Hidrokarbon terhalogenasi: produksi, sifat kimia, aplikasi

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 05:30

Hidrokarbon adalah kelas senyawa organik yang sangat besar. Mereka termasuk beberapa kelompok utama zat, di antaranya hampir setiap zat banyak digunakan dalam industri, kehidupan sehari-hari, dan alam. Yang paling penting adalah hidrokarbon terhalogenasi, yang akan dibahas dalam artikel. Mereka tidak hanya memiliki kepentingan industri yang tinggi, tetapi juga merupakan bahan baku penting untuk banyak sintesis kimia, memperoleh obat-obatan dan senyawa penting lainnya. Mari kita beri perhatian khusus pada struktur molekulnya, sifat-sifatnya, dan ciri-ciri lainnya.

Hidrokarbon terhalogenasi: karakteristik umum

Dari sudut pandang ilmu kimia, kelas senyawa ini mencakup semua hidrokarbon yang satu atau lebih atom hidrogennya digantikan oleh satu atau beberapa halogen lainnya. Ini adalah kategori zat yang sangat luas, karena sangat penting bagi industri. Untuk waktu yang cukup singkat orangbelajar bagaimana mensintesis hampir semua turunan halogen dari hidrokarbon, yang penggunaannya diperlukan dalam pengobatan, industri kimia, industri makanan dan kehidupan sehari-hari.

Metode utama untuk memperoleh senyawa ini adalah jalur sintetis di laboratorium dan industri, karena hampir tidak ada satupun yang terjadi di alam. Karena adanya atom halogen, mereka sangat reaktif. Ini sangat menentukan ruang lingkup aplikasinya dalam sintesis kimia sebagai zat antara.

Karena ada banyak perwakilan dari hidrokarbon terhalogenasi, biasanya untuk mengklasifikasikannya menurut kriteria yang berbeda. Ini didasarkan pada struktur rantai dan banyaknya ikatan, serta perbedaan atom halogen dan posisinya.

Derivat halogen dari hidrokarbon: klasifikasi

Opsi pemisahan pertama didasarkan pada prinsip yang berlaku umum yang berlaku untuk semua senyawa organik. Klasifikasi tersebut didasarkan pada perbedaan jenis rantai karbon, siklisitasnya. Atas dasar ini, mereka membedakan:

• hidrokarbon terhalogenasi terbatas;
• tidak terbatas;
• aromatik;
• alifatik;
• asiklik.

Pembagian berikut didasarkan pada jenis atom halogen dan kandungan kuantitatifnya dalam molekul. Jadi, alokasikan:

• turunan mono;
• turunan;
• tiga-;
• tetra-;
• penta turunan dan seterusnya.

Jika kita berbicara tentang jenis halogen, maka nama subkelompoknya terdiri dari dua kata. Misalnya, turunan monokloro,turunan triiodin, tetrabromohaloalkena dan sebagainya.

Ada juga opsi klasifikasi lain, yang menurutnya terutama turunan halogen dari hidrokarbon jenuh dipisahkan. Ini adalah nomor atom karbon tempat halogen terikat. Jadi, alokasikan:

• turunan utama;
• sekunder;
• tersier dan seterusnya.

Setiap perwakilan spesifik dapat diurutkan berdasarkan semua tanda dan menentukan tempat penuh dalam sistem senyawa organik. Jadi, misalnya senyawa dengan komposisi CH₃ - CH₂-CH=CH-CCL_{3dapat mengklasifikasikan seperti ini. Ini adalah turunan trikloro alifatik tak jenuh dari pentena.}

Struktur molekul

Keberadaan atom halogen tidak dapat tidak mempengaruhi sifat fisik dan kimia, dan ciri umum struktur molekul. Rumus umum untuk kelas senyawa ini adalah R-Hal, di mana R adalah radikal hidrokarbon bebas dari struktur apa pun, dan Hal adalah atom halogen, satu atau lebih. Ikatan antara karbon dan halogen sangat terpolarisasi, akibatnya molekul secara keseluruhan rentan terhadap dua efek:

• induktif negatif;
• mesomerik positif.

Yang pertama jauh lebih jelas, jadi atom Hal selalu menunjukkan sifat-sifat substituen penarik elektron.

Jika tidak, semua fitur struktural molekul tidak berbeda dari hidrokarbon biasa. Sifat-sifat dijelaskan oleh struktur rantai danpercabangan, jumlah atom karbon, kekuatan fitur aromatik.

Nomenklatur turunan halogen dari hidrokarbon perlu mendapat perhatian khusus. Apa nama yang benar untuk koneksi ini? Untuk melakukan ini, Anda harus mengikuti beberapa aturan.

1. Penomoran rantai dimulai dari tepi yang paling dekat dengan atom halogen. Jika ada ikatan rangkap, maka hitungan mundur dimulai dari ikatan tersebut, dan bukan dari substituen penarik elektron.
2. Nama Hal ditunjukkan di awalan, nomor atom karbon dari mana ia berangkat juga harus ditunjukkan.
3. Langkah terakhir adalah memberi nama rantai utama atom (atau cincin).

Contoh nama yang mirip: CH₂=CH-CHCL₂ - 3-dichloropropene-1.

Juga, nama dapat diberikan sesuai dengan nomenklatur rasional. Dalam hal ini, nama radikal diucapkan, dan kemudian nama halogen dengan akhiran -id. Contoh: CH₃-CH₂-CH₂Br - propil bromida.

Seperti kelas senyawa organik lainnya, hidrokarbon terhalogenasi memiliki struktur khusus. Hal ini memungkinkan banyak perwakilan untuk ditunjuk dengan nama historis. Misalnya, halotan CF₃CBrClH. Kehadiran tiga halogen sekaligus dalam komposisi molekul memberi zat ini sifat khusus. Ini digunakan dalam pengobatan, oleh karena itu, itu adalah nama historis yang paling sering digunakan.

Metode Sintesis

Metode untuk memperoleh turunan halogen dari hidrokarbon sudah cukupbervariasi. Ada lima metode utama untuk sintesis senyawa ini di laboratorium dan industri.

1. Halogenasi hidrokarbon normal konvensional. Skema reaksi umum: R-H + Hal₂ → R-Hal + HHal. Ciri-ciri prosesnya adalah sebagai berikut: dengan klorin dan bromin, diperlukan penyinaran ultraviolet, dengan yodium reaksinya hampir tidak mungkin atau sangat lambat. Interaksi dengan fluor terlalu aktif, sehingga halogen ini tidak dapat digunakan dalam bentuk murni. Selain itu, ketika menghalogenasi turunan aromatik, perlu menggunakan katalis proses khusus - asam Lewis. Misalnya besi atau aluminium klorida.
2. Memperoleh turunan halogen dari hidrokarbon juga dilakukan dengan hidrohalogenasi. Namun, untuk ini, senyawa awal harus berupa hidrokarbon tak jenuh. Contoh: R=R-R + HHal → R-R-RHal. Paling sering, penambahan elektrofilik seperti itu digunakan untuk mendapatkan kloretilen atau vinil klorida, karena senyawa ini merupakan bahan baku penting untuk sintesis industri.
3. Pengaruh hidrohalogen pada alkohol. Pandangan umum reaksi: R-OH + HHal→R-Hal + H₂O. Sebuah fitur adalah kehadiran wajib dari katalis. Contoh akselerator proses yang dapat digunakan adalah fosfor, belerang, seng atau besi klorida, asam sulfat, larutan seng klorida dalam asam klorida - pereaksi Lucas.
4. Dekarboksilasi garam asam dengan zat pengoksidasi. Nama lain untuk metode ini adalah reaksi Borodin-Hunsdicker. Intinya adalah penghilangan molekul karbon dioksidadari turunan perak asam karboksilat bila terkena zat pengoksidasi - halogen. Akibatnya, turunan halogen dari hidrokarbon terbentuk. Reaksi secara umum terlihat seperti ini: R-COOAg + Hal → R-Hal + CO₂ + AgHal.
5. Sintesis haloform. Dengan kata lain, ini adalah produksi turunan trihalogen dari metana. Cara termudah untuk memproduksinya adalah dengan mengolah aseton dengan larutan basa halogen. Akibatnya, pembentukan molekul haloform terjadi. Turunan halogen dari hidrokarbon aromatik disintesis di industri dengan cara yang sama.

Perhatian khusus harus diberikan pada sintesis perwakilan tak terbatas dari kelas yang dipertimbangkan. Metode utama adalah perlakuan alkuna dengan merkuri dan garam tembaga dengan adanya halogen, yang mengarah pada pembentukan produk dengan ikatan rangkap dalam rantai.

Derivat halogen dari hidrokarbon aromatik diperoleh melalui reaksi halogenasi arena atau alkilarena menjadi rantai samping. Ini adalah produk industri yang penting karena digunakan sebagai insektisida dalam pertanian.

Sifat fisik

Sifat fisik turunan halogen dari hidrokarbon secara langsung bergantung pada struktur molekulnya. Titik didih dan leleh, keadaan agregasi dipengaruhi oleh jumlah atom karbon dalam rantai dan kemungkinan cabang ke samping. Semakin banyak, semakin tinggi skornya. Secara umum, dimungkinkan untuk mengkarakterisasi parameter fisik di beberapa titik.

1. Status agregat: terendah pertamaperwakilan - gas, setelah ₁₂ - cair, di atas - padatan.
2. Hampir semua perwakilan memiliki bau spesifik yang tidak menyenangkan.
3. Sangat buruk larut dalam air, tetapi pelarut yang sangat baik itu sendiri. Mereka larut dengan sangat baik dalam senyawa organik.
4. Titik didih dan titik leleh meningkat dengan jumlah atom karbon dalam rantai utama.
5. Semua senyawa kecuali turunan fluor lebih berat dari air.
6. Semakin banyak cabang pada rantai utama, semakin rendah titik didih zat tersebut.

Sulit untuk mengidentifikasi banyak kesamaan, karena perwakilannya sangat berbeda dalam komposisi dan struktur. Oleh karena itu, lebih baik memberikan nilai untuk setiap senyawa spesifik dari rangkaian hidrokarbon tertentu.

Sifat kimia

Salah satu parameter terpenting yang harus diperhitungkan dalam industri kimia dan reaksi sintesis adalah sifat kimia hidrokarbon terhalogenasi. Mereka tidak sama untuk semua perwakilan, karena ada beberapa alasan untuk perbedaan tersebut.

1. Struktur rantai karbon. Reaksi substitusi paling sederhana (dari tipe nukleofilik) terjadi dengan haloalkil sekunder dan tersier.
2. Jenis atom halogen juga penting. Ikatan antara karbon dan Hal sangat terpolarisasi, yang membuatnya mudah putus dengan pelepasan radikal bebas. Namun, ikatan antara yodium dan karbon paling mudah putus, yang dijelaskan oleh perubahan reguler (penurunan) energi ikatan dalam deret: F-Cl-Br-I.
3. Kehadiran aromatikikatan radikal atau ikatan rangkap.
4. Struktur dan percabangan dari radikal itu sendiri.

Secara umum, alkil terhalogenasi bereaksi paling baik dengan substitusi nukleofilik. Lagi pula, sebagian muatan positif terkonsentrasi pada atom karbon setelah memutuskan ikatan dengan halogen. Hal ini memungkinkan radikal secara keseluruhan menjadi akseptor partikel elektronegatif. Misalnya:

• OH^-;
• SO₄^2-;
• TIDAK₂^-;
• CN^- dan lainnya.

Ini menjelaskan fakta bahwa dimungkinkan untuk beralih dari turunan halogen hidrokarbon ke hampir semua kelas senyawa organik, Anda hanya perlu memilih reagen yang sesuai yang akan memberikan gugus fungsi yang diinginkan.

Secara umum, kita dapat mengatakan bahwa sifat kimia turunan halogen dari hidrokarbon adalah kemampuan untuk melakukan interaksi berikut.

1. Dengan berbagai jenis partikel nukleofilik - reaksi substitusi. Hasilnya dapat berupa: alkohol, eter dan ester, senyawa nitro, amina, nitril, asam karboksilat.
2. Reaksi eliminasi atau dehidrohalogenasi. Sebagai hasil dari paparan larutan alkohol alkali, molekul hidrogen halida terbelah. Ini adalah bagaimana alkena terbentuk, produk sampingan dengan berat molekul rendah - garam dan air. Contoh reaksi: CH₃-CH₂-CH₂-CH₂ Br + NaOH _(alkohol) →CH₃-CH₂-CH=CH ₂ + NaBr + H₂O. Proses ini adalah salah satu cara utama untuk mensintesis alkena penting. Prosesnya selalu disertai dengan suhu tinggi.
3. Memperoleh alkana berstruktur normal dengan metode sintesis Wurtz. Inti dari reaksi adalah efek pada hidrokarbon tersubstitusi halogen (dua molekul) dengan natrium logam. Sebagai ion elektropositif kuat, natrium menerima atom halogen dari senyawa. Akibatnya, radikal hidrokarbon yang dibebaskan saling berhubungan dengan ikatan, membentuk alkana dengan struktur baru. Contoh: CH₃-CH₂Cl + CH₃-CH_{2 Cl + 2Na →CH}3_-CH2_-CH2_{-CH 3} + 2NaCl.
4. Sintesis homolog hidrokarbon aromatik dengan metode Friedel-Crafts. Inti dari proses ini adalah aksi haloalkil pada benzena dengan adanya aluminium klorida. Sebagai hasil dari reaksi substitusi, pembentukan toluena dan hidrogen klorida terjadi. Dalam hal ini, keberadaan katalis diperlukan. Selain benzena itu sendiri, homolognya juga dapat dioksidasi dengan cara ini.
5. Mendapatkan cairan Greignard. Reagen ini adalah hidrokarbon tersubstitusi halogen dengan ion magnesium dalam komposisi. Awalnya, magnesium logam dalam eter bekerja pada turunan haloalkil. Akibatnya, senyawa kompleks dengan rumus umum RMgHal terbentuk, yang disebut pereaksi Greignard.
6. Reaksi reduksi menjadi alkana (alkena, arena). Dilakukan saat terkena hidrogen. Akibatnya, hidrokarbon dan produk sampingan, hidrogen halida, terbentuk. Contoh umum: R-Hal + H₂ →R-H + HHal.

Ini adalah interaksi utama di manaturunan halogen dari hidrokarbon dari berbagai struktur dapat dengan mudah masuk. Tentu saja, ada reaksi khusus yang harus dipertimbangkan untuk setiap perwakilan individu.

Isomerisme molekul

Isomerisme hidrokarbon terhalogenasi adalah fenomena yang cukup alami. Bagaimanapun, diketahui bahwa semakin banyak atom karbon dalam rantai, semakin tinggi jumlah bentuk isomernya. Selain itu, perwakilan tak jenuh memiliki banyak ikatan, yang juga menyebabkan munculnya isomer.

Ada dua varietas utama dari fenomena ini untuk kelas senyawa ini.

1. Isomerisme kerangka karbon radikal dan rantai utama. Ini juga termasuk posisi ikatan rangkap, jika ada dalam molekul. Seperti halnya hidrokarbon sederhana, mulai dari perwakilan ketiga, rumus senyawa yang memiliki persamaan molekul yang sama tetapi ekspresi rumus struktur yang berbeda dapat ditulis. Selain itu, untuk hidrokarbon tersubstitusi halogen, jumlah bentuk isomerik adalah urutan besarnya lebih tinggi daripada alkana yang sesuai (alkena, alkuna, arena, dan sebagainya).
2. Posisi halogen dalam molekul. Tempatnya dalam nama ditunjukkan dengan angka, dan bahkan jika itu berubah hanya dengan satu, maka sifat-sifat isomer tersebut sudah benar-benar berbeda.

Isomerisme spasial tidak mungkin dilakukan di sini, karena atom halogen membuatnya tidak mungkin. Seperti semua senyawa organik lainnya, isomer haloalkil berbeda tidak hanya dalam struktur, tetapi juga dalam sifat fisik dan kimia.karakteristik.

Turunan hidrokarbon tak jenuh

Tentu saja ada banyak koneksi seperti itu. Namun, kami tertarik pada turunan halogen dari hidrokarbon tak jenuh. Mereka juga dapat dibagi menjadi tiga kelompok utama.

1. Vinyl - ketika atom Hal terletak langsung pada atom karbon dari ikatan rangkap. Contoh molekul: CH₂=CCL_2.
2. Dengan posisi terisolasi. Atom halogen dan ikatan rangkap terletak di bagian yang berlawanan dari molekul. Contoh: CH₂=CH-CH₂-CH₂-Cl.
3. Turunan alil - atom halogen terletak pada ikatan rangkap melalui satu atom karbon, yaitu pada posisi alfa. Contoh: CH₂=CH-CH₂-CL.

Yang paling penting adalah vinil klorida CH₂=CHCL. Ia mampu melakukan reaksi polimerisasi untuk membentuk produk penting seperti bahan insulasi, kain tahan air, dan banyak lagi.

Perwakilan lain dari turunan halogen tak jenuh adalah kloroprena. Rumusnya adalah CH₂=CCL-CH=CH₂. Senyawa ini adalah bahan baku untuk sintesis jenis karet berharga, yang dibedakan oleh ketahanan api, masa pakai yang lama, dan permeabilitas gas yang buruk.

Tetrafluoroethylene (atau Teflon) adalah polimer yang memiliki parameter teknis berkualitas tinggi. Ini digunakan untuk pembuatan lapisan bagian teknis yang berharga, peralatan, berbagai peralatan. Rumus - CF₂=CF₂.

Aromatishidrokarbon dan turunannya

Senyawa aromatik adalah senyawa yang memiliki cincin benzena. Di antara mereka ada juga seluruh kelompok turunan halogen. Dua tipe utama dapat dibedakan berdasarkan strukturnya.

1. Jika atom Hal terikat langsung pada inti, yaitu cincin aromatik, maka senyawa tersebut disebut haloarena.
2. Atom halogen tidak terikat pada cincin, tetapi pada rantai samping atom, yaitu radikal menuju cabang samping. Senyawa seperti itu disebut arilalkil halida.

Di antara zat yang dipertimbangkan, ada beberapa perwakilan yang paling penting secara praktis.

1. Hexachlorobenzene - C₆Cl₆. Sejak awal abad ke-20, telah digunakan sebagai fungisida yang kuat, serta insektisida. Ini memiliki efek desinfektan yang baik, jadi itu digunakan untuk membalut benih sebelum disemai. Memiliki bau yang tidak sedap, cairannya cukup tajam, transparan, dan dapat menyebabkan lakrimasi.
2. Benzil bromida ₆Н₅CH₂Br. Digunakan sebagai reagen penting dalam sintesis senyawa organologam.
3. Chlorobenzene C₆H₅CL. Zat cair tidak berwarna dengan bau tertentu. Ini digunakan dalam produksi pewarna, pestisida. Ini adalah salah satu pelarut organik terbaik.

Penggunaan industri

Derivat halogen dari hidrokarbon digunakan dalam industri dan sintesis kimiasangat luas. Kami telah berbicara tentang perwakilan tak jenuh dan aromatik. Sekarang mari kita nyatakan secara umum area penggunaan semua senyawa deret ini.

1. Dalam konstruksi.
2. Sebagai pelarut.
3. Dalam produksi kain, karet, karet, pewarna, bahan polimer.
4. Untuk sintesis banyak senyawa organik.
5. Turunan fluor (freon) adalah zat pendingin dalam unit refrigerasi.
6. Digunakan sebagai pestisida, insektisida, fungisida, minyak, minyak pengering, resin, pelumas.
7. Pergi ke pembuatan bahan isolasi, dll.