Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl

Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

Fluorowcopochodne węglowodorów to fluorowcozwiązki organiczne będące pochodnymi węglowodorów, w których jeden lub więcej atomów wodoru zastąpionych jest atomem fluorowca.

FLUOROWCOPOCHODNE ALKILOWE ( HALOGENKI ALKILOWE)

Pochodne alkanów, w których jeden lub więcej atomów wodoru został zastąpiony przez atom fluorowca.Nazewnictwo

Związki zawierające fluorowce można nazywać stosując dwa rodzaje nomenklatury:a) nomenklaturę podstawnikową, która ma zastosowanie ogólne i jest zalecana,b) nomenklaturę grupowo-funkcyjną, która jest dość powszechnie stosowana w przypadku pochodnych alifatycznych o niezbyt złożonej budowie.a) Nazwy podstawnikowe związków zawierających fluorowce tworzy się przez dodanie do nazwy szkieletu węglowego przedrostka: fluoro-, chloro-, bromo- lub jodo i oznaczeniu odpowiednim lokantem jego położenia; zachowuje się przy tymreguły stosowane dla alkanów (kolejność alfabetyczną, najniższy zestaw lokantów, itd.).

b) Nazwy grupowo-funkcyjne składają się z dwóch słów; pierwsze słowo to „fluorek”,„chlorek”, „bromek” lub „jodek”, a następnie wymienia się nazwę grupy organicznej.

IzomeriaIzomeria łańcuchowa -związki o tym samym wzorze sumarycznym występują w postaci łańcuchów prostych i rozgałęzionych. Izomeria położenia – związana z rzędowością fluorowcoalkanu ( I –rzędowy, II- rzędowy, III – rzędowy).Izomeria optyczna – enancjomery, diastereoizomery

Otrzymywanie fluorowcoalkanów W wyniku bezpośredniego fluorowcowania alkanów

W wyniku przyłączania fluorowcowodorów HX i fluorowców X2 do weglowodorów nienasyconych

W wyniku wymiany grupy hydroksylowej OH w alkoholach

CH3 CH3CH2 CH3

ClCl2 HCl

h+ +

CH2 CH3

CH3CH CH3

CH3

Br

Br2 CH2 CH2

CH3

Brh

+

99%

CH CH2

CH3

CH CH3

CH3

Cl

HClCH3CH=CH2 + Br2 --> CH3CHBr-CH2Br

C2H5OH + HBr ---> C2H5Br + H2O

W reakcji addycji jonowej H-X do podwójnego wiązania C=C w alkenach atom wodoru przyłącza się do tego atomu węgla, przy którym znajduje się więcej atomów wodoru (mniej podstawników alkilowych), zaś X do drugiego atomu C podwójnego wiązania (reguła Markownikowa).

Podstawową metodą otrzymywania halogenoalkanów jest reakcja wymiany grupy hydroksylowej alkoholi na atom fluorowca pod wpływem odpowiedniego halogenowodoru. Reakcję katalizują jony wodorowe, stąd czasem do reakcji stosuje się kwas siarkowy i odpowiedni halogenek sodu.

Czasem w trakcie reakcji podstawienia dochodzi do przegrupowania i fluorowiec zostaje podstawiony przy sąsiednim węglu w stosunku do węgla podstawionego hydroksylem.Chlorowcowanie (głównie bromowanie i jodowanie) lepiej przeprowadzać za pomocą bromku fosforu (lub działaniem jodu i fosforu), unika się wówczas przegrupowań. Reakcja jest bardziej "przewidywalna"

Właściwości fizyczne

Halogenki alkilowe są zazwyczaj cieczami o dość wysokiej temperaturze wrzenia, zawsze wyższej niż temperatura wrzenia analogicznych alkanów. Podwyższenie temperatury wrzenia spowodowane jest większa masą cząsteczkową w stosunku do masy cząsteczkowej węglowodorów z których powstały. Z tej samej przyczyny temperatura wrzenia halogenoalkanów o takim samym łańcuchu rośnie wraz ze wzrostem masy chlorowca: F, Cl, Br, I. W wodzie i polarnych rozpuszczalnikach nie rozpuszczają się wcale lub bardzo słabo, bowiem nie tworzą wiązań wodorowych, a ich polarność skupia się jedynie w obrębie jednego wiązania C–X. Dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych.

Temperatura wrzenia fluorowcoalkanów wzrasta wraz ze zwiększaniem się:masy atomowej fluorowcamasy cząsteczkowej związkuliczby atomów fluorowca Fluorowcoalkany trzeciorzędowe mają niższą temperaturę wrzenia niż fluorowcoalkany drugo- i pierwszorzędowe.

Właściwości chemiczne fluorowcoalkanów

Polarność wiązania sprawia, że atom węgla stanowi centrum elektrofilowe a atom fluorowca nukleofilowe. Ponieważ nukleofilowe centra w halogenkach są słabe najbardziej prawdopodobnym zachowaniem jest ich działanie jako czynników elektrofilowych z wykorzystaniem centrów elektrofilowych na atomie węgla

Najważniejsze reakcje jakim ulegają halogenki alkilowe to:A. Substytucja elektrofilowa, podczas której atakujący nukleofil zastępuje fluorowiec

B. Eliminacja podczas której halogenek alkilowy traci cząsteczkę HX i przekształca się w alken

z wodą

z amoniakiem  

2) reakcje eliminacji cząsteczki fluorowcowodoru

cząsteczki fluorowca (zachodzi dla difluorowcopochodnych alkilowych zawierających atomy fluorowca związane z sąsiadującymi atomami węgla)

Zmieniając rozpuszczalnik reakcji wymiany fluorowca na grupę hydroksylową dochodzi do eliminacji fluorowca i powstaniu węglowodoru nienasyconegoŚrodowisko reakcji to: stężona zasada i alkohol etylowy

OHKXCHCHRKOHXCHCHR 22

OHHC

C8022

52

o

Kierunek eliminacji określa reguła Zajcewa:„ W reakcjach eliminacji, w których powstaje wiązanie C=C, powstają zawsze w przewadze bardziej rozgałęzione izomery.” W przypadku reakcji eliminacji halogenowodorów z halogenków alkilowych z reguły tej wynika, że jako produkt główny powstaje alken zawierający maksymalną liczbę grup alkilowych przy atomach węgla posiadających wiązanie podwójne.

22ubocznyprodukt

3ownyprodukt_gl

32

CHCHCHR

CHCHCHRCHCHXCHR

Reakcje eliminacji i substytucji zachodzą często jako procesy konkurencyjne, a powstanie produktów zależy do warunków prowadzenia reakcji.

Chalogenoalkany są też stosowane do wydłużania i rozgałęziania łańcuchów alkanów – synteza Wurtza

R1X +2 Na + XR1 --> R1-R1 + 2NaXC2H5-Br + 2Na + Br-C2H5 --> C2H5-C2H5 + 2NaBr

FLUOROWCOPOCHODNE ALKENYLOWEFLUOROWCOPOCHODNE ALKENYLOWE

Otrzymywanieaddycja fluorowcowodorów do alkinów

eliminacja cząsteczki fluorowcowodoru z odpowiednich difluorowcoalkanów

WłaściwościFluorowcopochodne alkenylowe są mało reaktywne.Wynika to z oddziaływania wolnych par elektronowych atomu X z elektronami z obszaru orbitalnego π wiązania podwójnego C=C .

Otrzymywanie chlorku winylu metodą dwustopniową

CH2 CH2 + Cl2 H2CCl CH2Cl

CH2 CHCl + HCl

w eg ie l a k ty w n yA l 2 O 3

S iO 2

p iro liza4 8 0 - 5 0 0 °C

Polimeryzacja otrzymanego monomeru – otrzymywanie PCV

Otrzymywanie teflonu CHCl3 ---SbF3---> CHClF2 2CHClF2 ---800°C---> CF2=CF2 perfluoroetylen nCF2=CF2 ---p, T---> [-CF2 - CF2-]n teflon

FLUOROWCOPOCHODNE ARYLOWE

Halogenki arylowe to fluorowcozwiązki, w których atom fluorowca jest związany z aromatycznym atomem węgla o hybrydyzacji sp2.

CH3

Br

CH3

Cl

CH3

Cl

Clm-bromotoluen 2-chloro-1,3-dimetylobenzen 1,6-dichloronaftalen

Przykłady

Właściwości fizyczneHalogenki arylowe są cieczami lub ciałami stałymi, nie rozpuszczającymi się w wodzie.Posiadają charakterystyczne zapachy.

OtrzymywanieKatalizowane podstawienie atomu wodoru fluorowcem

Podobnie jak bromowanie biegnie reakcja chlorowania arenów. Jodowanie w takich samych warunkach jest reakcją odwracalną i do przesunięcia równowagi na prawo potrzebny jest utleniacz utleniający wydzielający się jodowodór. Do tego celu stosuje się nadtlenek wodoru, kwas azotowy (V) lub sole miedzi (II).

Właściwości chemiczneReakcje podstawienia nukleofilowego w fluorowcopochodnych aromatycznych zachodzą bardzo trudno

Hydroliza fluorowcopochodnych arylowych Reakcję prowadzi się ze stężonym wodorotlenkiem sodu w odpowiednich warunkach temperatury i ciśnienia, otrzymując fenolan.

Fenolan przekształca się z użyciem dwutlenku węgla w fenol.

C

CH

CH

CH

CH

CH

ONa

+ CO2

T , p C

CH

CH

CH

CH

CH

OH

+ NaHCO3+ OH2

fenolfenolan sodu

Jest to jedna z metod otrzymywania fenoli

Związki Grignarda to związki magnezoorganiczne o ogólnym wzorze RMgX, gdzie: R - rodnik węglowodorowy, X - atom fluorowca. Związki Grignarda powstają w reakcji halogenków alkilowych lub arylowych z magnezem w środowisku bezwodnego eteru dietylowego.

Dla zainteresowanych

Metody syntezy związków metaloorganicznych halogenek alkilu z metalem (wymiana fluorowca na metal)

związek metaloorganiczny z metalem (wymiana metalu na inny metal)

3R2Hg + Al 2R3Al + 3HgR2Hg + 2Me 2R-Me + Hg Me = K, Na, Li

R-X + Na+ K+ Li+ Mg+ Zn+ Hg

R-Na + NaX R-K + KX R-Li + LiX R-Mg-X R-Zn-X R-Hg-X R= allil, benzyl, X=I,Br

Zastosowanie związków metaloorganicznych:

związki sodo- , potaso- i litoorganiczne wykorzystywane są najczęściej jako silne zasady w celu utworzenia C-nukleofila (metalacji), który następnie może reagować np. z halogenkiem alkilu

związki magnezoorganicznesynteza alkoholi: R-MgX + R’-CO-R” R’-CRR”-OMgXsynteza kwasów: R-MgX + CO2 RCOOMgXsynteza innych związków metaloorganicznych

ŹródłoLencka, Dmitruk - Repetytorium z chemiiChemia Organiczna - Patrick G„ Chemia od A do Z” Klimaszewskahttp://pl.wikipedia.org/wikihttp://www.mlyniec.gda.pl