Halogenarea organică: lecție de chimie

1pe scurtstratul 1 din 3 · rezumatul lecției

Pe scurt

Halogenarea introduce F, Cl, Br sau I într-un compus organic. Metanul cu clor la lumină dă clorometan și HCl prin substituție radicalică: $C H_{4} + C l_{2} \to C H_{3} Cl + HCl$ . Benzenul cu $C l_{2} /FeC l_{3}$ dă clorobenzen prin substituție aromatică. Etena cu $B r_{2}$ dă 1,2-dibromoetan prin adiție: $C H_{2} = C H_{2} + B r_{2} \to BrC H_{2} C H_{2} Br$ . Tipul reacției depinde de structura substratului și de condiții.

2în detaliustratul 2 din 3 · pentru clasă și Bacalaureat

În detaliu

Substituția radicalică a alcanilor are loc la lumină ultravioletă sau prin încălzire și decurge în lanț. Inițierea desface molecula de clor în doi radicali, $C l_{2} h ν 2Cl \cdot$ . Propagarea repetă două etape: $Cl \cdot + C H_{4} \to HCl + C H_{3} \cdot$ și $C H_{3} \cdot + C l_{2} \to C H_{3} Cl + Cl \cdot$ . Reacția nu se oprește la un singur atom de clor, ci trece prin $C H_{3} Cl$ , $C H_{2} C l_{2}$ (diclorometan), $CHC l_{3}$ (triclorometan, cloroform) și $CC l_{4}$ (tetraclorometan). Hidrogenul de la carbonul terțiar se substituie mai ușor decât cel de la carbonul secundar, iar acesta mai ușor decât cel de la carbonul primar; bromul este mai selectiv decât clorul. Propanul dă 1-cloropropan și 2-cloropropan.

Adiția la legături multiple nu are nevoie de lumină. Soluția de $B r_{2}$ în $CC l_{4}$ sau apa de brom se decolorează la rece în contact cu o alchenă: aceasta este proba de nesaturare. Acetilena adiționează în două trepte, $HC \equiv CH + B r_{2} \to BrCH = CHBr$ și apoi $BrCH = CHBr + B r_{2} \to B r_{2} CH - CHB r_{2}$ (1,1,2,2-tetrabromoetan). Butadiena adiționează în poziția 1,2 sau 1,4.

Substituția aromatică cere un catalizator acid Lewis, $FeC l_{3}$ sau $FeB r_{3}$ , care polarizează molecula de halogen. Toluenul dă două feluri de produse: cu $C l_{2} /FeC l_{3}$ intră clor în nucleu, în orto și para, iar la lumină se halogenează catena laterală, succesiv la $C_{6} H_{5} C H_{2} Cl$ , $C_{6} H_{5} CHC l_{2}$ și $C_{6} H_{5} CC l_{3}$ . La lumină ultravioletă benzenul adiționează trei molecule de clor și formează hexaclorociclohexan, $C_{6} H_{6} C l_{6}$ . Propena, la aproximativ $500^{\circ} C$ , se clorurează în poziția alilică: $C H_{2} = CH - C H_{3} + C l_{2} \to C H_{2} = CH - C H_{2} Cl + HCl$ (clorură de alil).

Exemplu rezolvat 1. Un mol de metan se clorurează și se obține un amestec cu $0, 4 mol$ $C H_{3} Cl$ , $0, 3 mol$ $C H_{2} C l_{2}$ și $0, 1 mol$ $CHC l_{3}$ . Se cer clorul consumat și masa de HCl.

Fiecare substituție consumă o moleculă $C l_{2}$ , deci numărul de moli de $C l_{2}$ este egal cu numărul atomilor de clor legați în produșii organici.
$0, 4 \cdot 1 + 0, 3 \cdot 2 + 0, 1 \cdot 3 = 1, 3 mol$ $C l_{2}$ , adică $1, 3 \cdot 71 = 92, 3 g$ .
Se formează tot $1, 3 mol$ HCl, adică $1, 3 \cdot 36, 5 = 47, 45 g$ .
Metanul consumat este $0, 4 + 0, 3 + 0, 1 = 0, 8 mol$ , iar $0, 2 mol$ rămân nereacționați.

Exemplu rezolvat 2. O probă de $2, 1 g$ dintr-o alchenă decolorează $160 g$ soluție de brom în $CC l_{4}$ cu concentrația $5%$ .

Masa de brom din soluție este $160 \cdot 5/100 = 8 g$ , adică $8/160 = 0, 05 mol$ .
Adiția are raport molar $1 : 1$ , deci proba conține $0, 05 mol$ alchenă.
$M = 2, 1/0, 05 = 42 g/mol$ ; din $14 n = 42$ rezultă $n = 3$ , alchena este propena.
Produsul este 1,2-dibromopropanul, $C H_{3} CHBrC H_{2} Br$ .

Alt calcul: $2, 24 L$ acetilenă (c.n.), adică $0, 1 mol$ , adiționează $0, 2 mol$ brom ( $32 g$ ) și dau $34, 6 g$ de 1,1,2,2-tetrabromoetan.

Exemplu rezolvat 3. Industria produce clorura de vinil pornind de la etenă. Prima etapă este adiția clorului, $C H_{2} = C H_{2} + C l_{2} \to ClC H_{2} C H_{2} Cl$ ; apoi 1,2-dicloroetanul pierde HCl prin încălzire, $ClC H_{2} C H_{2} Cl \to C H_{2} = CHCl + HCl$ . Prima etapă are randamentul $90%$ . Se calculează masa de 1,2-dicloroetan obținută din $56 m^{3}$ etenă (c.n.):

$56/22, 4 = 2, 5 kmol$ etenă.
Cantitatea de produs este $2, 5 \cdot 0, 9 = 2, 25 kmol$ .
$M (C_{2} H_{4} C l_{2}) = 99 kg/kmol$ , deci masa este $2, 25 \cdot 99 = 222, 75 kg$ .

Compușii halogenați au aplicații directe: $CC l_{4}$ și $CHC l_{3}$ sunt solvenți, freonii (derivați cu fluor și clor ai metanului și etanului) au fost agenți frigorifici și s-au retras pentru că distrug stratul de ozon, iar hexaclorociclohexanul a fost folosit ca insecticid.

3pentru admiterestratul 3 din 3 · pentru examene

Pentru admitere

Număr de izomeri. Prin monoclorurare radicalică, 2-metilbutanul $C H_{3} - CH (C H_{3}) - C H_{2} - C H_{3}$ dă patru izomeri de constituție (fără a număra stereoizomerii). Clorul intră la una dintre cele două grupe $C H_{3}$ echivalente legate de C2, la C2, la C3 sau la grupa $C H_{3}$ terminală de la C4. Pentanul normal dă trei derivați, iar 2,3-dimetilbutanul doi.

Complement grupat. Despre clorurarea toluenului sunt date afirmațiile:

La lumină se obține clorură de benzil.
Cu $C l_{2} /FeC l_{3}$ se obține un amestec de o-clorotoluen și p-clorotoluen.
Clorura de benzil se clorurează în continuare la lumină, până la feniltriclorometan, $C_{6} H_{5} CC l_{3}$ .
La lumină se substituie hidrogenii nucleului aromatic.

A. Numai 1, 2 și 3 sunt corecte.
B. Numai 1 și 3 sunt corecte.
C. Numai 2 și 4 sunt corecte.
D. Numai 4 este corectă.
E. Toate sunt corecte sau toate sunt false.

Poziția clorului depinde de condiții: radicalii de clor, formați la lumină, atacă catena laterală (afirmațiile 1 și 3 sunt adevărate), iar complexul polarizat $C l_{2} \dots FeC l_{3}$ atacă nucleul în orto și para (afirmația 2 este adevărată). Afirmația 4 este falsă, deoarece la lumină nucleul nu se substituie. Răspuns: A.

Complement simplu. Care dintre substanțele benzen, ciclohexan, ciclohexenă și toluen decolorează la întuneric, la temperatura camerei, soluția de brom în $CC l_{4}$ ? Numai ciclohexena, singura cu dublă legătură $C = C$ nearomatică; ciclohexanul nu are legături multiple, iar benzenul și toluenul au sistem aromatic stabil, care cere catalizator.

Compoziție. Un derivat monoclorurat saturat are $38, 38%$ Cl. Din $M = 35, 5 \cdot 100/38, 38 = 92, 5$ și $14 n + 1 + 35, 5 = 92, 5$ rezultă $n = 4$ , deci derivatul este $C_{4} H_{9} Cl$ , obținut din butan sau din izobutan.

Bromurarea benzenului. Din $39 g$ benzen ( $0, 5 mol$ ) cu $B r_{2} /FeB r_{3}$ , la randament $80%$ , rezultă $0, 4 mol$ bromobenzen, adică $0, 4 \cdot 157 = 62, 8 g$ , și $0, 4 mol$ HBr.

Problemă numerică. Un mol de toluen se transformă complet, prin clorurare fotochimică, în $0, 6 mol$ $C_{6} H_{5} C H_{2} Cl$ și $0, 4 mol$ $C_{6} H_{5} CHC l_{2}$ . Se consumă $0, 6 \cdot 1 + 0, 4 \cdot 2 = 1, 4 mol$ $C l_{2}$ , adică $99, 4 g$ , și se degajă $1, 4 mol$ HCl.

Greșeli frecvente

Greșit: Apa de brom este decolorată de benzen la fel ca de etenă.
Corect: Benzenul nu adiționează brom în condiții obișnuite; reacționează cu $B r_{2}$ numai în prezența $FeB r_{3}$ , prin substituție, cu formare de HBr.
Greșit: Clorurarea metanului se oprește la clorometan.
Corect: Lanțul radicalic continuă și formează amestec de $C H_{3} Cl$ , $C H_{2} C l_{2}$ , $CHC l_{3}$ și $CC l_{4}$ , în proporții date de raportul $C H_{4} : C l_{2}$ .
Greșit: Toluenul cu $C l_{2} /FeC l_{3}$ dă clorură de benzil.
Corect: În prezența $FeC l_{3}$ clorul intră în nucleu, în orto și para; clorura de benzil se obține la lumină, prin substituție la catena laterală.
Greșit: Adiția bromului la etenă produce și HBr.
Corect: Adiția nu are produs secundar; ambii atomi de brom intră în 1,2-dibromoetan, iar substituția este reacția care degajă HX.

în contul tăuPremium

Testează-te pe această lecție

Lecția o citești aici, fără cont. Testele pe lecții și capitole sunt în cont, cu grile originale Didaxis și explicația fiecăreia: gratuit 10 grile pe zi, fără limită cu Premium, 49 de lei pe lună pentru fiecare copil.

Testează-te în cont

Înainte și după

DupăAlchilareaAlchilarea benzenului, aminelor și alcoolilor.CapitolulTransformări organiceToate lecțiile capitolului „Transformări organice”.

Surse și referințe

OMECI 5099/2009, Chimie XI, programa 1/2, p. 7–9; rocnee.eu
OMECI 5099/2009, Chimie XI, programa 1/2, conținuturi marcate cu asterisc, p. 7–9; rocnee.eu
OMENCS 5070/2016, anexa 2, p. 4–6; aplicare în 2027 prin OMEC 5211/2026 art. 3(3); edu.ro
UMFCD, Tematica examenului de admitere la Facultatea de Medicină, iulie 2026, p. 3–4; umfcd.ro
OpenStax, Organic Chemistry, cap. 10, Summary; openstax.org

Desene: Redactare proprie (desen original)