6.1 : Алкилгалогениды

Структурные свойства

Алкилгалогениды представляют собой галогензамещенные алканы, в которых один или несколько атомов водорода алкана заменены атомом галогена, такого как фтор, хлор, бром или йод. Атом углерода в алкилгалогениде связан с атомом галогена, который находится в состоянии sp³-гибридизации и имеет тетраэдрическую форму.

В отличие от алкилгалогенидов, соединения, в которых атом галогена связан с sp²-гибридизированным атомом углерода двойной связи углерод-углерод (С=С), называются винилгалогенидами. Тогда как арилгалогениды представляют собой соединения, в которых атом галогена связан с sp²-гибридизированным атомом углерода ароматического кольца.

Кроме того, в зависимости от степени замещения атома углерода, содержащего галоген, алкилгалогениды подразделяют на первичные, вторичные и третичные алкилгалогениды. Углерод, связанный с атомом галогена, называется α-углеродом. Атом углерода, связанный с α-углеродом, называется β-углеродом. Соседние атомы углерода впоследствии обозначаются греческим алфавитом (γ, δ и т. д.).

Номенклатура

Наименование алкилгалогенидов соответствует общим правилам органической химии IUPAC:

1. Определите самую длинную углеродную цепь и назовите ее.
2. Найдите и назовите заместитель(и).
3. Пронумеруйте самую длинную углеродную цепь и обозначьте номер или локант для каждого заместителя.
4. Соберите заместители в алфавитном порядке.

Реактивность и приложения

Алкилгалогениды — это универсальные соединения, которые служат растворителями, пестицидами и промежуточными продуктами при приготовлении красителей, лекарств и синтетических полимеров. Химическая активность алкилгалогенидов различается в зависимости от структурной классификации. Алкилгалогениды подразделяются на первичные, вторичные и третичные алкилгалогениды в зависимости от степени замещения углеродсодержащего галогена.

Кроме того, электроотрицательность атома галогена играет важную роль в реакционной способности алкилгалогенида. За исключением йода, другие галогены имеют значительно большую электроотрицательность, чем углерод. Из-за разницы в электроотрицательности атомов углерода и галогена ионно-дипольные силы между атомами поляризована; таким образом, углерод несет частичный положительный заряд, а атом галогена — частичный отрицательный заряд. Следовательно, углерод, присоединенный к галогену, является электрофилом.

В периодической таблице, двигаясь вниз по семейству галогенов, электроотрицательность уменьшается; наоборот, размер атома галогена увеличивается. Таким образом, длина связи углерод-галоген увеличивается, а прочность и полярность связи уменьшаются от фтора к йоду, что облегчает разрыв связи.

Помимо этих факторов, на химическую природу алкилгалогенидов также влияет относительная стабильность соответствующих сопряженных оснований или галогенид-анионов. Стабильность галогенид-анионов можно измерить по относительной кислотности галогенводородных кислот. Самая сильная галогенводородная кислота, йодистый водород, имеет pK_a равную -11. Это означает, что он полностью диссоциирует на наиболее стабильное сопряженное основание, йодид-ион и протон. Таким образом, йод является прекрасной уходящей группой. За исключением плавиковой кислоты с pK_a 3,2, другие гидрогалогенные кислоты имеют значения pK_a менее 0, что делает их сильными кислотами со слабыми и стабилизированными сопряженными основаниями, которые являются отличными уходящими группами.