1. Fluororowcopochodne alkanów
1.1. Nazewnictwo fluorowcopochodnych
Związki składające się jedynie z węgla, wodoru i dowolnego fluorowca (F, Cl, Br, I) noszą nazwę fluorowcopochodnych lub halogenopochodnych. Halogen (pod tą nazwą kryje się dowolny atom fluorowca oznaczany jako X) nigdy nie jest grupą funkcyjną, dlatego w nazwie obecność halogenu zaznaczamy przedrostkiem. Według nazewnictwa IUPAC (nazewnictwo systematyczne) nazwy tych związków tworzymy wymieniając lokant/lokanty atomów węgla przy których znajduje się fluorowiec, nazwę fluorowca (w razie potrzeby poprzedzony przedrostkiem zwielokrotniającym) oraz nazwę macierzystego wodorku.
Zadanie
Podaj nazwy systematyczne dla poniższych związków:
Odpowiedź
Ponumerujmy łańcuch/pierścień węglowy w podanych związkach
a) Przy C2 znajduje się atom bromu (2-bromo), wodorkiem macierzystym jest butan:
2-bromobutan.
b) Przy C2 znajduje się chlor (2-chloro), przy C3 znajduje się atom bromu (3-bromo), oraz przy C3 i C5 znajdują się dwie grupy metylowe (3,5-dimetylo). Wodorkiem macierzystym jest heksan. Układając podstawniki alfabetycznie i dodając nazwę wodorku macierzystego otrzymamy: 3-bromo-2-chloro-3,5-dimetyloheksan.
c) Przy C1 znajduje się atom bromu (1-bromo), a przy C3 atom chloru (3-chloro). Wodorkiem macierzystym jest cyklopentan: 1-bromo-3-chlorocyklopentan.
Zadanie
Narysuj wzory konstytucyjne (strukturalne) związków o nazwie:
a) 1-bromo-5-chloro-3-etylo-2-metylopentan
b) 1-bromo-2-metylocyklobutan
c) 2,3-dibromo-2-metylobutan
Odpowiedź
a) 1-bromo-5-chloro-3-etylo-2-metylopentan, wodorkiem macierzystym jest pentan:  . Do węgla C1 przyłączamy atom bromu, do C5 atom chloru, do C3 grupę etylową, a przy C2 grupę metylową:
Po dopisaniu atomów wodoru do każdego atomu węgla (tyle, by każdy atom węgla był czterowiązalny) otrzymamy końcowy związek:
b) 1-bromo-2-metylocyklobutan, wodorkiem macierzystym jest cyklobutan:
Przy C1 znajduje się atom bromu, a przy C2 grupa metylowa:
W tym przypadku nie musimy dorysowywać atomów wodoru. Przedstawiony powyżej wzór jest wzorem szkieletowym.
c) 2,3-dibromo-2-metylobutan, wodorkiem macierzystym jest butan:
Przy C2 i C3 znajdują się 2 atomy bromu, oraz przy C2 grupa metylowa:
Po dorysowaniu odpowiedniej ilości atomów wodoru do każdego atomu węgla otrzymamy końcowy wzór związku:
Według teorii typów fluorowcopochodne są traktowane jako związki powstałe z fluorowcowodoru HX (gdzie X=F, Cl. Br, I) w którym atom wodoru został zastąpiony grupą alkilową:  (R=CH3, C2H5, itd.)
Dlatego nazwy zwyczajowe tych związków możemy tworzyć tak jak nazwy soli, czyli do nazwy fluorowca dodajemy końcówkę –ek i nazwę grupy alkilowej. Nazwy grup alkilowych tworzymy przez zastąpienie końcówki –an w nazwie węglowodoru końcówką –yl:
|
CH3-
|
metyl
|
|
C2H5-
|
etyl
|
|
CH3CH2CH2-
|
propyl
|
|
|
izopropyl
|
|
|
izobutyl
|
|
|
tertbutyl
|
Zadanie
Podaj nazwy zwyczajowe związków o wzorze:
Odpowiedź
a) bromek etylu; b) jodek izopropylu; c) fluorek metylu
1.2. Właściwości
1.2.1. Właściwości fizyczne
Polaryzacja wiązania C-X powoduje, że halogenki alkilowe odznacają się momentem dipolowym, dlatego mają wyższe temperatury wrzenia od odpowiednich alkanów (oddziaływanie dipol-dipol powoduje podwyższenie temperatury wrzenia). Z pośród halogenków jodki odznaczają się najwyższą temperaturą wrzenia przy identycznej wielkości łańcucha węglowego (oddziaływanie dipol indukowany-dipol indukowany, nazywane efektem dużego atomu). Zależności te widać wyraźnie jeśli porównamy ze sobą temperatury wrzenia fluorowcopochodnych:
Związek
|
Temperatura wrzenia [oC]
|
|
CH4
|
-161
|
|
CH3F
|
-78
|
|
CH3Cl
|
-24
|
|
CH3Br
|
3,6
|
|
CH3I
|
42
|
Perfluorowcopochodne metanu (per oznacza, że wszystkie atomy wodoru w cząsteczce związku zostały zastąpione fluorowcem), takie jak dichlorodifluorometan (freon 12) lub chlorotrifluorometan (freon 13) ze względu na swoją bierność chemiczną i niskie temperatury wrzenia znalazły zastosowanie jako czynniki chłodzące.
Niestety, znacznie później okazało się, że w górnych warstwach atmosfery związki te rozkładają się pod wpływem promieniowania UV:
Utworzony atomowy chlor rozkłada ozon:
W obawie przed rozkładem ozonu, który chroni Ziemię przed szkodliwym promieniowaniem UV, produkcja freonów i ich wykorzystywanie zostało zakazane. Od kilku lat stężenie freonów w górnej warstwie atmosfery powoli, ale systematycznie zmniejsza się.
Brak grupy hydrofilowej w cząsteczce fluorowcopochodnych powoduje, że związki te są bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie, doskonale natomiast rozpuszczają się w węglowodorach. Są również doskonałymi rozpuszczalnikami dla tłuszczy.
1.2.2. Właściwości chemiczne
Wiązanie C-X (X=Cl, Br, I) jest wiązaniem spolaryzowanym, na węglu wytwarza się cząstkowy ładnunek dodatni, a na fluorowcu cząstkowy ładunek ujemny:
|
|
Z tego względu atom węgla połączony z halogenem podatny jest na atak odczynnika bogatego w elektrony (nukleofila). Nukleofil podstawia się za halogen, czyli mamy do czynienia z reakcją substytucji nukleofilowej SN.
|
Reakcje w których nukleofil podstawia się za halogen przebiegają najczęściej w umiarkowanej temperaturze i w roztworze wodnym:
Więcej ....
|
