Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

Fluorowcopochodne węglowodorów to fluorowcozwiązki organiczne będące pochodnymi węglowodorów, w których jeden lub więcej atomów wodoru zastąpionych jest atomem fluorowca.

FLUOROWCOPOCHODNE ALKILOWE ( HALOGENKI ALKILOWE) Pochodne alkanów, w których jeden lub więcej atomów wodoru został zastąpiony przez atom fluorowca. Nazewnictwo Związki zawierające fluorowce można nazywać stosując dwa rodzaje nomenklatury: a) nomenklaturę podstawnikową, która ma zastosowanie ogólne i jest zalecana, b) nomenklaturę grupowo-funkcyjną, która jest dość powszechnie stosowana w przypadku pochodnych alifatycznych o niezbyt złożonej budowie. a) Nazwy podstawnikowe związków zawierających fluorowce tworzy się przez dodanie do nazwy szkieletu węglowego przedrostka: fluoro-, chloro-, bromo- lub jodo i oznaczeniu odpowiednim lokantem jego położenia; zachowuje się przy tym reguły stosowane dla alkanów (kolejność alfabetyczną, najniższy zestaw lokantów, itd.).

b) Nazwy grupowo-funkcyjne składają się z dwóch słów; pierwsze słowo to „fluorek”, „chlorek”, „bromek” lub „jodek”, a następnie wymienia się nazwę grupy organicznej. Izomeria Izomeria łańcuchowa -związki o tym samym wzorze sumarycznym występują w postaci łańcuchów prostych i rozgałęzionych. Izomeria położenia – związana z rzędowością fluorowcoalkanu ( I –rzędowy, II- rzędowy, III – rzędowy). Izomeria optyczna – enancjomery, diastereoizomery

Otrzymywanie fluorowcoalkanów W wyniku bezpośredniego fluorowcowania alkanów W wyniku przyłączania fluorowcowodorów HX i fluorowców X2 do weglowodorów nienasyconych CH3CH=CH2 + Br2 --> CH3CHBr-CH2Br W reakcji addycji jonowej H-X do podwójnego wiązania C=C w alkenach atom wodoru przyłącza się do tego atomu węgla, przy którym znajduje się więcej atomów wodoru (mniej podstawników alkilowych), zaś X do drugiego atomu C podwójnego wiązania (reguła Markownikowa). W wyniku wymiany grupy hydroksylowej OH w alkoholach C2H5OH + HBr ---> C2H5Br + H2O

Podstawową metodą otrzymywania halogenoalkanów jest reakcja wymiany grupy hydroksylowej alkoholi na atom fluorowca pod wpływem odpowiedniego halogenowodoru. Reakcję katalizują jony wodorowe, stąd czasem do reakcji stosuje się kwas siarkowy i odpowiedni halogenek sodu. Czasem w trakcie reakcji podstawienia dochodzi do przegrupowania i fluorowiec zostaje podstawiony przy sąsiednim węglu w stosunku do węgla podstawionego hydroksylem. Chlorowcowanie (głównie bromowanie i jodowanie) lepiej przeprowadzać za pomocą bromku fosforu (lub działaniem jodu i fosforu), unika się wówczas przegrupowań. Reakcja jest bardziej "przewidywalna"

Właściwości fizyczne Halogenki alkilowe są zazwyczaj cieczami o dość wysokiej temperaturze wrzenia, zawsze wyższej niż temperatura wrzenia analogicznych alkanów. Podwyższenie temperatury wrzenia spowodowane jest większa masą cząsteczkową w stosunku do masy cząsteczkowej węglowodorów z których powstały. Z tej samej przyczyny temperatura wrzenia halogenoalkanów o takim samym łańcuchu rośnie wraz ze wzrostem masy chlorowca: F, Cl, Br, I.  W wodzie i polarnych rozpuszczalnikach nie rozpuszczają się wcale lub bardzo słabo, bowiem nie tworzą wiązań wodorowych, a ich polarność skupia się jedynie w obrębie jednego wiązania C–X. Dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych. Temperatura wrzenia fluorowcoalkanów wzrasta wraz ze zwiększaniem się: masy atomowej fluorowca masy cząsteczkowej związku liczby atomów fluorowca Fluorowcoalkany trzeciorzędowe mają niższą temperaturę wrzenia niż fluorowcoalkany drugo- i pierwszorzędowe.

Właściwości chemiczne fluorowcoalkanów Halogenki alkilowe wykazują dużą aktywność chemiczną. Na skutek dużej różnicy elektroujemności węgla i fluorowca następuje przesuniecie wspólnej pary elektronowej w kierunku tego drugiego Najsilniejsze wiązania tworzy fluor, a najsłabsze jod. Najłatwiej substytucji i eliminacji ulegają jodki a najtrudniej chlorki alkilowe. Fluorki alkilowe wykazują bierność w reakcjach podstawiania i odszczepiania. Polarność wiązania sprawia, że atom węgla stanowi centrum elektrofilowe a atom fluorowca nukleofilowe. Ponieważ nukleofilowe centra w halogenkach są słabe najbardziej prawdopodobnym zachowaniem jest ich działanie jako czynników elektrofilowych z wykorzystaniem centrów elektrofilowych na atomie węgla Najważniejsze reakcje jakim ulegają halogenki alkilowe to: A. Substytucja elektrofilowa, podczas której atakujący nukleofil zastępuje fluorowiec

Reakcje charakterystyczne: B. Eliminacja podczas której halogenek alkilowy traci cząsteczkę HX i przekształca się w alken Reakcje charakterystyczne: reakcje podstawienia nukleofilowego atomu fluorowca z wodnymi roztworami wodorotlenków litowców 

2) reakcje eliminacji z wodą z amoniakiem cząsteczki fluorowcowodoru cząsteczki fluorowca (zachodzi dla difluorowcopochodnych alkilowych zawierających atomy fluorowca związane z sąsiadującymi atomami węgla)

Zmieniając rozpuszczalnik reakcji wymiany fluorowca na grupę hydroksylową dochodzi do eliminacji fluorowca i powstaniu węglowodoru nienasyconego Środowisko reakcji to: stężona zasada i alkohol etylowy Kierunek eliminacji określa reguła Zajcewa: „ W reakcjach eliminacji, w których powstaje wiązanie C=C, powstają zawsze w przewadze bardziej rozgałęzione izomery.” W przypadku reakcji eliminacji halogenowodorów z halogenków alkilowych z reguły tej wynika, że jako produkt główny powstaje alken zawierający maksymalną liczbę grup alkilowych przy atomach węgla posiadających wiązanie podwójne.

Reakcje eliminacji i substytucji zachodzą często jako procesy konkurencyjne, a powstanie produktów zależy do warunków prowadzenia reakcji. Chalogenoalkany są też stosowane do wydłużania i rozgałęziania łańcuchów alkanów – synteza Wurtza R1X +2 Na + XR1 --> R1-R1 + 2NaX C2H5-Br + 2Na + Br-C2H5 --> C2H5-C2H5 + 2NaBr

FLUOROWCOPOCHODNE ALKENYLOWE FLUOROWCOPOCHODNE ALKENYLOWE Otrzymywanie addycja fluorowcowodorów do alkinów eliminacja cząsteczki fluorowcowodoru z odpowiednich difluorowcoalkanów Właściwości Fluorowcopochodne alkenylowe są mało reaktywne. Wynika to z oddziaływania wolnych par elektronowych atomu X z elektronami z obszaru orbitalnego π wiązania podwójnego C=C .

Otrzymywanie chlorku winylu metodą dwustopniową Polimeryzacja otrzymanego monomeru – otrzymywanie PCV Otrzymywanie teflonu CHCl3 ---SbF3---> CHClF2 2CHClF2 ---800°C---> CF2=CF2 perfluoroetylen nCF2=CF2 ---p, T---> [-CF2 - CF2-]n teflon

FLUOROWCOPOCHODNE ARYLOWE Halogenki arylowe to fluorowcozwiązki, w których atom fluorowca jest związany z aromatycznym atomem węgla o hybrydyzacji sp2. Przykłady Właściwości fizyczne Halogenki arylowe są cieczami lub ciałami stałymi, nie rozpuszczającymi się w wodzie. Posiadają charakterystyczne zapachy.

Katalizowane podstawienie atomu wodoru fluorowcem Otrzymywanie Katalizowane podstawienie atomu wodoru fluorowcem Podobnie jak bromowanie biegnie reakcja chlorowania arenów. Jodowanie w takich samych warunkach jest reakcją odwracalną i do przesunięcia równowagi na prawo potrzebny jest utleniacz utleniający wydzielający się jodowodór. Do tego celu stosuje się nadtlenek wodoru, kwas azotowy (V) lub sole miedzi (II).

Właściwości chemiczne Reakcje podstawienia nukleofilowego w fluorowcopochodnych aromatycznych zachodzą bardzo trudno Hydroliza fluorowcopochodnych arylowych Reakcję prowadzi się ze stężonym wodorotlenkiem sodu w odpowiednich warunkach temperatury i ciśnienia, otrzymując fenolan. Fenolan przekształca się z użyciem dwutlenku węgla w fenol. Jest to jedna z metod otrzymywania fenoli

Zastosowanie wybranych fluorowcopochodnych Do najpopularniejszych fluorowcowęglowodorów należą:  tetrachlorek węgla, chloroform, freony, teflon i polichlorek winylu (PCW, lub z angielska PCV). Tetrachlorek węgla (tetrachlorometan CCl4) ze względu na symetryczną budowę jest niepolarnym rozpuszczalnikiem, o gęstości znacznie przekraczającej gęstość wody i praktycznie nie mieszający się z wodą. Z powodu swoich właściwości często używany jest do ekstrakcji związków niepolarnych. Ze względu na niepalność był stosowany w gaśnicach (gaśnice tetrowe), ponieważ jednak w wyższych temperaturach tworzy z tlenem z powietrza trujący fosgen (COCl2) został wycofany z powszechnego użycia. Chloroform CHCl3, rozpuszczalnik, dość lotny, bardziej polarny niż tetrachlorek węgla, wykazuje, jak większość fluorowcopochodnych działanie narkotyczne. Pod ogólną nazwą freony kryją się związki węgla z fluorem i chlorem, np. CFCl3, CF2Cl2, które ze względu na dużą lotność i duże ciepło parowania były stosowane jako czynnik chłodzący w urządzeniach chłodniczych (np. lodówkach domowych). Ze względu na udział w procesie niszczenia warstwy ozonowej atmosfery ziemskiej zostają wycofywane z użycia

Wiele fluorowcowych pochodnych alkanów i alkenów znajduje zastosowanie jako rozpuszczalniki, szczególnie do ekstrakcji. Polimery otrzymywane z fluorowcoalkenów znalazły wiele zastosowań w życiu codziennym. Do najpopularniejszych należy PCW - polichlorek winylu. Dodatki różnych wypełniaczy lub plastyfikatorów pozwalają otrzymywać materiały do produkcji folii, elastycznych węży aż po twarde i mechanicznie odporne rury i kształtki. Drugim bardzo popularnym polimerem jest teflon, politetrafluoroetylen.   (-CF2-CF2-)n Stosowany ze względu na wytrzymałość na wysokie temperatury, chemiczną bierność i dobre właściwości mechaniczne oraz niski współczynnik tarcia. Stosowany od pokrywania patelni warstwą zapobiegającą przywieraniu smażonego pożywienia po łożyska i technikę kosmiczną

Dla zainteresowanych Związki Grignarda to związki magnezoorganiczne o ogólnym wzorze RMgX, gdzie: R - rodnik węglowodorowy, X - atom fluorowca. Związki Grignarda powstają w reakcji halogenków alkilowych lub arylowych z magnezem w środowisku bezwodnego eteru dietylowego. Metody syntezy związków metaloorganicznych halogenek alkilu z metalem (wymiana fluorowca na metal) R-X + Na + K + Li + Mg + Zn + Hg  R-Na + NaX  R-K + KX  R-Li + LiX  R-Mg-X  R-Zn-X  R-Hg-X R= allil, benzyl, X=I,Br związek metaloorganiczny z metalem (wymiana metalu na inny metal) 3R2Hg + Al  2R3Al + 3Hg R2Hg + 2Me  2R-Me + Hg Me = K, Na, Li

Zastosowanie związków metaloorganicznych: związki sodo- , potaso- i litoorganiczne wykorzystywane są najczęściej jako silne zasady w celu utworzenia C-nukleofila (metalacji), który następnie może reagować np. z halogenkiem alkilu związki magnezoorganiczne synteza alkoholi: R-MgX + R’-CO-R”  R’-CRR”-OMgX synteza kwasów: R-MgX + CO2  RCOOMgX synteza innych związków metaloorganicznych

Źródło Lencka, Dmitruk - Repetytorium z chemii Chemia Organiczna - Patrick G „ Chemia od A do Z” Klimaszewska http://pl.wikipedia.org/wiki http://www.mlyniec.gda.pl