuul.
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
In de secties zijn al verschillende voorbeelden van alkylhalogeniden genoemd. Enkele andere, eenvoudig, zijn:
-Ethylchloride, CH3CHtweeCl
-Isopropylfluoride, (CH3tweeCHtweeF.
-2-methyl-3-chloorpentaan, CH3-CH (CH3) -CHCl-CHtweeCH3
-sec-butyljodide, CH3CHtweeCHtweeI-CH3
-3-broom-6-joodheptaan, CH3-CHtwee-CHBr-CHtwee-CHtwee-CHtweeik
-3,4-dibroom-1-penteen, CH3-CHBr-CHBr-CH = CHtwee
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 reinigers, of het nu gaat om textielmaterialen, elektronische componenten of om vernisvlekken te verwijderen..
Evenzo worden ze gebruikt als oplosmiddelen voor verven, of organische of vette monsters voor ontelbare soorten analytische tests..
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..
In het begin werd vermeld dat halogeenatomen interageren met biologische matrices, zodat ze in onze organismen niet onopgemerkt kunnen blijven zonder een positieve of negatieve verandering te genereren. Als een medicijn een positief effect heeft op het lichaam, met een halogeenatoom, kan dit effect al dan niet worden versterkt.
Dus als X direct is gebonden aan een sp-gehybridiseerde koolstof3, het zal een alkylhalogenide hebben en geen gehalogeneerd derivaat. Enkele van dergelijke halogeniden worden hieronder weergegeven in de volgende reeks afbeeldingen:
Merk op dat er in deze vijf geneesmiddelen ten minste één CH-type binding istwee-X of CH-X; dat wil zeggen, het halogeen is bevestigd aan een sp-koolstof3.
Het beroemde koelmiddel Freon-12 (CHCIFtwee), net als andere fluoralkanen of fluorkoolwaterstoffen, vervangen ammoniakgassen en chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's) in deze functie omdat ze, hoewel ze niet-vluchtige of giftige stoffen zijn, de ozonlaag vernietigen; terwijl freon-12, dat reactiever is, wordt vernietigd voordat het dergelijke hoogten bereikt.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.