- Propietats dels halogenurs d'alquil
- Punts d'ebullició i fusió
- polaritat
- poder dissolvent
- Nomenclatura
- exemple
- obtenció
- Halogenación amb llum o radiació ultraviolada
- Addició d'hidràcids o halògens a alquens
- reaccions
- substitució nucleofílica
- exemples
- eliminació
- Síntesi de reactius de Grignard
- exemples
- usos
- dissolvent
- síntesi orgànica
- indústria farmacèutica
- refrigerants
- referències
Els halogenurs d'alquil són compostos orgànics en els quals un àtom de carboni amb hibridació sp 3 s'enllaça covalentment a un halogen (F, Cl, Br, I). Des d'una altra perspectiva convé, per simplificar, assumir que es tracten d'haloalcans; aquests són, alcans als quals se'ls han substituït uns àtoms d'H per àtoms d'halògens.
Així mateix, tal com el seu nom indica, els àtoms d'halogen han d'estar enllaçats a grups alquílics, R, per considerar-se-d'aquest tipus de halogenur; tot i que, estructuralment poden estar substituïts o ramificats i tenir anells aromàtics, i tot i així continuar sent un halogenur d'alquil.
Molècula d'1-clorobutà, un exemple d'un halogenur d'alquil. Font: Gabriel Bolívar.
A dalt es té la molècula d'1-clorobutà, la qual correspon a un dels halogenurs d'alquil més simples. Es pot veure que tots els seus carbonis posseeixen enllaços simples, i tenen a més hibridació sp 3. Per tant, l'esfera verda, corresponent a l'àtom de Cl, està enllaçada a un esquelet derivat de l'alcà butà.
Exemples encara més simples que l'1-clorobutà són aquells derivats de el gas metà: l'hidrocarbur més petit de tots.
A partir del seu molècula de CH 4 es pot anar substituint àtoms d'H per, a dir, iode. Si se substitueix un H, es tindrà el CH 3 I (iodometà o iodur de metil). A l'substituir dues H, es tindrà el CH 2 I 2 (diyodometano o iodur de metilè). Seguida i finalment, els I substitueixen tots els H donant CHI 3 (yodoformo), i CI 4 (tetrayoduro de carboni).
Els halogenurs d'alquil es caracteritzen per ser molt reactius i, a l'posseir els àtoms més electronegatius de la taula periòdica, s'intueix que a través d'sens fins de mecanismes exerceixin una influència en les matrius biològiques.
Propietats dels halogenurs d'alquil
Les propietats d'aquesta família de compostos depenen de les seves estructures moleculars. No obstant això, quan es comparen amb les dels seus alcans procedents, pot observar notables diferències causades pel simple fet d'haver enllaços CX (X = àtom d'halogen).
És a dir, els enllaços CX són els responsables de tota diferència o semblança entre un o més halogenurs d'alquil.
Per començar, els enllaços CH són gairebé apolars, donada la poca diferència d'electronegativitat entre el C i l'H; en canvi, els enllaços CX presenten un moment dipolar permanent, a causa que els halògens són més electronegatius que el carboni (especialment el fluor).
D'altra banda, alguns halògens són lleugers (F i Cl), mentre que altres són pesats (Br i I). Les seves masses atòmiques també modelen diferències dins dels enllaços CX; i al seu torn, directament a les propietats de l'halogenur.
Per tant, afegir halògens a un hidrocarbur és igual a incrementar la seva polaritat i massa molecular; és igual a tornar-menys volàtil (fins a cert punt), menys inflamable, i augmentar els seus punts d'ebullició o fusió.
Punts d'ebullició i fusió
Dit l'anterior es mostra, en ordre creixent, la mida i per tant el pes dels diferents halògens:
F <Cl <Br <em
Llavors, cal esperar-se que els halogenurs d'alquil que continguin àtoms de F siguin més lleugers que els que tinguin àtoms de Br o I.
Per exemple, es consideren alguns halogenurs derivats de l'metà:
CH 3 F <CH 3 Cl <CH 3 Br <CH 3 I
CH 2 F 2 <CH 2 Cl 2 <CH 2 Br 2 <CH 2 I 2
I així successivament per als altres derivats producte d'un grau de halogenació major. Nota: l'ordre es manté: els halogenurs de fluor són més lleugers que els de el iode. No solament això, sinó que a més els seus punts d'ebullició i fusió també obeeixen aquest ordre; els RF bullen a menors temperatures que els RI (R = CH 3, per a aquest cas).
Així mateix, tots aquells líquids són incolors, ja que en els seus enllaços CX els electrons no poden absorbir ni alliberar fotons per transitar altres nivells d'energia. No obstant això, a mesura que es tornen més pesats poden arribar a cristal·litzar i exhibir colors (com ho fa el yodoformo, CHI 3).
polaritat
Els enllaços CX difereixen de polaritat, però en l'ordre invers a la de dalt:
CF> C-Cl> C-Br> CI
Per tant, els enllaços CF són més polars que els enllaços CI. A l'ésser més polars, els halogenurs RF tendeixen a interactuar mitjançant forces dipol-dipol. Mentrestant, als halogenurs RBR o RI, els seus moments dipolars són més febles i adquireixen més força les interaccions regides per les forces de dispersió de London.
poder dissolvent
Com els halogenurs d'alquil són més polars que els alcans dels quals deriven, incrementen la seva capacitat de dissoldre un major nombre de compostos orgànics. És per això que tendeixen a ser millors dissolvents; tot i que, no vol dir que puguin suplantar als alcans en totes les aplicacions.
Hi ha criteris tècnics, econòmics, ecològics i de rendiment per preferir un solvent halogenat per sobre d'un alcà.
Nomenclatura
Hi ha dues maneres de nomenar un halogenur d'alquil: pel seu nom comú, o pel seu nom sistemàtic (IUPAC). Els noms comuns solen ser més còmodes d'utilitzar quan RX és simple:
CHCl 3
Cloroform: nom comú
Triclorur de metil o triclorometà: nom IUPAC.
Però els noms sistemàtics són preferibles (i l'única opció), quan es tenen estructures ramificades. Irònicament, els noms comuns tornen a ser útils quan les estructures són massa complicades (com les que es veuran en l'últim apartat).
Les regles per nomenar un compost d'acord a sistema IUPAC són les mateixes que per als alcohols: s'identifica la cadena principal, la qual és la més llarga o la més ramificada. Després, s'enumeren els carbonis començant per l'extrem més proper als substituents o ramificacions, nomenant en ordre alfabètic.
exemple
Per il·lustrar-se té el següent exemple:
Halogenur d'alquil com a exemple de nomenclatura. Font: Gabriel Bolívar.
La primera ramificació és el grup metil en el C-4; però, a l'haver-hi un doble enllaç aquest guanya major prioritat sobre la regla enunciada. Per aquesta raó es comença a enumerar la cadena més llarga a partir de la dreta, encapçalada per un àtom de carboni enllaçat a dues halògens: Cl i Br.
Amb l'enumeració, es nom en ordre alfabètic els substituents:
1-bromo-1-clor-4-metil-2-hexeno.
obtenció
Per obtenir els halogenurs d'alquil s'ha de sotmetre a les molècules a un procés de halogenació; és a dir, incorporar àtoms d'halògens a les seves estructures, especialment a un àtom a un de carboni sp 3.
Hi ha dos mètodes per obtenir-los o sintetitzar: mitjançant radiació ultraviolada a través d'un mecanisme per radicals lliures, o mitjançant addició de hidràcids o halògens.
Halogenación amb llum o radiació ultraviolada
El primer, el menys apropiat i amb el pitjor dels rendiments, consisteix en irradiar els alcans amb radiació ultraviolada (hv) en presència d'un halogen. Per exemple, es mostren les equacions per a la cloració de l'metà:
CH 4 + Cl 2 => CH 3 Cl + HCl (sota llum ultraviolada)
CH 3 Cl + Cl 2 => CH 2 Cl 2 + HCl
CH 2 Cl 2 + Cl 2 => CHCl 3 + HCl
CHCl 3 + Cl 2 => CCl 4 + HCl
Els quatre compostos (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2, CHCl 3 i CCl 4) es formen, i per tant es té una mescla, la qual pot sotmetre a destil·lació fraccionada. No obstant això, aquest mètode resulta poc pràctic, i es prefereix recórrer a les síntesis orgàniques.
Un altre exemple és el de la bromació de l'n-hexà:
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 + Br 2 => CH 3 (Br) CHCH 2 CH 2 CH 2 CH 3 + HBr
Novament, en aquesta reacció es fa servir la llum o radiació ultraviolada per afavorir la formació dels radicals lliures. El brom, com és un líquid de color vermell intens, es descoloreix a mesura que reacciona, observant així un canvi de coloració de vermell a incolor a l'formar-se el 2-bromohexano.
Addició d'hidràcids o halògens a alquens
El segon mètode d'obtenció d'halogenurs d'alquil consisteix a tractar alcohols (ROH) o alquens (R 2 C = CR 2) amb hidràcids. Els hidràcids tenen per fórmula general HX (HF, HCl, HBr i HI). Es mostrarà un exemple utilitzant etanol per a cada un d'ells:
CH 3 CH 2 OH + HF => CH 3 CH 2 F + H 2 O
CH 3 CH 2 OH + HCl => CH 3 CH 2 Cl + H 2 O
CH 3 CH 2 OH + HBr => CH 3 CH 2 Br + H 2 O
CH 3 CH 2 OH + HE => CH 3 CH 2 R + H 2 O
Així mateix, els alquens poden addicionar molècules HX als seus dobles enllaços, formant-se halogenurs d'alquil secundaris.
CH 2 = CH-CH 3 + HBr => BrCH 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -CHBr-CH 3
El producte BrCH 2 -CH 2 -CH 3 és l'1-bromopropano, i el CH 3 -CHBr-CH 3 el 2-bromopropano. El segon és el producte majoritari per ser el de major estabilitat, mentre que el primer es produeix en menor proporció per ser més inestable. Això es deu al fet que el CH 3 CHBrCH 3 és un halogenur d'alquil secundari.
Molt semblant passa quan el que s'addiciona a l'alquè és una molècula de X 2:
CH 2 = CH-CH 3 + Br 2 => BrCH 2 -CHBr-CH 3
No obstant això, s'obté un halogenur d'alquil amb dos àtoms de brom enllaçats a carbonis adjacents; halogenur d'alquil veïnal. Si, d'altra banda, es tingués als dos broms enllaçats a el mateix carboni, es tindria un halogenur d'alquil geminal, com el següent:
Br 2 CH-CH 2 -CH 3
reaccions
substitució nucleofílica
Les reactivitats dels halogenurs d'alquil rauen en la fragilitat o resistència de l'enllaç CX. Com més pesat sigui l'halogen, més feble serà l'enllaç, i per tant, es trencarà amb més facilitat. En una reacció química es trenquen enllaços i es formen altres nous; es trenquen els enllaços CX, per formar un enllaç CG (G = grup nou).
En termes més apropiats, X actua com un grup sortint, i G com un grup entrant en una reacció de substitució nucleofílica. Per què passa aquesta reacció? Perquè X, a l'ésser més electronegatiu que el carboni, li "roba" densitat electrònica deixant-li un dèficit d'electrons que es tradueix com una càrrega parcial positiva:
C δ + -X δ-
Si per les rodalies ronda una espècie negativa (: G -) o neutra amb un parell d'electrons disponible (: G), capaç de formar un enllaç CG més estable, X acabarà sent substituït per G. L'anterior pot representar-se amb la següent equació química:
Rx: G - => RG + X -
Com més feble sigui l'enllaç CX o RX, major serà la seva reactivitat o tendència a ser substituït per l'agent nucleofílic (o nucleòfil) G; és a dir, amants de nuclis o de càrregues positives.
exemples
Es mostra a continuació una sèrie d'equacions generals per a les substitucions nucleofíliques que poden patir els halogenurs d'alquil:
Rx OH - => ROH + X - (Alcohols)
+ OR '- => ROR ' (Èters, síntesi de Williamson)
+ I - => RI (Iodurs de llogo)
+ CN - => RCN (Nitrils)
+ R'COO - => RCOOR '(Èsters)
+ NH 3 => RNH 2 (Amines)
+ P (C 6 H 5) 3 => RP (C 6 H 5) 3 + X - (Sals de fosfoni)
+ SH - => RSH (tiols)
A partir d'aquests exemples ja pot sospitar-ho valuosos que són els halogenurs d'alquil per les síntesis orgàniques. Una de tantes substitucions que van faltar per citar és la de la reacció de Friedel Crafts, utilitzada per a "llogar" anells aromàtics:
Rx ARH + AlCl 3 => Arr
En aquesta reacció un H de l'anell aromàtic se substitueix per un grup R provinent de l'RX.
eliminació
Els halogenurs d'alquil poden alliberar molècules d'HX mitjançant una reacció d'eliminació; específicament, una deshidrohalogenación:
R 2 CH-CXR 2 + OH - => R 2 C = CR 2 + HX
Es diu que ocorre una deshidrohalogenación perquè es perd tant un H com un X en una mateixa molècula de HX.
Síntesi de reactius de Grignard
Els halogenurs d'alquil poden reaccionar amb certs metalls formant el reactiu de Grignard, utilitzat per afegir grups R a altres molècules. L'equació general de la seva síntesi és la següent:
Rx Mg => RMgX
exemples
Al llarg dels apartats ja s'han esmentat diversos exemples d'halogenurs d'alquil. Alguns altres, simples, són:
-Cloruro d'etil, CH 3 CH 2 Cl
-Fluoruro de isopropil, (CH 3) 2 CH 2 F
-2-metil-3-cloropentano, CH 3 -CH (CH 3) -CHCl-CH 2 CH 3
-yoduro de secbutilo, CH 3 CH 2 CH 2 I-CH 3
-3-brom-6-yodoheptano, CH 3 -CH 2 -CHBr-CH 2 -CH 2 -CH 2 I
-3,4-dibromo-1-penteno, CH 3 -CHBr-CHBr-CH = CH 2
usos
dissolvent
En apartats anteriors es va fer esment de la capacitat dissolvent dels halogenurs d'alquil. D'aquesta propietat la indústria ha tret profit per utilitzar-los com netejadors, ja sigui per matèria tèxtil, components electrònics, o remoure taques de vernissos.
Així mateix, s'utilitzen com a dissolvents de pintures, o de mostres orgàniques o greixoses per innombrables tipus d'assaigs analítics.
síntesi orgànica
Els halogenurs d'alquil són molt útils per a "llogar" anells aromàtics, alhora que serveixen de font de partida per a la síntesi de pràcticament totes les altres famílies de compostos orgànics. Sintèticament, a RX se li considera una font de grups o cadenes R, les quals poden ser desitjades seva incorporació a compostos altament aromàtics.
indústria farmacèutica
Es va esmentar a el principi que els àtoms d'halògens interaccionen amb les matrius biològiques, de manera que en els nostres organismes no poden passar desapercebuts sense generar un canvi, positiu o negatiu. Si un fàrmac exerceix un efecte positiu en el cos, a l'tenir un àtom d'halogen aquest efecte pot o no que s'incrementi.
Llavors, si X està enllaçat directament un carboni amb hibridació sp 3, es tindrà un halogenur d'alquil i no un derivat halogenat. Alguns d'aquests halogenurs es mostren a continuació en la següent sèrie d'imatges:
Fenoxibenzamina, un medicament utilitzat per combater la tensió arterial en pacients amb feocromocitoma. Font: Utent: Mark Pea.
Isoflurano, un anestèsic inhalatori. Font: Benjah-bmm27.
Clindamicina, un antibiòtic. Font: M mitcheltree.
Pimecrolimus, utilitzat per tractar dermatitis atòpiques. Pot localitzar l'àtom de clor? Font: MarinaVladivostok.
Halomon, possible agent antitumoral i halogenur d'alquil de les algues marines Portieria hornemannii, una font natural. Font: Dj
Cal notar que en aquests cinc fàrmacs hi ha, almenys, un enllaç de l'tipus CH 2 -X o CH-X; és a dir, l'halogen està unit a un carboni sp 3.
refrigerants
El famós refrigerant freó-12 (CHCIF 2), a l'igual que altres fluoroalcanos o hidrofluorocarbonis, van substituir als gasos amoníac i als clorofluorocarbonis (CFC) en aquesta funció perquè, tot i ser substàncies no volàtils ni tòxiques, aquestes destruïen la capa d'ozó; mentre que el freó-12, per ser més reactiu, es destrueix abans d'arribar a aquests altituds.
referències
- Carey F. (2008). Química Orgànica. (Sisena edició). Mc Graw Hill.
- Clark Jim. (14 de juliol de 2016). Uses of alkyl Halides. Chemistry LibreTexts. Recuperat de: chem.libretexts.org
- Ga, B., Bucher, C., & Burns, NZ (2016). Chiral alkyl Halides: Underexplored Motifs in Medicine. Marina drugs, 14 (11), 206. doi: 10.3390 / md14110206
- Alkyl Halides. Recuperat de: chemed.chem.purdue.edu
- Patkar Prachi. (16 de juliol del 2017). Tot sobre alkyl Halides: Properties, Usis, and Much More. Science Struck. Recuperat de: sciencestruck.com
- R. Nau. (2016). Alkyl Halides. Recuperat de: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Learning Guide for Chapter 9 - alkyl Halides I. Recuperat de: cactus.dixie.edu
- QA Eduardo Vega Barris. (Sf). Halogenurs d'alquil: Propietats, usos i aplicacions. [PDF. Recuperat de: cvonline.uaeh.edu.mx