Idrocarburi alogenati

Caratteristiche generali

Gli idrocarburi alogenati si ottengono attaccando atomi di alogeno alla molecola di un composto organico. Gli elementi del gruppo 17 della tavola periodica coinvolti in tali reazioni sono il cloro , il bromo, lo iodio o il fluoro. I composti risultanti vengono spesso definiti alocarburi . A seconda del numero di atomi di alogeno in una molecola, si distinguono i composti mono-, di-, tri- e polialogenati. È importante ricordare che anche i composti chimici costituiti solo da una catena di carbonio e da alogeni ad essa collegati sono alocarburi. A seconda dell’idrocarburo ‘base’ possiamo distinguere:

• Idrocarburi saturi alogenati – questi composti derivano dai corrispondenti idrocarburi , sostituendo uno o più atomi di idrogeno con elementi del gruppo 17 della tavola periodica.
• Idrocarburi insaturi alogenati – nel caso degli idrocarburi insaturi, cioè quelli con doppio o triplo legame, la molecola di alogeno subisce un’addizione. Un legame insaturo viene rotto e gli atomi di alogeno o gli atomi di idrogeno e di alogeno sono attaccati agli atomi di carbonio.
• Idrocarburi aromatici alogenati – questi composti sono formati dalla reazione di un anello benzenico e dei corrispondenti alogeni. Nel benzene vengono sostituiti da uno a sei atomi di carbonio, con la formazione di legami carbonio-alogeno.

Inoltre, la maggior parte degli idrocarburi alogenati presenta isomerismo derivante dalle diverse posizioni dell’atomo di alogeno nella molecola. Più lunga è la catena del carbonio, maggiore è il numero di combinazioni possibili. Inoltre, agli idrocarburi alogenati è associato il concetto dell’ordine degli atomi di carbonio . Secondo questo criterio possiamo distinguere gli atomi di carbonio primari, secondari e terziari. Questa classificazione è importante in chimica organica poiché consente la previsione delle proprietà e della reattività dei composti chimici.

Preparazione e proprietà

Preparazione

Gli idrocarburi alogenati possono essere ottenuti in diversi modi. La scelta del metodo di preparazione dipende dai substrati e dall’efficienza del processo complessivo. I modi fondamentali per ottenere questi composti sono elencati di seguito:

• Reazione di sostituzione radicale: avviene con la luce o il riscaldamento. È uno dei metodi di base per preparare alogenuri di idrocarburi e viene utilizzato principalmente per ottenere derivati ​​del metano. La sostituzione radicalica avviene principalmente in presenza di cloro.
• Reazione degli alogenuri con idrocarburi insaturi – durante questo processo avviene l’aggiunta di un alogenuro o di un idruro dell’elemento corrispondente del gruppo 17 della tavola periodica a un legame insaturo nell’idrocarburo.
• Sostituzione elettrofila degli idrocarburi aromatici – utilizzata per produrre idrocarburi alogenati contenenti un anello benzenico nella loro molecola. La reazione viene condotta in presenza di un catalizzatore.
• Reazione degli alogenuri con gli alcoli: una molecola di idruro di alogeno è attaccata a una molecola di alcol. Gli idruri di alogeni più comunemente usati sono HCl o HBr. Come risultato di questa reazione, il gruppo ossidrile viene sostituito rispettivamente con un atomo di cloro o bromo (si tratta di una reazione di sostituzione). Il sottoprodotto è una molecola d’acqua.

I derivati ​​alogenati del metano sono tra i derivati ​​più popolari degli idrocarburi saturi, in particolare quelli contenenti molecole di cloro. L’attaccamento di questo elemento è un esempio di reazione di sostituzione della catena radicale avviata dalla luce solare. Metano e cloro non reagiscono tra loro al buio. Un atomo di cloro si lega con uno degli atomi di idrogeno di una molecola di metano per formare clorometano e acido cloridrico. La reazione non termina in questa fase e un’altra molecola di cloro reagisce con il clorometano. La sostituzione di un altro atomo di idrogeno con il cloro dà come risultato il diclorometano, che nella fase successiva si trasforma in triclorometano e poi in tetraclorometano. Quest’ultimo, noto anche come tetracloruro di carbonio, è il prodotto finale della clorazione radicale del metano. Non è possibile un’ulteriore reazione con il cloro. In realtà, durante questo processo, la miscela chimica finale contiene tutti e quattro i clorometani. Il loro rapporto quantitativo dipende dalle condizioni in cui viene eseguita la reazione (la loro separazione viene effettuata mediante distillazione).

Proprietà

Le proprietà specifiche esibite dai singoli idrocarburi alogenati dipendono direttamente dal tipo di composto organico (lunghezza della catena del carbonio, presenza di legami insaturi, ecc.) e dal numero di atomi di alogeno sostituiti. Come regola generale, maggiore è il numero di alogeni presenti in una molecola, maggiore è la densità e il punto di ebollizione di tale composto. Inoltre, nel caso degli isomeri, più una molecola è ramificata, più basso è il suo punto di ebollizione e maggiore è la sua volatilità. I meno attivi sono i derivati ​​contenenti un atomo di cloro, più attivi sono quelli con bromo, ed i più attivi sono i composti aventi atomi di iodio. Tutti si decompongono a temperature molto elevate. Gli idrocarburi alogenati sono molto attivi chimicamente per la presenza nella loro molecola di un elemento altamente elettronegativo, come il fluoro. Subiscono reazioni come la sostituzione elettrofila di un alogeno.

Gli esempi più importanti di idrocarburi alogenati

Cloruro di vinile

Il cloruro di vinile (il nome comune), formalmente chiamato cloroetene o cloroetilene, è il prodotto della reazione di addizione tra acido cloridrico ed etino, in presenza di un catalizzatore, ad alta temperatura e pressione. Il cloruro di vinile è un gas che, come altri derivati ​​dell’etene, è suscettibile alla polimerizzazione, il cui risultato è una sostanza macromolecolare, un polimero – cloruro di polivinile , il popolare PVC. È una materia prima durevole e a basso costo con una vasta gamma di applicazioni industriali e commerciali. I più apprezzati sono i componenti per finestre e porte in cloruro di polivinile. Inoltre, viene utilizzato, tra l’altro, come materiale per impianti elettrici, idraulici e di ventilazione, come additivo nella produzione di giocattoli, rivestimenti murali, tende isolanti, pannelli, pannelli pubblicitari, protesi in applicazioni mediche e molto altro ancora.

Freon

Per decenni, i freon (o CFC) sono stati utilizzati negli aerosol e nei sistemi di refrigerazione per frigoriferi o congelatori. Il loro uso è ora vietato in tutto il mondo. Chimicamente sono derivati ​​clorurati e fluorurati di idrocarburi saturi, principalmente metano o etano. Sono liquidi altamente volatili, che forniscono molta energia termica quando cambiano il loro stato della materia. I freon sono insolubili in acqua e non mostrano alcuna attività chimica con altri composti. I CFC più conosciuti sono il diclorodifluorometano e l’1,1,1,2-tetrafluoroetano. Dopo anni di uso intensivo dei CFC nei prodotti chimici domestici , è stato dimostrato che distruggono lo strato di ozono , la cui perdita aumenta gli effetti dannosi delle radiazioni solari. Questi composti sono responsabili del 14 %dell’effetto serra. Sfortunatamente, le molecole di CFC sono persistenti e possono rimanere nell’atmosfera fino a 130 anni.

Clorobenzene

Tra gli idrocarburi aromatici alogenati di maggiore importanza industriale c’è il clorobenzene . Si ottiene per clorurazione dell’anello benzenico con cloro, in presenza di ferro, che catalizza il processo. Il clorobenzene è un liquido incolore, altamente volatile e altamente solubile in acqua con un’ampia gamma di applicazioni nell’industria chimica. Questo composto è un substrato chiave nella produzione di prodotti chimici per l’agricoltura , inclusi (ma non limitati a) erbicidi, fungicidi e altri prodotti fitosanitari . L’ industria chimica utilizza facilmente il clorobenzene nell’industria della plastica , dove funge da additivo antiossidante per gomme o come additivo nella produzione di polianilina. Altri usi del clorobenzene includono la produzione di coloranti, principi farmaceutici attivi (i cosiddetti API) , solventi e composti chimici.

Tetraclorometano

Il tetraclorometano (tetracloruro di carbonio) è un derivato completamente clorurato del metano. Appartiene al gruppo degli alogenoalcani. A temperatura ambiente è un liquido incolore con un odore dolce. Non è infiammabile. È leggermente solubile in acqua, ma è molto ben solubile nei solventi organici. Fino a poco tempo fa è stato ampiamente utilizzato come solvente, in particolare nell’industria chimica, ma è altamente tossico e pericoloso per l’ambiente. Ecco perché da diversi anni l’obiettivo è ridurre significativamente l’utilizzo del tetracloruro di carbonio. Oggi può essere trovato in prodotti come solventi, detergenti e detergenti o fluidi estintori (dedicati in particolare all’estinzione di prodotti petroliferi in fiamme).