هالوآلکان

هالوآلکان ها دسته‌ای از مواد آلی هستند که از مولکول‌هایی شامل اتمهای کربن، هیدروژن و هالوژن ساخته شده‌اند. در هالوآلکان‌ها، فراوانی اتم‌های کلر و برم بیش‌تر از اتم‌های فلوئور و ید است.

برای نام‌گذاری هالوآلکان‌ها، از پیشوند «هالو» قبل از نام آلکان استفاده می‌شود و شماره کربن حامل اتم هالوژن هم در ابتدا می‌آید. به طور مثال، «برمومتان» نام ترکیبی به فرمول CH₃Br و «2-کلروپنتان» نام ترکیبی با فرمول C₅H₁₁Cl و ساختار CH₃CHClCH₂CH₂CH₃ است.

قطبیت و نیروهای بین مولکولی

اگر هالوژن در مولکول هالوآلکان را با نماد X نمایش دهیم؛ تنها پیوند کووالانسی قطبی در این مولکول‌ها، پیوند C-X است و هر چه از سمت فلوئور به ید برویم، با کاهش الکترونگاتیوی اتم هالوژن، میزان قطبیت پیوند هم کاهش می‌یابد. از طرفی باید این مطلب را هم در نظر داشته باشیم که با بزرگ شدن اندازه گروه آلکیل، قسمت غیرقطبی مولکول حجیم می‌شود. پس هالوآلکان‌ها را (بسته به نوع هالوژن و گروه آلکیل) می‌توان مولکول‌هایی قطبی تا کاملاً غیرقطبی در نظر گرفت. نیروی بین مولکولی اصلی در هالوآلکان‌ها، نیروی پراکندگی لاندن است که در نواحی نزدیک به گروه عاملی (همان پیوند C-X) با نیروی دوقطبی-دوقطبی هم همراه است.

نقطه ذوب و جوش

با افزایش ابعاد مولکول‌ها و در نتیجه آن، شدت گرفتن نیروهای لاندن، نقطه ذوب و جوش هالوآلکان‌ها افزایش می‌یابد. در مورد گروه‌های آلکیل یکسان، با بزرگ شدن و سنگین شدن اتم هالوژن، شاهد افزایش نقطه جوش هستیم. به طور مثال نقطه ذوب برموبوتان از برمواتان و نقطه جوش یدومتان از کلرومتان بیش‌تر است. اگر تعداد اتم‌های هالوژن در یک مولکول افزایش یابد، منجر به افزایش نقطه ذوب و جوش می‌شود. مثلاً نقطه جوش دی‌برمومتان (CH₂Br₂) از برمومتان بیش‌تر است. نقطه جوش هالوآلکان‌ها از نقطه جوش آلکان هم‌کربن بیش‌تر است (به دلیل جرم مولکولی بیش‌تر).

انحلال‌پذیری

هالوآلکان‌ها به علت قطبیت کمی که دارند، در آب نامحلولند. این پدیده احتمالاً به دلیل ناتوانی در تشکیل پیوند هیدروژنی است. هالوآلکان‌ها در حلال‌های آلی معمولی مثل بنزن و اتر و کلروفرم (یک هالوآلکان با فرمول مولکولی CHCl₃) حل می‌شوند.

چگالی

ترکیب‌های کلروآلکان معمولاً چگالی کم‌تری از آب دارند. اما ترکیب‌های پلی‌کلرو و برمو و یدو از آب چگال‌تر هستند و حتی چگالی‌شان تا بیش از سه برابر آب هم می‌رسد.

تبدیل به الکل

هالوآلکان‌ها در واکنش با آب (به کندی) و در واکنش با بازها (با سرعت بیش‌تر) به الکل (R-OH) تبدیل می‌شوند. در این واکنش، هالوژن از آلکیل جدا شده و گروه هیدروکسیل (OH-) جای آن را می‌گیرد. این تبدیل که در دسته واکنش‌های جانشینی هسته‌دوستی آلیفاتیک قرار می‌گیرد؛ می‌تواند با دو سازوکار S_N1 و S_N2 پیش برود.

تبدیل به آلکن

اگر هالوآلکان‌ها یک مولکول هیدروژن هالید (HX) از دست بدهند؛ به آلکنها تبدیل می‌شوند. این واکنش حذفی در محیط قلیایی و در اثر حرارت ملایم رخ می‌دهد. دو سازوکار E1 و E2 در این واکنش‌ها بسیار متداول هستند. در این واکنش‌ها علاوه بر اتم هالوژن، یک اتم هیدروژن از کربن مجاور کربن حامل هالوژن جدا می‌شود و بین دو اتم کربن، یک پیوند دوگانه ایجاد می‌گردد.

تهیه واکنش‌گر گرینیارد

هالوآلکان‌ها با پودر منیزیم واکنش داده و واکنش‌گرهای گرینیارد با فرمول کلی RMgX را می‌سازند. نکته بسیار مهم در این سنتز، آن است که به هیچ وجه مواد اسیدی نباید در محیط واکنش حضور داشته باشند؛ وگرنه واکنش‌گر گرینیارد تولید نمی‌شود یا به محض تولید، با آن‌ها وارد واکنش می‌شود. معمولاً از اترهای خشک و آب‌گیری‌شده به عنوان حلال در این واکنش استفاده می‌کنند.

شیمی آلی؛ موریسون و بوید؛ ویرایش ششم؛ فصل5