Получение и свойства галогеналканов

Строение и физические свойства галогеналканов

Галогеналканы – насыщенные органические соединения, содержащие в своем составе атом галогена (Hal), связанный  с атомом углерода (C). Ввиду своей высокой реакционноспособности, галогеналканы находят широкое применение при синтезе многих органических соединений.

Связь С-Hal — ковалентная полярная. Высокая электроотрицательность атомов галогенов способствует смещению электронной плотности соседних связей в молекуле (индуктивный эффект). Этот эффект снижается с уменьшением электроотрицательности галогена, т.е. при движении от F к I. Полярность связи С-Hal также снижается, но с другой стороны, вследствие роста радиуса атома галогена растет длина связи и ее поляризуемость, что ведет к ослаблению прочности связи.
В основном температуры кипения галогеналканов выше, по сравнению с соответствующими незамещёнными алканами. Это можно объяснить тем, что межмолекулярное взаимодействие  галогеналканов сильнее, в связи с наличием в их молекулах центров с повышенной и пониженной электронной плотностью. Влияние на температуру кипения галогеналканов оказывает природа галогена (растет от F к I),  строение углеводородного скелета (снижается от первичных к третичным). Так, галогенопроизводных алканов только монозамещенные фторо-, хлоро- и бромометаны — газы, остальные — жидкости и твёрдые вещества.

Галогеналканы не имеют цвета, исключение составляют полийодпроизводные, имеющие желтую окраску), для них характерен своеобразный сладковатый запах. Они не растворяются в воде, но растворимы в органических растворителях, а некоторые из них сами хорошо растворяют многие органические вещества.

Получение галогеналканов

1. Реакции замещения

• Замещение атомом галогена атома водорода при действии света по радикальному механизму:

• Замещение атомом галогена функциональной группы по ионному механизму (в присутствии концентрированной серной кислоты):

C₃H₇−OH + HCl → C₃H₇−Cl + HOH

C₃H₇OH+SOCl₂ ⟶ C3H7OSOCl + HCl ⟶ C₂H₅Cl + SO₂ + HCl

2. Реакции присоединения

Присоединение галогенов к алкенам происходит в присутствии четыреххлористого углерода при 0°С:

Присоединение галогенводородов к алкенам с происходит согласно правилу Марковникова —  присоединение атома водорода происходит к наиболее гидрогенизированному атому углерода, атома галогена – к наименее гидрогенизированному атому углерода.

Однако, в определенных условиях один из галогенводородов, а именно бромоводород способен присоединяться к алкенам и против правила Марковникова.

3. Реакция обмена

Обмен галогенами галогеналкана и йодида натрия используется для получения иодопроизводных:

Химические свойства галогеналканов

1.Реакции замещения

Атом углерода в молекуле галогеналканов имеет частичный положительный заряд (δ+), в связи с чем он легко вступает в реакции с нуклеофилами (ОН^—, CN^—, NH_3, Н₂О) и реакции замещения протекают достаточно легко. Ниже представлена схема и примеры реакций замещения галогеналканов:

Легкость протекания таких реакции, зависят как от строения галогеналкана и природы входившего в его состав галогена, так и от природы нуклеофила. Реакционная способность галогеналканов уменьшается в ряду С-I < С-Br < С-Сl < С-F. Таким образом, самыми прочными в данном ряду являются связи С-F, поэтому фторалканы не охотно вступают в реакции нуклеофильного замещения.

2.Реакции отщепле­ния. 

Реакция протекает с отщеплением галогенводорода от молекулы галогеналкана при действии на них сильных оснований:

R-CH₂-CH₂Cl + KOH → R-CH=CH₂ + KCl + H₂O

Применение галогеналканов