Материал по химии "Галогенпроизводные углеводороды"

Галогенпроизводными называются производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода заменены атомами галогенов (фтор-, хлор-, бром-, йодопроизводные). По числу атомов галогена, содержащихся в молекуле, их подразделяют на моно-, ди-, тризамещенные и т.д. В зависимости от природы углеводородного радикала галогенпроизводные делятся на:

- алифатические СН₃-СН₂-Br  -  бромэтан

Номенклатура и изомерия.

При составлении названий алифатических галогенсодержащих соединений цифрой указывают положение галогена, называют его, а затем называют главную углеродную цепь, нумеруя с того конца, ближе к которому находится атом галогена.

При составлении названий алициклических и ароматических галогенпроизводных за родоначальную структуру принимает карбоцикл.

Структурная изомерия галогенпроизводных зависит от изомерии углеродной цепи и положения галогена. Например, бромбутан имеет четыре изомера.

Способы получения.

Исходными веществами могут служить углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны.

Получение из углеводородов.

1. Взаимодействие галогенов с алканами (реакция замещения)

2. Взаимодействие галогенов с циклоалканами (реакция замещения)

3. Взаимодействие галогенов с алкенами и алкинами (реакции присоединения)

4. Взаимодействие галогенов с аренами (реакции замещения)

Для гомологов реакция происходит двумя путями в зависимости от условий.

5. Взаимодействие галогенводородов с алкенами и аминами (реакции присоединения). 

6. Получение из спиртов

а) взаимодействие с галогеноводородами

H₂SO₄(конц) связывает воду.

б) взаимодействие с галогенидами фосфора (III) и (V).

3СН₃-СН₂-СН + PI₃ → 3 СН₃-СН₂-I + H₃PO₄

в) СН₃-СН₂-СН₂-ОН + SOCl₂ → СН₃-СН₂-СН₂-Cl + HCl + SO₂

7. Получение из альдегидов и кетонов

Физические свойства.

По числу атомов углерода:

- низшие – газы или жидкости

- средние – жидкости

- высшие – жидкости или твердые

При одинаковых радикалах температуры кипения возрастают в ряду фтор- , хлор- , бром- , йодзамещенные. Хлориды легче воды, бромиды и йодиды тяжелее воды. Низшие галогенпроизводные не растворимы в воде, растворяются в органических растворителях, токсичны, обладают наркотическим действием.

Фторпроизводные отличаются от других галогенпроизводных. Фторуглероды (углеводороды, в молекулах которых все атомы водорода замещены на фтор) устойчивы, не горючи и нетоксичны. Соединения, содержащие атомы фтора и хлора одновременно, называют фреонами. Они используются в качестве хладоагентов (холодильники, кондиционеры).

Для качественного обнаружения хлор- и бромпроизводных их вносят на медной проволоке в пламя горелки, пламя окрашивается в зеленый цвет. Это метод используется в органическом и фармацевтическом анализе.

Химические свойства.

Связь С – Hal полярна, т.к. галогены являются более электроотрицательными элементами, чем атом углерода.

1. Взаимодействие со щелочами

С₂Н₅-CH₂ -Br + KOH → CH₃-CH₂-OH + KBr

2. Взаимодействие со спиртами

C₂H₅-OH + CH₃ - I → HI + C₂H₅-O-CH₃

3. Взаимодействие с аммиаком - NH₃

NH₃ + СН₃-СН₂-СН₂-Br → [C₃H₇ - NH₃]Br ® C₃H₇ - NH_4. 

4. Взаимодействие с солями циановодородной кислоты

СН₃-СН₂-Br + KCN → СН₃-СН₂-CN ® СН₃-СН₂-COOH

Правило Зайцева – атом водорода отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода (от С-3, а не от С-1).

Реакции ароматических галогенпроизводных.

Галогенарены не вступают в большинство химических реакций, характерных галогенпроизводных.

Отдельные представители.

Хлорэтан – C₂H₅Cl – в обычных условиях газ, при t < 12⁰С – бесцветная жидкость, огнеопасна. При попадании на кожу быстро испаряется, вызывает резкое охлаждение и понижение чувствительности кожи. Используется для местной анестезии, при травмах.

2-бром – 1,1,1-трифтор-2-хлорэтан (фторотан) – CF₃CHClBr –бесцветная жидкость (t_кип=51⁰С), не горюч, наркотик, применяется для наркоза.

Тетрахлорметан (СCl₄) – бесцветная жидкость, тяжелее воды. Не горюч, при соприкосновении с огнем легко испаряется, пары стелются над поверхностью пламени и ограничивают доступ кислорода, на этом основано использование CCl₄ в огнетушителях.

Весь материал - в документе.

1

Галогенпроизводные углеводородов

Галогенпроизводными называются производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода заменены атомами галогенов (фтор-, хлор-, бром-, йодопроизводные). По числу атомов галогена, содержащихся в молекуле, их подразделяют на моно-, ди-, тризамещенные и т.д. В зависимости от природы углеводородного радикала галогенпроизводные делятся на:

алифатические СН₃СН₂Br - бромэтан

алициклические ароматические.

F



хлорциклогексан

фторбензол

Cl



Номенклатура и изомерия

При составлении названий алифатических галогенсодержащих соединений цифрой указывают положение галогена, называют его, а затем называют главную углеродную цепь, нумеруя с того конца, ближе к которому находится атом галогена.

1 2 3

CH₃



СН₃СН₂СН₂I CH₃CCH₃

1- йодпропан



I

При составлении названий алициклических и ароматических галогенпроизводных за родоначальную структуру принимает карбоцикл.

2-иод-2- метилпропан

1,4-дихлорбензол

1,2-дихлорбензол

хлорбензол



Cl



Cl

/

Cl



Cl



Структурная изомерия галогенпроизводных зависит от изомерии углеродной цепи и положения галогена. Например, бромбутан имеет четыре изомера.

4 3 2 1 4 3 2 1

СН₃СН₂СН₂СН₂ СН₃СН₂СНСН₃

 СН₃ 

2-бромбутан

1-бромбутан

Br  Br

3 2 1

1 2 3

СН₃ССН₂ СН₃ССН₃

 

2-бром-2метил-пропан

Br Br

1-бром-2метил-пропан

Способы получения

Исходными веществами могут служить углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны.

Получение из углеводородов

1. Взаимодействие галогенов с алканами (реакция замещения)

h

CH₄+Cl₂CH₃Cl+HCl

хлорметан

1. Взаимодействие галогенов с циклоалканами (реакция замещения)

h

+ Cl₂  + HCl

Cl



хлорциклогексан

циклогексан

1. Взаимодействие галогенов с алкенами и алкинами (реакции присоединения)

3 2 1

CH₃CH=CH₂+I₂CH₃CHCH₂

 

1,2-дийодпропан

пропен

I I

1. Взаимодействие галогенов с аренами (реакции замещения)

AlCl₃, t⁰

+ Cl₂ + HCl

хлорбензол

бензол

Cl



Для гомологов реакция происходит двумя путями в зависимости от условий.

h

1 2

СН₂BrСН₃

/

СН₂СН₃

/

+ Br₂

1-бром-1фенилэтан

-HBr

С₂Н5

/

FeBr₃

С₂Н5

/

\

Br

или

1-бром-4-этилбензол

1-бром-2-этилбензол

/

Br

5. Взаимодействие галогенводородов с алкенами и аминами (реакции присоединения). Cl Cl

HCl  HCl 

СН₃-СºСН ®СН₃-С=СН₂ ® СН₃-С-СН₃



2,2-дихлорпроран

2-хлорпропен

Cl

6. Получение из спиртов

а) взаимодействие с галогеноводородами

H₂SO₄(конц)

СН₃-СН₂-ОН+HBr ® СН₃-СН₂-Br + H₂O

этанол

болмэтан

H₂SO₄(конц) связывает воду.

б) взаимодействие с галогенидами фосфора (III) и (V).

3СН₃-СН₂-СН + PI₃ ® 3 СН₃-СН₂-I + H₃PO₄

этанол

йодэтан

СН₃ОН + PCl₅ ® CH₃Cl + HCl + POCl₃

метанол

хлорметан

в) СН₃-СН₂-СН₂-ОН + SOCl₂ ® СН₃-СН₂-СН₂-Cl + HCl + SO₂

1-хлорпропан

тионилхлорид

Пропанол-1

7. Получение из альдегидов и кетонов

О

∕∕

СН₃-С + PCl₅ ® СН₃-СН₂-Cl₂ + POCl₃

\

1,1-дихлорэтан

Н

ацетальдегид

Br

I

1 2 3

СН₃-С-СН₃+PBr₅ ® CH₃-C-CH₃ + POBr₃

 

O Br

2,2 дибромпропан

Физические свойства

По числу атомов углерода:

• низшие – газы или жидкости

• средние – жидкости

• высшие – жидкости или твердые

При одинаковых радикалах температуры кипения возрастают в ряду фтор-, хлор-, бром-, йодзамещенные. Хлориды легче воды, бромиды и йодиды тяжелее воды. Низшие галогенпроизводные не растворимы в воде, растворяются в органических растворителях, токсичны, обладают наркотическим действием.

Фторпроизводные отличаются от других галогенпроизводных. Фторуглероды (углеводороды, в молекулах которых все атомы водорода замещены на фтор) устойчивы, не горючи и нетоксичны. Соединения, содержащие атомы фтора и хлора одновременно, называют фреонами. Они используются в качестве хладоагентов (холодильники, кондиционеры).

Для качественного обнаружения хлор- и бромпроизводных их вносят на медной проволоке в пламя горелки, пламя окрашивается в зеленый цвет. Это метод используется в органическом и фармацевтическом анализе.

Химические свойства

Связь С – Hal полярна, т.к. галогены являются более электроотрицательными элементами, чем атом углерода.

1. Взаимодействие со щелочами

С₂Н₅-CH₂ -Br + KOH ® CH₃-CH₂-OH + KBr

этанол

бромэтан

1. Взаимодействие со спиртами

C₂H₅-OH + CH₃ - I ® HI + C₂H₅-O-CH₃

этанол

метилэтилоаый эфир

йодметан

1. Взаимодействие с аммиаком -NH₃

NH₃ + СН₃-СН₂-СН₂-Br ® [C₃H₇ - NH₃]Br ® C₃H₇ - NH₂

Бромид пропиламмония

-NH₄Br

пропиламин

бромпропан

1. Взаимодействие с солями циановодородной кислоты

2H₂O

СН₃-СН₂-Br + KCN ® СН₃-СН₂-CN ® СН₃-СН₂-COOH

цианид

калия

-KBr -NH₄Br

Пропановая кислота

пропанолнитрил

бромэтан

Эта реакция позволяет изменить углеродную цепь.

1. Реакция дегидрогалогенирования

R-CH-CH-R¹ + KOH ® R-CH=CH-R¹ + KHAl + H₂O

 I

алкен

H HAl

галогеналкан

4 3 2 1 спиртовой р-р

СН₃-СН₂-CH-СН₃ + КОН СН₃ -СН=СН-СН₃

 -KCl,-H₂O

бутан

Cl

2хлорбутан

Правило Зайцева – атом водорода отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода (отС-3, а не от С-1).

Реакции ароматических галогенпроизводных

Галогенарены не вступают в большинство химических реакций, характерных галогенпроизводных.

Cl

∕

ОН

∕

300⁰С, 150атм.

+ КОН + KCl

Хлорбензол конц.

Br

∕

фенол

Br

∕

\

SO₃H

Br

∕

+H₂SO₄ ® +

4-бромбензол-

сульфокислота

2-бромбензол-

сульфокислота

конц

∕

HSO₃

\

SO₃H

- Н₂О

Отдельные представители

Хлорэтан – C₂H₅Cl – в обычных условиях газ, при t 12⁰С – бесцветная жидкость, огнеопасна. При попадании на кожу быстро испаряется, вызывает резкое охлаждение и понижение чувствительности кожи. Используется для местной анестезии, при травмах.

2-бром – 1,1,1-трифтор-2-хлорэтан (фторотан) – CF₃CHClBr –бесцветная жидкость (t_кип=51⁰С), не горюч, наркотик, применяется для наркоза.

Тетрахлорметан (СCl₄) – бесцветная жидкость, тяжелее воды. Не горюч, при соприкосновении с огнем легко испаряется, пары стелются над поверхностью пламени и ограничивают доступ кислорода, на этом основано использование CCl₄ в огнетушителях.

Дифтордихлорметан CF₂Cl₂ – летучий газ (t_кип= -30⁰С), не горюч, не ядовит, не вызывает коррозии металлов, не меет запаха, термостоек до 550⁰С, применяется как хладоагент (фреон).

Хлорэтилен (винилхлорид) СН₂=СНCl – при обычных условиях газ, получают из ацетилена

СН º СН + HCl ® CH₂=CH



Cl

Легко полимеризуется: n(CH₂=CH) ® (-CH₂-CH-)n

• 

Cl Cl

поливинилхлорид

Применяется для изоляционных материалов, искусственной кожи, пленок, грампластинок.

Трихлорметан СНCl₃ (хлороформ) – бесцветная тяжелая жидкость со сладковатым удушливым запахом, обладает наркотическим действием, впервые был применен для наркоза Н.И. Пироговым в 1848г. На свету под действием кислорода воздуха разлагается с образованием фосгена – высокотоксичного вещества.

O

[O]  [O]

CHCl₃ ® Cl - C-Cl ® CO₂ + Cl₂

-HCl

фосген

хлороморм

Трийодметан (йодоформ) CHI₃ – твердое вещество с резким запахом, не растворим в воде, плохо растворим в спирте, растворяется в эфире. Применяется как антисептик.