Propriétés d'alkyl halogogenuros, obtention, exemples

Les alkyl halogogénuros Ce sont des composés organiques dans lesquels un atome de carbone avec une hybridation SP³ Un halogène est lié de manière covalente (f, cl, br, i). Dans une autre perspective, il est pratique, de simplifier, supposons que ce sont des haloalcanos; Ce sont, pour ceux qui ont été remplacés par halogènes H halogènes.

De plus, comme son nom l'indique, les atomes halogènes doivent être liés aux groupes alquilicaux, R, pour être pris en compte de ce type d'halogogénide; Bien que, structurellement, ils puissent être remplacés ou ramifiés et avoir des anneaux aromatiques, et continuent d'être un halogogénide d'alkyle.

Molecule 1-chlorobutano, un exemple d'halogénide alkyle. Source: Gabriel Bolívar.

Au-dessus, vous avez la molécule 1-chlorobutano, qui correspond à l'un des halogénures d'alkyle les plus simples. On peut voir que tous leurs carbones ont des liaisons simples et ont également une hybridation SP³. Par conséquent, la sphère verte, correspondant à l'atome de Cl, est liée à un squelette dérivé de l'alcane butane.

Des exemples encore plus simples que le 1-chlorobutano sont ceux dérivés du gaz de méthane: le plus petit hydrocarbure de tous.

De sa molécule Cho₄ Vous pouvez remplacer l'atomes H par, pour dire, de l'iode. Si un H est remplacé, le CH sera₃I (yodométhane ou iodure de méthyle). Lorsque deux h sont remplacés, le CH sera₂Toi₂ (Diyodométhane ou iodure de méthylène). Suivi et enfin, je remplace tout H donnant Chi₃ (iodoforme), et ci₄ (Tetrayoduro en carbone).

Louer les halogénuros sont caractérisés par un très réactif et, ayant les atomes les plus électronégatifs du tableau périodique, il est intuié que par les mécanismes symphines exercent une influence sur les matrices biologiques.

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Propriétés de l'alkyl halogogenuros

Les propriétés de cette famille de composés dépendent de ses structures moléculaires. Cependant, par rapport à ceux de leurs alcanes, des différences notables causées par le simple fait qu'il existe des liens C-X (x = atome halogène).

C'est-à-dire que les liens C-X sont responsables de toute différence ou similitude entre un ou plusieurs halogénuros alkyl.

Pour commencer, les liaisons C-H sont presque apolaires, étant donné la faible différence d'électronégativité entre C et H; Au lieu de cela, les liens C-X ont un moment dipolaire permanent, car les halogènes sont plus électronégatifs que le carbone (en particulier le fluor).

D'un autre côté, certains halogènes sont légers (F et Cl), tandis que d'autres sont lourds (BR et I). Ses masses atomiques façonnent également les différences dans les liaisons C-X; Et à son tour, directement dans les propriétés de l'halogénide.

Par conséquent, l'ajout d'halogènes à un hydrocarbure est égal à l'augmentation de sa polarité et de sa masse moléculaire; Il en va de même pour le rendre moins volatil (dans une certaine mesure), moins inflammable et augmenter ses points d'ébullition ou de fusion.

Points d'ébullition et de fusion

Ce qui précède est indiqué, dans l'ordre croissant, la taille et donc le poids des différents halogènes:

F < Cl < Br < I

Ensuite, il est prévu que les halogénures d'alkyle contenant des atomes F sont plus légers que ceux qui ont des atomes de BR ou I.

Par exemple, certains halogénuros dérivés du méthane sont pris en compte:

Ch₃F < CH₃CL < CH₃BR < CH₃Toi

Ch₂F₂ < CH₂CL₂ < CH₂BR₂ < CH₂Toi₂

Et ainsi de suite pour les autres produits dérivés d'un degré d'halogénnation plus élevé. Notez que l'ordre est maintenu: les halogénuros fluorines sont plus légers que l'iode. Non seulement cela, mais aussi ses points d'ébullition et de fusion obéissent également à cet ordre; La bouille RF à des températures plus basses que le RI (R = CHO₃, pour ce cas).

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De même, tous ces liquides sont incolores, car dans leurs liaisons C-X, les électrons ne peuvent pas absorber ou libérer des photons pour parcourir d'autres niveaux d'énergie. Cependant, à mesure qu'ils deviennent plus lourds, ils peuvent cristalliser et présenter des couleurs (comme le fait l'iodoforme, Chi₃).

Polarité

Les liens C-X diffèrent de la polarité, mais dans l'ordre inverse de ci-dessus:

C-f> c-cl> c-Br> c-i

Par conséquent, les liens C-F sont plus polaires que les liens C-I. Étant plus polaire, les halogénuros RF ont tendance à interagir à travers les forces dipolo-dipolo. Entre-temps, dans le RBR ou RI HalogoGeuros, leurs moments dipolaires sont plus faibles et les interactions régies par les forces de dispersion de Londres gagnent en force.

Puissance de solvant

Comme les halogénures alkyle sont plus polaires que les alcanes à partir desquels ils dérivent, ils augmentent leur capacité à dissoudre un plus grand nombre de composés organiques. C'est pour cette raison qu'ils ont tendance à être de meilleurs solvants; Bien que cela ne signifie pas qu'ils peuvent supplanter les alcanes dans toutes les applications.

Il existe des critères techniques, économiques, écologiques et de performance pour préférer un solvant halogéné à un alcane.

Nomenclature

Il existe deux façons de nommer un halogogénide d'alkyle: par son nom commun, ou par son nom systématique (IUPAC). Les noms communs sont généralement plus confortables à utiliser lorsque RX est simple:

Chcl₃

Chloroforme: nom commun

Trichlorure de méthyle ou de trichlorométhane: nom IUPAC.

Mais les noms systématiques sont préférables (et la seule option), lorsqu'ils ont des structures ramifiées. Ironiquement, les noms communs sont à nouveau utiles lorsque les structures sont trop compliquées (comme celles qui seront vues dans la dernière section).

Les règles pour nommer un composé selon le système IUPAC sont les mêmes que pour les alcools: la chaîne principale est identifiée, qui est la plus longue ou la plus ramifiée. Ensuite, les carbones sont répertoriés à partir de la fin les plus proches des substituants ou des ramifications, nommant l'ordre alphabétique.

Exemple

Pour l'illustrer, vous avez l'exemple suivant:

Louer halogénide comme exemple de nomenclature. Source: Gabriel Bolívar.

La première branche est le groupe méthyle du C-4; Mais, avoir une double liaison cette priorité antérieure sur la règle énoncée. Pour cette raison, la chaîne la plus longue commence à être répertoriée à partir de la droite, dirigée par un atome de carbone lié à deux halogènes: CL et Br.

Avec l'énumération, les substituants sont nommés dans l'ordre alphabétique:

1-bromo-1-clor-4-méthyl-2-hexen.

Obtention

Pour obtenir des halogénures d'alkyle, les molécules doivent être soumises à un processus d'halogénation; c'est-à-dire pour incorporer des atomes halogènes dans leurs structures, en particulier à un atome à un SP un carbone³.

Il existe deux méthodes pour les obtenir ou les synthétiser: par rayonnement ultraviolet par un mécanisme de radicaux libres, ou en ajoutant des hydracests ou des halogènes.

Halogénation avec un rayonnement léger ou ultraviolet

Le premier, le moins approprié et avec le pire des rendements, consiste à irradiation des alcanes avec un rayonnement ultraviolet (HV) En présence d'un halogène. Par exemple, les équations de chloration du méthane sont représentées:

Ch₄ + CL₂ => Ch₃Cl + HCl (sous Ultraviolet Light)

Ch₃Cl + Cl₂ => Ch₂CL₂ + HCL

Ch₂CL₂ + CL₂ => Chcl₃ + HCL

Chcl₃ + CL₂ => CCL₄ + HCL

Les quatre composés (ch₃Cl, ch₂CL₂, Chcl₃ et CCL₄) Ils sont formés, et donc il y a un mélange, qui peut être soumis à une distillation fractionnée. Cependant, cette méthode n'est pas très pratique et elle est préférée de recourir à la synthèse organique.

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Un autre exemple est celui de la bromation n-hexane:

Ch₃Ch₂Ch₂Ch₂Ch₂Ch₃ + BR₂ => Ch₃(Br) chch₂Ch₂Ch₂Ch₃ + Hbr

Encore une fois, dans cette réaction, le rayonnement léger ou ultraviolet est utilisé pour favoriser la formation de radicaux libres. Le brome, comme c'est un liquide rouge intense, est décoloré au fur et à mesure qu'il réagit, observant ainsi un changement de couleur rouge à coloré lorsque le 2 bromohexan.

Ajout d'hydracests ou halogènes aux alcènes

La deuxième méthode d'obtention d'alkyl halogogenuros est de traiter les alcools (ROH) ou les alcènes (R₂C = cr₂) Avec hydrace. Les hydracides ont une formule générale HX (HF, HCL, HBR et HI). Un exemple sera montré en utilisant de l'éthanol pour chacun d'eux:

Ch₃Ch₂Oh + hf => ch₃Ch₂F + H₂SOIT

Ch₃Ch₂Oh + hcl => ch₃Ch₂Cl + H₂SOIT

Ch₃Ch₂Oh + hbr => ch₃Ch₂Br + h₂SOIT

Ch₃Ch₂Oh + hi => cho₃Ch₂I + h₂SOIT

De plus, les alcènes peuvent ajouter des molécules Hx à leurs doubles liais.

Ch₂= Ch-ch₃ + Hbr => brch₂-Ch₂-Ch₃ + Ch₃-Chbr-ch₃

Le produit BRCH₂-Ch₂-Ch₃ C'est le 1-bromopropano, et Cho₃-Chbr-ch₃ Le 2-bromopropain. Le second est le produit majoritaire car c'est celui qui a la plus grande stabilité, tandis que le premier est produit dans une moindre mesure car il est plus instable. C'est parce que Cho₃Chbrch₃ C'est un halogogénide d'alkyle secondaire.

Très similaire se produit lorsque ce qui est ajouté à l'alcène est une molécule x₂:

Ch₂= Ch-ch₃ + BR₂ => Brch₂-Chbr-ch₃

Cependant, un halogogénide d'alkyle avec deux atomes de brome liés aux carbones adjacents est obtenu; quartier halogénide d'alkyle. Si, en revanche, les deux bomos liés au même carbone étaient pris, il y aurait un halogogénide d'alkyle géminal, comme celui qui suit:

BR₂Ch-ch₂-Ch₃

Réactions

Substitution nucléophile

Les réactivités des halogénures d'alkyle sont dans la fragilité ou la résistance du lien C-X. Plus l'halogène halogène est lourd, plus la liaison sera faible et, par conséquent, il se brisera plus facilement. Dans une réaction chimique, les liaisons sont brisées et de nouvelles sont formées; Les liens C-X sont cassés, pour former un lien C-G (g = nouveau groupe).

En termes plus appropriés, X agit comme un groupe sortant et G comme un groupe entrant dans une réaction de Substitution nucléophile. Pourquoi cette réaction se produit-elle? Parce que x, étant plus électronégatif que le carbone, "vole" la densité électronique laissant un déficit d'électrons qui se traduit par une charge partielle positive:

C^δ+-X^δ-

Si une espèce négative est autour du voisinage (: g^-) ou neutre avec une paire d'électrons disponibles (: g), capable de former un lien C-G plus stable, x finira par être remplacé par g. Ce qui précède peut être représenté avec l'équation chimique suivante:

Rx +: g^- => Rg + x^-

Plus la liaison C-X ou R-X est faible, plus sa réactivité ou sa tendance Agent nucléophile (ou nucléophile) g; c'est-à-dire les amoureux des noyaux ou des charges positives.

Exemples

Une série d'équations générales pour les substitutions nucléophiles qui peuvent souffrir d'halogénures d'alkyle sont présentées ci-dessous:

Rx + oh^-   => Roh + x^- (Alcools)

+  Ou^'-   => Ror^' (Ethes, synthèse de Williamson)

+    Toi^-    => RI (alkyl yoduros)

+   CN^-     => Rcn (nitrilos)

+     R'coo^-    => Rcoor '(esters)

+     NH₃    => Rnh₂  (Amines)

+  P (C₆H₅)₃    => Rp (c₆H₅)₃⁺ X^- (Sels de phosphonium)

+  Shot^-  => Rsh (tioles)

Peut vous servir: étapes de chimie

À partir de ces exemples, les précieux halogénures d'alkyle pour la synthèse organique peuvent être suspectés. L'une des nombreuses substitutions qui manquait est celle de la réaction de Friedel Crafts, utilisée pour «louer» les anneaux aromatiques:

Rx + arh + alcl₃  => RRA

Dans cette réaction, un h de l'anneau aromatique est remplacé par un groupe r-du rx.

Élimination

Les halogénures de location peuvent libérer des molécules HX par une réaction d'élimination; Plus précisément, une déshydrohalogénation:

R₂Ch-cxr₂ + Oh^- => R₂C = cr₂ + HX

On dit qu'une déshydrohalogénation se produit parce qu'un H et un X sont perdus dans la même molécule HX.

Synthèse du réactif de Grignard

Les halogénures de location peuvent réagir avec certains métaux formant le réactif de Grignard, utilisé pour ajouter des groupes R à d'autres molécules. L'équation générale de sa synthèse est la suivante:

Rx + mg => rmgx

Exemples

Tout au long des sections, plusieurs exemples d'alkyl halogogenuros ont déjà été mentionnés. Certains autres, simples, sont:

-Chlorure d'éthyle, ch₃Ch₂CL

-Isopropil fluoruro, (ch₃)₂Ch₂F

-2-méthyl-3-chloropentano, ch₃-Ch (ch₃) -Chcl-ch₂Ch₃

-Secbutilo Yoduro, Ch₃Ch₂Ch₂I-ch₃

-3-bromo-6-iodheptano, ch₃-Ch₂-Chbr-ch₂-Ch₂-Ch₂Toi

-3.4-dibromo-1-peteno, ch₃-Chbr-chbr-ch = ch₂

Applications

Solvant

Dans les sections précédentes, une mention de la capacité de solvant des halogénures d'alkyle a été faite. De cette propriété, l'industrie en a profité en tant que nettoyeurs, soit pour les matières textiles, les composants électroniques, soit supprimer les spots de vernis.

Ils sont également utilisés comme solvants de peintures, ou échantillons organiques ou gras pour d'innombrables types de tests analytiques.

Synthèse organique

Loyer Les halogénuros sont très utiles pour "louer" des anneaux aromatiques, tout en servant de source de départ pour la synthèse de pratiquement toutes les autres familles de composés organiques. Synthétiquement, Rx est considéré comme une source de groupes ou de chaînes R, qui peuvent être souhaitées pour incorporer des composés très aromatiques.

Industrie pharmaceutique

Il a été mentionné au début que les atomes halogènes interagissent avec les matrices biologiques, donc dans nos organismes, ils ne peuvent pas passer inaperçus sans générer de changement, positif ou négatif. Si un médicament exerce un effet positif sur le corps, avoir un atome halogène cet effet peut augmenter ou non.

Donc, si X est directement lié à un carbone à l'hybridation SP³, Il y aura un halogogénide d'alkyle et non un dérivé halogéné. Certains de ces halogénuros sont illustrés ci-dessous dans la série d'images suivantes:

Phénoxibenzamine, un médicament utilisé pour combiner la pression artérielle chez les patients atteints de phéochromocytome. Source: Utennt: Mark Pea [domaine public].Isoflurano, un anesthésique d'inhalation. Source: Benjah-Bmm27 [domaine public].Clindamycine, un antibiotique. Source: M Mitcheltrate [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)].Pimecrolimus, utilisé pour traiter la dermatite atopique. Pouvez-vous localiser l'atome de chlore? Source: Marinavladivok [CC0].Halomon, éventuel agent antitumoral et halogogénide alkyle des algues d'algues Porieria Hornemannii, une source naturelle. Source: Jü [domaine public]

Notez que dans ces cinq médicaments, il y a au moins un lien du type CHO₂-X ou ch-x; C'est-à-dire que l'halogène est lié à un carbone sp³.

Réfrigérants

Le célèbre réfrigérant Freón-12 (Chcif₂), Comme d'autres fluoroalcanos ou hydrofluorocarbures, ils ont remplacé l'ammoniac et les chlorofluorocarbures (CFC) dans cette fonction parce que, même étant des substances non volatiles ou toxiques, ils ont détruit la couche d'ozone; Alors que Freón-12, car il est plus réactif, est détruit avant d'atteindre de telles altitudes.

Les références

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