Halojenlenmiş hidrokarbonlar

Genel özellikleri

Halojenli hidrokarbonlar, halojen atomlarının bir organik bileşiğin molekülüne bağlanması sonucu elde edilir. Bu tür reaksiyonlarda yer alan periyodik tablonun 17. grubundaki elementler klor , brom, iyot veya flordur. Ortaya çıkan bileşiklere genellikle halokarbonlar adı verilir. Bir moleküldeki halojen atomlarının sayısına bağlı olarak mono-, di-, tri- ve polihalojenlenmiş bileşikler ayırt edilir. Yalnızca bir karbon zincirinden ve ona bağlı halojenlerden oluşan kimyasal bileşiklerin de halokarbon olduğunu unutmamak önemlidir. ‘Baz’ hidrokarbona bağlı olarak şunları ayırt edebiliriz:

• Halojenlenmiş doymuş hidrokarbonlar – bu bileşikler, bir veya daha fazla hidrojen atomunun periyodik tablonun 17. grubundaki elementlerle değiştirilmesiyle karşılık gelen hidrokarbonlardan türetilir.
• Halojenli doymamış hidrokarbonlar – doymamış hidrokarbonlar, yani çift veya üçlü bağa sahip olanlar durumunda, halojen molekülü ilaveye uğrar. Doymamış bir bağ kopar ve karbon atomlarına halojen atomları veya hidrojen ve halojen atomları bağlanır.
• Halojenlenmiş aromatik hidrokarbonlar – bu bileşikler, bir benzen halkasının ve karşılık gelen halojenlerin reaksiyonuyla oluşur. Benzende , karbon-halojen bağlarının oluşmasıyla bir ila altı karbon atomu ikame edilir.

Ek olarak halojenlenmiş hidrokarbonların çoğu, moleküldeki halojen atomunun farklı konumlarından kaynaklanan izomerizm sergiler. Karbon zinciri ne kadar uzun olursa olası kombinasyonların sayısı da o kadar fazla olur. Ayrıca halojenlenmiş hidrokarbonlar, karbon atomlarının sırası kavramıyla ilişkilidir. Bu kritere göre birincil, ikincil ve üçüncül karbon atomlarını ayırt edebiliriz. Bu sınıflandırma, kimyasal bileşiklerin özelliklerinin ve reaktivitesinin tahmin edilmesine izin verdiği için organik kimyada önemlidir.

Hazırlık ve özellikler

Hazırlık

Halojenlenmiş hidrokarbonlar birkaç farklı yolla elde edilebilir. Hazırlama yönteminin seçimi substratlara ve genel sürecin verimliliğine bağlıdır. Bu bileşikleri elde etmenin temel yolları aşağıda sıralanmıştır:

• Radikal ikame reaksiyonu – ışık veya ısıtma ile oluşur. Hidrokarbon halojenürlerin hazırlanmasına yönelik temel yöntemlerden biridir ve öncelikle metan türevlerinin elde edilmesinde kullanılır. Radikal ikame esas olarak klor varlığında meydana gelir.
• Halojenürlerin doymamış hidrokarbonlarla reaksiyonu – bu işlem sırasında, periyodik tablonun 17. grubundan ilgili elementin bir halojenür veya hidritinin hidrokarbondaki doymamış bir bağa eklenmesi gerçekleşir.
• Aromatik hidrokarbonların elektrofilik ikamesi – moleküllerinde benzen halkası içeren halojenlenmiş hidrokarbonlar üretmek için kullanılır. Reaksiyon bir katalizör varlığında gerçekleştirilir.
• Halojenürlerin alkollerle reaksiyonu – bir alkol molekülüne bir halojen hidrit molekülü bağlanır. En yaygın kullanılan halojen hidrürler HCl veya HBr’dir. Bu reaksiyon sonucunda hidroksil grubu sırasıyla bir klor veya brom atomu ile değiştirilir (bu bir ikame reaksiyonudur). Yan ürün bir su molekülüdür.

Halojenlenmiş metan türevleri, özellikle klor molekülleri içeren doymuş hidrokarbonların en popüler türevleri arasındadır. Bu elementin eklenmesi, güneş ışığının başlattığı radikal zincirleme reaksiyonun bir örneğidir. Metan ve klor karanlıkta birbirleriyle reaksiyona girmez. Bir klor atomu, metan molekülündeki hidrojen atomlarından birine bağlanarak klorometan ve hidrojen klorür oluşturur. Reaksiyon bu aşamada bitmez ve başka bir klor molekülü klorometan ile reaksiyona girer. Başka bir hidrojen atomunun klor ile değiştirilmesi, bir sonraki adımda triklorometana ve ardından tetraklorometana dönüşen diklorometanla sonuçlanır. Karbon tetraklorür olarak da bilinen ikincisi, metanın radikal klorlanmasının son ürünüdür. Klorla daha fazla reaksiyon mümkün değildir. Gerçekte, bu işlem sırasında son kimyasal karışım dört klorometanın tamamını içerir. Kantitatif oranları, reaksiyonun gerçekleştirildiği koşullara bağlıdır (ayrılmaları damıtma kullanılarak gerçekleştirilir).

Özellikler

Bireysel halojenlenmiş hidrokarbonların sergilediği spesifik özellikler, doğrudan organik bileşiğin türüne (karbon zinciri uzunluğu, doymamış bağların varlığı vb.) ve ikame edilmiş halojen atomlarının sayısına bağlıdır. Genel bir kural olarak, bir molekülde ne kadar çok halojen varsa, böyle bir bileşiğin yoğunluğu ve kaynama noktası da o kadar yüksek olur. Ayrıca izomerler söz konusu olduğunda, bir molekül ne kadar dallanmışsa kaynama noktası o kadar düşük ve uçuculuğu da o kadar yüksek olur. En az aktif olanlar bir klor atomu içeren türevlerdir, daha aktif olanlar brom içerenlerdir ve en aktif olanlar ise iyot atomlarına sahip olan bileşiklerdir. Hepsi çok yüksek sıcaklıklarda ayrışır. Halojenlenmiş hidrokarbonlar, moleküllerinde flor gibi yüksek düzeyde elektronegatif bir elementin bulunması nedeniyle kimyasal olarak oldukça aktiftir. Bir halojenin elektrofilik ikamesi gibi reaksiyonlara maruz kalırlar.

Halojenlenmiş hidrokarbonların en önemli örnekleri

Vinil klorür

Resmi olarak kloroeten veya kloroetilen olarak adlandırılan vinil klorür (yaygın adı), bir katalizör varlığında, yüksek sıcaklık ve basınçta hidrojen klorür ile etin arasındaki ekleme reaksiyonunun ürünüdür. Vinil klorür, diğer eten türevleri gibi, polimerizasyona duyarlı bir gazdır ve bunun sonucunda makromoleküler bir madde, bir polimer – popüler PVC olan polivinil klorür ortaya çıkar. Çok çeşitli endüstriyel ve ticari uygulamalara sahip, dayanıklı ve düşük maliyetli bir hammaddedir . En popüler olanı polivinil klorürden yapılmış pencere ve kapı bileşenleridir. Ayrıca, diğer şeylerin yanı sıra, elektrik, sıhhi tesisat ve havalandırma sistemleri için bir malzeme olarak, oyuncakların, duvar kaplamalarının, yalıtım perdelerinin, panellerin, reklam panolarının, tıbbi uygulamalardaki protezlerin ve çok daha fazlasının imalatında katkı maddesi olarak kullanılır.

Freonlar

Onlarca yıldır freonlar (veya CFC’ler) aerosollerde ve buzdolapları veya dondurucular için soğutma sistemlerinde kullanılıyor. Kullanımları artık dünya çapında yasaklanmıştır. Kimyasal olarak doymuş hidrokarbonların, esas olarak metan veya etan’ın klorlu ve florlu türevleridir. Oldukça uçucu sıvılardır ve maddenin hallerini değiştirirken çok fazla ısı enerjisi sağlarlar. Freonlar suda çözünmezler ve diğer bileşiklerle hiçbir kimyasal aktivite göstermezler. En iyi bilinen CFC’ler diklorodiflorometan ve 1,1,1,2-tetrafloroetandır. CFC’lerin ev kimyasallarında yıllarca yoğun şekilde kullanılmasının ardından, bunların, güneş ışınımının zararlı etkilerini artıran ozon tabakasını tahrip ettiği kanıtlanmıştır. Bu bileşikler sera etkisinin %14’ünden sorumludur. Ne yazık ki, CFC molekülleri kalıcıdır ve atmosferde 130 yıla kadar kalabilirler.

Klorobenzen

Halojenli aromatik hidrokarbonlar arasında en büyük endüstriyel öneme sahip olan klorobenzendir . Benzen halkasının, işlemi katalize eden demir varlığında klor ile klorlanmasıyla elde edilir. Klorobenzen, kimya endüstrisinde çok çeşitli uygulamalara sahip, renksiz, oldukça uçucu, suda oldukça çözünür bir sıvıdır. Bu bileşik, herbisitler, fungisitler ve diğer bitki koruma ürünleri dahil (ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere) zirai kimyasalların üretiminde önemli bir substrattır. Kimya endüstrisi , kauçuklar için antioksidan katkı maddesi veya polianilin üretiminde katkı maddesi olarak hizmet ettiği plastik endüstrisinde klorobenzeni kolaylıkla kullanır. Klorobenzenin diğer kullanımları arasında boyaların, aktif farmasötik bileşenlerin (API’ler olarak adlandırılır) , çözücülerin ve kimyasal bileşiklerin üretimi yer alır.

Tetraklorometan

Tetraklorometan (karbon tetraklorür), metanın tamamen klorlanmış bir türevidir. Halojenoalkan grubuna aittir. Oda sıcaklığında, tatlı bir kokuya sahip, renksiz bir sıvıdır. Yanıcı değildir. Suda az çözünür, ancak organik çözücülerde çok iyi çözünür. Yakın zamana kadar özellikle kimya endüstrisinde solvent olarak yaygın şekilde kullanılmıştı ancak oldukça toksik ve çevre için tehlikeliydi. Bu nedenle birkaç yıldır amaç karbon tetraklorür kullanımını önemli ölçüde azaltmaktı. Günümüzde solventler, temizlik ve yıkama maddeleri veya yangın söndürme sıvıları (özellikle yanan petrol ürünlerini söndürmeye yönelik) gibi ürünlerde bulunabilir.