6.1 : Alkylhalogenide

Strukturelle Eigenschaften

Alkylhalogenide sind Halogen-substituierte Alkane, bei denen ein oder mehrere Wassersubstanzatome eines Alkans durch ein Halogenatom wie Fluor, Chlor, Brom oder Jod ersetzt sind. Das Kohlensubstanzatom in einem Alkylhalogenid ist an das Halogenatom gebunden, das sp³-hybridisiert ist und eine tetraedrische Form aufweist.

Im Gegensatz zu Alkylhalogeniden werden Verbindungen, in denen ein Halogenatom an ein sp²-hybridisiertes Kohlensubstanzatom einer Kohlensubstanz-Kohlensubstanz-Doppelbindung (C=C) gebunden ist, Vinylhalogenide genannt. Arylhalogenide hingegen sind Verbindungen, in denen ein Halogenatom an ein sp²-hybridisiertes Kohlensubstanzatom eines aromatischen Rings gebunden ist.

Abhängig vom Grad der Substitution am Kohlensubstanzatom, das das Halogen enthält, werden Alkylhalogenide außerdem in primäre, sekundäre und tertiäre Alkylhalogenide eingeteilt. Der an ein Halogenatom gebundene Kohlensubstanz wird α-Kohlensubstanz genannt. Das mit dem α-Kohlensubstanz verbundene Kohlensubstanzatom wird β-Kohlensubstanz genannt. Die benachbarten Kohlensubstanzatome werden anschließend mit griechischen Buchstaben (γ, δ usw.) bezeichnet.

Nomenklatur

Die Benennung von Alkylhalogeniden folgt den allgemeinen IUPAC-Regeln der organischen Chemie:

1. Identifiziere die längste Kohlensubstanzkette und benenne sie.
2. Suche und benenne den/die Substituenten.
3. Nummeriere die längste Kohlensubstanzkette und gib für jeden Substituenten eine Zahl oder einen Lokanten an.
4. Ordne die Substituenten in alphabetischer Reihenfolge an.

Reaktivität und Anwendungen

Alkylhalogenide sind vielseitige Verbindungen, die als Lösungsmittel, Pestizide und Zwischenprodukte bei der Herstellung von Farbsubstanzen, Medikamenten und synthetischen Polymeren dienen. Die chemische Reaktivität von Alkylhalogeniden unterscheidet sich je nach Strukturklassifizierung. Alkylhalogenide werden je nach Substitutionsgrad an einem kohlensubstanzhaltigen Halogen in primäre, sekundäre und tertiäre Alkylhalogenide eingeteilt.

Darüber hinaus spielt die Elektronegativität des Halogenatoms eine wichtige Rolle für die Reaktivität des Alkylhalogenids. Außer Jod haben andere Halogene eine deutlich größere Elektronegativität als Kohlensubstanz. Aufgrund der Elektronegativitätsunterschiede zwischen Kohlensubstanz- und Halogenatomen ist die kovalente Bindung zwischen den Atomen polarisiert; Somit trägt der Kohlensubstanz eine teilweise positive Ladung und das Halogenatom eine teilweise negative Ladung. Folglich ist der an das Halogen gebundene Kohlensubstanz ein Elektrophil.

In einem Periodensystem nimmt die Elektronegativität in der Halogenfamilie ab; umgekehrt nimmt die Größe der Halogenatome zu. Somit nimmt die Länge der Kohlensubstanz-Halogen-Bindung zu, während Bindungsstärke und Polarität von Fluor zu Iod abnehmen, was das Aufbrechen der Bindung erleichtert.

Abgesehen von diesen Faktoren beeinflusst auch die relative Stabilität der entsprechenden konjugierten Basen oder Halogenidanionen die chemische Natur des Alkylhalogenids. Die Stabilität von Halogenidanionen kann anhand des relativen Säuregehalts der Halogenwassersubstanzenäuren gemessen werden. Die stärkste Halogenwassersubstanzenäure, Jodwassersubstanz, hat einen pK_a von -11. Das heißt, es dissoziiert vollständig in die stabilste konjugierte Base, das Iodidion und ein Proton. Daher ist Jod eine ausgezeichnete Abgangsgruppe. Mit Ausnahme von Flusssäure mit einem pK_a-Wert von 3,2 haben andere Halogenwassersubstanzenäuren pK_a-Werte von weniger als 0, was sie zu starken Säuren mit schwachen und stabilisierten konjugierten Basen macht, die ausgezeichnete Abgangsgruppen sind.