Halogenderiváty a dusíkaté deriváty

Charakteristika

  • deriváty uhlovodíků, kdy jeden, nebo více H je nahrazeno X (halogenem)
  • nepolární látky > C-X polární vazba
  • ve vodě nerozpustné
  • dobře se mísí s jinými nepolárními organickými sloučeninami
  • substituční a eliminační reakce
  • nejčastější: chlorové deriváty
  • ohrožení životního prostředí > freony (2 halogeny > 1 z nich F)
  • nevyskytují se v přírodě

Rozbor struktury

  • R (aryl/alkyl) – X

Názvosloví

  • předpona halogen + uhlovodík chlormethan (systematické) <> methylchlorid (dvousložkové)
  • časté triviální názvy
  • CH2Cl – CH2Cl                    1,2-dichlorethan
  • CHCl3                                   trichlormethan (chloroform)
  • CH3 – CHBr – CH2Cl         2-brom-1-chlor-propan
  • CH3Cl                                    chlormethan (methylchlorid)
  • CH2=CHCl                           chlorethen (vinilchlorid)
  • CH2Br – CH2Br                   1,2-dibromethan
  • CHI3                                      trijódmethan (jodoform)
  •                                                1,2,3,4,5,6-hexachlorcyklohexan (HCH)

CH3-CH-CH-CH3>CH3-CH=CH-CH3+CH2=CH-CH2-CH3+HBr  – alkylhalogemidy

Chemické vlastnosti

  • Cδ+-Xδ- vazby
    • Polární > snadné heterolytické štěpení
    • > polarita vazby: rozdíl elektronegativit (polární vazba) – polarita ↑ stoupá (nej F)
    • polarizovatelnost vazby: schopnost vazby polarizovat se (posun páru k elektronegativnějšímu atomu) – polarizovatelnost ↓ stoupá
    • Nejreaktivnější: jodové deriváty (nej polarizovatelnost)

 

  • fyzikální vlastnosti
    • nejnižší plyny > ostatní kapaliny (charakteristický zápach – chloroform), pevné látky (jodoform)
    • fyziologické účinky: narkotické (chloroform, tetrachlormethan) nebo slzotvorné účinky (benzylchlorid)
    • jedovaté (složitější) > insekticidy
    • karcinogenní: ukládání v tucích (v organismu)
    • nerozpustné ve vodě, nepolárními rozpouštědly

Příprava: z uhlovodíků (adice, radikálová substituce)

Využití těchto sloučenin v praxi

  • Freony: nejedovaté, nehořlavé, stálé kapaliny (chladničky, spreje, hasící přístroje)
  • Halothan: anestetikum
  • Tetrafluorethylen: polymerace na teflon – odolný chemikáliím, tepelně odolný
  • Methylchlorid: plyn, chladící zařízení, narkotické účinky, karcinogenní
  • Di/tri/tetra chlormethan: karcinogenní, narkotické kapaliny, nepolární rozpouštědla
  • Trichlorethylen: kapalina, chemické čištění – čistírny, rozpouštědlo
  • Vinylchlorid: karcinogenní plyn > polymerací PVC
  • Chloropren: kapalina > chloroprenový kaučuk
  • Jodoform: žluté krystalky, dezinfekční účinky
  • Chlorbenzen: bezbarvá kapalina, výroba aromatických sloučenin

Objasnit principy výroby plastů na bázi halogenderivátů (PVC, teflon)

  • polymerace: adice

Pesticidy

Insekticidy

  • DDT: usazování v organismech, teratogen, karcinogen
  • HCH: jedovatý
  • Chlormethan
  • Herbicidy

Anestetika

  • Halothan
  • Methylchlorid
  • Trichlormethan
  • Chlorethan

Role halogenderivátů při znečišťování životního prostředí

  • DDT: usazování v organismech, teratogen, karcinogen
  • freony (CCl2F2, CCl3F): ozónová díra
  • ftaláty: toxické, nemocniční vybavení, do PVC, karcinogenní
  • PCB (polychlorované bifenyly): karcinogenní, špatně odbouratelné, barvy
  • dioxiny: při spalování Cl, karcinogenní, toxické, špatně rozpustné, TCDB – dioxin, Spolana Neratovice

Nitrosloučeniny – charakteristika, výroba, význam

  • obsahují nitroskupinu NO2
  • rezonanční struktura (delokalizované π elektrony)
  • systematické názvosloví (nitro…)
  • příprava: nitrací (nitrační směs HNO3 + H2SO4)
  • významné aromatické sloučeniny
  • nitrobenzen: kapalina vonící po hořkých mandlích > anilin (jedovatý, barvičky)
  • 2,4,6-trinitrotoluen TNT/tritol – vysoce explozivní

Aminy – rozdělení, chemické vlastnosti a význam

  • deriváty amoniaku NH3 – aminoskupina, trojvazný N
  • zásadité (volný elektronový pár na dusíku)
  • nukleofilní činidlo
  • aromatické > volný elektronový pár do struktury > méně reaktivní
  • konjugované elektronové páry: střídají se > stabilizovanost
  • primární: R-NH2                       sekundární: R-NH-R                       terciární: R-NR-R
  • nejnižší: plyny, zápach po amoniaku, rozpustné ve vodě(vodíkové vazby)
  • vyšší kapaliny/od kondenzovaných uhlovodíků: pevné, krystalické, bez zápachu
  • s molekulovou hmotností klesá rozpustnost ve vodě
  • Hexan-1,6-diamin: polyamid > nylon
  • Benzenamin (anilin): jedovatá kapalina, syntéza
  • Aromatické aminy: azobarviva (diazotace, kopulace)

Diazotace

  • reakce aryl-aminů s kyselinou dusitou (HNO2) v přítomnosti anorganické kyseliny (HCl) za vniku diazoniových solí (výchozí látky pro výrobu a přípravu dalších organických látek)
  • anilin (benzen-NH2) + HNO2 + HCl > benzendiazonium chlorid [benzen-N+XN]Cl + H2O
  • Ar–NH2 + HNO2 + HCl —–> [Ar–N+≡N]Cl + 2 H2O

Kopulace

  • reakce diazoniové soli s fenoly/arylaminy > azobarviva
  • [Ar–N+≡N]Cl + Ar–NH2 —–> Ar–N=N–Ar–NH2 + HCl
  • [Ar–N+≡N]Cl + Ar–OH —–> Ar–N=N–Ar–OH + HCl

Další reakce

  • benzendiazonium chlorid + H2O > fenol + N2 + HCl
  • benzendiazonium chlorid + jodidy (KI) > jódbenzen + N2 + KCl (Cl)

Potravinářská barviva

  • barviva: látky rozpustné ve vodě
  • pigmenty: nerozpustné ve vodě (jako suspenze)
  • E100 – E199
  • azobarviva – N = N – (Tartazin)
  • deriváty triarylmethanu
  • deriváty chinonů (ketony)
  • polyenová barviva (nenasycené uhlovodíky)
  • deriváty indolu (heterocyklus)
  • olygopyrrolová barviva