Підручник з Хімії. 10 клас. Величко - Нова програма
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 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 — СnН2n+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
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України