Halogenderiváty a dusíkaté deriváty

Charakteristika

• deriváty uhlovodíků, kdy jeden, nebo více H je nahrazeno X (halogenem)
• nepolární látky > C-X polární vazba
• ve vodě nerozpustné
• dobře se mísí s jinými nepolárními organickými sloučeninami
• substituční a eliminační reakce
• nejčastější: chlorové deriváty
• ohrožení životního prostředí > freony (2 halogeny > 1 z nich F)
• nevyskytují se v přírodě

Rozbor struktury

• R (aryl/alkyl) – X

Názvosloví

• předpona halogen + uhlovodík chlormethan (systematické) <> methylchlorid (dvousložkové)
• časté triviální názvy
• CH₂Cl – CH₂Cl                    1,2-dichlorethan
• CHCl₃                                   trichlormethan (chloroform)
• CH₃ – CHBr – CH₂Cl         2-brom-1-chlor-propan
• CH₃Cl                                    chlormethan (methylchlorid)
• CH₂=CHCl                           chlorethen (vinilchlorid)
• CH₂Br – CH₂Br                   1,2-dibromethan
• CHI₃                                      trijódmethan (jodoform)
•                                                1,2,3,4,5,6-hexachlorcyklohexan (HCH)

CH₃-CH-CH-CH₃>CH₃-CH=CH-CH₃+CH₂=CH-CH₂-CH₃+HBr  – alkylhalogemidy

Chemické vlastnosti

• C^δ+-X^δ- vazby
  • Polární > snadné heterolytické štěpení
  • > polarita vazby: rozdíl elektronegativit (polární vazba) – polarita ↑ stoupá (nej F)
  • > polarizovatelnost vazby: schopnost vazby polarizovat se (posun páru k elektronegativnějšímu atomu) – polarizovatelnost ↓ stoupá
  • Nejreaktivnější: jodové deriváty (nej polarizovatelnost)

• fyzikální vlastnosti
  • nejnižší plyny > ostatní kapaliny (charakteristický zápach – chloroform), pevné látky (jodoform)
  • fyziologické účinky: narkotické (chloroform, tetrachlormethan) nebo slzotvorné účinky (benzylchlorid)
  • jedovaté (složitější) > insekticidy
  • karcinogenní: ukládání v tucích (v organismu)
  • nerozpustné ve vodě, nepolárními rozpouštědly

Příprava: z uhlovodíků (adice, radikálová substituce)

Využití těchto sloučenin v praxi

• Freony: nejedovaté, nehořlavé, stálé kapaliny (chladničky, spreje, hasící přístroje)
• Halothan: anestetikum
• Tetrafluorethylen: polymerace na teflon – odolný chemikáliím, tepelně odolný
• Methylchlorid: plyn, chladící zařízení, narkotické účinky, karcinogenní
• Di/tri/tetra chlormethan: karcinogenní, narkotické kapaliny, nepolární rozpouštědla
• Trichlorethylen: kapalina, chemické čištění – čistírny, rozpouštědlo
• Vinylchlorid: karcinogenní plyn > polymerací PVC
• Chloropren: kapalina > chloroprenový kaučuk
• Jodoform: žluté krystalky, dezinfekční účinky
• Chlorbenzen: bezbarvá kapalina, výroba aromatických sloučenin

Objasnit principy výroby plastů na bázi halogenderivátů (PVC, teflon)

• polymerace: adice

Pesticidy

Insekticidy

• DDT: usazování v organismech, teratogen, karcinogen
• HCH: jedovatý
• Chlormethan
• Herbicidy

Anestetika

• Halothan
• Methylchlorid
• Trichlormethan
• Chlorethan

Role halogenderivátů při znečišťování životního prostředí

• DDT: usazování v organismech, teratogen, karcinogen
• freony (CCl₂F₂, CCl₃F): ozónová díra
• ftaláty: toxické, nemocniční vybavení, do PVC, karcinogenní
• PCB (polychlorované bifenyly): karcinogenní, špatně odbouratelné, barvy
• dioxiny: při spalování Cl, karcinogenní, toxické, špatně rozpustné, TCDB – dioxin, Spolana Neratovice

Nitrosloučeniny – charakteristika, výroba, význam

• obsahují nitroskupinu NO₂
• rezonanční struktura (delokalizované π elektrony)
• systematické názvosloví (nitro…)
• příprava: nitrací (nitrační směs HNO₃ + H₂SO₄)
• významné aromatické sloučeniny
• nitrobenzen: kapalina vonící po hořkých mandlích > anilin (jedovatý, barvičky)
• 2,4,6-trinitrotoluen TNT/tritol – vysoce explozivní

Aminy – rozdělení, chemické vlastnosti a význam

• deriváty amoniaku NH₃ – aminoskupina, trojvazný N
• zásadité (volný elektronový pár na dusíku)
• nukleofilní činidlo
• aromatické > volný elektronový pár do struktury > méně reaktivní
• konjugované elektronové páry: střídají se > stabilizovanost
• primární: R-NH₂    sekundární: R-NH-R  terciární: R-NR-R
• nejnižší: plyny, zápach po amoniaku, rozpustné ve vodě(vodíkové vazby)
• vyšší kapaliny/od kondenzovaných uhlovodíků: pevné, krystalické, bez zápachu
• s molekulovou hmotností klesá rozpustnost ve vodě
• Hexan-1,6-diamin: polyamid > nylon
• Benzenamin (anilin): jedovatá kapalina, syntéza
• Aromatické aminy: azobarviva (diazotace, kopulace)

Diazotace

• reakce aryl-aminů s kyselinou dusitou (HNO₂) v přítomnosti anorganické kyseliny (HCl) za vniku diazoniových solí (výchozí látky pro výrobu a přípravu dalších organických látek)
• anilin (benzen-NH₂) + HNO₂ + HCl > benzendiazonium chlorid [benzen-N⁺XN]Cl^– + H₂O
• Ar–NH₂ + HNO₂ + HCl —–> [Ar–N⁺≡N]Cl^– + 2 H₂O

Kopulace

• reakce diazoniové soli s fenoly/arylaminy > azobarviva
• [Ar–N⁺≡N]Cl^– + Ar–NH₂ —–> Ar–N=N–Ar–NH₂ + HCl
• [Ar–N⁺≡N]Cl^– + Ar–OH —–> Ar–N=N–Ar–OH + HCl

Další reakce

• benzendiazonium chlorid + H₂O > fenol + N₂ + HCl
• benzendiazonium chlorid + jodidy (KI) > jódbenzen + N₂ + KCl (Cl^–)

Potravinářská barviva

• barviva: látky rozpustné ve vodě
• pigmenty: nerozpustné ve vodě (jako suspenze)
• E100 – E199
• azobarviva – N = N – (Tartazin)
• deriváty triarylmethanu
• deriváty chinonů (ketony)
• polyenová barviva (nenasycené uhlovodíky)
• deriváty indolu (heterocyklus)
• olygopyrrolová barviva