Die haloalkanes (auch bekannt als halogenoalkanes oder alkyl Halogenide) sind eine Gruppe von chemischen Zusammensetzungen ist auf alkanes zurückzuführen gewesen, der ein oder mehr Halogene enthält. Sie sind eine Teilmenge der allgemeinen Klasse von halocarbons, obwohl die Unterscheidung nicht häufig gemacht wird. Haloalkanes werden gewerblich weit verwendet und sind folglich unter vielen chemischen und kommerziellen Namen bekannt. Sie werden als Flamme-Verzögerungsmittel verwendet, zünden extinguishants, Kühlmittel, Treibgase, Lösungsmittel und Arzneimittel an. Nachfolgend auf den weit verbreiteten Gebrauch im Handel, wie man auch gezeigt hat, sind viele halocarbons ernste Schadstoffe und Toxine gewesen. Zum Beispiel, wie man gezeigt hat, haben die chlorofluorocarbons zu Ozon-Erschöpfung geführt. Methyl-Bromid ist eine umstrittene Atemgift. Nur haloalkanes, die Chlor, Brom und Jod enthalten, sind eine Drohung gegen die Ozon-Schicht, aber fluorinated flüchtiger haloalkanes in der Theorie kann Tätigkeit als Treibhausgase haben. Methyl iodide, eine natürlich vorkommende Substanz hat jedoch Ozon entleerende Eigenschaften nicht, und die USA-Umweltbundesbehörde hat die Zusammensetzung eine Nichtozon-Schicht depleter benannt. Für mehr Information, sieh Halon.

Haloalkanes sind seit Jahrhunderten bekannt gewesen. Äthyl-Chlorid wurde synthetisch im 15. Jahrhundert erzeugt. Die systematische Synthese solcher Zusammensetzungen hat sich im 19. Jahrhundert im Schritt mit der Entwicklung der organischen Chemie und dem Verstehen der Struktur von alkanes entwickelt. Methoden wurden für die auswählende Bildung von C-Halogen-Obligationen entwickelt. Besonders vielseitige Methoden haben die Hinzufügung von Halogenen zu alkenes, Hydrohalogenierung von alkenes und der Konvertierung von alcohols zu alkyl Halogeniden eingeschlossen. Diese Methoden sind so zuverlässig und so leicht durchgeführt, dass haloalkanes preiswert verfügbar für den Gebrauch in der Industriechemie geworden ist, weil das Halogenid weiter von anderen funktionellen Gruppen ersetzt werden konnte.

Während die meisten haloalkanes, "nicht von den Menschen erzeugt werden, kommt künstliche Quelle" haloalkanes wirklich auf der Erde, größtenteils durch die Enzym-vermittelte Synthese durch Bakterien, Fungi, und besonders Seemakroalgen (Seetange) vor. Mehr als 1600 halogenated organics sind mit bromoalkanes identifiziert worden der allgemeinste haloalkanes zu sein. Brominated organics in der Biologie-Reihe vom biologisch erzeugten Methyl-Bromid bis non-alkane aromatics und sättigt (indoles, terpenes, acetogenins, und Phenol) un.

Halogenated alkanes in Landwerken sind seltener, aber kommen wirklich, bezüglich des Beispiels der fluoroacetate erzeugt als ein Toxin durch mindestens 40 Arten bekannter Werke vor. Spezifische dehalogenase Enzyme in Bakterien, die Halogene von haloalkanes entfernen, sind auch bekannt.

Klassen von haloalkanes

Von der Strukturperspektive kann haloalkanes gemäß der Konnektivität des Kohlenstoff-Atoms klassifiziert werden, dem das Halogen beigefügt wird. Im primären (1 °) haloalkanes wird der Kohlenstoff, der das Halogen-Atom trägt, nur einer anderer alkyl Gruppe beigefügt. Ein Beispiel ist chloroethane . Im sekundären (2 °) haloalkanes hat der Kohlenstoff, der das Halogen-Atom trägt, zwei C-C Obligationen. Im tertiären (3 °) haloalkanes hat der Kohlenstoff, der das Halogen-Atom trägt, drei C-C Obligationen.

Haloalkanes kann auch gemäß dem Typ des Halogens klassifiziert werden. Haloalkanes, der Kohlenstoff enthält, der zu Fluor, Chlor, Brom und Jod verpfändet ist, läuft auf organofluorine, organochlorine, organobromine und Organoiodine-Zusammensetzungen beziehungsweise hinaus. Zusammensetzungen, die mehr als eine Art des Halogens enthalten, sind auch möglich. Mehrere Klassen weit verwendeten haloalkanes werden auf diese Weise chlorofluorocarbons (CFCs), hydrochlorofluorocarbons (HClFCs) und Hydrofluorkohlenwasserstoffe (HFCs) klassifiziert. Diese Abkürzungen sind in Diskussionen der Umweltauswirkung von haloalkanes besonders üblich.

Eigenschaften

Haloalkanes ähneln allgemein dem Elternteilalkanes, indem sie farblos, relativ geruchlos, und hydrophob sind. Ihre Siedepunkte sind höher als der entsprechende alkanes und die Skala mit dem Atomgewicht und der Zahl von Halogeniden. Das ist wegen der vergrößerten Kraft der zwischenmolekularen Kräfte — von der Londoner Streuung bis Dipoldipol-Wechselwirkung wegen der vergrößerten Widersprüchlichkeit. So ist Kohlenstoff tetraiodide ein Festkörper, wohingegen Kohlenstoff tetrafluoride ein Benzin ist. Da sie weniger C-H Obligationen enthalten, sind halocarbons weniger feuergefährlich als alkanes, und einige werden in Feuerlöschern verwendet. Haloalkanes sind bessere Lösungsmittel als der entsprechende alkanes wegen ihrer vergrößerten Widersprüchlichkeit. Haloalkanes, die Halogene außer dem Fluor enthalten, sind mehr reaktiv als der Elternteilalkanes — es ist diese Reaktionsfähigkeit, die die Basis von den meisten Meinungsverschiedenheiten ist. Viele sind alkylating Agenten, mit primärem haloalkanes und denjenigen, die schwerere Halogene enthalten, die das aktivste (fluoroalkanes sind, handeln als alkylating Agenten unter üblichen Zuständen nicht). Die Ozon entleerenden geistigen Anlagen des CFCs entstehen aus dem photolability des C-Cl Bandes.

Ereignis

Haloalkanes sind von breitem Interesse, weil sie weit verbreitet sind und verschiedene vorteilhafte und schädliche Einflüsse haben. Wie man schätzt, veröffentlichen die Ozeane 1-2 Millionen Tonnen von bromomethane jährlich.

Eine Vielzahl von Arzneimitteln enthält Halogene, besonders Fluor. Ein geschätzter von Arzneimitteln fünfter enthält Fluor einschließlich mehrerer der Spitzenrauschgifte. Beispiele schließen 5-fluorouracil, fluoxetine (Prozac), paroxetine (Paxil), ciprofloxacin (Cipro), mefloquine, und fluconazole ein. Die vorteilhaften Effekten entstehen, weil das C-F Band relativ unreaktiv ist. Fluor-eingesetzter Äther ist flüchtige Narkosemittel, einschließlich der kommerziellen Produkte methoxyflurane, enflurane, isoflurane, sevoflurane und desflurane. Fluorkohlenwasserstoff-Narkosemittel reduzieren die Gefahr der Entflammbarkeit mit dem diethyl Äther und cyclopropane. Perfluorinated alkanes werden als Blutersatz verwendet.

Chlort oder fluorinated erleben alkenes polymerization. Wichtige halogenated Polymer schließen Polyvinylchlorid (PVC) und polytetrafluoroethene (PTFE oder Teflon) ein. Die Produktion dieser Materialien veröffentlicht wesentliche Beträge der Verschwendung.

Nomenklatur

IUPAC

Das formelle Namengeben von haloalkanes sollte IUPAC Nomenklatur folgen, die das Halogen als ein Präfix zum alkane stellen. Zum Beispiel wird das Äthan mit Brom bromoethane, das Methan mit vier Chlor-Gruppen wird tetrachloromethane. Jedoch haben viele dieser Zusammensetzungen bereits einen feststehenden trivialen Namen, der durch die IUPAC Nomenklatur, zum Beispiel Chloroform (trichloromethane) und Methylen-Chlorid (dichloromethane) gutgeheißen wird. Für die Unzweideutigkeit folgt dieser Artikel dem systematischen Namengeben-Schema überall.

Produktion

Haloalkanes kann von eigentlich allen organischen Vorgängern erzeugt werden. Von der Perspektive der Industrie sind die wichtigsten alkanes und alkenes.

Von alkanes

Alkanes reagieren mit Halogenen durch die freie radikale Halogenierung. In dieser Reaktion wird ein Wasserstoffatom vom alkane entfernt, der dann durch ein Halogen-Atom durch die Reaktion mit einem diatomic Halogen-Molekül ersetzt ist. Das reaktive Zwischenglied in dieser Reaktion ist ein freier Radikaler, und die Reaktion wird eine radikale Kettenreaktion genannt.

Freie radikale Halogenierung erzeugt normalerweise eine Mischung von Zusammensetzungen mono - oder multihalogenated an verschiedenen Positionen. Es ist möglich, die Ergebnisse einer Halogenierungsreaktion vorauszusagen, die auf Band-Trennungsenergien und dem relativen stabilities der radikalen Zwischenglieder gestützt ist. Ein anderer Faktor, um in Betracht zu ziehen, ist die Wahrscheinlichkeit der Reaktion an jedem Kohlenstoff-Atom aus einem statistischen Gesichtspunkt.

Wegen der verschiedenen Dipolmomente der Produktmischung kann es möglich sein, sie durch die Destillation zu trennen.

Von alkenes und alkynes

In der Hydrohalogenierung reagiert ein alkene mit einem trockenen Wasserstoffhalogenid (HX) wie Wasserstoffchlorid oder Wasserstoffbromid , um einen mono-haloalkane zu bilden. Die Doppelbindung des alkene wird durch zwei neue Obligationen, ein mit dem Halogen und ein mit dem Wasserstoffatom von hydrohalic Säure ersetzt. Die Regierung von Markovnikov stellt fest, dass in dieser Reaktion das Halogen mit größerer Wahrscheinlichkeit beigefügt dem mehr eingesetzten Kohlenstoff werden wird. Das ist eine electrophilic Hinzufügungsreaktion. Wasser muss sonst fehlen es wird ein Seitenprodukt eines halohydrin geben. Die Reaktion soll in einem trockenen trägen Lösungsmittel solcher als oder direkt in der gasartigen Phase notwendigerweise ausgeführt werden. Die Reaktion von alkynes ist mit dem Produkt ähnlich, das ein geminal dihalide ist; wieder wird der Regierung von Markovnikov gefolgt.

Alkenes reagieren auch mit Halogenen (X), um haloalkanes mit zwei benachbarten Halogen-Atomen in einer Halogen-Hinzufügungsreaktion zu bilden. Alkynes reagieren ähnlich das Formen der Tetrahalo-Zusammensetzungen. Das ist manchmal als "decolorizing" das Halogen bekannt, da das Reagens X gefärbt wird und das Produkt gewöhnlich farblos ist.

Von alcohols

Tertiärer alkanol reagiert mit Salzsäure direkt, um tertiären chloroalkane zu erzeugen, aber wenn primärer oder sekundärer alkanol verwendet wird, ist ein Aktivator wie Zinkchlorid erforderlich. Diese Reaktion wird im Test von Lucas ausgenutzt.

Die populärste Konvertierung wird durch das Reagieren vom Alkohol mit dem thionyl Chlorid im Prozess von "Darzen bewirkt," der eine der günstigsten Labormethoden ist, weil die Nebenprodukte gasartig sind. Beider Phosphor pentachloride und Phosphor trichloride wandeln auch die hydroxyl Gruppe zum Chlorid um.

Alcohols kann zu bromoalkanes ebenfalls umgewandelt werden, der hydrobromic Säure oder Phosphor tribromide (PBr) verwendet. Ein katalytischer Betrag dessen kann für die Transformation mit Phosphor und Brom verwendet werden; wird in situ gebildet.

Iodoalkanes kann mit dem Verwenden roten Phosphors und Jods (gleichwertig zu Phosphor triiodide) ähnlich bereit sein. Die Appel Reaktion ist auch nützlich, um alkyl Halogenide vorzubereiten. Das Reagens ist tetrahalomethane und triphenylphosphine; die Co-Produkte sind haloform und triphenylphosphine Oxyd.

Von carboxylic Säuren

Zwei Methoden für die Synthese von alkyl Halogeniden von carboxylic Säuren sind die Reaktion von Hunsdiecker und die Reaktion von Kochi.

Biosynthese

Viele chloro und bromolkanes werden natürlich gebildet. Die Hauptpfade schließen die Enzyme chloroperoxidase und bromoperoxidase ein.

Reaktionen

Haloalkanes sind zu nucleophiles reaktiv. Sie sind polare Moleküle: Der Kohlenstoff, dem das Halogen beigefügt wird, ist ein bisschen electropositive, wo das Halogen ein bisschen electronegative ist. Das läuft auf einen (electrophilic) unzulänglichen Elektronkohlenstoff hinaus, der unvermeidlich nucleophiles anzieht.

Ersatz

Ersatz-Reaktionen sind mit dem Ersatz des Halogens mit einem anderen Molekül — so das Verlassen durchtränkter Kohlenwasserstoffe, sowie des halogenated Produktes verbunden. Halogenide von Alkyl benehmen sich als der R synthon, und reagieren sogleich mit nucleophiles.

Hydrolyse, eine Reaktion, in der Wasser ein Band bricht, ist ein gutes Beispiel der nucleophilic Natur von halogenoalkanes. Das polare Band zieht ein Hydroxyd-Ion, OH (NaOH an, der eine allgemeine Quelle dieses Ions ist). Das ist OH ein nucleophile mit einer klar negativen Anklage, weil es Überelektronen hat, schenkt es sie dem Kohlenstoff, der auf ein covalent Band zwischen den zwei hinausläuft. So wird C-X durch die heterolytic Spaltung gebrochen, die auf ein Halogenid-Ion, X hinausläuft. Wie gesehen werden kann, OH wird jetzt der alkyl Gruppe beigefügt, einen Alkohol schaffend. (Die Hydrolyse von bromoethane gibt zum Beispiel Vinylalkohol nach). Die Reaktion mit Ammoniak gibt primäre Amine.

Chloride von Alkyl und Bromide werden durch iodide in der Reaktion von Finkelstein sogleich eingesetzt. Die alkyl iodides erzeugt erleben leicht weitere Reaktion. Natrium iodide wird so als ein Katalysator verwendet.

Halogenide von Alkyl reagieren mit ionischem nucleophiles (z.B Zyanid, thiocyanate, azide); das Halogen wird von der jeweiligen Gruppe ersetzt. Das ist des großen synthetischen Dienstprogrammes: Alkyl-Chloride sind häufig billig verfügbar. Zum Beispiel, nach dem Erleben von Ersatz-Reaktionen, alkyl Zyanid kann hydrolyzed zu carboxylic Säuren, oder reduziert auf primäre Amine mit Lithiumaluminium hydride sein. Alkyl azides kann auf primäre alkyl Amine durch die Verminderung von Staudinger oder Lithiumaluminium hydride reduziert werden. Amine können auch von alkyl Halogeniden in der Amin-Alkylierung, der Synthese von Gabriel und Reaktion von Delepine, durch das Erleben nucleophilic Ersatz mit dem Kalium phthalimide oder hexamine beziehungsweise bereit, von der Hydrolyse gefolgt sein.

In Gegenwart von einer Basis, alkyl Halogenide alkylate alcohols, Amine und thiols, um Äther, N-substituted Amine und thioethers beziehungsweise zu erhalten. Sie werden durch Reagenzien von Grignard eingesetzt, um Magnesium-Salze und eine verlängerte Alkyl-Zusammensetzung zu geben.

Mechanismus

Wo der Rate bestimmende Schritt einer nucleophilic Ersatz-Reaktion monomolekular ist, ist er als eine S1 Reaktion bekannt. In diesem Fall ist das langsamste (so Rate bestimmender Schritt) der heterolysis eines Bandes des Kohlenstoff-Halogens, um einen carbocation und das Halogenid-Anion zu geben. Der nucleophile (Elektronendonator) greift den carbocation an, um das Produkt zu geben.

S1 Reaktionen werden mit dem racemization der Zusammensetzung vereinigt, weil der trigonal planare carbocation von jedem Gesicht angegriffen werden kann. Sie sind bevorzugter Mechanismus für tertiäre alkyl Halogenide, wegen der Stabilisierung der positiven Anklage auf dem carbocation durch drei Elektronspenden alkyl Gruppen. Sie werden auch bevorzugt, wo die substituents umfangreich sterically sind, den S2 Mechanismus hindernd.

Beseitigung

Anstatt ein Molekül mit dem mit etwas anderem eingesetzten Halogen zu schaffen, kann man sowohl das Halogen als auch einen nahe gelegenen Wasserstoff völlig beseitigen, so einen alkene durch dehydrohalogenation bildend. Zum Beispiel, mit bromoethane und Natriumshydroxyd (NaOH) in Vinylalkohol, das Hydroxyd-Ion abstrahiert HO ein Wasserstoffatom. Bromid-Ion wird dann verloren, auf Äthylen hinauslaufend), HO und NaBr. So kann haloalkanes zu alkenes umgewandelt werden. Ähnlich kann dihaloalkanes zu alkynes umgewandelt werden.

In zusammenhängenden Reaktionen, 1,2-dibromocompounds sind debrominated durch Zinkstaub, um alkenes zu geben, und geminal kann dihalides mit starken Basen reagieren, um carbenes zu geben.

Anderer

Halogenide von Alkyl erleben frei-radikale Reaktionen mit elementarem Magnesium, um Alkylmagnesium-Zusammensetzungen zu geben: Reagenzien von Grignard. Halogenide von Alkyl reagieren auch mit Lithiummetall, um Organolithium-Zusammensetzungen zu geben. Sowohl Reagenzien von Grignard als auch Organolithium-Zusammensetzungen benehmen sich als der R synthon. Alkalische Metalle wie Natrium und Lithium sind im Stande, alkyl Halogenide zu veranlassen, sich in der Reaktion von Wurtz zu paaren, symmetrischen alkanes gebend. Halogenide von Alkyl, besonders iodides, erleben auch oxidative Hinzufügungsreaktionen, Organometallic-Zusammensetzungen zu geben.

Anwendungen

Haloalkanes werden als synthon Entsprechungen zu alkyl cation (R +) in der organischen Synthese weit verwendet. Sie können auch an einem großen Angebot an anderen organischen Reaktionen teilnehmen.

Kurze Kette haloalkanes wie dichloromethane, trichloromethane (Chloroform) und tetrachloromethane wird als hydrophobe Lösungsmittel in der Chemie allgemein verwendet. Sie waren früher in der Industrie jedoch sehr üblich, ihr Gebrauch ist wegen ihrer Giftigkeit und negativer Umwelteffekten außerordentlich verkürzt worden.

Chlorofluorocarbons wurden fast allgemein als Kühlmittel und Treibgase wegen ihrer relativ niedrigen Giftigkeit und hoher Hitze der Eindampfung verwendet. In den 1980er Jahren anfangend, als ihr Beitrag zur Ozon-Erschöpfung bekannt geworden ist, wurde ihr Gebrauch zunehmend eingeschränkt, und sie sind jetzt durch HFCs größtenteils ersetzt worden.

Siehe auch

• Halogenierung
• Halomethane
• Halogenoarene