6.1 : Halogenki alkilowe

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:

1. Znajdź najdłuższy łańcuch węglowy i nazwij go.
2. Znajdź i nazwij podstawnik(i).
3. Ponumeruj najdłuższy łańcuch węglowy i wyznacz numer lub lokant dla każdego podstawnika.
4. 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.