مركب الهالوجين العضوي

مركب الهالوجين العضوي ، أي فئة من المركبات العضوية التي تحتوي على هالوجين واحد على الأقل (الفلور [F] أو الكلور [Cl] أو البروم [Br] أو اليود [I]) المرتبط بالكربون. يتم تقسيمها إلى هاليدات ألكيل ، فينيل ، أريل ، وأسيل. في هاليدات الألكيل ، فإن الروابط الأربعة للكربون الذي يحمل الهالوجين هي روابط مفردة ؛ في هاليدات فينيلية ، يرتبط الكربون الذي يحمل الهالوجين بشكل مضاعف بكربون آخر ؛ في هاليدات الأريل ، يكون الكربون الحامل للهالوجين جزءًا من حلقة عطرية ؛ وفي هاليدات أسيل (تسمى أيضًا هاليدات حمض) يرتبط الكربون الحامل للهالوجين بشكل مزدوج بالأكسجين. يتم عرض أمثلة الأنواع الأربعة هنا.

إنه نوع الكربون الذي يرتبط به الهالوجين مباشرة وهو المسؤول بشكل أساسي عن الخصائص المميزة لكل فئة. وبالتالي ، فإن الكربون الذي يحمل الهالوجين في كلوريد الأليل (CH ₂ = CHCH ₂ Cl) مرتبط بشكل منفرد بكل ذراته المرفقة ، مما يجعل المركب هاليد ألكيل على الرغم من وجود رابطة مزدوجة في مكان آخر في السلسلة. لنفس السبب ، كلوريد البنزيل (C ₆ H ₅ CH ₂ Cl) هو هاليد ألكيل ، وليس هاليد أريل ، على الرغم من وجود حلقة بنزين.

تختلف مركبات الهالوجين العضوية بشكل كبير في التفاعل الكيميائي ، اعتمادًا على الهالوجين والفئة التي تنتمي إليها ، وقد تختلف حتى داخل الفئة. يعتبر بديل الهالوجين مجموعة وظيفية ، وتعتبر تحويلات مركبات الهالوجين العضوية من بين الأكثر أهمية في الكيمياء العضوية. تعتبر العديد من مركبات الهالوجين العضوية ، وخاصة مركبات الكلورين العضوية ، مواد كيميائية صناعية مهمة ؛ يتم استخدامها كمذيبات ومبيدات آفات وسيطة في تحضير الأصباغ والأدوية والبوليمرات الاصطناعية. تم التعرف على أكثر من 2000 مركب هالوجيني عضوي كمواد موجودة بشكل طبيعي ويتم إنتاجها من قبل العديد من النباتات والفطريات والبكتيريا والكائنات البحرية. تتوفر مجموعة متنوعة من الطرق الاصطناعية لإدخال الهالوجينات في الجزيئات العضوية ، ويمكن تحويل مركبات الهالوجين العضوية إلى فئات أخرى وظيفية بطرق موثوقة.

تتناول هذه المقالة هاليدات الألكيل ، والفينيليك ، والأريل. لمزيد من المعلومات حول هاليدات أسيل ، انظر حمض هاليد وحمض الكربوكسيل.

التسمية

يتم استخدام نوعين من تسمية IUPAC عند تسمية مركبات الهالوجين العضوية: الفئة البديلة والوظيفية. في التسميات البديلة ، تتم إضافة البادئة fluoro- أو chloro- أو bromo- أو iodo- إلى اسم إطار الهيدروكربون إلى جانب رقم (يسمى محددًا) يحدد الكربون الذي يرتبط به الهالوجين. يتم سرد البدائل ، بما في ذلك الهالوجين ، حسب الترتيب الأبجدي. أمثلة على التسميات البديلة هنا.

يتم استخدام كلمتين منفصلتين عند تسمية هاليدات الألكيل عن طريق تسمية الفئة الوظيفية. الكلمة الأولى هي اسم IUPAC لمجموعة الألكيل (لتوضيح تسمية IUPAC ، انظر الهيدروكربون) ، والثانية هي كلمة فلوريد ، كلوريد ، بروميد ، أو يوديد - اعتمادًا على الهالوجين. يتم ترقيم سلسلة مجموعة الألكيل بدءًا من الكربون الذي يرتبط به الهالوجين.

تعرف بعض الهيدروكربونات المكلورة بأسماء شائعة قديمة العهد. وهي تشمل CH ₂ Cl ₂ (كلوريد الميثيلين) و CHCl ₃ (الكلوروفورم) و CCl ₄ (رابع كلوريد الكربون) و CH ₂ = CHCl (كلوريد الفينيل) و CH ₂ = CCl ₂ (كلوريد الفينيل).

قوة رابطة الكربون والهالوجين والتفاعلية

من بين الفئات المختلفة لمركبات الهالوجين العضوية ، تحتوي هاليدات الأريل على أقوى روابط هالوجين كربونية وهاليدات الألكيل الأضعف ، على سبيل المثال ، في السلسلة التالية من مركبات الكلورين العضوية. (طاقة تفكك الرابطة هي كمية الطاقة اللازمة لكسر رابطة معينة من الجزيء في المرحلة الغازية.)

هناك ارتباط تقريبي بين قوة الترابط ومعدلات تفاعل مركبات الهالوجين العضوية ؛ على سبيل المثال ، كلما كان رابط هالوجين الكربون أقوى ، كلما كان معدل التفاعل أبطأ. تحدث العديد من التفاعلات الأكثر شيوعًا ومفيدة لهاليدات الألكيل ، عند تطبيقها على هاليدات فينيل أو أريل ، ببطء شديد بحيث لا تكون عملية.

هاليدات الألكيل

الهيكل والخصائص الفيزيائية

تصنف هاليدات الألكيل (RX ، حيث R هي مجموعة ألكيل و X هي F أو Cl أو Br أو I) على أنها أولية أو ثانوية أو ثالثة وفقًا لدرجة الاستبدال في الكربون الذي يرتبط به الهالوجين. في هاليد ألكيل أولي ، يرتبط الكربون الذي يحمل الهالوجين مباشرة بكربون آخر ، وفي هاليد ألكيل ثانوي إلى اثنين ، وفي هاليد ألكيل ثلاثي إلى ثلاثة.

تعتمد الطرق المستخدمة لإعداد هاليدات الألكيل والتفاعلات التي تخضع لها هاليدات الألكيل بشكل متكرر على ما إذا كان هاليد الألكيل أوليًا أم ثانويًا أم ثالثًا.

يرسم بديل الهالوجين الإلكترونات في رابطة C ― X تجاه نفسه ، مما يمنح الكربون شحنة موجبة جزئية (δ +) والهالوجين شحنة جزئية سالبة (δ-). إن وجود الرابطة التساهمية القطبية الناتجة يجعل معظم مركبات هاليدات الألكيل القطبية. لأن ثنائي القطب الرابطة (مقياس فصل الشحنة) لرابطة C-X هو نتاج مصطلح شحن (أكبر للفلور وأصغر لليود) ومسافة عن بعد (أصغر للفلور وأكبر لليود) ، لا تختلف لحظات ثنائي القطب الجزيئي من هاليدات الألكيل كثيرًا من هالوجين إلى آخر.

تتضمن التفاعلات الأكثر أهمية لمركبات الهالوجين العضوية كسر رابطة الكربون - الهالوجين عن طريق العمليات التي يحتفظ فيها الهالوجين بكل من الإلكترونات من الرابطة الأصلية ويفقد كأيونات سالبة الشحنة (X ^-). تمشيا مع ترتيب قوى رابطة الكربون الهالوجيني ، حيث تكون الرابطة بالفلور هي الأقوى والرابطة باليود أضعف روابط هالوجين الكربون ، عادة ما يلاحظ أن الفلورايد هي الأقل تفاعلًا من هاليدات الألكيل واليود الأكثر تفاعلاً.

تزداد نقاط غليان هاليدات الإيثيل مع زيادة العدد الذري للهالوجين. مع زيادة العدد الذري يصبح الهالوجين أكثر استقطابًا ، مما يعني أن المجال الكهربائي المرتبط بالذرة يتشوه بسهولة أكبر بسبب وجود المجالات الكهربائية القريبة. الفلور هو الأقل استقطابًا للهالوجينات واليود الأكثر استقطابًا. يرتبط الاستقطاب المتزايد بقوى جذابة أقوى بين الجزيئات من نوع تشتت لندن (انظر الترابط الكيميائي: قوى الجزيئات) وبالتالي مع زيادة نقطة الغليان.

يميل استبدال الهالوجين المتعدد إلى زيادة نقطة الغليان: يغلي CH ₃ Cl عند −24 درجة مئوية (−11 درجة فهرنهايت) ، CH ₂ Cl ₂ عند 40 درجة مئوية (104 درجة فهرنهايت) ، CHCl ₃ عند 61 درجة مئوية (142 درجة فهرنهايت)) ، و CCl ₄ عند 77 درجة مئوية (171 درجة فهرنهايت). يعد استبدال الفلور المتعدد استثناءً ، ومع ذلك: يغلي CH ₃ CH ₂ F عند -32 درجة مئوية (−26 درجة فهرنهايت) ، CH ₃ CHF ₂ عند -25 درجة مئوية (−13 درجة فهرنهايت) ، CH ₃ CF ₃ عند −47 درجة مئوية (−53 درجة فهرنهايت) ، و CF ₃ CF ₃ عند −78 درجة مئوية (−108 درجة فهرنهايت). من خلال تقليل الاستقطاب الجزيئي ، يضعف استبدال الفلور المتعدد قوة قوى التشتت بين الجزيئات. في الحالة السائلة ، تنعكس هذه القوى الجذابة بين الجزيئات الضعيفة في نقاط غليان منخفضة بشكل غير معتاد ، وفي الحالة الصلبة تكون مسؤولة عن الخصائص الجديدة لبوليمرات الكربون الفلورية.

ترتبط كثافات هاليدات الألكيل بالقوى الجذابة بين الجزيئات وتميل إلى نقاط الغليان المتوازية ، حيث تكون فلوريد الألكيل الأقل كثافة وأكثر اليودات الكيل أكثر كثافة. بشكل عام ، تكون فلوريدات الألكيل والكلوريدات أقل كثافة من الماء ، والبروميدات واليويدات أكثر كثافة من الماء. هاليدات الألكيل غير قابلة للذوبان في الماء.