6.1 : Halogenki alkilowe

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.

Właściwości strukturalne

Halogenki alkilowe to alkany podstawione halogenem, w których jeden lub więcej atomów wodoru w alkanie zastąpiono atomem halogenu, takim jak fluor, chlor, brom lub jod. Atom węgla w halogenku alkilu jest związany z atomem halogenu, który jest hybrydyzowany sp³ i ma kształt czworościenny.

W przeciwieństwie do halogenków alkilowych, związki, w których atom halogenu jest związany z atomem węgla zhybrydyzowanym sp² wiązania podwójnego węgiel-węgiel (C=C), nazywane są halogenkami winylowymi. Natomiast halogenki arylowe to związki, w których atom halogenu jest związany z atomem węgla zhybrydyzowanym sp² pierścienia aromatycznego.

Ponadto, w zależności od stopnia podstawienia przy atomie węgla zawierającym halogen, halogenki alkilowe dzieli się na pierwszorzędowe, drugorzędowe i trzeciorzędowe halogenki alkilowe. Węgiel związany z atomem halogenu nazywany jest węglem α. Atom węgla połączony z węglem α nazywany jest węglem β. Sąsiednie węgle są następnie oznaczane alfabetem greckim (γ, δ i tak dalej).

Nomenklatura

Nazewnictwo halogenków alkilowych jest zgodne z ogólnymi zasadami chemii organicznej IUPAC:

Znajdź najdłuższy łańcuch węglowy i nazwij go.
Znajdź i nazwij podstawnik(i).
Ponumeruj najdłuższy łańcuch węglowy i wyznacz numer lub lokant dla każdego podstawnika.
Połącz podstawniki w kolejności alfabetycznej.

Reaktywność i zastosowania

Halogenki alkilowe to wszechstronne związki, które służą jako rozpuszczalniki, pestycydy i półprodukty do wytwarzania barwników, leków i polimerów syntetycznych. Reaktywność chemiczna halogenków alkilowych różni się w zależności od klasyfikacji strukturalnej. Halogenki alkilowe dzieli się na pierwszorzędowe, drugorzędowe i trzeciorzędowe halogenki alkilowe, w zależności od stopnia podstawienia halogenu zawierającego węgiel.

Ponadto elektroujemność atomu halogenu odgrywa znaczącą rolę w reaktywności halogenku alkilowym. Z wyjątkiem jodu, inne halogeny mają znacznie większą elektroujemność niż węgiel. Ze względu na różnice elektroujemności między atomami węgla i halogenu, wiązanie kowalencyjne między atomami jest spolaryzowane; zatem węgiel niesie częściowy ładunek dodatni, a atom halogenu częściowy ładunek ujemny. W konsekwencji węgiel przyłączony do halogenu jest elektrofilem.

W układzie okresowym, idąc w dół rodziny halogenów, elektroujemność maleje; odwrotnie, wielkość atomu halogenu wzrasta. Zatem długość wiązania węgiel-halogen wzrasta, podczas gdy siła wiązania i polaryzacja maleją z fluoru do jodu, co ułatwia zerwanie wiązania.

Oprócz tych czynników względna stabilność odpowiednich koniugatów zasad lub anionów halogenkowych wpływa również na charakter chemiczny halogenku alkilu. Stabilność anionów halogenkowych można zmierzyć w odniesieniu do względnej kwasowości kwasów halogenowodorowych. Najsilniejszy kwas halogenowodorowy, jodowodór, ma pK_a wynoszące -11. Oznacza to, że całkowicie dysocjuje na najbardziej stabilną zasadę koniugatu, jon jodkowy i proton. Zatem jod jest doskonałą grupą opuszczającą. Z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego o pK_a wynoszącym 3,2, inne kwasy fluorowodorowe mają wartości pK_a mniejsze niż 0, co czyni je mocnymi kwasami ze słabymi i stabilizowanymi sprzężonymi zasadami, które są doskonałymi grupami opuszczającymi.

PLAYLIST

Loading...

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone