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6.1 : Haluros de alquilo

Alkyl halides, or haloalkanes, are organic compounds comprised of an alkyl group and a halogen atom bonded to an sp³ hybridized carbon.

Each carbon atom is defined by its proximity to the halogen atom. The carbon bonded directly to the halogen is denoted “alpha-carbon”; the carbon next to it is called “beta-carbon” and so forth.

Depending on the number of alkyl groups on the alpha carbon, alkyl halides are further classified as primary, secondary, and tertiary.

Nomenclature of alkyl halides follows similar IUPAC rules as for alkanes. Halogens are regarded as substituents and named fluoro-, chloro-, bromo-, and iodo-.

First, count the carbons on the longest chain. Here, five corresponds to pentane. Secondly, find and name the substituents. Here it is bromo-, chloro-, and methyl.

Next, number the parent chain and assign a locant to the substituents giving them the lowest possible number. Lastly, assemble the substituents alphabetically. This compound is called 4-bromo-1-chloro-4-methyl pentane.

If the chain contains a double bond, the double bond has precedence and obtains the lowest number giving the compound 3-fluoro-1-butene.

If a molecule is cyclic, chiral, and with multiple substituents, the substituents are likewise assigned the lowest locant possible, and the groups are alphabetically ordered. The stereocenters are indicated at the beginning of the name, giving (1R,2R)-3-butyl-1,2-dichloro-5-ethylcyclohexane.

Alkyl halides are used as building blocks in syntheses because of their reactivity. Going down group 17, the halogen’s atom size and bond length increase, while electronegativity and basicity decrease.

The higher electronegativity of halogens leads to the withdrawal of electron density from the adjacent carbon making the alpha carbon electrophilic and, hence, more reactive.

The alkyl halide’s reactivity is further influenced by the stability of the halogen’s conjugate base. Iodide, bromide, and chloride are stable yet weak conjugate bases of their strong hydrohalic acids. Because of their stability, they can be more easily substituted by a stronger base, making them good leaving groups.

Propiedades estructurales

Los haluros de alquilo son alcanos sustituidos con halógeno en los que uno o más átomos de hidrógeno de un alcano se reemplazan por un átomo de halógeno tal como flúor, cloro, bromo o yodo. El átomo de carbono en un haluro de alquilo está unido al átomo de halógeno, que tiene hibridación sp³ y exhibe una forma tetraédrica.

A diferencia de los haluros de alquilo, los compuestos en los que un átomo de halógeno está unido a un átomo de carbono con hibridación sp² de un doble enlace carbono-carbono (C=C) se denominan haluros de vinilo. Mientras que los haluros de arilo son compuestos en los que un átomo de halógeno está unido a un átomo de carbono con hibridación sp² de un anillo aromático.

Además, dependiendo del grado de sustitución en el átomo de carbono que contiene el halógeno, los haluros de alquilo se clasifican en haluros de alquilo primarios, secundarios y terciarios. El carbono unido a un átomo de halógeno se llama carbono α. El átomo de carbono unido al carbono α se llama carbono β. Los carbonos adyacentes se indican posteriormente mediante alfabetos griegos (γ, δ, etc.).

Nomenclatura

La denominación de los haluros de alquilo sigue las reglas generales de química orgánica de la IUPAC:

Identifica la cadena de carbono más larga y nómbrala.
Encuentre y nombre los sustituyentes.
Numere la cadena de carbonos más larga y designe un número o localizador para cada sustituyente.
Reúna los sustituyentes en orden alfabético.

Reactividad y Aplicaciones

Los haluros de alquilo son compuestos versátiles que sirven como disolventes, pesticidas e intermediarios en la preparación de tintes, fármacos y polímeros sintéticos. La reactividad química de los haluros de alquilo difiere según la clasificación estructural. Los haluros de alquilo se clasifican en haluros de alquilo primarios, secundarios y terciarios según el grado de sustitución en un halógeno que contiene carbono.

Además, la electronegatividad del átomo de halógeno juega un papel importante en la reactividad del haluro de alquilo. A excepción del yodo, otros halógenos tienen una electronegatividad significativamente mayor que el carbono. Debido a las diferencias de electronegatividad entre los átomos de carbono y halógeno, el enlace covalente entre los átomos está polarizado; por tanto, el carbono lleva una carga positiva parcial y el átomo de halógeno una carga negativa parcial. En consecuencia, el carbono unido al halógeno es un electrófilo.

En una tabla periódica, bajando por la familia de los halógenos, la electronegatividad disminuye; inversamente, el tamaño del átomo de halógeno aumenta. Por lo tanto, la longitud del enlace carbono-halógeno aumenta mientras que la fuerza y la polaridad del enlace disminuyen del flúor al yodo, lo que facilita la ruptura del enlace.

Además de estos factores, la estabilidad relativa de las correspondientes bases conjugadas o aniones haluro también influye en la naturaleza química del haluro de alquilo. La estabilidad de los aniones haluro se puede medir con respecto a las acidez relativas de los ácidos halogenuros. El ácido hidrohálico más fuerte, el yoduro de hidrógeno, tiene un pK_a de -11. Lo que significa que se disocia completamente en la base conjugada más estable, el ion yoduro y un protón. Por tanto, el yodo es un excelente grupo saliente. A excepción del ácido fluorhídrico con un pK_a de 3,2, otros ácidos halohídricos tienen valores de pK_a inferiores a 0, lo que los convierte en ácidos fuertes con bases conjugadas débiles y estabilizadas, que son excelentes grupos salientes.

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