할로알칸

Haloalkane
테트라플루오로에탄(할로알케인)은 상온보다 훨씬 낮은 온도에서 끓는 무색의 액체로 사용 중 뒤집기만 하면 일반적인 통조림 에어캐니스터에서 추출할 수 있습니다.

할로알칸(할로겐화물 또는 할로겐화물이라고도 함)은 하나 이상의 할로겐 [1]치환기를 포함하는 알칸입니다.이들은 할로겐화탄소의 일반 등급의 하위 집합이지만 종종 구별되지는 않는다.할로알칸은 상업적으로 널리 사용된다.그것들은 난연제, 소화제, 냉매, 추진제, 용제, 의약품으로 사용된다.상업에서 널리 사용되면서 많은 할로겐화탄소가 심각한 오염물질과 독소로 밝혀졌다.예를 들어, 클로로플루오로카본은 오존 파괴를 초래하는 것으로 나타났습니다.브롬화메틸은 논란의 여지가 있는 훈증제이다.염소, 브롬, 요오드를 함유한 할로알칸만이 오존층에 위협이 되지만 이론적으로 불소화 휘발성 할로알칸은 온실가스로서 활성이 있을 수 있다.그러나 자연발생 물질인 요오드화메틸은 오존을 감소시키는 특성이 없으며 미국 환경보호청은 이 화합물을 비오존층 감소제로 지정했다.자세한 내용은 할로메탄을 참조하십시오.할로알칸 또는 할로겐화알킬기는 일반식 "RX"를 갖는 화합물이며, 여기서 R은 알킬기 또는 치환된 알킬기, X는 할로겐(F, Cl, Br, I)이다.

할로알칸은 수세기 동안 알려져 왔다.클로로에탄은 15세기에 생산되었다.유기화학의 발달과 알칸의 구조에 대한 이해와 함께 19세기에 이러한 화합물의 체계적인 합성이 발전했다.C-할로겐 결합의 선택적 형성을 위한 방법이 개발되었다.특히 다용도 방법으로는 알켄에 할로겐 첨가, 알켄의 하이드로겐화, 알킬 할로겐화물로의 알코올 전환 등이 있습니다.할로알칸은 할로겐화물이 다른 작용기로 대체될 수 있기 때문에 이러한 방법들은 매우 신뢰성이 높고 매우 쉽게 구현되어 산업 화학에서 저렴하게 사용될 수 있게 되었다.

대부분의 할로알칸이 인간이 [citation needed]만드는 반면, 비인공적인 소스 할로알칸은 대부분 박테리아, 곰팡이, 그리고 특히 해조류에 의한 효소 매개 합성을 통해 지구에서 발생합니다.1600개 이상의 할로겐화 유기물이 확인되었으며, 브로모알칸이 가장 일반적인 할로알칸입니다.생물학에서 브롬화 유기물은 생물학적으로 생성된 메틸 브롬화물에서부터 비알칸 방향족 및 불포화물(인돌, 테르펜, 아세트게닌 및 페놀)[2][3]에 이르기까지 다양하다.육지 식물에서 할로겐화 알칸은 더 드물지만, 예를 들어 적어도 40종의 알려진 식물에 의해 독소로 생성된 플루오로아세테이트와 같이 발생합니다.할로알칸에서 할로겐을 제거하는 박테리아 내 특정 탈할로게나아제 효소도 알려져 있다.

반

구조적인 관점에서, haloalkanes는 할로겐 첨부된 탄소 원자의 연결에 따라 분류될 수 있다.일차(1°)에서Haloalkanes는 할로겐 원자 한명의 다른 알킬 그룹에 소속되어 있는 탄소이다.예를 들면chloroethane(CH3CH2Cl).이차(2°)에서Haloalkanes는 할로겐 원자는 탄소 두 C–C 채권을 가지고 있다.삼차(3)에서Haloalkanes는 할로겐 원자는 탄소 3C–C 채권을 가지고 있다.

Haloalkanes 또한 할로겐의 7그룹의 형식 특정 halogenoalkane에 대한 반응에 따라 분류될 수 있다.Haloalkanes 탄소, organochlorine, 유기 브롬과 유기 요드 유기 불소 화합물에서 각각, 염소, 브롬, 요오드 fluorine 결과에 접착되어 있다.화합물 할로겐 두 종류 이상의 칸도 가능하다.널리 사용되는 haloalkanes의 몇몇 클래스에서 이 방법으로 chlorofluorocarbons(프레온 가스), hydrochlorofluorocarbons(HCFCs)핵(HFC계)분류된다.이러한 약어 특히 haloalkanes의 환경 영향 논의에서 흔하다.

특성.

할로알칸은 일반적으로 무색, 상대적으로 무취, 소수성이라는 점에서 모 알칸과 유사하다.클로로알칸, 브로모알칸, 요도알칸의 녹는점과 끓는점은 유사한 알칸보다 높으며 원자량과 할로겐화물의 수에 따라 비례한다.이러한 효과는 분극성의 증가로 인해 런던 분산에서 쌍극자-쌍극자 상호작용까지 분자간 힘의 강도가 증가했기 때문이다.따라서 테트라요오드메탄(CI
4)은 고체인 반면 테트라클로로메탄(CCL
4)은 액체입니다.그러나 많은 플루오로알칸은 이러한 추세를 거스르고 불소의 분극성이 감소하기 때문에 불소화되지 않은 유사 물질보다 녹는점과 끓는점이 낮습니다.예를 들어, 메탄
4(CH)의 용해점은 -182.5°C인 반면 테트라플루오로메탄(CF)의
4 용해점은 -183.6°C입니다.

할로알칸은 C-H 결합이 적기 때문에 알칸보다 인화성이 낮고 소화기에 사용되는 것도 있다.할로알칸은 극성이 증가하기 때문에 해당 알칸보다 더 좋은 용제입니다.불소 이외의 할로겐을 포함하는 할로알칸은 모 알칸보다 반응성이 더 높습니다. 대부분의 논란의 근거가 되는 것이 이 반응성입니다.대부분은 알킬화제이며, 1차 할로알칸과 더 무거운 할로겐을 함유한 할로겐이 가장 활성적입니다(불화알칸은 정상 조건에서는 알킬화제로 작용하지 않습니다).CFCs의 오존 파괴 능력은 C-Cl 결합의 광분해성으로부터 발생한다.

자연발생

바다는 연간 [4]1백만 톤에서 2백만 톤의 브로모메탄을 방출할 것으로 추정된다.

명명법

IUPAC

할로알칸의 정식 명칭은 할로겐을 알칸의 접두사로 하는 IUPAC 명명법에 따라야 한다.예를 들어 브롬이 함유된 에탄은 브로모에탄, 염소기가 4개인 메탄은 테트라클로로메탄이 된다.그러나 이들 화합물 중 다수는 이미 클로로포름(트리클로로메탄) 및 염화메틸렌(디클로로메탄)과 같이 IUPAC 명명법에 의해 승인되는 사소한 이름을 가지고 있다.하지만 요즘은 IUPAC 명명법이 사용되고 있습니다.명확하게 하기 위해 이 문서는 처음부터 끝까지 체계적인 명명 체계를 따릅니다.

생산.

할로알칸은 거의 모든 유기 전구체로부터 생산될 수 있다.산업의 관점에서 가장 중요한 것은 알칸과 알켄이다.

알칸에서

주요 기사:유리기 할로겐화

알칸은 유리기 할로겐화에 의해 할로겐과 반응한다.이 반응에서 수소 원자는 알칸에서 제거된 후 이원자 할로겐 분자와 반응하여 할로겐 원자로 대체된다.유리 라디칼 할로겐화는 일반적으로 다양한 위치에서 단일 또는 다중 할로겐화 화합물의 혼합물을 생성한다.

알켄과 알킨에서

하이드로겐화에서 알켄은 염화수소(HCl) 또는 브롬화수소(HBr)와 같은 건조할로겐화수소(HX)와 반응하여 모노할로알칸을 형성한다.알켄의 이중 결합은 할로겐과 수소 원자의 두 가지 새로운 결합으로 대체됩니다.마르코프 법칙은 수소의 수가 더 많은 탄소에 수소가 붙어 있다는 것이다.

알케인은 할로겐(X)과2 반응하여 할로겐 첨가 반응으로 두 개의 인접한 할로겐 원자와 할로겐을 형성합니다.알킨은 비슷하게 반응하여 테트라할로 화합물을 형성한다.시약2 X가 착색되어 있고 제품이 보통 무색이고 무취이기 때문에 이것은 때때로 할로겐을 "탈색"하는 것으로 알려져 있습니다.

알코올로부터

알코올은 할로알칸으로 바뀔 수 있다.3차 알코올은 염산과 반응하여 3차 콜로로알칸을 생성합니다.1차 알코올과 2차 알코올에는 염화 아연과 같은 활성제가 필요합니다.이 반응은 Lucas 테스트에서 이용됩니다.

"다젠스 할로겐화"에서 염화티오닐(SOCl)
2은 반응성이 낮은 알코올을 염화물로 변환합니다.오염화인(PCl
5)과 삼염화인(PCl
3) 모두 동일하게 기능한다.

알코올은 마찬가지로 브롬산 또는 삼염화인(PBR3)을 사용하여 브로모알칸으로 전환될 수 있습니다.인과 브롬을 이용한 형질전환에는 촉매량의 PBr을
3 사용할 수 있으며, PBr은 제자리에
3 형성된다.

요오드알칸은 마찬가지로 적색인 및 요오드(삼요오드화 인에 상당)를 사용하여 제조할 수 있다.아펠 반응은 할로겐화 알킬을 준비하는 데도 유용하다.시약은 테트라할로메탄과 트리페닐포스핀이며, 공동 생성물은 할로포름과 트리페닐포스핀 산화물이다.

카르본산으로부터

카르본산으로부터 할로알칸을 합성하는 두 가지 방법은 훈스디커 반응과 코치 반응이다.

생합성

많은 클로로와 브로모알칸은 자연적으로 형성된다.주요 경로는 클로로페르옥시다아제와 브로모페르옥시다아제를 포함한다.

샌드마이어의 방법으로 아민에서

1차 방향족은 아질산나트륨 용액에서 디아조늄 이온을 생성한다.이 용액을 구리액으로 가열하면(II) 염화 디아조늄기는 -Cl로 치환된다.이는 기체 생성물이 아릴할라이드로부터 쉽게 분리될 수 있기 때문에 비교적 쉽게 아릴할라이드를 만들 수 있는 방법이다.

요오드화물을 만들 때는 염화 구리가 필요하지 않다.요오드화칼륨을 첨가하여 가볍게 흔들면 할로알칸이 생성됩니다.

반응

할로알칸은 친핵체에 반응한다.그것들은 극성 분자입니다: 할로겐이 부착된 탄소는 약간 전기음성인 반면 할로겐은 약간 전기음성입니다.이것은 불가피하게 친핵성 인자를 끌어들이는 전자 결핍 탄소를 야기한다.

대체

치환 반응에는 할로겐이 다른 분자로 대체되어 포화 탄화수소와 할로겐화 생성물이 남습니다.할로알칸은 R신톤으로+ 작용하며, 핵 친화체와 쉽게 반응한다.

물이 결합을 깨는 반응인 가수분해는 할로알칸의 친핵성 성질의 좋은 예이다.극성 결합은 수산화 이온인− OH를 끌어당깁니다(aq)(NaOH는 이 이온의 일반적인 공급원입니다).이− OH는 과도한 전자를 가지고 있기 때문에 음전하를 가진 친핵성 물질로, 그것들을 탄소에 기부하고, 이것은 둘 사이에 공유 결합을 일으킨다.따라서 C-X는 이종분해분열로 파괴되어 할로겐화 이온 X를− 생성한다.보시는 바와 같이, OH는 알킬기에 부착되어 알코올을 생성합니다.(예를 들어 브로모에탄 가수분해는 에탄올을 생성한다.)암모니아와 반응하면 1차 아민이 생긴다.

핀켈슈타인 반응에서 클로로알칸과 브로모알칸은 요오드화물로 쉽게 치환된다.생성된 요도알칸은 쉽게 더 많은 반응을 일으킨다.촉매로서 요오드화나트륨을 이용한다.

할로알칸은 이온성 친핵체(예: 시안화물, 티오시안산염, 아지드)와 반응하며 할로겐은 각각의 기로 대체된다.이것은 훌륭한 합성 효용이다: 클로로알칸은 종종 저렴하게 구할 수 있다.예를 들어 치환반응을 거친 후 시아노알칸은 카르본산으로 가수분해되거나 수소화리튬 알루미늄을 사용하여 1차 아민으로 환원될 수 있다.아조알케인은 Staudinger 환원 또는 리튬 알루미늄 하이드라이드에 의해 1차 아민으로 환원될 수 있다.또한 아민 알킬화물, 가브리엘 합성 및 델레핀 반응에서 각각 프탈리미드칼륨 또는 헥사민에 의한 친핵 치환 후 가수분해를 통해 아민 할로겐화물로부터 아민을 제조할 수 있다.

할로알칸알킬화알코올, 아민 및 티올을 염기의 존재 하에서 각각 에테르, N-치환아민 및 티오에테르를 얻는다.마그네슘 소금과 확장된 알킬 화합물을 제공하기 위해 그리냐드 시약으로 대체됩니다.

소거

주요 기사:탈수로할로겐화

탈수로 할로겐화 반응에서 할로겐과 인접한 양성자를 할로겐에서 제거하여 알켄을 형성한다.예를 들어 에탄올 중 브로모에탄과 수산화나트륨(NaOH)을 사용하면 수산화이온− HO는 수소원자를 추출한다.브롬화 이온은 소실되어 에텐, HO2 및 NaBr이 생성됩니다.따라서 할로알칸은 알케인으로 전환될 수 있다.마찬가지로 디할로알칸도 알킨으로 바뀔 수 있다.

관련 반응에서 1,2-디브로모콤파운드를 아연가루로 데브롬화해 알케인을 생성하고, 다이할라이드는 강한 염기와 반응해 카르벤을 얻을 수 있다.

다른.

할로알칸은 원소 마그네슘과 자유방사성 반응을 일으켜 알킬마그네슘 화합물인 그리냐드 시약을 생성한다.할로알칸은 또한 리튬 금속과 반응하여 유기석 화합물을 생성한다.그리냐드 시약과 유기석소 화합물 모두 R 신톤 역할을− 합니다.나트륨과 리튬과 같은 알칼리 금속은 워츠 반응에서 할로알칸을 결합시켜 대칭적인 알칸을 만들 수 있습니다.할로알칸, 특히 요도알칸은 또한 유기 금속 화합물을 만들기 위해 산화 첨가 반응을 겪습니다.

적용들

테프론 구조

염소화 또는 불소화 알켄은 중합된다.중요한 할로겐화 폴리머는 폴리염화비닐(PVC) 및 폴리테트라플루오로에테인(PTFE 또는 테프론)을 포함한다.

플루오르화 알킬
약의 약 5분의 1이 불소를 함유하고 있으며, 여기에는 상위 약품도 포함되어 있습니다.이들 화합물의 대부분은 알킬 플루오르화물입니다.[5]예를 들어 5-플루오로우라실, 플루니트라제팜(로히프놀), 플루옥세틴(프로작), 파록세틴(팍실), 시프로플록사신(시프로), 메플로킨, 플루코나졸 등이 있습니다.불소 치환 에테르는 메톡시플루란, 엔플루란, 이소플루란, 세보플루란 및 데스플루란을 포함한 휘발성 마취제이다.
염화알킬
클로로포름, 디클로로메탄, 디클로로에테인, 트리클로로에탄 등의 저분자량 염소화 탄화수소는 유용한 용제이다.매년 수백만 톤의 염소화 메탄이 생산된다.클로로메탄은 클로로실란과 실리콘의 전구체이다.클로로디플루오로메탄(CHClF2)은 테플론을 [6]만드는 데 사용된다.
알킬 브롬화물
알킬 브롬화물의 대규모 응용은 그 독성을 이용하여 유용성을 제한한다.브롬화메틸도 효과적인 훈증제이지만, 그 제조와 사용은 논란의 여지가 있다.
요오드화 알킬
요오드화 알킬에 대한 대규모 애플리케이션은 알려져 있지 않습니다.요오드화메틸은 유기합성에서 인기 있는 메틸화제이다.
클로로플루오로카본
클로로플루오로카본은 상대적으로 독성이 낮고 기화열이 높아 냉매와 추진제로 거의 보편적으로 사용되었다.1980년대부터 오존층 파괴에 대한 기여가 알려지면서 사용이 점점 제한되었고, 현재는 HFC로 대체되었다.

환경에 관한 고려 사항

잠재적인 독소, 심지어 발암물질로서 클로로카본에 의한 오염이 주목을 받고 있다.마찬가지로 할로겐화탄소의 교정조치에 큰 관심을 보이고 있다.휘발성 할로겐은 탄소-할로겐 결합이 불안정할 수 있기 때문에 광화학적으로 분해된다.어떤 미생물들은 할로겐화 탄소를 제거한다.이 동작은 흥미롭지만 복구 속도는 일반적으로 매우 [7]느립니다.

안전.

할로알칸은 알킬화제로 잠재적 발암물질이다.일반적으로 이 큰 등급의 화합물 중 반응성이 높은 구성원은 [8]사염화탄소처럼 더 큰 위험을 초래한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ The chemistry of the carbon-halogen bond. Saul Patai. London: John Wiley & Sons. 1973. doi:10.1002/9780470771280. ISBN 978-0-470-77128-0. OCLC 520990502.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)
  2. ^ Butler, Alison; Catter-Facklin, Jayen M. (2004). "The role of vanadium bromoperoxidase in the biosynthesis of halogenated marine natural products". Natural Product Reports. 21 (1): 180–188. doi:10.1039/b302337k. PMID 15039842.
  3. ^ Winter JM, Moore BS (2009). "Exploring the chemistry and biology of vanadium-dependent haloperoxidases (Review of vanadium-dependent bromoperoxidases in nature)". J Biol Chem. 284 (28): 18577–81. doi:10.1074/jbc.R109.001602. PMC 2707250. PMID 19363038.
  4. ^ Gordon W. Gribble (1998). "Naturally Occurring Organohalogen Compounds". Acc. Chem. Res. 31 (3): 141–152. doi:10.1021/ar9701777.
  5. ^ Ann M. Thayer "Fabulous Fluorine" Chemical and Engineering News, 2006년 6월 5일 제84권, 페이지 15-24.http://pubs.acs.org/cen/coverstory/84/8423cover1.html
  6. ^ Rossberg, Manfred; Lendle, Wilhelm; Pfleiderer, Gerhard; Tögel, Adolf; Dreher, Eberhard-Ludwig; Langer, Ernst; Rassaerts, Heinz; Kleinschmidt, Peter; Strack (2006). "Chlorinated Hydrocarbons". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a06_233.pub2.
  7. ^ Fetzner, S.; Lingens, F. (1994). "Bacterial dehalogenases: Biochemistry, genetics, and biotechnological applications". Microbiological Reviews. 58 (4): 641–685. doi:10.1128/mmbr.58.4.641-685.1994. PMC 372986. PMID 7854251.
  8. ^ Weber, Lutz W. D.; Boll, Meinrad; Stampfl, Andreas (2003). "Hepatotoxicity and Mechanism of Action of Haloalkanes: Carbon Tetrachloride as a Toxicological Model". Critical Reviews in Toxicology. 33 (2): 105–136. doi:10.1080/713611034. PMID 12708612. S2CID 435416.

외부 링크