H ALOGENDERIVÁTY RNDr. Marta Najbertová

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Název školy Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Adresa školy Sokolovská 1638 IČO Operační program Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost Registrační číslo CZ.1.07/1.1.28/ Označení vzdělávacího materiálu K_INOVACE_1.CH.19 Vzdělávací oblast Člověk a příroda Vzdělávací obor Chemie Tematický okruh Deriváty uhlovodíků - halogenderiváty Zhotoveno Ročník Vyšší stupeň osmiletého gymnázia a čtyřleté gymnázium (RVP – G) Anotace Materiál je určen jako studijní materiál v předmětu chemie. Je zaměřen na obecnou charakteristiku, rozdělení, vlastnosti a popis zástupců halogenderivátů. Předpokládá zvládnutí teorie atomového obalu, chemické vazby a obecné chemie. Materiál je určen pro seminář chemie, lze jej využít i v hodinách chemie.

Obecná charakteristika Halogenderiváty jsou organické sloučeniny, ve kterých je v původní molekule uhlovodíku jeden nebo více atomů vodíku nahrazen halogenem. Obecný vzorec je R-X, kde X může být F, Cl, Br, I. Je – li R alkylový zbytek, jedná se o alkylhalogenidy, je – li R aryl, jedná se o arylhalogenidy. Až na malé výjimky se v přírodě nevyskytují, jsou připravovány synteticky. Důkaz v organickém materiálu – Beilsteinova zkouška plamenem – pro možnost vzniku jedovatých dioxinů nahrazována reakcí s taveninou sodíku – vznik halogenidů sodíku.

Výroba 1. Radikálovou substitucí alkanů – nejčastější. CH 3 – CH 2 Cl + HCl CH 3 – CH 3 + Cl 2 2. Elektrofilní adicí alkenů, případně alkynů. + HCl 3. Specifický způsob výroby 2 CH 3 CH 2 OH + 8 Ca(ClO) 2 2 CHCl 3 + (HCOO) 2 Ca + 5 CaCl H 2 O + 2 Ca(OH) 2

Názvosloví 1. Nesystematické – bude uvedeno u jednotlivých zástupců. 2. Dvousložkové – používáno u jednodušších alkylhalogenidů, podle zásad „anorganického“ názvosloví. ethylchlorid 3. Systematické - pro označení polohy substituentu nebo jejich počtu platí zásady názvosloví uhlovodíků. 2-chlorpropan1,2-dichlor-1,2-difluorethan

Fyzikální vlastnosti V důsledku polarity vazby (vyšší hodnota elektronegativity halogenu) mají alkylhalogenidy vyšší bod varu než původní uhlovodíky (slabé vazebné interakce). Nižší jsou obvykle kapaliny s bodem varu do 100 °C (chloroform, tetrachlormethan). Polarita vazby ale neumožňuje rozpustnost v polárních rozpouštědlech => rozpustné v nepolárních rozpouštědlech, sami jsou nepolárními rozpouštědly. Barva, chuť a zápach závisí na typu, počtu a rozložení atomů halogenu v molekule.

Chemické vlastnosti V důsledku polarity vazby (vyšší hodnota elektronegativity halogenu) je reakčním centrem uhlík alkylu s částečným kladným nábojem => nukleofilní substituce. H 3 C CH 2 δ+ ◄ Cl δ- + OH - H 3 C CH 2 OH + Cl - Vzhledem ke snadnosti výroby z uhlovodíků se halogenderiváty používají k přípravě jiných derivátů, jejichž výroba přímo z uhlovodíků neprobíhá nebo probíhá obtížně. Alkoholy, ethery, aminy, nitrily, karbonylové sloučeniny, karboxylové kyseliny.

Chemické vlastnosti R δ+ – X δ- R – OH alkoholy R – OR´ ethery R – CN nitrily R – NH 2 aminy

Chemické vlastnosti dihalogenidkarbonylová sloučeninanestálý diol trihalogenidnestálý triolkarboxylová kyselina

Je – li nukleofilní činidlo dostatečně zásadité (koncentrované hydroxidy, alkoholáty, amidy alkalických kovů), je nukleofilní substituce provázena následnou eliminací za vzniku: Chemické vlastnosti alkenu alkynu

Reakce alkylhalogenidů s kovy S hořčíkem vznikají Grignardovy sloučeniny, důležité v organické syntéze. CH 3 -CH 2 -Br + MgCH 3 -CH 2 MgBr S Na, Zn, Ag vznikají uhlovodíky s dvojnásobným počtem atomů uhlíku. Využíváno při zušlechťování benzínových frakcí.

Přehled zástupců Chlormethan CH 3 Cl, jodmethan CH 3 I – metylační činidla v organických syntézách Trichlormethan, chloroform CHCl 3 – rozpouštědlo, anestetické účinky. Nebezpečí vzniku fosgenu reakcí se vzdušným kyslíkem působením světla. Trijodmethan, jodoform CHI 3 – desinfekční činidlo, k analytickému důkazu primárních alkoholů a ketonů (jodoformová reakce). 2

Přehled zástupců Tetrachlormethan CCl 4 – rozpouštědlo, náplň hasicích přístrojů – nebezpečí vzniku fosgenu. Chlorethan CH 3 – CH 2 – Cl – ethylační činidlo, lokální anestetikum (Kelen). Trichlorethylen CCl 2 = CHCl (1,1,2-trichlorethen) – chemické čištění, odstraňovač skvrn, odmašťovadlo, euforizující a halucinogenní účinky (čikuli). Chlorethen = vinylchlorid CH 2 = CHCl –– polymerací vzniká polyvinylchlorid (PVC).

Chloropren, 2-chlor-buta-1,3-dien – výroba adicí chlorovodíku na vinylacetylen, jeho polymerací vzniká chloroprenový kaučuk. Přehled zástupců 1,1,2,2-tetrafluorethen CF 2 = CF 2 – polymerací vzniká polytetrafluorethylen = Teflon. Tepelně a chemicky odolný, mechanicky ne. Povrch tepelně namáhaných součástí (pánve), chemické rozvody. n

Přehled zástupců Gamexan – C 6 H 6 Cl 6 (1,2,3,4,5,6-hexachlorcyklohexan) – insekticid – od roku 2009 podle Stockholmské úmluvy u nás nepoužíván, v zemích, které nepodepsaly, používán. Zařazen mezi POP – perzistentní organické polutanty. Freony – polyhalogenderiváty, musí obsahovat alespoň dva halogeny, jedním z nich musí být fluor. Nejedovaté, nehořlavé, chemicky odolné, nízké body varu => chladící media, hnací plyny, izolanty. Omezování jejich použití – při úniku do atmosféry narušení ozonové vrstvy. Polychlorované bifenyly (PCB) – 210 derivátů. Snižují povrchové napětí => zvýšená přilnavost, nižší tření – barviva, hydraulická zařízení, teplonosná média, elektrotechnika. Karcinogenní, kumulativní jedy.

Přehled zástupců Polybromované aromatické sloučeniny – zpomalovače hoření – oděvy, nábytek, tkaniny – teratogenní. DDT – 1,1,1-trichlor-2,2-bis(4-chlorfenyl)ethan – insekticid. Syntéza 1874, v roce 1939 poprvé použit pro insekticidní účinky. Kumulativní jed – endokrinní disruptor. Od 70. let zákaz používání – Stockholmskou úmluvou v roce 2001 povoleno regulované používání v malarických oblastech. Triviálně dichlordifenyltrichlorethan.

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Materiál je určen pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízeních. Jakékoliv další využití podléhá autorskému zákonu. Zdroje a použitá literatura 1. ČERVINKA, Otakar a kol. Mechanismy organických reakcí: učebnice pro vys. školy chemickotechnologické. 1. vyd. Praha: SNTL, , [1] s. Řada chemické literatury. 2. HALBYCH, Josef a KLÍMOVÁ, Helena. Didaktika organické chemie: příklady vyučovacích postupů. 1. vyd. Praha: Univerzita Karlova, s. 3. MCMURRY, John. Organická chemie. Vyd. 1. V Brně: VUTIUM, xxv, 1176, 61, 31 s. Překlady vysokoškolských učebnic; sv. 2. ISBN PACÁK, Josef. Stručné základy organické chemie. 1. vydání. Praha: SNTL Nakladatelství technické literatury, Řada chem. literatury. 5. Fotografie a vzorce z vlastní databáze autora. Vytvořeny programy ACD FREE 12, Snagit