- Tính chất của ankyl halogenua
- Điểm sôi và nóng chảy
- Phân cực
- Sức mạnh dung môi
- Danh pháp
- Thí dụ
- Thu được
- Halogen hóa bằng bức xạ ánh sáng hoặc tia cực tím
- Thêm hydrocid hoặc halogen vào anken
- Phản ứng
- Thay thế nucleophilic
- Ví dụ
- Loại bỏ
- Tổng hợp thuốc thử Grignard
- Ví dụ
- Các ứng dụng
- Dung môi
- Tổng hợp hữu cơ
- Ngành công nghiệp dược phẩm
- Chất làm lạnh
- Người giới thiệu
Các ankyl halogenua là các hợp chất hữu cơ trong đó nguyên tử cacbon sp lai hóa 3 liên kết cộng hóa trị với một halogen (F, Cl, Br, I). Từ một góc độ khác, thuận tiện, để đơn giản hóa, giả sử rằng chúng là các haloalkanes; Đây là những ankan mà một số nguyên tử H đã được thay thế bằng các nguyên tử halogen.
Ngoài ra, như tên gọi của nó cho thấy, các nguyên tử halogen phải được liên kết với nhóm ankyl, R, để được coi là loại halogenua này; mặc dù, về mặt cấu trúc, chúng có thể được thay thế hoặc phân nhánh và có vòng thơm, và vẫn là một ankyl halogenua.
1-Phân tử clobutan, một ví dụ về ankyl halogenua. Nguồn: Gabriel Bolívar.
Trên đây là phân tử 1-clobutan, tương ứng với một trong những ankyl halogenua đơn giản nhất. Có thể thấy rằng tất cả các nguyên tử cacbon của nó đều có liên kết đơn, đồng thời có kiểu lai hóa sp 3 . Do đó, quả cầu màu xanh lá cây, tương ứng với nguyên tử Cl, được liên kết với một bộ xương có nguồn gốc từ ankan butan.
Các ví dụ thậm chí đơn giản hơn 1-clobutan là những chất có nguồn gốc từ khí mêtan: hiđrocacbon nhỏ nhất trong tất cả.
Từ phân tử CH 4 của nó , các nguyên tử H có thể được thay thế bằng iot. Nếu bạn thay thế một H, bạn sẽ có CH 3 I (iodomethane hoặc methyl iodide). Bằng cách thay thế hai H, bạn sẽ có CH 2 I 2 (diiodomethane hoặc methylene iodide). Sau đó, cuối cùng là thay thế tất cả các Hs cho CHI 3 (iodoform) và CI 4 (carbon tetraiodide).
Các alkyl halogenua có đặc điểm là rất dễ phản ứng và do có nhiều nguyên tử âm nhất trong bảng tuần hoàn, người ta nghi ngờ rằng thông qua các cơ chế vô tận, chúng gây ảnh hưởng đến ma trận sinh học.
Tính chất của ankyl halogenua
Các tính chất của họ hợp chất này phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của chúng. Tuy nhiên, khi so sánh với các ankan dẫn xuất của nó, có thể nhận thấy sự khác biệt đáng chú ý do thực tế đơn giản là có liên kết CX (X = nguyên tử halogen).
Có nghĩa là, các liên kết CX chịu trách nhiệm cho bất kỳ sự khác biệt hoặc giống nhau nào giữa một hoặc nhiều alkyl halogenua.
Đầu tiên, các liên kết CH hầu như không có cực, với hiệu số độ âm điện nhỏ giữa C và H; Ngược lại, các liên kết CX thể hiện một mômen lưỡng cực vĩnh viễn, bởi vì các halogen có độ âm điện lớn hơn cacbon (đặc biệt là flo).
Mặt khác, một số halogen nhẹ (F và Cl), trong khi những halogen khác nặng (Br và I). Khối lượng nguyên tử của chúng cũng định hình sự khác biệt trong các liên kết CX; và lần lượt, trực tiếp vào các tính chất của halogenua.
Do đó, thêm halogen vào một hiđrocacbon bằng cách tăng độ phân cực và khối lượng phân tử của nó; nó ngang bằng với việc làm cho nó ít bay hơi hơn (đến một điểm), ít cháy hơn và tăng điểm sôi hoặc nóng chảy của nó.
Điểm sôi và nóng chảy
Như đã nói ở trên, kích thước và do đó trọng lượng của các halogen khác nhau được thể hiện theo thứ tự tăng dần:
F <Cl <Br <I
Do đó, các ankyl halogenua có chứa nguyên tử F có thể nhẹ hơn các ankyl halogenua chứa nguyên tử Br hoặc I.
Ví dụ, một số halogenua có nguồn gốc từ mêtan được coi là:
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
Và như vậy đối với các sản phẩm dẫn xuất khác có mức độ halogen hóa cao hơn. Lưu ý rằng thứ tự được duy trì: halogenua flo nhẹ hơn halogenua iot. Không chỉ vậy, điểm sôi và nóng chảy của chúng cũng tuân theo trật tự này; RF sôi ở nhiệt độ thấp hơn RI (R = CH 3 , đối với trường hợp này).
Tương tự như vậy, tất cả các chất lỏng đó đều không màu, vì các electron trong liên kết CX của chúng không thể hấp thụ hoặc giải phóng các photon để chuyển các mức năng lượng khác. Tuy nhiên, khi chúng nặng hơn, chúng có thể kết tinh và hiển thị màu sắc (cũng như iodoform, CHI 3 ).
Phân cực
Các liên kết CX khác nhau về cực, nhưng theo thứ tự ngược lại như trên:
CF> C-Cl> C-Br> CI
Do đó, trái phiếu CF phân cực hơn trái phiếu CI. Phân cực hơn, các halogenua RF có xu hướng tương tác thông qua các lực lưỡng cực-lưỡng cực. Trong khi đó, ở các halogenua RBr hoặc RI, mômen lưỡng cực của chúng yếu hơn và các tương tác bị chi phối bởi lực phân tán Luân Đôn có sức mạnh lớn hơn.
Sức mạnh dung môi
Vì các ankyl halogenua phân cực hơn so với ankan mà chúng được tạo ra, chúng làm tăng khả năng hòa tan một số lượng lớn các hợp chất hữu cơ. Chính vì lý do này mà chúng có xu hướng là dung môi tốt hơn; mặc dù, điều đó không có nghĩa là chúng có thể thay thế ankan trong tất cả các ứng dụng.
Có các tiêu chí kỹ thuật, kinh tế, sinh thái và hiệu suất để thích một dung môi halogen hơn một alkan.
Danh pháp
Có hai cách để gọi tên một ankyl halogenua: theo tên thông thường hoặc theo tên hệ thống của nó (IUPAC). Tên thông thường thường thuận tiện hơn khi sử dụng RX đơn giản:
CHCl 3
Chloroform: tên thông thường
Metyl triclorua hoặc triclometan: Tên IUPAC.
Nhưng tên có hệ thống được ưu tiên hơn (và là lựa chọn duy nhất), khi bạn có cấu trúc phân nhánh. Trớ trêu thay, những cái tên thông thường lại có ích khi cấu trúc quá phức tạp (như những cái bạn sẽ thấy trong phần trước).
Các quy tắc đặt tên hợp chất theo hệ thống IUPAC cũng giống như đối với rượu: mạch chính được xác định, dài nhất hoặc nhiều nhánh nhất. Các nguyên tử cacbon sau đó được liệt kê bắt đầu từ phần cuối gần nhất với nhóm thế hoặc nhánh, được đặt tên theo thứ tự bảng chữ cái.
Thí dụ
Để minh họa, chúng tôi có ví dụ sau:
Alkyl halogenua như một ví dụ về danh pháp. Nguồn: Gabriel Bolívar.
Nhánh đầu tiên là nhóm metyl ở C-4; nhưng, vì có một liên kết đôi, nó được ưu tiên cao hơn so với quy tắc đã nêu. Vì lý do này, chuỗi dài nhất bắt đầu được liệt kê từ bên phải, đứng đầu là một nguyên tử cacbon liên kết với hai halogen: Cl và Br.
Với cách liệt kê, các nhóm thế được đặt tên theo thứ tự bảng chữ cái:
1-bromo-1-clo-4-metyl-2-hexen.
Thu được
Để thu được các ankyl halogenua, các phân tử phải trải qua quá trình halogen hóa; nghĩa là, kết hợp các nguyên tử halogen vào cấu trúc của chúng, đặc biệt là nguyên tử có cacbon sp 3 .
Có hai phương pháp để thu nhận hoặc tổng hợp chúng: bằng bức xạ tia cực tím thông qua cơ chế tạo ra các gốc tự do, hoặc bằng cách bổ sung các axit hydro hoặc halogen.
Halogen hóa bằng bức xạ ánh sáng hoặc tia cực tím
Cách thứ nhất, ít thích hợp nhất và có hiệu suất kém nhất, bao gồm chiếu xạ ankan bằng bức xạ tử ngoại (hv) với sự có mặt của một halogen. Ví dụ, các phương trình cho quá trình clo hóa metan được trình bày:
CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCl (dưới ánh sáng tử ngoại)
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
Bốn hợp chất (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCl 3 và CCl 4 ) được tạo thành, và do đó có một hỗn hợp, có thể được chưng cất phân đoạn. Tuy nhiên, phương pháp này không thực tế và việc sử dụng các tổng hợp hữu cơ được ưu tiên hơn.
Một ví dụ khác là sự brom hóa của 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
Một lần nữa, trong phản ứng này, bức xạ ánh sáng hoặc tia cực tím được sử dụng để thúc đẩy sự hình thành các gốc tự do. Brom, vì nó là một chất lỏng màu đỏ đậm, trở nên mất màu khi nó phản ứng, do đó quan sát thấy sự thay đổi màu từ đỏ sang không màu khi 2-bromohexan được tạo thành.
Thêm hydrocid hoặc halogen vào anken
Phương pháp thứ hai để thu được ankyl halogenua bao gồm xử lý rượu (ROH) hoặc anken (R 2 C = CR 2 ) với hydracid. Hydracid có công thức chung là HX (HF, HCl, HBr và HI). Một ví dụ sẽ được hiển thị bằng cách sử dụng ethanol cho từng loại:
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
Tương tự như vậy, anken có thể thêm phân tử HX vào liên kết đôi của chúng, tạo thành ankyl halogenua bậc hai.
CH 2 = CH-CH 3 + HBr => BrCH 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -CHBr-CH 3
Sản phẩm BrCH 2 -CH 2 -CH 3 là 1-bromopropan, và CH 3 -CHBr-CH 3 là 2-bromopropan. Loại thứ hai là sản phẩm đa số vì nó ổn định nhất, trong khi loại thứ nhất được sản xuất ở mức độ thấp hơn vì nó không ổn định hơn. Điều này là do CH 3 CHBrCH 3 là một ankyl halogenua thứ cấp.
Rất tương tự xảy ra khi những gì được thêm vào anken là một phân tử của X 2 :
CH 2 = CH-CH 3 + Br 2 => BrCH 2 -CHBr-CH 3
Tuy nhiên, thu được một ankyl halogenua với hai nguyên tử brom liên kết với các nguyên tử cacbon liền kề; thuốc alkyl halogenua. Mặt khác, nếu bạn có hai brom gắn vào cùng một cacbon, bạn sẽ có một ankyl halogenua đá quý, như sau:
Br 2 CH-CH 2 -CH 3
Phản ứng
Thay thế nucleophilic
Các phản ứng của các alkyl halogenua dựa trên độ giòn hoặc độ bền của liên kết CX. Halogen càng nặng thì liên kết càng yếu và do đó càng dễ bị đứt. Trong phản ứng hóa học, các liên kết bị phá vỡ và các liên kết mới được hình thành; các liên kết CX bị phá vỡ, để tạo thành một liên kết CG (G = nhóm mới).
Nói một cách thích hợp hơn, X hoạt động như một nhóm rời và G là một nhóm đi vào trong một phản ứng thế nucleophin. Tại sao phản ứng này xảy ra? Vì X, có độ âm điện lớn hơn cacbon, nên "đánh cắp" mật độ electron, khiến nó bị thiếu electron và chuyển thành điện tích dương:
C δ + -X δ-
Nếu một loài âm (: G - ) hoặc trung tính có sẵn một cặp electron (: G), có khả năng hình thành liên kết CG bền hơn, di chuyển xung quanh vùng lân cận , thì X sẽ bị thay thế bởi G. Kết quả trên có thể được biểu diễn bằng phương trình sau hóa học:
RX +: G - => RG + X -
Liên kết CX hoặc RX càng yếu thì khả năng phản ứng của nó càng lớn hoặc có xu hướng bị thay thế bởi tác nhân nucleophin (hoặc nucleophile) G; nghĩa là, những người yêu thích hạt nhân hoặc điện tích dương.
Ví dụ
Dưới đây là một loạt các phương trình tổng quát cho sự thay thế nucleophin mà ankyl halogenua có thể trải qua:
RX + OH - => ROH + X - (Rượu)
+ OR '- => ROR ' (Ethers, Williamson tổng hợp)
+ I - => RI (Alkyl iodua)
+ CN - => RCN (Nitriles)
+ R'COO - => RCOOR '(Este)
+ NH 3 => RNH 2 (Amin)
+ P (C 6 H 5 ) 3 => RP (C 6 H 5 ) 3 + X - (Các muối photphonium)
+ SH - => RSH (Thiols)
Từ những ví dụ này, người ta có thể nghi ngờ giá trị của các alkyl halogenua đối với các tổng hợp hữu cơ. Một trong nhiều sự thay thế vẫn được trích dẫn là phản ứng Friedel Crafts, được sử dụng để "thuê" các vòng thơm:
RX + ArH + AlCl 3 => ArR
Trong phản ứng này, một H của vòng thơm được thay thế bởi một nhóm R từ RX.
Loại bỏ
Các ankyl halogenua có thể giải phóng các phân tử HX thông qua phản ứng khử; cụ thể, một dehydrohalogenation:
R 2 CH-CXR 2 + OH - => R 2 C = CR 2 + HX
Quá trình khử hydro được cho là xảy ra vì cả H và X đều bị mất trong cùng một phân tử HX.
Tổng hợp thuốc thử Grignard
Các ankyl halogenua có thể phản ứng với một số kim loại nhất định để tạo thành thuốc thử Grignard, được sử dụng để thêm nhóm R vào các phân tử khác. Phương trình tổng hợp của nó như sau:
RX + Mg => RMgX
Ví dụ
Một số ví dụ về alkyl halogenua đã được đề cập trong suốt các phần. Một số khác, đơn giản, là:
-Etyl clorua, CH 3 CH 2 Cl
-Isopropyl florua, (CH 3 ) 2 CH 2 F
-2-metyl-3-cloropentan, CH 3 -CH (CH 3 ) -CHCl-CH 2 CH 3
-secbutyl iotua, CH 3 CH 2 CH 2 I-CH 3
-3-bromo-6-iodoheptan, CH 3 -CH 2 -CHBr-CH 2 -CH 2 -CH 2 I
-3,4-đibromo-1-pentene, CH 3 -CHBr-CHBr-CH = CH 2
Các ứng dụng
Dung môi
Trong các phần trước, đã đề cập đến khả năng dung môi của các ankyl halogenua. Ngành công nghiệp đã tận dụng đặc tính này để sử dụng chúng làm chất tẩy rửa, cho dù là vải sợi, linh kiện điện tử, hoặc tẩy vết vecni.
Tương tự như vậy, chúng được sử dụng làm dung môi cho sơn, hoặc các mẫu hữu cơ hoặc dầu mỡ cho vô số loại thử nghiệm phân tích.
Tổng hợp hữu cơ
Các alkyl halogenua rất hữu ích để "alkyl hóa" các vòng thơm, đồng thời đóng vai trò là nguồn khởi đầu để tổng hợp hầu như tất cả các họ hợp chất hữu cơ khác. Về mặt tổng hợp, RX được coi là nguồn cung cấp các nhóm hoặc chuỗi R, có thể được mong muốn để kết hợp vào các hợp chất thơm cao.
Ngành công nghiệp dược phẩm
Ngay từ đầu, người ta đã đề cập rằng các nguyên tử halogen tương tác với ma trận sinh học, do đó trong các sinh vật của chúng ta, chúng không thể bị chú ý mà không tạo ra sự thay đổi, tích cực hoặc tiêu cực. Nếu một loại thuốc có tác dụng tích cực đối với cơ thể, có nguyên tử halogen thì tác dụng này có thể tăng hoặc không.
Sau đó, nếu X liên kết trực tiếp với một cacbon có lai hóa sp 3 , bạn sẽ có một ankyl halogenua và không phải là dẫn xuất halogen. Một số halogenua như vậy được thể hiện dưới đây trong loạt ảnh sau:
Phenoxybenzamine, một loại thuốc được sử dụng để chống lại huyết áp ở bệnh nhân u pheochromocytoma. Nguồn: Utent: Mark Pea.
Isoflurane, một loại thuốc gây mê qua đường hô hấp. Nguồn: Benjah-bmm27.
Clindamycin, một loại thuốc kháng sinh. Nguồn: M mitcheltree.
Pimecrolimus, được sử dụng để điều trị viêm da dị ứng. Bạn có thể xác định vị trí của nguyên tử clo? Nguồn: MarinaVladivostok.
Halomon, chất chống khối u có thể có và alkyl halogenua từ rong biển Portieria hornemannii, một nguồn tự nhiên. Nguồn: Jü
Lưu ý rằng trong năm loại thuốc này có ít nhất một liên kết CH 2 -X hoặc CH-X; nghĩa là, halogen được gắn vào một cacbon sp 3 .
Chất làm lạnh
Chất làm lạnh nổi tiếng Freon-12 (CHCIF 2 ), giống như các fluoroalkanes hoặc hydrofluorocarbon khác, đã thay thế khí amoniac và chlorofluorocarbons (CFCs) trong chức năng này bởi vì, mặc dù chúng là chất không bay hơi và không độc hại, nhưng chúng phá hủy tầng ôzôn; trong khi Freon-12, phản ứng mạnh hơn, bị phá hủy trước khi đạt đến độ cao như vậy.
Người giới thiệu
- Carey F. (2008). Hóa học hữu cơ. (Tái bản lần thứ sáu). Đồi Mc Graw.
- Clark Jim. (2016, ngày 14 tháng 7). Công dụng của Alkyl Halide. Hóa học LibreTexts. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org
- Gál, B., Bucher, C., & Burns, NZ (2016). Chiral Alkyl Halides: Mô típ chưa được khám phá trong Y học. Thuốc biển, 14 (11), 206. doi: 10.3390 / md14110206
- Halogenua alkyl. Đã khôi phục từ: chemed.chem.purdue.edu
- Patkar Prachi. (Ngày 16 tháng 7 năm 2017). Tất cả về Alkyl Halide: Thuộc tính, Công dụng và Nhiều hơn nữa. Science Struck. Phục hồi từ: sciencestruck.com
- R. Tàu. (2016). Halogenua alkyl. Đã khôi phục từ: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Hướng dẫn Học tập Chương 9 - Alkyl Halide I. Lấy từ: cactus.dixie.edu
- QA Eduardo Vega Barrios. (sf). Alkyl halogenua: Tính chất, công dụng và ứng dụng. [PDF. Được khôi phục từ: cvonline.uaeh.edu.mx