Хімічні властивості галогенпохідних алканів і. Реакції заміщення

Hal в галогеналканах є слабкою основою. Його у вигляді іона легко замістити на сильнішу основу, тобто на іншу нуклеофільну частинку. Тому для галогеналканів характерні реакції нуклеофільного заміщення - S_N.

СН₃Cl + NaOH → CH₃OH + NaCl

Перебіг S_N-реакцій залежить від:

• природи галогену

• структури вуглеводневого радикалу

• активності нуклеофілу

• природи розчинника

Характеристика зв’язку Карбон-галоген

Молекули галогеноалканів мають значну полярність, оскільки містять полярні зв’язки С – Hal. Полярність цих зв’язків зумовлена зміщенням пари електронів до більш електронегативного галогену (галоген проявляє –І-ефект):

δ⁺ δ^-

R – CH₂ Hal

Частковий позитивний заряд на суміжному з галогеном атомі С визначає електрофільний характер і високу реакційну здатність галогеноалканів при взаємодії з нуклеофільними реагентами і реакціях S_N і Е-реакціях (на відміну від алканів). Тому галогеноалкани називають алкілюючими реагентами R–Hal – це сполуки, за допомогою яких вводять алкільні групи (R) в молекули інших речовин (в бензол, спирти).

Із збільшення радіусу галогену (із зменшенням електронегативності) від Флуору до Іоду спостерігається зростання між’ядерної відстані зв’язку С–Hal і зменшення енергії цього зв’язку в ряду C-F > C-Cl > C-Br > C-I. Тобто, найслабкішим і найактивнішим є зв’язок С-І.

1. Гідроліз

Найлегше вступають в реакцію третинні галогеналкани і реакційна здатність їх зменшується в ряду:

СН₃

│

Н₃С – С – СН₃ > Н₃С–СН–СН₃ > Н₃С–СН₂–СН₂–Hal > СН₃–СН₂–Hal > СН₃–Hal

│ │

Hal Hal

СН₃ СН₃

│ │

Н₃С – С – СН₃ + НОН = Н₃С – С – СН₃ + НCl

│ │

Cl OH

Ізобутиловий спирт, трет-бутанол (2-метилпропанол-2)

СН₃Cl + НОН = CH₃OH + НCl

метанол

З водою реакція протікає повільно і оборотньо, тому реакцію проводять в присутності водних розчинів лугів:

метанол

2. Алкоголіз (з алкоголятами або фенолятами – солями спиртів або фенолів) – реакція Вільямсона:

Н₃С—СН₂—Br + CH₃—CH₂—ONa → Н₃С—СН₂—O—CH₂—CH₃ + NaBr

Діетиловий ефір (етер)

Метилфеніловий ефір

3. Амоноліз і аміноліз – взаємодія з амоніаком і амінами

З аміаком - утворюються аміни:

Н₃С—СН₂—Br + NH₃ → Н₃С—СН₂—NH₂ + NH₄Br

етиламін

З первинними амінами – утворюються вторинні аміни:

Н₃С—СН₂—NH₂ + Н₃С—СН₂—Br → Н₃С—СН₂—NH + NH₄Br

│

CH₂—CH₃

діетиламін

4. З солями ціанідної кислоти - ціанідами (утворення нітрилів) – реакція Кольбе

H₃C—Cl + KCN → H₃C—CN + KCl

етанонітрил

5. Утворення тіолів і сульфідів

C H₃-CH₂-Br + NaHS CH₃-CH₂-SH + NaBr

Етантіол (етилмеркаптан)

C H₃-CH₂-Br + Na-S-CH₃ CH₃-CH₂-S- CH₃ + NaBr

Метилтіоетан

(метилетилсульфід)

6. З солями карбонових кислот при нагріванні утворюють естери:

О O

Н ₃С—СН₂—Br + CH₃—C ^t CH₃—C + NaBr

О—Na О—CH₂—CH₃

Етилацетат (етиловий естер оцтової к-ти)

7. Заміна одного галогену іншим – реакція Фінкельштейна

Якщо заміщується Хлор, то використовуються броміди або йодиди лужних металів (так як хлориди лужних металів важче розчиняються ніж броміди та йодиди):

СН₃Cl + NaІ = СН₃І + NaCl

С₂Н₅Cl + NaBr= С₂Н₅Br + NaCl

Якщо заміщується Бром чи Йод, то використовуються солі аргентуму:

R-I + AgCl = R-Cl + AgI

С₂Н₅Br + AgCl = С₂Н₅Cl + AgBr