Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu

Prezentacja na temat: "Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu"— Zapis prezentacji:

1 Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl
Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu 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.

2

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

4 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.).

5 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

6 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

7 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"

8 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.

9 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

10 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 

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

12 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.

13 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

14 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 .

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

16 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.

17 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).

18 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

19 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

20 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

21 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

22 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

23 Źródło Lencka, Dmitruk - Repetytorium z chemii Chemia Organiczna - Patrick G „ Chemia od A do Z” Klimaszewska