Transcript Halogenderiváty - podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na

Soubor prezentací: CHEMIE PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA
CH27- HALOGENDERIVÁTY
Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová
Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o.
Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo:
CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO
VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a
státním rozpočtem České republiky.
CHARAKTERISTIKA
• deriváty uhlovodíků, které ve svých molekulách
obsahují kromě uhlíku a vodíku, halogen (fluor,
chlor, brom, jod) – přímo vázaný na uhlíkový atom
• Rozdělení:
- monohalogenderiváty (chlormethan)
- dihalogenderiváty (dichlormethan)
ad.
Monotopický dihalogenderivát – na jednom
uhlíkovém atomu se vyskytují dva atomy
halogenů (např. 1-brom-1-chlorethan)
ÚLOHA:
Názvosloví halogenderivátů
1.
2.
Cl
Br
5. jodoform
3.
CH3Cl
6. trichlormethan
Cl
4.
H 2C
C
CH
CH2
7.
H 2C
Br
CH
Cl
CH3
REAKTIVITA halogenderivátů
• reaktivita halogenderivátů je odvislá od typu
halogenu: F  Cl  Br  I
• typické reakce:
1) substituce nukleofilní
rozdíl v elektronegativitě C-Hal = polarizace vazby uhlík–
halogen → tyto látky reagují s nukleofily. rozlišíme podle
typu halogenderivátu
2) eliminace
Velmi často obě reakce probíhají současně a záleží na
struktuře alkylhalogenidu a reakčních podmínkách, která
reakce převládne.
Polarizace vazby uhlík - halogen
H
H
δ-
R
C
δ+
C
δ-
X
Halogen
Polarizovaná vazba C-H
H
H
Elektronegativita: uhlík = 2,5
vodík = 2,1
SUBSTITUCE NUKLEOFILNÍ SN1
Nukleofilní substituce monomolekulární
(bez bimolekulárního komplexu)
CH
CH3
H 3C
C
Cl
CH 3
CH3
3
C
H 3C
Cl
C
+
Cl
CH3
CH 3
CH3
-H
+
H 3C
C
CH3
OH
2-methylpropan-2-ol
CH3
H 2O
SUBSTITUCE NUKLEOFILNÍ SN2
Nukleofilní substituce bimolekulární
(přes bimolekulární komplex)
H
H 3C
Cl
+ H 2O
H
O
C
Cl
- HCl
H
H
H
WALDENŮV ZVRAT (OBRAT) – atom chloru je
velmi objemný, hydroxylová skupina se váže na
opačnou stranu (molekula vody)
H 3C
OH
methanol
Příklady nukleofilních substitucí
H 3C
Cl
+
NaOH
H 3C O H
+
NaCl
alkoholy
+
CH 3 CH 2 ONa
H 3C O C H 3
+
NaCl
ethery
+
NH
3
H 3C N H 2
+
HCl
+
KCl
aminy
+
KCN
H 3 C CN
nitrily
ELIMINACE - dehydrohalogenace
Podmínka: působení silné zásady
CH 3 CH 2 Br
CH 3 CH 2 OH, KOH, t
H 2C
- HBr
CH2
ethen
CH3
CH3
CH 3 CH 2 OH, KOH, t
H 3C
C
H 3C
Br
C
- HBr
CH3
CH2
2-methylpropen
PŘÍPRAVA halogenderivátů z uhlovodíků
• Halogenace alkanů (radikálová substituce)
• Halogenace či hydrohalogenace alkenů či
alkynů – adice (elektrofilní či radikálová)
• Halogenace arenů (elektrofilní substituce)
Příprava z ALKANŮ - SR
CH4 + Cl
Cl
1) INICIACE:
Cl
2) PROPAGACE:
Cl
+
Cl
UV
UV
Cl
Cl
+
Cl
CH3 + HCl
CH4
CH3 + Cl
Cl + HCl
H 3C
H 3C
Cl +
Cl
3) TERMINACE:
CH3 +
CH3
H 3C
CH3
CH3+
Cl
Cl +
Cl
H 3C
Cl
Cl
Cl
Příprava z ALKENŮ a ALKYNŮ
Chlorace propenu za vzniku 1,2-dichlorpropanu
FeCl
H 2C
CH
CH3
+
3
H 2C
Cl 2
Cl
CH
CH3
Cl
Chlorace ethynu za vzniku 1,1,2,2-tetrachlorethanu
H
HC
CH
+
Cl 2
H
UV, Cl
UV
C
Cl
C
Cl
2
H
Cl
Cl
C
C
Cl
Cl
H
ÚLOHA:
Chlorace ethynu
Na webu
http://www.studiumchemie.cz/video.php?id=181
zhlédněte video k problematice chlorace ethynu.
ÚKOLY:
• Popište celý pokus vlastními slovy.
• Zapište rovnice obou dějů a pojmenujte jednotlivé
látky. O jaký typ reakce, dle reakčního mechanismu,
se jedná?
ÚLOHA:
Příprava halogenderivátů z uhlovodíků
Zapište rovnice následujících dějů, uveďte jejich
podmínky a pojmenujte produkty reakcí.
• Chlorace ethenu
• CH3CH2CH=CH2 + HBr →
• Bromace but-1-ynu
Příprava z ARENŮ - SE
Cl-Cl + FeCl3  Cl+ + [FeCl4]-
+
Cl
+
Cl
Cl
Cl
+
+
H
+
Cl
+
Cl
H
+
[F e C l 4 ]
+
-
-F e C l 3
chlorbenzen
HCl
Příprava ethylbromidu v laboratoři
Výchozí látky: ethanol, bromid draselný, konc. kyselina
sírová
Reakční mechanismus:
OH
HO
+
H 2C
CH 3
O
KBr
-HSO4
S
HO
Br-
O
Br
+
d C
H 3C
H2
H
O+
CH 2
-H2O
H 3C
H
OH
+
K+ O
S
O
O
VLASTNOSTI halogenderivátů
• v přírodě se nevyskytují (jsou uměle vyrobeny)
• existují ve všech skupenstvích
• ve vodě jsou nerozpustné, rozpouštějí se však
v organických rozpouštědlech, samy jsou většinou
dobrými rozpouštědly
• mají vyšší body varu než uhlovodíky, od kterých jsou
odvozeny
• jedovaté
• mnohé karcinogenní
VÝZNAM halogenderivátů
•
•
•
•
•
•
výchozí látky pro chemické výroby
rozpouštědla
herbicidy, pesticidy, fungicidy (DDT)
chladiva, hnací plyny (dříve FREONY)
součásti polymerů
výroba léčiv
Vinylchlorid
• jedovatý, bezbarvý plyn
• narkotické účinky
(tlumí CNS)
• výroba polyvinylchloridu (PVC)
Obr. 1 Trubky z polyvinylchloridu
Chloroform
• bezbarvá, těkavá kapalina
(páry těžší než vzduch)
• dříve užíván jako lokální
anestetikum
• dráždí pokožku a sliznice, toxický,
tlumí CNS, potenciální karcinogen
• v mnohých filmech k omámení
oběti
Obr. 2 King Kong – etiketa
Polychlorované bifenyly
!!! HROZBA !!!
• tepelná, biologická a chemická stálost
• polutant v životním prostředí, kumulace v tkáních,
snižování obranychopnosti, toxicita, karcinogenita
• PŘÍKLAD:
DDT = 1,1,1,-trichlor-2,2-bis(4-chlorfenyl)ethan
Cl
CH
CCl
Cl
3
!!! HROZBA !!!
Freony
• halogenderiváty, které obsahují atomy fluoru (jeden
či více) a další atom halogenu (jeden či více)
• PŘÍKLAD: freon 114 = 1,2-dichlor-1,1,2,2tetrafluorethan
• DNES používání zakázáno
(poškozování ozonové vrstvy - Nobel.
cena 1995 - P. J. Crutzen, M. J. Molina,
F. S. Rowland)
Obr. 3 F. S. Rowland
Použité informační zdroje
1. Struktury látek (chemické rovnice) byly kresleny s využitím
programu ACD/ChemSketch 10.0.
2. Janeczková, A., Klouda P. Organická chemie. Ostrava: Nakl.
KLOUDA Pavel, 2004.
3. McMURRY, J. Organická chemie. Praha: VŠCHT, 2007.
4. Obr. 1. [online]. [cit. 2012-07-19]. Dostupné z:
http://www.formteile.ch/stoffe/img/polyvinylchlorid-pvc.jpg
4. Obr. 2. [online]. [cit. 2012-07-19]. Dostupné z: http://www.czwarez.com/king-kong-t23263.html
Obr. 3. [online]. [cit. 2012-07-19]. Dostupné z:
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1
995/rowland.jpg
Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační
číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A
FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO
V HAVÍŘOVĚ“
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a
státním rozpočtem České republiky.