Галогенопохідні углеводородів реакції нуклеофільного заміщення в аліфатичному ряді

Моногалогенопохідні та полігалогенопохідні алканів: номенклатура, ізомерія, методи одержання, електронна будова, фізичні та хімічні властивості. Ненасичені галогенопохідні: загальна характеристика, методи та обґрунтування процесу одержання, властивості.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Курсовий проект

Галогенопохідні углеводородів реакції нуклеофільного заміщення в аліфатичному ряді

Вступ

Галогенопохідними вуглеводів називаються сполуки, в яких один або більше атомів водню заміщені атомом (атомами) галогену. В основу їх класифікацій покладений поділ на моногалогенопохідні з одним атомом галогену і полігалогенопохідні з двома або більшою кількістю атомів галогену. У свою чергу, кожна з цих двох груп поділяеться на насичені та ненасичені. Тому доцільно їх розглядати як похідні насичених і ненасичених вуглеводнів.

1. Моногалогенопохідні

Моногалогенопохідні - це аліфатичні сполуки в якіх один атом водню заміщений на один атом галогену

1.1 Номенклатура

Загальна формула насичених моногалогенопохідних С_n Н_2n+1 На1. Атом галогену може знаходитися біля первинного, вторинного і третинного атома вуглецю. Тому розрізняють первинні, вторинні і третинні галогеналкани, або галогеналкіли:

1-хлорбутан, первинний 2-хлорбутан, вторинний

2-метіл2-хлорпропан, третинний

Назву галогеналканів за номенклатурою ІUРАС утворюють у першу чергу за замісниковим принципом та в окремих випадках за радікально-функціональним. За першим варіантом до назви алкану додають у вигляді префікса назву галогена хлоро-, бромо - тощо і цифрою показують його положення. Атоми вуглецю в найдовшому ланцюгу нумерують таким чином, щоб менший локант отримав замісник, який у назві позначається першим за алфавітом. Галогени вважаються другорядними замісниками порівняно з іншими.

За радикально-функціональною номенклатурою ІUРАС назву галогену також дозволяеться наводити в прикметниковій формі перед назвою вуглеводневого радикала, наприклад флуористий метил СН₃ F, хлористий етил С₂Н₅С1 тощо.

Крім того, збереглася низка емпіричних назв: хлороформ СНС1₃, бромоформ СНВг₃, флуороформ СН₃F, чотирихлористий вуглець СС1₄, дихлорокарбен: СС1₂.

1.2 Ізомерія

Для галогенопохідних вуглеводів характерна структурна, геометрична і оптична ізомерія.

Структурна ізомерія зумовлена різною структурою вуглеводного скелета молекули і різними положеннями атомів галогенів в ланцюгу. Так, хлорбутан С₄Н₉С1 існує у вигляді чотирьох структурних ізомерів:

1-хлорбутан, первинний 2-хлорбутан, вторинний

2-метил1-хлорпропан 2-метил2-хлорпропан

Дігалогенпохідні можуть бути представлені декільками структурними ізомерами, відрізняючись положенням атомів галогенів, наприклад:



1,2 - діхлорпропан 1,3 - діхлорпропан

2,2 - діхлорпропан 1,1 - дихлорпропан

Дігалогенпохідні з атомами галогенів у одного і того же атома вуглецю називають гемінальними, у сусідніх атомів - віцинальними.

Для галогеналкенів, маючих різні замісники у атомів вуглецю, утворюючих подвійний зв'язок, можлива геометрична ізомерія, наприклад:

Ціс-хлорпропен Транс-хлорпропен

Для галогенопохідних, які у своїй структурі мають асиметричний атом вуглецю, характерна оптична ізомерія. Так, 2-хлорбутан СН₃СН₂СН С1СН₃ існує у вигляді двох дзеркальних ізомерів:

D2-хлорбутан L2-хлорбутан

1.3 Методи одержання

Галогенопохідні одержують безпосередньо галогенуванням алканів, приєднанням галогенів або галогеноводнів до алкенів і алкінів, заміщенням функціональних груп галогенами, з солей карбонових кислот тощо.

Таблиця 1. Моногалогенопохідні алканів

Сполука	Номенклатура ІUРАС
	За Замісникова	Радикально-функщональна
СН3С1	Хлорометан	Метилхлорид
СН3СН2Вг	Брометан	Етилбромід
СН3СН2СН2С1	1-Хлоропропан	Пропілхлорид
СН3СНСН3 С1 С1	2-Хлоропропан	1-зопропілхлорид
СН3СН2СН2СН2Вг	1-Бромобутан	Бутилбромід
СН2СНСН2С1 Л, С1 С Н 3	2-Метил-1-хлоропропан	Ізобутилхлорид
СН3СНСН2СНСН3 *' 1 СН3 С1	2-Метил-4-хлоропентан	Метилізо6утилхлорометан*

*Раціональна номенклатура

Галогенування алканів. При відносно невеликих температурах найлегше заміщується водневий атом біля третинного атома вуглецю, важче біля вторинного, особливо для бромування.

Приеднання галогенів галогеноводнів до алкенів, алкадієнів, алінів відбуваеться за різними механізмами залежно від умов реакції з утворенням моно - або полігалогенопохідних.

Заміщення функціональних груп галогенами. Галогеном можна заміщати найчастіше гідроксильну групу в спиртах, використовуючи для цього широке коло галогенуючих реагентів (РС1₅, РВг₅, РС1₃, Р +І₂, SF₄, тіонілхлорид SОС1₂, сульфурилхлорид SО₂С1₂ тощо).

Дія галогеноводню відбуваеться в кислому середовищі при його додаванні, при застосуванні сполук, з яких він утворюється в реакційному середовищі або в присутності кислот Л'юїса:

CH₃OH + HCl ^H+> CH₃Cl + H₂O

CH₃CH₂OH + KBr + H₂SO₄ > CH₃CH₂Br + KHSO₄ + H₂O

C₂H₅OH + HBr ^H+> C₂H₅Br + H₂O

Дія галогенідів фосфору або суміш фосфору з галогеном. Галогеніди фосфору вважаються одними з найефективніших галогенуючих реагентів. Але часто процес Галогенування проходить задовільно при використанні суміші фосфору і брому або йоду:

CH₃OH + PCl > CH₃Cl + POCl₃ + HCl

Дія тіонілхлориду. Застосування SОС1₂ зручне тим, що всі побічні продукти реакції - гази, які легко вилучаються при нагріванні:

R-OH + Cl-SO-Cl > RO-SO-Cl + HCl

^{Алкілхлорсульфіт}

RO-SO-Cl > SО₂ + R-Cl

Заміщення одного галогену іншим. Дана реакція застосовуеться, як правило, для синтезу йодо- і флуоропохідних, для чого використовують солі NaI, CoF₃, SbF₃, HgF₂, AgF тощо:

3CH₃CH₂Br + SbF₃ > 3CH₃CH₂F + SbBr₃

R-Cl + NaI ^Ацетон R-I + NaCl

(Реакція Фінкельштайна)

Галогенування солей карбонових кислот (реакцгя X. Хунсдиккера) полягае в проведенні декарбоксилювання срібних солей карбонових кислот у безводному середовищі в присутності галогену:

1.4Електронна будова

Алкілгалогеніди складаються з алкільного залишку і галогену.

Енергія зв'язку С-На1 залежить від природи галогену і в ря...