Halogenki alkilów R–X
Podstawową metodą otrzymywania halogenoalkanów jest reakcja wymiany grupy hydroksylowej alkoholi na atom chlorowca pod wpływem odpowiedniego halogenowodoru. Reakcję katalizują jony wodorowe, stąd czasem do reakcji stosuje się kwas siarkowy i odpowiedni halogenek sodu.
Czasem w trakcie reakcji podstawienia dochodzi do przegrupowania i chlorowiec zostaje podstawiony przy sąsiednim węglu w stosunku do węgla podstawionego hydroksylem.
Chlorowcowanie (głównie bromowanie i jodowanie) lepiej przeprowadzać za pomocą bromku fosforu (lub działaniem jodu i fosforu), unika się wówczas przegrupowań. Reakcja jest bardziej "przewidywalna"
Drugim często stosowanym sposobem otrzymywania chlorowcowych pochodnych jest addycja chlorowcowodoru (patrz reguła Markownikowa) lub cząsteczkowego halogenu do wiązań wielokrotnych alkenów lub alkinów.
Reakcja z chlorowcem prowadzona w wysokiej temperaturze w fazie gazowej całkowicie zmienia swój mechanizm i zamiast reakcji addycji (przyłączenia) mamy reakcje substytucji (podstawienia). Bardzo łatwo taki przebieg reakcji występuje w przypadku ugrupowań allilowych R–CH–C=C—
Najtrudniej przebiega reakcja bezpośredniego chlorowcowania alkanu cząsteczką halogenu. Jest to reakcja rodnikowa, a do jej rozpoczęcia i podtrzymania potrzebna jest energia promieniowania elektromagnetycznego powodująca rozpad cząsteczki chlorowca na rodniki.
Podwyższenie temperatury wrzenia spowodowane jest większa masą cząsteczkową w stosunku do masy cząsteczkowej węglowodorów z których powstały. Z tej samej przyczyny temperatura wrzenia halogenoalkanów o takim samym łańcuchu rośnie wraz ze wzrostem masy chlorowca: F, Cl, Br, I.
W wodzie i polarnych rozpuszczalnikach nie rozpuszczają się wcale lub bardzo słabo, bowiem nie tworzą wiązań wodorowych, a ich polarność skupia się jedynie w obrębie jednego wiązania C–X. Dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych.
Ze względu na dość łatwe otrzymywanie z tanich alkoholi i zdolności do reakcji substytucji nukleofilowej oraz reakcji eliminacji, halogenki alkilowe stanowią swoistą "bramę" do przemian chemii organicznej. Trudniejsze do podstawienia są tylko atomy chlorowca w arenach (związkach aromatycznych) i winylu.
reagent nukleofilowy
produkt
przykład
uwagi
OH-
alkohol
częściej stosuje się reakcję odwrotną - otrzymywanie chlorowcowopochodnych z alkoholi
eter
synteza Williamsona
alkan
przedłużanie łańcucha, reakcja Würtza
jon jodkowy
jodek alkilu
jon cyjankowy
nitryl
poprzez hydrolizę nitryli otrzymujemy kwasy;nitryle aromatyczne otrzymujemy z soli diazoniowych
anion kwasu karboksylowego
ester
amoniak
amina
siarkowodór
tiol
związek z pierścieniem aromatycznym
alkilobenzen
podstawowa reakcja alkilowania związków organicznych (reakcja Friedla-Craftsa)
alken
reakcje eliminacji
Mg
odczynnik Grignarda
bardzo reaktywny substrat wielu reakcji organicznych, halogenek alkilomagnezowy
Do najpopularniejszych chlorowcowęglowodorów należą: tetrachlorek węgla, chloroform, freony, teflon i polichlorek winylu (PCW, lub z angielska PCV).
Tetrachlorek węgla (tetrachlorometan CCl4) ze względu na symetryczna budowę jest niepolarnym rozpuszczalnikiem o gęstości znacznie przekraczającej gęstość wody i praktycznie nie mieszający się z wodą. Z powodu swoich właściwości często używany jest do ekstrakcji związków niepolarnych. Ze względu na niepalność był stosowany w gaśnicach (gaśnice tetrowe), ponieważ jednak w wyższych temperaturach tworzy z tlenem z powietrza trujący fosgen (COCl2) został wycofany z powszechnego użycia.
Chloroform CHCl3, rozpuszczalnik, dość lotny, bardziej polarny niż tetrachlorek węgla, wykazuje, jak większość chlorowcopochodnych działanie narkotyczne.
Pod ogólną nazwą freony kryją się związki węgla z fluorem i chlorem, np. CFCl3, CF2Cl2, które ze względu na dużą lotność i duże ciepło parowania były stosowane jako czynnik chłodzący w urządzeniach chłodniczych (np. lodówkach domowych). Ze względu na udział w procesie niszczenia warstwy ozonowej atmosfery ziemskiej zostają wycofywane z użycia. Warstwa ozonu O3 w górnych warstwach atmosfery broni nas przed nadmiernym natężeniem promieniowania ultrafioletowego, które dociera do Ziemi ze Słońca, a w natężeniu nie osłabionym przez pochłaniającą je warstwę ozonu jest zabójcze dla życia..
Wiele chlorowcowych pochodnych alkanów i alkenów znajduje zastosowanie jako rozpuszczalniki, szczególnie do ekstrakcji.
Także polimery otrzymywane z chloroalkenów znalazły wiele zastosowań w życiu codziennym. Do najpopularniejszych należy PCW - polichlorek winylu. Dodatki różnych wypełniaczy lub plastyfikatorów pozwalają otrzymywać materiały do produkcji folii, elastycznych węży aż po twarde i mechanicznie odporne rury i kształtki.
Drugim bardzo popularnym polimerem jest teflon, politetrafluoroetylen. Stosowany ze względu na wytrzymałość na wysokie temperatury, chemiczną bierność i dobre właściwości mechaniczne oraz niski współczynnik tarcia. Stosowany od pokrywania patelni warstwą zapobiegająca przywieraniu smażonego pożywienia po łożyska i technikę kosmiczną.
Kaacha91