Bài 19: Dẫn xuất halogen

I. Khái niệm, danh pháp

1. Khái niệm

Khi thay thế nguyên tử hydrogen trong phân tử hydrocarbon bằng nguyên tử halogen, được dẫn xuất halogen của hydrocarbon.

Công thức tổng quát của dẫn xuất halogen:

Ví dụ: CH₃Br, CH₂Cl₂, CHI₃, CH₂ = CHCl, C₆H₅Br

2. Danh pháp

a) Danh pháp thay thế

Tên theo danh pháp thay thế của dẫn xuất halogen:

Vị trí của halogen – halogeno + tên hydrocarbon

Halogeno: đuôi “-ine” trong tên halogen được đổi thành đuôi “-o”.

Ví dụ:

2 – bromopropane	2 – chlorobutane

Chú ý:

- Nếu halogen chỉ có một vị trí duy nhất thì không cần chỉ số vị trí halogen.

- Mạch carbon được ưu tiên đánh số từ phía gần nhóm thế hơn (từ nguyên tử halogen hoặc từ nhánh alkyl).

- Nếu có liên kết bội thì ưu tiên đánh số từ phía gần liên kết bội.

- Nếu có nhiều nguyên tử halogen thì cần thêm độ bội (di, tri, tetra,...) trước “halogeno”.

Ví dụ:

b) Tên thông thường

Một số dẫn xuất halogen thường gặp được gọi theo tên thông thường như chlorofom (CHCl₃), bromofom (CHBr₃), iodofom (CHI₃), CCl₄ (carbon tetrachoride).

II. Đặc điểm cấu tạo

Trong phân tử dẫn xuất halogen, liên kết C – X phân cực về phía nguyên tử halogen, nguyên tử carbon mang một phần điện tích dương và nguyên tử halogen mang một phần điện tích âm. Vì vậy, liên kết C – X đẽ bị phân cắt trong các phản ứng hóa học.

III. Tính chất vật lí

- Phân tử của dẫn xuất halogen phân cực nên chúng có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao hơn các hydrocarbon có phân tử khối tương đương.

- Ở điều kiện thường, một số chất có phân tử khối nhỏ (CH₃Cl, CH₃F,...) ở trạng thái khí. Các dẫn xuất có phân tử khối lớn hơn ở trạng thái lỏng hoặc rắn.

- Các dẫn xuất halogen hầu như không tan trong nước, tan tốt trong các dung môi hữu cơ như hydrocarbon, ether,...

IV. Tính chất hóa học

Liên kết C – X phân cực về phía nguyên tử halogen nên phản ứng đặc trưng của dẫn xuất halogen là phản ứng thế nguyên tử halogen. Ngoài ra, dẫn xuất halogen còn tham gia phản ứng tách HX.

1. Phản ứng thế nguyên tử halogen

Các dẫn xuất halogen có thể tham gia phản ứng với dung dịch kiềm, nguyên tử halogen bị thay thế bởi nhóm OH^–, tạo thành alcohol theo phản ứng:

(X = Cl, Br, I)

Ví dụ:

CH₃CH₃CH₂Cl + NaOH \(\overset{t{^\circ}}{\rightarrow}\) CH₃CH₂CH₂OH + NaCl

2. Phản ứng tách hydrogen halide

- Các dẫn xuất monohalogen của alkane có thể bị tách hydrogen halide tạo thành alkene theo sơ đồ sau:

- Phản ứng xảy ra khi đun nóng dẫn xuất halogen với base mạnh như NaOH, RONa trong dung môi alcohol.

Ví dụ:

CH₃CH₂Br  CH₂ = CH₂ + HBr

- Phản ứng tách xảy ra theo quy tắc Zaitsev (Zai – xép):
Trong phản ứng tách hydrogen halide, nguyên tử halogen bị tách ưu tiên cùng với nguyên tử hydrogen ở carbon bên cạnh có bậc cao hơn.

Ví dụ:

V. Ứng dụng

1. Một số ứng dụng tiêu biểu của dẫn xuất halogen

2. Dẫn xuất halogen với sức khỏe và môi trường

a) CFC và tầng ozone

Một số dẫn xuất halogen chứa đồng thời chlorine, fluorine như CF₂Cl₂, CFCl₃, C₂F₄Cl₂,...; được gọi chung là chlorofluorocarbon (viết tắt là CFC). Các hợp chất này trước đay được sử dụng phổ biến trong các hệ thống làm lạnh tủ lạnh, máy điều hòa nhiệt độ, hệ thống làm lạnh công nghiệp; chất đẩy trong các bình xịt,... Tuy nhiên do ảnh hưởng gây hại đến tầng ozone nên CFC bị hạn chế và cấm sử dụng (Nghị định thư Motréal, 1987). Hiện nay CFC được thay thế bởi các dẫn xuất halogen không chứa chlorine như hydrofluorocarbon (HFC), hydrofluoroolefin (HFO).

Năm 2019, báo cáo của các nhà khoa học cho thấy lỗ thủng tầng ozone đang dần được thu hẹp và dự kiến tầng ozone sẽ được phục hồi hoàn toàn vào năm 2070. Việc chúng ta chọn lựa, sử dụng các sản phẩm không chứa CFC (CFC free) cũng góp phần vào việc tái tạo tầng ozone của Trái Đất.

b) Thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và chất kích thích sinh trưởng thực vật

Nhiều dẫn xuất của chlorine trước đây được sử dụng phổ biến trong công nghiệp dùng làm thuốc bảo vệ thực vật, chất kính thích sinh trưởng như thuốc trừ sâu, diệt côn trùng (dichlorodiphenyltrichloroethane – DDT, hexachlorocyclohexane – 666), thuốc diệt cỏ, làm rụng lá (2,4 – dichlorophenoxyacetic acid – 2,4 – D; 2,4,5 – trichlorophenoxyacetic acid – 2,4,5 – T),...

Tuy nhiên, do đặc tính khó phân hủy, tồn dư lâu trong môi trường và có tác hại đến sức khỏe con người nên các loại hợp chất này hiện nay bị hạn chế hoặc bị cấm sử dụng tại nhiều quốc gia. Để giảm thiểu tác động đến môi trường và con người, xu hướng trong nông nghiệp hiện nay là hướng tới một “nông nghiệp xanh” với việc giảm thiểu, tránh lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật hóa học và thay thế dần bằng thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc sinh học thân thiện với môi trường. Ngoài ra, các quy trình canh tác không sử dụng phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật hóa học cũng đang dần được áp dụng phổ biến trong nông nghiệp.

1. Công thức tổng quất của dẫn xuất halogen: RX_n.

2. Danh pháp thay thế của dẫn xuất halogen:

Vị trí của halogen – halogeno + tên hydrocarbon

3. Dẫn xuất halogen có nhiệt độ nóng chẩy và nhiệt độ sôi cao hơn hydrocarbon có phân tử khối tương đương; khó tan trong nước, tan tốt trong các dung môi hữu cơ.

4. Dẫn xuất halogen có khả năng bị thế nguyên tử halogen:

5. Phản ứng tách HX theo quy tắc Zaitsev: Nguyên tử halogen bị tách ưu tiên cùng với nguyên tử hydrogen ở nguyên tử carbon bên cạnh có bậc cao hơn.

6. Ứng dụng của dẫn xuất halogen: dung môi, vật liệu polymer, chất làm lạnh, dược phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, chất bảo vệ thực vật, kích thích sinh trưởng,...