Hidrocarburos halogenados

Características generales

Los hidrocarburos halogenados se obtienen como resultado de unir átomos de halógeno a la molécula de un compuesto orgánico. Los elementos del grupo 17 de la tabla periódica que intervienen en este tipo de reacciones son el cloro , el bromo, el yodo o el flúor. Los compuestos resultantes a menudo se denominan halocarbonos . Dependiendo del número de átomos de halógeno en una molécula, se distinguen compuestos mono, di, tri y polihalogenados. Es importante recordar que los compuestos químicos que constan únicamente de una cadena de carbono y halógenos unidos a ella también son halocarbonos. Dependiendo del hidrocarburo ‘base’ podemos distinguir:

• Hidrocarburos saturados halogenados: estos compuestos se derivan de los hidrocarburos correspondientes, mediante la sustitución de uno o más átomos de hidrógeno por elementos del grupo 17 de la tabla periódica.
• Hidrocarburos insaturados halogenados: en el caso de los hidrocarburos insaturados, es decir, aquellos con un enlace doble o triple, se añade la molécula de halógeno. Se rompe un enlace insaturado y se unen átomos de halógeno o átomos de hidrógeno y halógeno a los átomos de carbono.
• Hidrocarburos aromáticos halogenados: estos compuestos se forman mediante la reacción de un anillo de benceno y los halógenos correspondientes. En el benceno se sustituyen de uno a seis átomos de carbono, con formación de enlaces carbono-halógeno.

Además, la mayoría de los hidrocarburos halogenados presentan isomería resultante de diferentes posiciones del átomo de halógeno en la molécula. Cuanto más larga sea la cadena de carbonos, mayor será el número de combinaciones posibles. Además, los hidrocarburos halogenados están asociados al concepto del orden de los átomos de carbono . Según este criterio, podemos distinguir átomos de carbono primarios, secundarios y terciarios. Esta clasificación es importante en química orgánica ya que permite predecir las propiedades y reactividad de los compuestos químicos.

Preparación y propiedades.

Preparación

Los hidrocarburos halogenados se pueden obtener de varias formas diferentes. La elección del método de preparación depende de los sustratos y de la eficiencia del proceso general. Las formas básicas de obtención de estos compuestos se enumeran a continuación:

• Reacción de sustitución radical: ocurre con la luz o el calentamiento. Es uno de los métodos básicos para la preparación de haluros de hidrocarburos y se utiliza principalmente para obtener derivados del metano. La sustitución de radicales se produce principalmente en presencia de cloro.
• Reacción de haluros con hidrocarburos insaturados: durante este proceso se añade un haluro o hidruro del elemento correspondiente del grupo 17 de la tabla periódica a un enlace insaturado del hidrocarburo.
• Sustitución electrófila de hidrocarburos aromáticos: se utiliza para producir hidrocarburos halogenados que contienen un anillo de benceno en su molécula. La reacción se lleva a cabo en presencia de un catalizador.
• Reacción de haluros con alcoholes: una molécula de hidruro de halógeno se une a una molécula de alcohol. Los hidruros halógenos más utilizados son HCl o HBr. Como resultado de esta reacción, el grupo hidroxilo se reemplaza por un átomo de cloro o bromo, respectivamente (es una reacción de sustitución). El subproducto es una molécula de agua.

Los derivados halogenados del metano se encuentran entre los derivados más populares de los hidrocarburos saturados, en particular los que contienen moléculas de cloro. La unión de este elemento es un ejemplo de una reacción de sustitución en cadena de radicales iniciada por la luz solar. El metano y el cloro no reaccionan entre sí en la oscuridad. Un átomo de cloro se une a uno de los átomos de hidrógeno de una molécula de metano para formar clorometano y cloruro de hidrógeno. La reacción no termina en esta etapa y otra molécula de cloro reacciona con el clorometano. La sustitución de otro átomo de hidrógeno por cloro da como resultado diclorometano, que en el siguiente paso cambia a triclorometano y luego a tetraclorometano. Este último, también conocido como tetracloruro de carbono, es el producto final de la cloración radicalaria del metano. No es posible una mayor reacción con cloro. En realidad, durante este proceso, la mezcla química final contiene los cuatro clorometanos. Su proporción cuantitativa depende de las condiciones en las que se realiza la reacción (su separación se realiza mediante destilación).

Propiedades

Las propiedades específicas que exhiben los hidrocarburos halogenados individuales dependen directamente del tipo de compuesto orgánico (longitud de la cadena de carbono, presencia de enlaces insaturados, etc.) y del número de átomos de halógeno sustituidos. Como regla general, cuantos más halógenos haya en una molécula, mayor será la densidad y el punto de ebullición de dicho compuesto. Además, en el caso de los isómeros, cuanto más ramificada esté una molécula, menor será su punto de ebullición y mayor será su volatilidad. Los menos activos son los derivados que contienen un átomo de cloro, los más activos son los que tienen bromo y los más activos son los compuestos que tienen átomos de yodo. Todos ellos se descomponen a temperaturas muy altas. Los hidrocarburos halogenados son muy activos químicamente debido a la presencia de un elemento altamente electronegativo en su molécula, como es el flúor. Sufren reacciones como la sustitución electrófila de un halógeno.

Los ejemplos más importantes de hidrocarburos halogenados.

Cloruro de vinilo

El cloruro de vinilo (el nombre común), formalmente llamado cloroeteno o cloroetileno, es el producto de la reacción de adición entre cloruro de hidrógeno y etino, en presencia de un catalizador, a alta temperatura y presión. El cloruro de vinilo es un gas que, como otros derivados del eteno, es susceptible de polimerizarse, dando como resultado una sustancia macromolecular, un polímero: el cloruro de polivinilo , el popular PVC. Es una materia prima duradera y de bajo costo con una amplia gama de aplicaciones industriales y comerciales. Los más populares son los componentes de puertas y ventanas fabricados con cloruro de polivinilo. Además, se utiliza, entre otras cosas, como material para sistemas eléctricos, sanitarios y de ventilación, como aditivo en la fabricación de juguetes, revestimientos de paredes, cortinas aislantes, paneles, carteles publicitarios, prótesis en aplicaciones médicas y mucho más.

freones

Durante décadas, los freones (o CFC) se han utilizado en aerosoles y sistemas de refrigeración para frigoríficos o congeladores. Su uso está ahora prohibido en todo el mundo. Químicamente son derivados clorados y fluorados de hidrocarburos saturados, principalmente metano o etano. Son líquidos muy volátiles que aportan mucha energía calorífica a medida que cambian de estado de la materia. Los freones son insolubles en agua y no presentan actividad química con otros compuestos. Los CFC más conocidos son el diclorodifluorometano y el 1,1,1,2-tetrafluoroetano. Después de años de uso intensivo de los CFC en productos químicos domésticos , se ha demostrado que destruyen la capa de ozono , cuya pérdida aumenta los efectos nocivos de la radiación solar. Estos compuestos son responsables del 14 %del efecto invernadero. Lamentablemente, las moléculas de CFC son persistentes y pueden permanecer en la atmósfera hasta 130 años.

clorobenceno

Entre los hidrocarburos aromáticos halogenados de mayor importancia industrial se encuentra el clorobenceno . Se obtiene por cloración del anillo bencénico con cloro, en presencia de hierro, que cataliza el proceso. El clorobenceno es un líquido incoloro, altamente volátil y altamente soluble en agua con una amplia gama de aplicaciones en la industria química. Este compuesto es un sustrato clave en la producción de agroquímicos , incluidos (pero no limitados a) herbicidas, fungicidas y otros productos fitosanitarios . La industria química utiliza fácilmente el clorobenceno en la industria del plástico , donde sirve como aditivo antioxidante para cauchos o como aditivo en la producción de polianilina. Otros usos del clorobenceno incluyen la producción de colorantes, ingredientes farmacéuticos activos (los llamados API) , disolventes y compuestos químicos.

tetraclorometano

El tetraclorometano (tetracloruro de carbono) es un derivado del metano totalmente clorado. Pertenece al grupo de los halogenoalcanos. A temperatura ambiente es un líquido incoloro y de olor dulce. No es inflamable. Es ligeramente soluble en agua, pero muy bien soluble en disolventes orgánicos. Hasta hace poco se ha utilizado ampliamente como disolvente, sobre todo en la industria química, pero es muy tóxico y peligroso para el medio ambiente. Por este motivo, desde hace varios años el objetivo es reducir significativamente el uso de tetracloruro de carbono. Hoy en día, se puede encontrar en productos como disolventes, agentes de limpieza y lavado o líquidos extintores (especialmente dedicados a la extinción de productos petrolíferos en combustión).