Halogenace

Halogenace je chemická reakce, kterou se zavádí halogen do molekuly organických sloučenin za vzniku halogenderivátů. Obecně to jsou všechny reakce, při kterých se vytváří vazba uhlík-halogen. Podle halogenu (fluor F2, chlor Cl2, brom Br2, jod I2) vstupujícího do reakce se halogenace detailněji nazývá fluorace, chlorace, bromace a jodace. Opačnou reakcí je dehalogenace, kdy je atom halogenu z molekuly odstraněn.

Halogenace probíhá především reakcí elementárních halogenů, solí halogenidů nebo halogenových kyselin s organickými sloučeninami. Nejvhodnějšími sloučeninami pro halogenaci jsou alkoholy, neboť jsou ze všech substrátů nejdostupnější.

Halogenderiváty

Výsledkem halogenace jsou halogenderiváty. Ty hrají významnou úlohu jako alkylační a arylační činidla při zavádění uhlíkatých řetězců do organických molekul, neboť halogenidové ionty se snadno oddělují. +more Z těchto důvodů obvykle halogenderiváty nepředstavují koncové produkty, ale meziprodukty pro další reakce. Například při reakci halogenu s alkenem dochází k rozštěpení π-vazby a vzniku halogenalkanu, který je reaktivnější než původní uhlovodík. Halogeny jsou pak dobrou odstupující skupinou v dalších reakcích, například nukleofilních alifatických substitucích a eliminačních reakcích.

Z technického hlediska je pro výrobu halogenderivátů důležitá dostupnost substrátu, jeho struktura nebo přítomnost dalších funkčních skupin, které by mohly reakci pozitivně ovlivnit. Řada halogenderivátů je v dnešní době vyráběna průmyslově, například nejrůznější polymery nebo léčiva.

Metody halogenace

Metody halogenace nebo také syntézy halogenderivátů jsou velmi rozmanité, nejdůležitější jsou dva typy reakcí:

* adiční reakce (AE, AR) * substituční reakce (SN, SE, SR)

Adiční reakce

Adice halogenů na alkyny a alkeny

Adice halogenů na alkyny a alkeny je reakce, při níž vznikají halogenalkeny nebo halogenalkany. Například reakce alkynů s bromem probíhá ve dvou krocích:

V prvním kroku z bromu a ethynu vzniká dibromethen: 347x347pixelů

:

Ve druhém kroku z dibromethenu vzniká tetrabromethan: 419x419pixelů

Adice halogenovodíků na alkeny nebo alkyny

Adice halogenovodíků na alkeny nebo alkyny je reakcí, při které vznikají halogenalkeny nebo halogenalkany. Příkladem je adiční reakce kyseliny chlorovodíkové s butenem za vzniku chlorbutanu:

375x375pixelů

Adice halogenovodíků HX (X= F, Cl, Br, I) na alkyny a alkeny je jednou z nejstarších metod pro snadnost adice halogenovodíků na jednoduché alkeny. Její význam je však limitován nežádoucími vedlejšími reakcemi. +more Pro adiční reakci halogenovodíků s alkeny platí Markovnikovovo pravidlo:.

Soubor:MarkovnikovRulePropeneHBr.svg

Substituční reakce

Substituční halogenace alkanů

Halogenace alkanů probíhá jako radikálová substituce nebo přesněji radikálová halogenace. K tvorbě radikálů se nejčastěji využívá ultrafialové záření. +more Reakce obvykle probíhá u alkanů a alkylovaných arenů. Radikálovou halogenací se vyrábí například chloroform, dichlormethan a hexachlorbutadien. Příkladem radikálové halogenace je reakce chloru s methanem:.

Soubor:MethaneRadicalChlorination.svg

Substituční halogenace ketonů a aldehydů

Halogenace ketonů a aldehydů probíhá jako elektrofilní substituční reakce. Příkladem může být reakce obecného ketonu s bromem:

489x489pixelů

Substituční halogenace aromatických látek

Halogenace aromatických sloučenin probíhá jako elektrofilní aromatická substituce. Příkladem je chlorace benzenu. +more Chlor reaguje s benzenem za přítomnosti Lewisovy kyseliny a vzniká chlorbenzen a chlorovodík. Jako Lewisova kyselina se používá chlorid železitý nebo chlorid hlinitý. Tyto sloučeniny aktivují chlor, který by jinak s benzenem nereagoval. Reakce s bromem je analogická.

Soubor:Chlorination_benzene.svg

Další substituční halogenace

Pro zavedení halogenu do řetězce derivátů uhlovodíků se využívají například tyto reakce:

* nukleofilní substituce kyslíkaté skupiny v alkoholech, etherech a karboxylových kyselinách * elektrofilní substituce v karbonylových sloučeninách a karboxylových kyselinách

Příklady halogenací

Jednoduchou halogenací je například příprava chloridu zlatitého chlorací zlata. Mezi specifičtější halogenační metody patří Hunsdieckerových reakce (z karboxylových kyselin) a Sandmeyerova reakce (arylhalogenidy).

Syntéza halothanu

Příkladem halogenace je organická syntéza anestetika halotanu z trichlorethylenu, která jako druhý krok zahrnuje bromaci při vysoké teplotě:

vlevo

Chlorace methanu

Chlorace methanu nebo také obecněji radikálová halogenace probíhá ve třech krocích:

1. Iniciace (zahájení, vznik radikálů) : Cl2 → 2 Cl*

2. Propagace (šíření reakce) : Cl* + CH4 → HCl + H3C* : H3C* + Cl2 → CH3Cl + Cl*

3. Terminace (ukončení) : 2 Cl* → Cl2 : Cl* + H3C* → CH3Cl : H3C* + H3C* → CH3CH3

Reference

Externí odkazy

Kategorie:Halogeny