- Sifat alkil halida
- Takat didih dan lebur
- Kutuban
- Kuasa pelarut
- Tatanama
- Contohnya
- Mendapatkan
- Halogenasi dengan sinaran cahaya atau ultraviolet
- Menambah hidrokid atau halogen ke alkena
- Reaksi
- Penggantian nukleofilik
- Contoh
- Penghapusan
- Sintesis reagen Grignard
- Contoh
- Permohonan
- Pelarut
- Sintesis organik
- Industri farmaseutikal
- Penyejuk
- Rujukan
The alkil halida adalah sebatian organik di mana sp atom karbon hybridized 3 adalah kovalen terikat kepada halogen (F, Cl, Br, I). Dari perspektif lain, lebih mudah, untuk mempermudah, untuk menganggap bahawa mereka adalah haloalkan; Ini adalah alkana yang mana beberapa atom H telah digantikan oleh atom halogen.
Juga, seperti namanya, atom halogen mesti dihubungkan dengan kumpulan alkil, R, untuk dipertimbangkan jenis halida ini; walaupun, secara struktural mereka boleh diganti atau bercabang dan mempunyai cincin aromatik, dan tetap menjadi alkil halida.
1-Molekul klorobutana, contoh alkil halida. Sumber: Gabriel Bolívar.
Di atas adalah molekul 1-klorobutana, yang sesuai dengan salah satu alkil halida termudah. Dapat dilihat bahawa semua karbonnya mempunyai ikatan tunggal, dan juga mempunyai hibridisasi sp 3 . Oleh itu, sfera hijau, sesuai dengan atom Cl, dihubungkan dengan kerangka yang berasal dari alkana butana.
Contoh yang lebih sederhana daripada 1-klorobutana adalah contoh yang berasal dari gas metana: hidrokarbon terkecil dari semua.
Dari CH 4 molekul , atom H boleh digantikan dengan, iaitu, iodin. Sekiranya anda menggantikan H, anda akan mempunyai CH 3 I (iodometana atau metil iodida). Dengan menggantikan dua H, anda akan mempunyai CH 2 I 2 (diiodometana atau metilena iodida). Kemudian dan akhirnya, Is menggantikan semua H yang memberikan CHI 3 (iodoform), dan CI 4 (karbon tetraiodida).
Alkil halida dicirikan oleh sangat reaktif dan, kerana mereka mempunyai atom yang paling elektronegatif dalam jadual berkala, disyaki bahawa melalui mekanisme tanpa henti mereka mempengaruhi pada matriks biologi.
Sifat alkil halida
Sifat keluarga sebatian ini bergantung pada struktur molekulnya. Namun, jika dibandingkan dengan alkana yang diturunkannya, perbezaan ketara dapat dilihat disebabkan oleh fakta sederhana memiliki ikatan CX (X = atom halogen).
Maksudnya, ikatan CX bertanggungjawab untuk perbezaan atau persamaan antara satu atau lebih alkil halida.
Sebagai permulaan, ikatan CH hampir apolar, memandangkan perbezaan elektronegativiti kecil antara C dan H; sebaliknya, ikatan CX menunjukkan momen dipol kekal, kerana fakta bahawa halogen lebih elektronegatif daripada karbon (terutamanya fluorin).
Sebaliknya, sebilangan halogen ringan (F dan Cl), sementara yang lain berat (Br dan I). Jisim atom mereka juga membentuk perbezaan dalam ikatan CX; dan seterusnya, secara langsung pada sifat halida.
Oleh itu, menambahkan halogen ke hidrokarbon sama dengan meningkatkan kekutuban dan jisim molekulnya; sama dengan menjadikannya kurang mudah menguap (hingga satu titik), kurang mudah terbakar, dan meningkatkan titik didih atau leburnya.
Takat didih dan lebur
Setelah mengatakan perkara di atas, ukuran dan berat halogen yang berbeza ditunjukkan dalam urutan yang semakin meningkat:
F <Cl <Br <I
Oleh itu, alkil halida yang mengandungi atom F dijangka lebih ringan daripada yang mengandungi atom Br atau I.
Sebagai contoh, beberapa halida yang berasal dari metana dianggap:
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
Dan seterusnya untuk produk turunan lain dengan tahap halogenasi yang lebih tinggi. Perhatikan bahawa pesanan dipelihara: halida fluorin lebih ringan daripada halida iodin. Bukan hanya itu, tetapi juga titik didih dan lebur mereka juga mematuhi perintah ini; RF mendidih pada suhu yang lebih rendah daripada RI (R = CH 3 , untuk kes ini).
Begitu juga, semua cecair itu tidak berwarna, kerana elektron dalam ikatan CX mereka tidak dapat menyerap atau melepaskan foton untuk transit tahap tenaga lain. Namun, apabila bertambah berat, mereka dapat mengkristal dan memaparkan warna (seperti iodoform, CHI 3 ).
Kutuban
Ikatan CX berbeza dalam kekutuban, tetapi dalam urutan terbalik seperti di atas:
CF> C-Cl> C-Br> CI
Oleh itu, bon CF lebih polar daripada bon CI. Lebih polar, halida RF cenderung berinteraksi melalui daya dipol-dipol. Sementara itu, dalam halida RBr atau RI, momen dipol mereka lebih lemah dan interaksi yang diatur oleh kekuatan penyebaran London mendapat kekuatan yang lebih besar.
Kuasa pelarut
Oleh kerana alkil halida lebih polar daripada alkana dari mana ia berasal, mereka meningkatkan keupayaan mereka untuk melarutkan sebilangan besar sebatian organik. Atas sebab inilah mereka cenderung menjadi pelarut yang lebih baik; walaupun, itu tidak berarti mereka dapat menggantikan alkana dalam semua aplikasi.
Terdapat kriteria teknikal, ekonomi, ekologi dan prestasi untuk memilih pelarut terhalogenasi daripada alkana.
Tatanama
Terdapat dua cara untuk menamakan alkil halida: dengan nama biasa, atau dengan nama sistematiknya (IUPAC). Nama biasa biasanya lebih senang digunakan apabila RX mudah:
CHCl 3
Kloroform: nama biasa
Metil triklorida atau triklorometana: Nama IUPAC.
Tetapi nama sistematik lebih disukai (dan satu-satunya pilihan), apabila anda mempunyai struktur bercabang. Ironinya, nama biasa berguna sekali lagi apabila strukturnya terlalu rumit (seperti yang akan anda lihat di bahagian terakhir).
Peraturan untuk menamakan sebatian mengikut sistem IUPAC adalah sama dengan alkohol: rantai utama dikenal pasti, yang paling lama atau paling bercabang. Karbon kemudian disenaraikan bermula dari hujung yang paling dekat dengan pengganti atau cabang, dinamakan mengikut urutan abjad.
Contohnya
Sebagai contoh, kami mempunyai contoh berikut:
Alkil halida sebagai contoh tatanama. Sumber: Gabriel Bolívar.
Cabang pertama adalah kumpulan metil di C-4; tetapi, kerana terdapat ikatan ganda, ia mendapat keutamaan yang lebih tinggi daripada peraturan yang dinyatakan. Atas sebab ini, rantai terpanjang mula disenaraikan dari kanan, diketuai oleh atom karbon yang dihubungkan dengan dua halogen: Cl dan Br.
Dengan penghitungan, pengganti dinamakan mengikut urutan abjad:
1-bromo-1-kloro-4-metil-2-heksena.
Mendapatkan
Untuk mendapatkan alkil halida, molekul mesti menjalani proses penghalogenan; iaitu memasukkan atom halogen ke dalam strukturnya, terutamanya atom dengan karbon sp 3 .
Terdapat dua kaedah untuk memperoleh atau mensintesisnya: melalui sinaran ultraviolet melalui mekanisme oleh radikal bebas, atau dengan penambahan asid hidro atau halogen.
Halogenasi dengan sinaran cahaya atau ultraviolet
Yang pertama, paling tidak sesuai dan dengan prestasi terburuk, terdiri daripada penyinaran alkana dengan sinaran ultraviolet (hv) dengan adanya halogen. Sebagai contoh, persamaan untuk pengklorinan metana ditunjukkan:
CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCl (di bawah sinar ultraviolet)
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
Keempat sebatian (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCl 3 dan CCl 4 ) terbentuk, dan oleh itu terdapat campuran, yang dapat mengalami penyulingan pecahan. Walau bagaimanapun, kaedah ini tidak praktikal, dan penggunaan sintesis organik lebih disukai.
Contoh lain ialah brominasi n-heksana:
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
Sekali lagi, dalam tindak balas ini, sinaran cahaya atau ultraviolet digunakan untuk mempromosikan pembentukan radikal bebas. Bromin, kerana ia adalah cairan merah pekat, menjadi berubah warna ketika ia bertindak balas, sehingga memperhatikan perubahan warna dari merah menjadi tidak berwarna ketika 2-bromoheksana terbentuk.
Menambah hidrokid atau halogen ke alkena
Kaedah kedua untuk memperoleh alkil halida terdiri daripada merawat alkohol (ROH) atau alkena (R 2 C = CR 2 ) dengan hidrid. Hidrid mempunyai formula umum HX (HF, HCl, HBr dan HI). Contoh akan ditunjukkan dengan menggunakan etanol untuk masing-masing:
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
Begitu juga, alkena dapat menambahkan molekul HX ke ikatan berganda mereka, membentuk alkil halida sekunder.
CH 2 = CH-CH 3 + HBr => BrCH 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -CHBr-CH 3
Produk BrCH 2 -CH 2 -CH 3 adalah 1-bromopropane, dan CH 3 -CHBr-CH 3 adalah 2-bromopropana. Yang kedua adalah produk majoriti kerana ia adalah produk yang mempunyai kestabilan yang paling besar, sementara yang pertama dihasilkan pada tahap yang lebih rendah kerana lebih stabil. Ini kerana CH 3 CHBrCH 3 adalah alkil halida sekunder.
Amat serupa berlaku apabila apa yang ditambahkan ke alkena adalah molekul X 2 :
CH 2 = CH-CH 3 + Br 2 => BrCH 2 -CHBr-CH 3
Walau bagaimanapun, alkil halida diperolehi dengan dua atom bromin yang terikat pada karbon yang berdekatan; alkil halida vena. Sekiranya, sebaliknya, anda mempunyai dua bromin yang melekat pada karbon yang sama, anda akan mempunyai alkil halida geminal, seperti yang berikut:
Br 2 CH-CH 2 -CH 3
Reaksi
Penggantian nukleofilik
Kereaktifan alkil halida berdasarkan kepada kerapuhan atau kekuatan ikatan CX. Semakin berat halogen, semakin lemah ikatannya, dan oleh itu semakin mudah ia putus. Dalam reaksi kimia ikatan terputus dan ikatan baru terbentuk; ikatan CX dipecahkan, untuk membentuk ikatan CG (G = kumpulan baru).
Dalam istilah yang lebih sesuai, X bertindak sebagai kumpulan meninggalkan, dan G sebagai kumpulan masuk dalam reaksi penggantian nukleofilik. Mengapa reaksi ini berlaku? Kerana X, yang lebih elektronegatif daripada karbon, "mencuri" ketumpatan elektron, menjadikannya kekurangan elektron yang diterjemahkan sebagai muatan separa positif:
C δ + -X δ-
Sekiranya spesies negatif (: G - ) atau neutral dengan sepasang elektron yang ada (: G), mampu membentuk ikatan CG yang lebih stabil, mengelilingi sekitarnya , X akhirnya akan digantikan oleh G. Perkara di atas dapat diwakili oleh persamaan berikut kimia:
RX +: G - => RG + X -
Semakin lemah ikatan CX atau RX, semakin besar kereaktifan atau kecenderungannya untuk digantikan oleh agen nukleofilik (atau nukleofil) G; iaitu pencinta inti atau cas positif.
Contoh
Berikut adalah satu siri persamaan umum untuk penggantian nukleofilik yang boleh dilalui alkil halida:
RX + OH - => ROH + X - (Alkohol)
+ ATAU '- => ROR ' (Ether, sintesis Williamson)
+ I - => RI (Alkyl iodida)
+ CN - => RCN (Nitril)
+ R'COO - => RCOOR '(Esters)
+ NH 3 => RNH 2 (Amines)
+ P (C 6 H 5 ) 3 => RP (C 6 H 5 ) 3 + X - (garam Fosfonium)
+ SH - => RSH (Thiol)
Dari contoh ini seseorang sudah dapat mengesyaki betapa berharganya alkil halida bagi sintesis organik. Salah satu daripada banyak pengganti yang masih harus dikutip adalah reaksi Friedel Crafts, yang digunakan untuk "menyewa" cincin aromatik:
RX + ArH + AlCl 3 => ArR
Dalam tindak balas ini, H cincin aromatik digantikan oleh kumpulan R dari RX.
Penghapusan
Alkil halida dapat melepaskan molekul HX melalui reaksi penghapusan; khususnya, penyahhidrogenan:
R 2 CH-CXR 2 + OH - => R 2 C = CR 2 + HX
Dehidrohalogenasi dikatakan berlaku kerana kedua-dua H dan X hilang dalam molekul HX yang sama.
Sintesis reagen Grignard
Alkil halida boleh bertindak balas dengan logam tertentu untuk membentuk reagen Grignard, yang digunakan untuk menambahkan kumpulan R ke molekul lain. Persamaan umum untuk sintesisnya adalah seperti berikut:
RX + Mg => RMgX
Contoh
Beberapa contoh alkil halida telah disebutkan di seluruh bahagian. Beberapa yang lain, sederhana, adalah:
-Ethyl chloride, CH 3 CH 2 Cl
-Isopropil fluorida, (CH 3 ) 2 CH 2 F
-2-metil-3-kloropentana, CH 3 -CH (CH 3 ) -CHCl-CH 2 CH 3
-secbutyl iodide, CH 3 CH 2 CH 2 I-CH 3
-3-bromo-6-iodoheptana, CH 3 -CH 2 -CHBr-CH 2 -CH 2 -CH 2 I
-3,4-dibromo-1-pentena, CH 3 -CHBr-CHBr-CH = CH 2
Permohonan
Pelarut
Pada bahagian sebelumnya, penyebutan dibuat mengenai kapasiti pelarut alkil halida. Industri telah memanfaatkan harta tanah ini untuk menggunakannya sebagai pembersih, sama ada untuk bahan tekstil, komponen elektronik, atau untuk menghilangkan noda pernis.
Begitu juga, mereka digunakan sebagai pelarut untuk cat, atau untuk sampel organik atau berminyak untuk pelbagai jenis ujian analisis.
Sintesis organik
Alkil halida sangat berguna untuk "alkilasi" cincin aromatik, sementara berfungsi sebagai sumber permulaan untuk sintesis hampir semua keluarga sebatian organik lain. Secara sintetik, RX dianggap sebagai sumber kumpulan R atau rantai, yang mungkin dikehendaki untuk dimasukkan ke dalam sebatian yang sangat aromatik.
Industri farmaseutikal
Pada awalnya disebutkan bahawa atom halogen berinteraksi dengan matriks biologi, sehingga dalam organisma kita tidak dapat diketahui tanpa menimbulkan perubahan, positif atau negatif. Sekiranya ubat memberi kesan positif pada tubuh, mempunyai atom halogen kesan ini mungkin atau mungkin tidak meningkat.
Kemudian, jika X secara langsung dihubungkan dengan karbon dengan hibridisasi sp 3 , anda akan mempunyai alkil halida dan bukan turunan halogenasi. Sebilangan halida ditunjukkan di bawah dalam siri gambar berikut:
Phenoxybenzamine, ubat yang digunakan untuk melawan tekanan darah pada pesakit dengan pheochromocytoma. Sumber: Utent: Mark Pea.
Isoflurane, anestetik penyedutan. Sumber: Benjah-bmm27.
Clindamycin, antibiotik. Sumber: M mitcheltree.
Pimecrolimus, digunakan untuk merawat dermatitis atopik. Bolehkah anda mengesan atom klorin? Sumber: MarinaVladivostok.
Halomon, agen antitumor yang mungkin dan alkil halida dari rumput laut Portieria hornemannii, sumber semula jadi. Sumber: Jü
Perhatikan bahawa dalam lima ubat ini terdapat sekurang-kurangnya satu ikatan CH 2 -X atau CH-X; iaitu, halogen melekat pada karbon sp 3 .
Penyejuk
Penyejuk Freon-12 yang terkenal (CHCIF 2 ), seperti fluoroalkana atau hidrofluorokarbon yang lain, menggantikan gas amonia dan klorofluorokarbon (CFC) dalam fungsi ini kerana, walaupun ia adalah bahan yang tidak mudah meruap dan tidak beracun, mereka merosakkan lapisan ozon; sementara Freon-12, menjadi lebih reaktif, hancur sebelum mencapai ketinggian seperti itu.
Rujukan
- Carey F. (2008). Kimia organik. (Edisi keenam). Bukit Mc Graw.
- Clark Jim. (2016, 14 Julai). Kegunaan Alkyl Halides. LibreTexts Kimia. Dipulihkan dari: chem.libretexts.org
- Gál, B., Bucher, C., & Burns, NZ (2016). Chiral Alkyl Halides: Motif yang belum diterokai dalam bidang Perubatan. Dadah laut, 14 (11), 206. doi: 10.3390 / md14110206
- Alkyl Halides. Dipulihkan dari: chemed.chem.purdue.edu
- Patkar Prachi. (16 Julai 2017). Semua Mengenai Alkyl Halides: Sifat, Kegunaan, dan Banyak Lagi. Ilmu Tersekat. Dipulihkan dari: sciencestruck.com
- R. Kapal. (2016). Alkyl Halides. Dipulihkan dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Panduan Pembelajaran untuk Bab 9 - Alkyl Halides I. Dipulihkan dari: cactus.dixie.edu
- QA Eduardo Vega Barrios. (sf). Alkil halida: Sifat, kegunaan dan aplikasi. [PDF. Dipulihkan dari: cvonline.uaeh.edu.mx