Галогенопроизводные вуглевадароды: атрыманне, хімічныя ўласцівасці, прымяненне

Вуглевадароды - вельмі вялікі клас злучэнняў, якія адносяцца да арганічным. Яны ўключаюць у сябе некалькі асноўных груп рэчываў, сярод якіх практычна кожнае знаходзіць шырокае прымяненне ў прамысловасці, побыце, прыродзе. Асаблівае значэнне маюць галогенопроизводные вуглевадароды, пра якія і пойдзе гаворка ў артыкуле. Яны маюць не толькі высокую прамысловае значэнне, але і з'яўляюцца важным сыравінай пры мностве хімічных сінтэзаў, атрыманні лекавых сродкаў і іншых важных злучэнняў. Нададзім асаблівую ўвагу будынку іх малекул, уласцівасцях і іншым асаблівасцям.

Галогенопроизводные вуглевадароды: агульная характарыстыка

З пункту гледжання хімічнай навукі, да дадзенага класа злучэнняў адносяцца ўсе тыя вуглевадароды, у якіх адзін або некалькі атамаў вадароду замешчаны на той ці іншы галаген. Гэта вельмі шырокая катэгорыя рэчываў, так як яны маюць важнае прамысловае значэнне. На працягу даволі кароткага часу людзі навучыліся сінтэзаваць практычна ўсе галогенопроизводные вуглевадародаў, прымяненне якіх неабходна ў медыцыне, хімічнай галіны, харчовай прамысловасці і побыце.

Асноўны метад атрымання дадзеных злучэнняў - гэта сінтэтычны шлях у лабараторыі і прамысловасці, так як у прыродзе практычна ні адзін з іх не сустракаецца. З прычыны наяўнасці атама галаген яны валодаюць высокай рэакцыйнай здольнасцю. Гэта шмат у чым вызначае вобласці іх прымянення ў хімічных сінтэз як прамежкавых прадуктаў.

Так як прадстаўнікоў галогенопроизводные вуглевадароды маюць шмат, прынята класіфікаваць іх па розных прыкметах. У аснову кладзецца як будынак ланцуга і кратнасць сувязі, так і адрозненне ў атамах галагенаў і месцы іх становішча.

Галогенопроизводные вуглевадародаў: класіфікацыя

Першы варыянт падзелу заснаваны на агульнапрынятых прынцыпах, якія прымяняюцца для ўсіх арганічных злучэнняў. Класіфікацыя заснавана на адрозненні ў тыпе вугляроднага ланцуга, яе цыклічнасці. Па дадзеным прыкмеце вылучаюць:

• гранічныя галогенопроизводные вуглевадароды;
• непредельные;
• араматычныя;
• аліфаціческіе;
• ацыклічныя.

Наступнае падзел заснавана на выглядзе атама галаген і яго колькасным утрыманні ў складзе малекулы. Так, вылучаюць:

• монопроизводные;
• дипроизводные;
• тры-;
• тетра-;
• пентапроизводные і гэтак далей.

Калі казаць пра выгляд галаген, то тады назву падгрупы складаецца з двух слоў. Напрыклад, монохлорпроизводное, трийодпроизводное, тетрабромгалогеналкен і гэтак далей.

Таксама існуе яшчэ адзін варыянт класіфікацыі, па якім падзяляюцца пераважна галогенопроизводные гранічных вуглевадародаў. Гэта нумар атама вугляроду, да якога далучаны галаген. Так, вылучаюць:

• першасныя вытворныя;
• другасныя;
• троесныя і гэтак далей.

Кожнага канкрэтнага прадстаўніка можна ранжыраваць па ўсіх прыкметах і вызначыць поўнае месца ў сістэме арганічных злучэнняў. Так, напрыклад, злучэнне з складам СН ₃ - СН ₂ -СН = СН-CCL ₃ можна класіфікаваць так. Гэта непредельные аліфаціческіе трихлорпроизводное Пента.

будова малекулы

Наяўнасць атамаў галаген не можа не адбіцца як на фізічных і хімічных уласцівасцях, так і на агульных рысах будынка малекулы. Агульная формула для дадзенага класа злучэнняў мае выгляд R-Hal, дзе R - вольны вуглевадародны радыкал любога будынка, а Hal - атам галаген, адзін або некалькі. Сувязь паміж вугляродам і галагенавых моцна палярызаванае, з прычыны чаго малекула ў цэлым схільная да двух эфектам:

• адмоўны індуктыўны;
• мезомерный станоўчы.

Пры гэтым першы з іх выяўлены значна мацней, таму атам Hal заўсёды праяўляе ўласцівасці электроноакцепторного намесніка.

У астатнім усё асаблівасці будовы малекулы нічым не адрозніваюцца ад такіх у звычайных вуглевадародаў. Ўласцівасці тлумачацца будынкам ланцугу і яе разгалінаваных, колькасцю атамаў вугляроду, сілай араматычных прыкмет.

Асаблівай увагі заслугоўвае намэнклятура галогенопроизводных вуглевадародаў. Як правільна варта зваць дадзеныя злучэння? Для гэтага трэба выконваць некалькі правілаў.

1. Нумарацыя ланцуга пачынаецца з таго краю, да якога бліжэй размешчаны атам галаген. Калі ж маецца якая-небудзь кратная сувязь, то адлік пачынаецца менавіта з яе, а не з электроноакцепторного намесніка.
2. Назва Hal паказваецца ў прэфіксе, таксама варта паказваць нумар атама вугляроду, ад якога ён адыходзіць.
3. Апошнім крокам даецца назва асноўнай ланцугу атамаў (альбо кольцы).

Прыклад падобнага назвы: СН ₂ = СН-CHCL ₂ - 3-дихлорпропен-1.

Таксама назва можна даваць і па рацыянальнай наменклатуры. У гэтым выпадку вымаўляецца найменне радыкала, а затым - галаген з суфіксам -ид. Прыклад: СН ₃ -СН ₂ -СН ₂ Br - пропилбромид.

Як і іншыя класы арганічных злучэнняў, галогенопроизводные вуглевадароды будынак маюць асаблівае. Гэта дазваляе многіх прадстаўнікоў пазначаць гістарычна якія склаліся назвамі. Напрыклад, фторотан CF ₃ CBrClH. Наяўнасць адразу трох галагенаў ў складзе малекулы забяспечвае дадзеным рэчыву асаблівыя ўласцівасці. Яго ўжываюць у медыцыне, таму часцей карыстаюцца менавіта гістарычна якія склаліся назвай.

спосабы сінтэзу

Спосабы атрымання галогенопроизводных вуглевадародаў досыць разнастайныя. Можна вылучыць пяць асноўных метадаў сінтэзу дадзеных злучэнняў у лабараторыі і прамысловасці.

1. Галогенирование звычайных вуглевадародаў нармальнага будынкі. Агульная схема рэакцыі: RH + Hal ₂ → R-Hal + HHal. Асаблівасці праходжання працэсу заключаюцца ў наступным: з хлорам і бромам абавязкова трэба ультрафіялетавае апрамяненне, з ёдам рэакцыя практычна немагчымая альбо вельмі павольная. З фторам ўзаемадзеянне занадта актыўны, таму выкарыстаць дадзены галаген ў чыстым выглядзе нельга. Акрамя таго, пры галогенировании араматычных вытворных трэба выкарыстоўваць асаблівыя каталізатары працэсу - кіслаты Люіса. Напрыклад, хларыд жалеза або алюмінія.
2. Атрыманне галогенопроизводных вуглевадародаў ажыццяўляецца таксама шляхам гидрогалогенирования. Аднак для гэтага зыходным злучэннем абавязкова павінен быць непредельные вуглевадарод. Прыклад: R = RR + HHal → RR-RHal. Часцей за ўсё падобнае электрафільнага далучэнне выкарыстоўваецца для атрымання хлорэтилена або вінілхларыду, так як гэта злучэнне з'яўляецца важным сыравінай для прамысловых сінтэзаў.
3. Ўздзеянне гидрогалогенов на спірты. Агульны выгляд рэакцыі: R-OH + HHal → R-Hal + H ₂ O. Асаблівасцю з'яўляецца абавязковае наяўнасць каталізатара. Прыклады паскаральнікаў працэсу, якія можна выкарыстоўваць: хларыды фосфару, серы, цынку або жалеза, серная кіслата, раствор хларыду цынку ў салянай кіслаце - рэактыў Лукаса.
4. Декарбоксилирование соляў кіслот пры акісляецца агенце. Іншая назва спосабу - рэакцыя Барадзіна-Хунсдиккера. Сутнасць заключаецца ў адшчапленнем малекулы вуглякіслага газу ад срэбных вытворных карбонавых кіслот пры ўздзеянні акісляецца агента - галаген. У выніку ўтвараюцца галогенопроизводные вуглевадародаў. Рэакцыі ў агульным выглядзе выглядаюць так: R-COOAg + Hal → R-Hal + CO ₂ + AgHal.
5. Сінтэз галоформов. Іншымі словамі, гэта атрыманне тригалогенпроизводных метану. Самы просты спосаб іх вытворчасці - уздзеянне на ацэтон шчолачным растворам галагенаў. У выніку і адбываецца фарміраванне галоформных малекул. Такім жа спосабам сінтэзуюцца ў прамысловасці галогенопроизводные араматычных вуглевадародаў.

Асаблівая ўвага варта надаць сінтэзу непредельных прадстаўнікоў разгляданага класа. Асноўны метад - гэта ўздзеянне на алкины солямі ртуці і медзі ў прысутнасць галагенаў, якое прыводзіць да адукацыі прадукта з двайны сувяззю ў ланцугі.

Галогенопроизводные араматычных вуглевадародаў атрымліваюцца па рэакцыям галогенирования арэне ці алкиларенов ў бакавую ланцуг. Гэта важныя прамысловыя прадукты, бо менавіта яны выкарыстоўваюцца ў якасці інсектыцыдаў ў сельскай гаспадарцы.

фізічныя ўласцівасці

Фізічныя ўласцівасці галогенопроизводных вуглевадародаў напрамую залежаць ад будынка малекулы. На тэмпературы кіпення і плаўлення, агрэгатны стан ўплываюць колькасць атамаў вугляроду ў ланцугі і магчымыя адгалінаванні ў бакавую частку. Чым іх больш, тым паказчыкі становяцца вышэй. У цэлым можна ахарактарызаваць фізічныя параметры ў некалькіх пунктах.

1. Агрэгатны стан: першыя ніжэйшыя прадстаўнікі - газы, наступныя да З ₁₂ - вадкасці, вышэй - цвёрдыя цела.
2. Маюць рэзкі непрыемны спецыфічны пах практычна ўсе прадстаўнікі.
3. Вельмі дрэнна растваральныя ў вадзе, аднак самі - выдатныя растваральнікі. У арганічных злучэннях раствараюцца вельмі добра.
4. Тэмпературы кіпення і плаўлення павялічваюцца з ростам ліку атамаў вугляроду ў галоўнага ланцуга.
5. Усё злучэнні, акрамя фторпроизводных, цяжэйшы за ваду.
6. Чым больш разгалінаванняў у галоўнай ланцугу, тым ніжэй тэмпература кіпення рэчывы.

Складана пазначыць мноства падобных агульных чорт, бо прадстаўнікі моцна адрозніваюцца па складзе і будове. Таму лепш прыводзіць значэння для кожнага канкрэтнага злучэння з дадзенага шэрагу вуглевадародаў.

хімічныя ўласцівасці

Адным з самых важных параметраў, які абавязкова ўлічваецца ў хімічнай прамысловасці і рэакцыях сінтэзу, з'яўляюцца хімічныя ўласцівасці галогенопроизводных вуглевадародаў. Яны неаднолькавыя для ўсіх прадстаўнікоў, так як ёсць шэраг прычын, абумаўляльных адрозненне.

1. Будова вугляроднага ланцуга. Прасцей за ўсё рэакцыі замяшчэння (нуклеафільнага тыпу) адбываюцца ў другасных і троесных галогеналкилов.
2. Выгляд атама галаген таксама мае важнае значэнне. Сувязь паміж вугляродам і Hal моцна палярызаванае, што і забяспечвае лёгкі яе разрыў з вызваленнем вольных радыкалаў. Аднак прасцей за ўсё рвецца сувязь менавіта паміж ёдам і вугляродам, што тлумачыцца заканамерным зменай (памяншэннем) энергіі сувязі ў шэрагу: F-Cl-Br-I.
3. Наяўнасць араматычнага радыкала або кратных сувязяў.
4. Будынак і разгалінаванае самага радыкала.

У цэлым лепш за ўсё галогеналкилы ўступаюць у рэакцыі менавіта нуклеафільнага замяшчэння. Бо на атаме вугляроду пасля разрыву сувязі з галагенавымі канцэнтруецца часткова станоўчы зарад. Гэта дазваляе радыкалаў у цэлым станавіцца акцептором элетроноотрицательных часціц. напрыклад:

• ЁН ^-;
• SO ₄ ^2-;
• NO ₂ ^-;
• CN ^- і іншыя.

Гэтым тлумачыцца той факт, што ад галогенпроизводных вуглевадародаў можна перайсці практычна да любога класа арганічных злучэнняў, трэба толькі падабраць адпаведны рэагент, які прадаставіць патрэбную функцыянальную групу.

Увогуле можна сказаць, што хімічныя ўласцівасці галогенопроизводных вуглевадародаў заключаюцца ў здольнасці ўступаць у наступныя ўзаемадзеяння.

1. З нуклеафільнага часціцамі рознага роду - рэакцыі замяшчэння. У выніку могуць атрымацца: спірты, простыя і складаныя эфіры, нитросоединения, аміны, нитрилы, карбонавыя кіслоты.
2. Рэакцыі элиминирования або дегидрогалогенирования. У выніку ўздзеяння спіртавой раствора шчолачы адбываецца адшчапленнем малекулы галогеноводорода. Так фармуецца алкена, нізкамалекулярных пабочныя прадукты - соль і вада. Прыклад рэакцыі: CH ₃ -CH ₂ -CH ₂ -CH ₂ Br + NaOH _(спірт) → CH ₃ -CH ₂ -CH = CH ₂ + NaBr + H _{2 O.} Дадзеныя працэсы - адзін з асноўных спосабаў сінтэзу важных алкена. Працэс заўсёды суправаджаецца дзеяннем высокіх тэмператур.
3. Атрыманне алкана нармальнага будовы па метадзе сінтэзу Вюрца. Сутнасць рэакцыі заключаецца ва ўздзеянні на галогенозамещенный вуглевадарод (дзве малекулы) металічным натрыем. Як моцна электроположительный іён, натрый акцептирует атамы галаген з злучэння. У выніку вызваліліся вуглевадародныя радыкалы замыкаюцца паміж сабой сувяззю, фарміруючы Алка новага будынка. Прыклад: CH ₃ -CH ₂ Cl + CH ₃ -CH ₂ Cl + 2Na → CH ₃ -CH ₂ -CH ₂ -CH ₃ + 2NaCl.
   
4. Сінтэз гамолагі араматычных вуглевадародаў па метадзе Фриделя-Крафтса. Сутнасць працэсу - ва ўздзеянні на бензол галогеналкилом ў прысутнасці хларыду алюмінія. У выніку рэакцыі замяшчэння адбываецца адукацыя талуолу і Хлоравадарод. У дадзеным выпадку прысутнасць каталізатара з'яўляецца неабходным. Акрамя самога бензолу такім спосабам можна акісляць і яго гамолагі.
5. Атрыманне вадкасці Греньяра. Гэты рэактыў ўяўляе сабой галогенозамещенный вуглевадарод з іёнам магнію ў складзе. Першапачаткова ажыццяўляецца ўздзеянне металічным магніем ў эфіры на вытворны галогеналкил. У выніку фармуецца комплекснае злучэнне з агульнай формулай RMgHal, названае рэактывам Греньяра.
6. Рэакцыі аднаўлення да Алкаеў (алкена, арэна). Ажыццяўляюцца пры ўздзеянні вадародам. У выніку фармуецца вуглевадарод і пабочны прадукт - галогеноводород. Прыклад у агульным выглядзе: R-Hal + H ₂ → RH + HHal.

Гэта асноўныя ўзаемадзеяння, у якія здольныя лёгка ўступаць галогенпроизводные вуглевадародаў рознага будынкі. Вядома, ёсць і спецыфічныя рэакцыі, якія варта разглядаць для кожнага канкрэтнага прадстаўніка.

ізамерыя малекул

Ізамерыя галогенопроизводных вуглевадародаў - цалкам натуральная з'ява. Бо вядома, што чым больш атамаў вугляроду ў ланцугу, тым вышэй колькасць изомерных формаў. Акрамя таго, непредельные прадстаўнікі маюць кратныя сувязі, што таксама становіцца прычынай з'яўлення ізамерыя.

Можна вылучыць дзве асноўныя разнавіднасці дадзенага з'явы для гэтага класа злучэнняў.

1. Ізамерыя вугляроднага шкілета радыкала і асноўны ланцугу. Сюды ж можна аднесці і становішча кратнай сувязі, калі яна маецца ў малекуле. Як і ў простых вуглевадародаў, пачынаючы з трэцяга прадстаўніка можна запісваць формулы злучэнняў, якія маюць ідэнтычныя малекулярныя, але розныя структурныя формульныя выразы. Прычым, для галогенозамещенных вуглевадародаў колькасць изомерных формаў на парадак вышэй, чым для адпаведных ім алкана (алкена, алкинов, арэну і гэтак далей).
2. Становішча галаген ў складзе малекулы. Яго месца ў назве паказваецца лічбай, і нават калі мяняецца ўсё на адзінку, то ўласцівасці такіх ізамерыя будуць ужо зусім розныя.

Аб прасторавай ізамерыю тут гаворка не ідзе, паколькі атамы галаген робяць гэта немагчымым. Як і ва ўсіх астатніх арганічных злучэнняў, у галогеналкилов ізамерыя адрозніваюцца не толькі па будынку, але і па фізічных і хімічных характарыстыках.

Вытворныя непредельных вуглевадародаў

Падобных злучэнняў, вядома, шмат. Аднак нас цікавіць звяз галогенопроизводные непредельных вуглевадародаў. Іх жа можна падзяліць на тры асноўныя групы.

1. Винильные - калі атам Hal размяшчаецца непасрэдна ў атама вугляроду кратнай сувязі. Прыклад малекулы: СН ₂ = CCL _2.
2. З ізаляваным становішчам. Атам галаген і кратная сувязь размяшчаюцца ў процілеглых частках малекулы. Прыклад: СН ₂ = СН-СН ₂ -СН ₂ -Cl.
3. Аллильные вытворныя - атам галаген размешчаны да двайны сувязі праз адзін атам вугляроду, гэта значыць знаходзіцца ў альфа-становішчы. Прыклад: СН ₂ = СН-СН ₂ -CL.

Асаблівае значэнне мае такое злучэнне, як хлорысты вініл СН ₂ = CHCL. Яно здольна да рэакцыям полімерызацыі з адукацыяй важных прадуктаў, такіх, як ізаляцыйныя матэрыялы, непрамакальныя тканіны і іншае.

Яшчэ адзін прадстаўнік непредельных галогенпроизводных - хлоропрен. Формула яго - СН₂ = CCL-СН = СН₂. Гэта злучэнне з'яўляецца зыходнай сыравінай для сінтэзу каштоўных відаў каўчук, якія адрозніваюцца огнеустойчивостью, доўгім тэрмінам службы, дрэнны пранікальнасцю для газаў.

Тетрафторэтилен (або тефлон) - палімер, які валодае якаснымі тэхнічнымі параметрамі. Выкарыстоўваецца для вырабу каштоўнага пакрыцця тэхнічных дэталяў, посуду, розных прыбораў. Формула - CF ₂ = CF _2.

Араматычныя вуглевадароды і іх вытворныя

Араматычнымі называюць тыя злучэнні, у склад якіх уваходзіць бензольное кольца. Сярод іх таксама ёсць цэлая група галогенопроизводных. Можна вылучыць два асноўных тыпу іх па будынку.

1. Калі атам Hal звязаны непасрэдна з ядром, то ёсць кольцам араматычныя, то тады злучэння прынята называць галогенаренами.
2. Атам галаген звязаны не з кольцам, а з бакавой ланцугом атамаў, то ёсць радыкалам, пры адыходзе ў бакавую галіну. Такія злучэнні называюцца арилалкил галагеніду.

Сярод разгляданых рэчываў можна назваць некалькі прадстаўнікоў, якія маюць найбольшую практычнае значэнне.

1. Гексахлорбензол - З ₆ Cl _6. З пачатку XX стагоддзя выкарыстоўваўся як моцны фунгіцыд, а таксама інсектыцыд. Валодае добрым дэзінфікуе дзеяннем, таму яго ўжывалі для протравки насення перад высеўкі. Мае непрыемны пах, вадкасць досыць з'едлівая, празрыстая, можа выклікаць слёзацёк.
2. Бромісты бензо З ₆ Н ₅ СН ₂ Br. Выкарыстоўваецца ў якасці важнага рэагента пры сінтэзе металлорганических злучэнняў.
3. Хлорбензола З ₆ Н ₅ CL. Вадкае бясколернае рэчыва, якое валодае спецыфічным пахам. Выкарыстоўваецца пры вытворчасці фарбавальнікаў, пестыцыдаў. З'яўляецца адным з лепшых арганічных растваральнікаў.

Выкарыстанне ў прамысловасці

Галогенопроизводные вуглевадародаў прымяненне сабе ў прамысловасці і хімічных сінтэз знаходзяць вельмі шырокае. Аб непредельных і араматычных прадстаўніках мы ўжо сказалі. Цяпер пазначым ў цэлым галіне выкарыстання ўсіх злучэнняў падобнага шэрагу.

1. У будаўніцтве.
2. У якасці растваральнікаў.
3. Пры вытворчасці тканін, гумы, каўчук, фарбавальнікаў, палімерных матэрыялаў.
4. Для сінтэзу многіх арганічных злучэнняў.
5. Фторпроизводные (фреона) - гэта хладагент ў халадзільных устаноўках.
6. Выкарыстоўваюцца ў якасці пестыцыдаў, інсектыцыдаў, фунгіцыдаў, алеяў, пакосты, смол, змазачных матэрыялаў.
7. Ідуць на выраб ізаляцыйных матэрыялаў і інш.