Підручник з Хімії. 10 клас. Величко - Нова програма

§ 11. ГАЛОГЕНОПОХІДНІ АЛКАНІВ

Склад і будова молекул. Номенклатура. Ізомерія. Унаслідок заміщення одного або декількох атомів Гідрогену в молекулах алканів на атоми галогенів утворюються галогенопохідні сполуки — галогеноалкани. Відомі флуоро-, хлоро-, бромо-, йодозаміщені алкани.

Загальна формула моногалогенопохідних алканів — С_nН_2n+1Х (Х — галоген).

Модель молекули хлорометану зображено на мал. 22.

Мал. 22. Модель молекули хлорометану

Галогеноалканам властива структурна ізомерія, зумовлена будовою карбонового ланцюга та положенням атома галогену в молекулі. Наприклад, сполука складу С₄Н₉Сl має такі ізомери:

Назви галогенопохідних утворюють від назв відповідних алканів із зазначенням цифрами місця галогену й алкільного замісника в абетковому порядку. Нумерують атоми Карбону з того кінця, до якого ближче розташований замісник, назва якого починається з літери, ближчої до початку алфавіту.

Індукційний ефект. У молекулах алканів ковалентні зв’язки С—С неполярні, їх дипольний момент дорівнює нулю. Поява в молекулі атома з іншою електронегативністю порушує рівномірний розподіл електронної густини ковалентного зв’язку. Атом галогену, наприклад Хлору, що має більшу електронегативність порівняно з Карбоном, притягує до себе електронну густину σ-зв’язку С—Сl. На атомах С і Сl виникають часткові заряди, молекула поляризується. Напрямок зміщення електронної густини прийнято позначати стрілкою:

Під упливом Хлору відбувається зміщення електронної густини С—С-зв’язків по всьому карбоновому ланцюгу:

Уплив атома галогену зменшується з віддаленням атомів Карбону від атома галогену, тому частковий позитивний заряд на атомі С² менший, ніж на атомі С¹, а на атомі С³ — менший, ніж на атомі С².

Зміщення електронної густини вздовж ланцюга σ-зв’язків, що відбувається в напрямку більш електронегативного атома, називають індукційним ефектом (від лат. inductio — наведення, збудження).

Індукційний уплив атома чи групи атомів найсильніший у зоні найближчих двох σ-зв’язків і поступово згасає.

Замісники, що притягують до себе електрони, виявляють негативний індукційний ефект (позначають —I), а ті, що відштовхують від себе електрони, — позитивний індукційний ефект (позначають +I). Галогени виявляють негативний індукційний ефект, а вуглеводневі групи (алкільні замісники) — позитивний:

Індукційний ефект є виявом взаємного впливу атомів. Положення про взаємний уплив атомів у молекулі вперше сформулював О. М. Бутлеров у теорії хімічної будови органічних сполук. Проте природу цього явища було пояснено значно пізніше на основі електронної будови атомів і молекул.

Хімічні властивості. Завдяки впливові атомів галогенів галогеноалкани є достатньо реакційноздатними сполуками порівняно з алканами. Атоми галогену можуть заміщуватися на інші групи: гідроксильну —ОН, нітрогрупу —NO₂, аміногрупу —NH₂.

Галогеноалкани вступають у реакцію гідролізу, в результаті якої утворюються спирти:

Оскільки ця реакція відбувається повільно, на практиці гідроліз проводять за наявності лугу.

У результаті реакції галогеноалканів з активними металами утворюються так звані металоорганічні сполуки. Відома реакція Вюрца також відбувається через утворення проміжної металоорганічної сполуки:

Застосування. Реакції галогенопохідних алканів дають змогу здійснювати генетичні переходи між сполуками різних класів, тому використовуються в органічному синтезі.

Дихлорометан CH₂Cl₂ й трихлорометан CHCl₃ — розчинники.

Трихлорометан (хлороформ) — безбарвна рідина з характерним запахом. Використовують його для екстрагування (від лат. extraho — витягувати, вилучати) речовин із природної сировини. Раніше використовували для наркозу (тепер не використовують через його токсичність).

Тетрахлорометан CCl₄ є засобом гасіння вогню (мал. 23).

Мал. 23. Тетрахлорометан

Трийодометан (йодоформ) CHl₃ — тверда речовина, його використовують у стоматології як антисептик (мал. 24).

Мал. 24. Трийодометан (йодоформ)

Дифлуородихлорометан CF₂Cl₂ (фреон-12) — холодоагент у холодильних установках. Його добувають за реакцією:

Хлороетан C₂H₅Cl — рідина з температурою випаровування нижче від 12 ^оС. Потрапляючи на шкіру, швидко випаровується, спричиняє охолодження й знеболення, тому його використовують для місцевого знеболення — анестезії (від грец. άναιθησία — нечутливий).

Висновки

• Галогенопохідні алканів утворюються внаслідок заміщення атомів Гідрогену на атоми галогенів.

• Галогеноалканам властива структурна ізомерія карбонового скелета й положення атома галогену.

• Атоми галогенів як електронегативніші створюють у молекулах негативний індукційний ефект.

• Галогеноалкани виявляють більшу реакційну здатність порівняно з алканами.

Завдання для самоконтролю

1. Назвіть сполуки за наведеними формулами й укажіть серед них ізомери.

A 1, 2

Б 3, 4

В 1, 5

Г 3, 6

2. Поясніть суть індукційного ефекту на основі електронних уявлень.

3. Який уплив чинить метильна група в молекулі хлорометану?

4. Чому на атомах галогену та Карбону виникає частковий, а не повний заряд?

5. Поясніть, у чому полягає хімічна активність галогеноалканів.

6. У яких галузях застосовуються галогеноалкани?

7. Уставте пропущені слова:

1) найпростіша органічна сполука — ... ;

2) похідна метану ... не містить атомів Гідрогену;

3) у sр³-гібридизації беруть участь ...s- i ...р-електрони атома ... ;

4) 2,2,4-триметилпентан — ізомер ... нормальної будови.

Додаткові завдання

8. Назвіть сполуку, складіть формулу й назву її ізомеру:

9. Складіть формули сполук за назвами:

1) 4-бромо-3-етил-2-метилгексан;

2) 2,3-диметил-1,2-дихлоробутан.

10. Яка реакція відбувається легше: утворення хлорометану чи дихлорометану? Чому?

11. Зв’язки С—Сl полярні, а молекула ССl₄ неполярна. Поясніть причину цього явища.

12. Порівняйте реакційну здатність алканів і галогеноалканів.

13. Які продукти утворяться за реакцією Вюрца з бромометану і 2-бромопропану? Складіть рівняння хімічних реакцій.

14. 2-Бромо-1,1,1-трифлуоро-2-хлороетан використовують у медицині для інгаляційного наркозу. Складіть структурну формулу цієї сполуки.

15. Відбувся процес повного хлорування метану. Визначте об’єм хлору (в літрах), що його потрібно затратити для добування продукту масою 231 г.

А 116 л

Б 134,4 л

В 95 л

Г 100 л

16. У результаті хлорування етану об’ємом 23,8 л утворилася монохлоропохідна сполука. Визначте масу продукту реакції.

17. Установіть відповідність між речовинами або явищами та їхніми характеристиками

Назва речовини або явища

1 хлороформ

2 піроліз

3 метан

4 індукційний ефект

Характеристика речовини або явища

А у перекладі з грецької означає розщеплення вогнем

Б можна добути з простих речовин

В є виявом взаємного впливу атомів у молекулі

Г вибухає від контакту з киснем

Д утворюється внаслідок реакції за радикальним механізмом