Halogenering

Inom kemi är halogenering en kemisk reaktion som innebär att en eller flera halogener införs i en förening . Halidhaltiga föreningar är genomgående, vilket gör denna typ av omvandling viktig, t.ex. vid framställning av polymerer, läkemedel. Denna typ av konvertering är faktiskt så vanlig att en omfattande översikt är utmanande. Denna artikel behandlar huvudsakligen halogenering med hjälp av elementära halogener (F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ , I ₂ ). Halider introduceras också vanligtvis med användning av salter av halogeniderna och halogensyrorna. Många specialiserade reagens existerar för och introducerar halogener i olika substrat, t.ex. tionylklorid .

Organisk kemi

Det finns flera vägar för halogenering av organiska föreningar, inklusive friradikalhalogenering , ketonhalogenering , elektrofil halogenering och halogenadditionsreaktion . Substratets natur bestämmer vägen. Möjligheten att halogenering påverkas av halogenen. Fluor och klor är mer elektrofila och är mer aggressiva halogeneringsmedel. Brom är ett svagare halogeneringsmedel än både fluor och klor, medan jod är det minst reaktiva av dem alla. Möjligheten för dehydrohalogenering följer den omvända trenden: jod avlägsnas lättast från organiska föreningar och organofluorföreningar är mycket stabila.

Fri radikal halogenering

Halogenering av mättade kolväten är en substitutionsreaktion. Reaktionen kräver typiskt fria radikaler. Regionkemin för halogeneringen av alkaner bestäms till stor del av den relativa svagheten hos CH-bindningarna. Denna trend återspeglas av den snabbare reaktionen vid tertiära och sekundära positioner.

Fluoreringar med elementärt fluor ( F ₂ ) är särskilt exoterma, så mycket att det krävs mycket specialiserade förhållanden och apparater. Metoden elektrokemisk fluorering genererar små mängder elementärt fluor in situ från vätefluorid . Metoden undviker farorna med att hantera fluorgas. Många kommersiellt viktiga organiska föreningar är fluorerade med denna teknik. Bortsett från F ₂ och dess elektrokemiskt genererade ekvivalent, används kobolt(III)fluorid som källor till fluorradikaler.

Friradikalklorering används för industriell produktion av vissa lösningsmedel:

{\ce {CH4 + Cl2 -> CH3Cl + HCl}}

Naturligt förekommande organobrominföreningar produceras vanligtvis genom fria radikaler som katalyseras av enzymet bromperoxidas . Reaktionen kräver bromid i kombination med syre som oxidationsmedel. Haven beräknas släppa ut 1–2 miljoner ton bromoform och 56 000 ton brommetan årligen.

Jodoformreaktionen , som involverar nedbrytning av metylketoner , fortskrider genom friradikaljodering.

Tillsats av halogener till alkener och alkyner

Omättade föreningar, särskilt alkener och alkyner , tillsätter halogener:

{\ce {RCH=CHR' + X2 -> RCHX-CHXR'}}

Vid oxiklorering fungerar kombinationen av väteklorid och syre som ekvivalenten till klor, vilket illustreras av denna väg till dikloretan:

{\ce {2 HCl + CH2=CH2 + 1/2 O2 -> ClCH2CH2Cl + H2O}}

Tillsatsen av halogener till alkener sker via mellanliggande haloniumjoner . I speciella fall har sådana mellanprodukter isolerats.

Struktur av en bromjon

Bromering är mer selektiv än klorering eftersom reaktionen är mindre exoterm . Illustrativt för bromering av en alken är vägen till anestetikumet halotan från trikloretylen :

Jodering kan åstadkommas genom tillsats av jod till alkener. Reaktionen, som lämpligen fortskrider med utsläpp av färgen på I ₂ , är grunden för den analysmetod som kallas jodtal, som används för att mäta graden av omättnad för fetter .

Halogenering av aromatiska föreningar

Aromatiska föreningar är föremål för elektrofil halogenering:

{\ce {RC6H5 + X2 -> HX + RC6H4X}}

Denna typ av reaktion fungerar vanligtvis bra för klor och brom. Ofta används en Lewis-syrakatalysator , såsom järnbromid . Eftersom fluor är så reaktivt måste andra metoder, såsom Balz–Schiemann-reaktionen , användas för att framställa fluorerade aromatiska föreningar. Joderingar kan utföras med vätejodid i närvaro av ett oxidationsmedel som genererar I2 _in situ .

Andra halogeneringsmetoder

I Hunsdiecker-reaktionen omvandlas från karboxylsyror till den kedjeförkortade halogeniden. Karboxylsyran omvandlas först till sitt silversalt, som sedan oxideras med halogen:

{\ce {RCO2Ag + Br2 -> RBr + CO2 + AgBr}}

Oorganisk kemi

Alla element förutom argon, neon och helium bildar fluorider genom direkt reaktion med fluor . Klor är något mer selektivt, men reagerar fortfarande med de flesta metaller och tyngre icke-metaller. Enligt den vanliga trenden är brom mindre reaktivt och jod minst av allt. Av de många möjliga reaktionerna är illustrativt bildandet av guld(III)klorid genom klorering av guld . Kloreringen av metaller är vanligtvis inte särskilt viktig industriellt eftersom kloriderna lättare framställs av oxiderna och vätehalogeniden. Där klorering av oorganiska föreningar praktiseras i relativt stor skala är det för framställning av fosfortriklorid och svavelmonoklorid .

Se även