Hóa học 11 CD Bài 15: Dẫn xuất halogen

a. Khái niệm

Khi thay thế nguyên tử hydrogen trong phân tử hydrocarbon bằng nguyên tử halogen, được dẫn xuất halogen của hydrocarbon.

- Công thức tổng quát của dẫn xuất halogen:

RXn

+ R: gốc hydrocarbon

+ X: F, Cl, Br, I

+ n: số nguyên tử halogen

b. Đồng phân

- Đồng phân cấu tạo của dẫn xuất halogen gồm có đồng phân mạch carbon, đồng phân vị trí liên kết đối, liên kết ba và đồng phân vị trí nguyên tử halogen.

Ví dụ: Các đồng phân của C4H9Cl:

c. Danh pháp

Danh pháp thay thế

- Trong phân tử dẫn xuất halogen, các nguyên tử halogen được coi là nhóm thế halogeno (fluoro, chloro, bromo, iodo) gắn vào mạch chính của hydrocarbon.

- Đánh số thứ tự chỉ vị trí nguyên tử carbon mạch chính sao cho tổng số của số chỉ vị trí của các nhóm thể là nhỏ nhất.

- Trong trường hợp tổng số của số chỉ vị trí của các nhóm thế bằng nhau thì đánh số thứ tự các nguyên tử carbon ở mạch chính ưu tiên từ phía gần nguyên tử halogen.

- Đối với dẫn xuất halogen không no, ưu tiên đánh số từ phía đầu mạch gần liên kết bội hơn.

- Tên thay thế của các dẫn xuất halogen được gọi như sau:

Ví dụ:

- Một số ít dẫn xuất halogen được gọi theo tên thường

- Ngoài danh pháp thay thế và danh pháp thông thường, nhiều dẫn xuất halogen được gọi theo danh pháp gốc - chức.

- Tên gốc hydrocarbon - halide:

CH3-Cl: methyl chloride

CH2=CH-Cl: vinyl chloride

C6H5-Br: phenyl bromide

C6H5CH2-Cl: benzyl chloride

- Phân tử của dẫn xuất halogen phân cực nên chúng có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao hơn các hydrocarbon có phân tử khối tương đương.

- Ở điều kiện thường, một số chất có phân tử khối nhỏ (CH3CI, CH3F,...) ở trạng thái khí. Các dẫn xuất có phân tử khối lớn hơn ở trạng thái lỏng hoặc rắn.

- Các dẫn xuất halogen hầu như không tan trong nước, tan tốt trong các dung môi hữu cơ như hydrocarbon, ether.

Hình 15.1. Một số dẫn xuất halogen

Trong phân tử dẫn xuất halogen, liên kết C−X phân cực về phía nguyên tử halogen, nguyên tử carbon mang một phần điện tích dương và nguyên R-X tử halogen mang một phần điện tích âm. Vì vậy, liên kết C−X dễ bị phân cắt trong các phản ứng hoá học.

a. Phản ứng thế nguyên tử halogen bằng nhóm -OH

- Các dẫn xuất halogen có thể tham gia phản ứng với dung dịch kiềm, nguyên tử halogen bị thay thế bởi nhóm OH, tạo thành alcohol theo phản ứng:

Ví dụ: CH3CH2CH2Cl + NaOH (xrightarrow{{{t}^{o}}}) CH3CH2CH2OH + NaCl

b. Phản ứng tách hydrogen halide

- Các dẫn xuất monohalogen của alkane có thể bị tách hydrogen halide tạo thành alkene theo sơ đồ sau:

- Phản ứng xảy ra khi đun nóng dẫn xuất halogen với base mạnh như NaOH, RONa trong dung môi alcohol.

Ví dụ: CH3CH2Br (xrightarrow{NaOH/{{C}_{2}}{{H}_{5}}OH,{{t}^{0}}}) CH2=CH2 + HBr

Phản ứng tách xảy ra theo quy tắc tách Zaitsev (Zai-xép): Trong phản ứng tách hydrogen halide, nguyên tử halogen bị tách ưu tiên cùng với nguyên tử hydrogen ở carbon bên cạnh có bậc cao hơn.

Ví dụ:

CFC và tầng ozone

- Một số dẫn xuất halogen chứa đồng thời chlorine, fluorine như CF2Cl2, CFCl3, C2F4CI2....; được gọi chung là chlorofluorocarbon (viết tắt là CFC). Các hợp chất này trước đây được sử dụng phổ biến trong các hệ thống làm lạnh như tủ lạnh, máy điều hoà nhiệt độ, hệ thống làm lạnh công nghiệp; chất đầy trong các bình xịt,...

- Do ảnh hưởng gây hại đến tầng ozone nên CFC bị hạn chế và cấm sử dụng (Nghị định thư Montréal, 1987).

- Năm 2019, báo cáo của các nhà khoa học cho thấy lỗ thủng ozone đang dần được thu hẹp và dự kiến tầng ozone sẽ được phục hồi hoàn toàn vào năm 2070.

Thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và chất kích thích sinh trưởng thực vật

- Nhiều dẫn xuất của chlorine trước đây được sử dụng phổ biến trong nông nghiệp dùng làm thuốc bảo vệ thực vật, chất kích thích sinh trưởng như thuốc trừ sâu, diệt côn trùng (dichlorodphenyltrichloroethane - DDT, hexachlorocyclohexane - 666), thuốc diệt cỏ, làm rụng lá (2,4-dichlorophenoxyacetic acid-2,4-D, 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid- 2,4,5-T),...

- Do đặc tính khó phân huỷ, tồn dư lâu trong môi trường và có tác hại đến sức khoẻ con người nên các loại hợp chất này hiện nay bị hạn chế hoặc bị cấm sử dụng tại nhiều quốc gia.

Hình 15.2. Ứng dụng của một số polymer được sản xuất từ dẫn xuất halogen