Bài 19: Dẫn xuất halogen

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

Các đồng phân cấu tạo của dẫn xuất halogen có công thức phân tử \(\mathrm{C}_4 \mathrm{H}_9 \mathrm{Cl}\) :

\(\mathrm{CH}_3-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_2-\mathrm{Cl}:\) 1 – chlorobutane.

\(\mathrm{CH}_3-\mathrm{CHCl}-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_3:\) 2 – chlorobutane.

       : 2 – chloro – 2 – methylpropane.

: 1 – chloro – 2 – methylpropane.

Các tên gọi tương ứng:

a) bromoethane;

b) 2 – iodopropane;

c) chloroethene.

d) fluorobenzene.

a) iodoethane: \(CH_3 – CH_2 – I.\)

b) trichloromethane: 

c) 2 – bromopentane: \(CH_3 – CHBr – CH_2 – CH_2 – CH_3.\)

d) 2 – chloro – 3 – methylbutane: 

Năng lượng liên kết là năng lượng cần thiết để phá vỡ một liên kết hóa học. Năng lượng liên kết càng lớn, liên kết càng khó bị phân cắt.

Ta có: \(\mathrm{E}_{\mathrm{C}-\mathrm{F}}>\mathrm{E}_{\mathrm{C}-\mathrm{Cl}}>\mathrm{E}_{\mathrm{C}-\mathrm{Br}}>\mathrm{E}_{\mathrm{C}-\mathrm{I}}\)

Vậy khả năng phân li liên kết tăng dần theo thứ tự: C – F; C – Cl; C – Br; C – I.

1. Ban đầu hốn hợp tách thành hai lớp do bromoethane không tan trong nước. Trong đó, bromoethane ở lớp dưới do nặng hơn nước.

2. Kết tủa xuất hiện ở ống nghiệm (2) sau khi thêm \(\mathrm{AgNO}_3\) là \(\mathrm{AgBr}\) . Cần trung hoà base dư trước khi cho dung dịch \(\mathrm{AgNO}_3\) để tránh sinh ra kết tủa \(\mathrm{Ag}_2 \mathrm{O}\) làm sai lệch kết quả thí nghiệm. Cụ thể, nếu còn base dư có thêm phản ứng:

\(\mathrm{AgNO}_3+\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{AgOH}+\mathrm{NaNO}_3\)

\(2 \mathrm{AgOH}_{\text {(không bền) }} \rightarrow \mathrm{Ag}_2 \mathrm{O}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\)

3. Các phương trình hoá học xảy ra trong quá trình thí nghiệm:

+ Rửa ion halogen: \(\mathrm{Br}^{-}+\mathrm{Ag}^{+} \rightarrow \mathrm{AgBr}\)

+\(\mathrm{NaOH}\) tác dụng với \(\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_5 \mathrm{Br}\):  \(\mathrm{NaOH}+\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_5 \mathrm{Br} \stackrel{t^o}{\rightarrow} \mathrm{NaBr}+\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_5 \mathrm{OH}\)

+ Trung hoà base dư:  \(\mathrm{NaOH}_{(\mathrm{du})}+\mathrm{HNO}_3 \rightarrow \mathrm{NaNO}_3+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\)

+ Cho dung dịch trong ống nghiệm (2) tác dụng với \(\mathrm{AgNO}_3\) :

\(\mathrm{NaBr}+\mathrm{AgNO}_3 \rightarrow \mathrm{AgBr}_{\text {ket tua vang }}+\mathrm{NaNO}_3\)

Công thức của benzyl alcohol:

Giải thích bằng phương trình hoá học: 

\(\mathrm{CH}_3 \mathrm{CHClCH}_3 \stackrel{+\mathrm{NaOH} / \mathrm{C}_2 \mathrm{H}_5 \mathrm{OH}, t^o}{\longrightarrow} \mathrm{CH}_2=\mathrm{CH}-\mathrm{CH}_3+\mathrm{HCl}\)

Ta có sơ đồ tách:

Áp dụng quy tắc tách 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.

Vậy sản phẩm chính là:

Dẫn xuất halogen có nhiều ứng dụng trong đời sống, công nghiệp hoá chất và y học.

- Các dẫn xuất halogen như chloroform (\(CHCl_3\)), carbon tetrachloride (\(CCl_4\)), methylene dichloride (\(CH_2Cl_2\)), … là những chất lỏng dễ bay hơi, hoà tan được nhiều chất hữu cơ nên chúng được sử dụng là dung môi trong phòng thí nghiệm và công nghiệp.

- Một số dẫn xuất halogen được sử dụng làm monomer trong tổng hợp các polymer. Ví dụ, từ vinyl chloride tổng hợp được poly(vinyl chloride) (nhựa PVC) để làm ống nước, vỏ bọc dây điện, vải giả da, … Từ 2 – chlorobuta – 1,3 – diene tổng hợp ra poly(2 – chlorobuta – 1,3 – diene) ứng dụng trong sản xuất cao su chloroprene để chế tạo ống, băng tải cao su chịu nhiệt dùng trong khai thác mỏ; các sản phẩm đúc, con dấu, vòng đệm, … Trùng hợp tetrafluoroethylene thu được polytetrafluoroethylene hay teflon được ứng dụng trong sản xuất chảo chống dính, vật liệu cách điện, các ống chịu hoá chất, bình phản ứng …

- Dẫn xuất halogen còn được sử dụng để tổng hợp alcohol, ether, … hoặc các chất cơ nguyên tố.

- Dẫn xuất halogen có hoạt tính sinh học đa dạng. Ví dụ, chloroform, ethyl chloride, halothane được sử dụng làm chất gây mê trong y học. Ethyl chloride được dùng làm chất giảm đau tạm thời cho các chấn thương nhỏ trong thể thao. Methyl bromide là một chất khử trùng, tiêu diệt nhiều loại dịch hại như nhện, ve, nấm, côn trùng … Các chất như 2,4 – dichlorophenoxyacetic acid (2,4 – D) và 2,4,5 – trichlorophenoxyacetic acid (2,4,5 – T) ở nồng độ thấp (vài phần triệu) có tác dụng kích thích sinh trưởng thực vật nhưng ở nồng độ cao có tác dụng diệt cây cỏ nên được dùng làm chất diệt cỏ, phát quang rừng rậm …

- Các hợp chất chỉ chứa chlorine, fluorine và carbon trong phân tử được gọi chung là các hợp chất CFC hay freon trước đây được sử dụng trong công nghệ làm lạnh (điều hoà, tủ lạnh) nhưng do các chất này có thể phá huỷ tầng ozone nên hiện nay các hợp chất CFC này đã được thay thế bằng các hợp chất HFC (tức hydrofluorocarbon).

Một số dẫn xuất halogen chứa đồng thời chlorine, fluorine được gọi chung là chlorofluorocarbon (viết tắt CFC). Các hợp chất này gây ảnh hưởng đến tầng ozone nên hiện nay bị hạn chế và cấm sử dụng. Hiện nay, hợp chất CFC được thay thế bởi các dẫn xuất halogen không có chứa chlorine như hydrofluorocarbon (HFC), hydrofluoroolefin (HFO).

Như vậy loại chất làm lạnh không nên sử dụng là: R22 (\(CHClF_2\)).

Trước đây, các dẫn xuất của chlorine được sử dụng phổ biến trong nông nghiệp Việt Nam để làm thuốc bảo vệ thực vật, chất kích 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 và 2,4,5 – trichlorophenoxyacetic acid - 2,4,5 – T) … Đây là các chất hoá học, có đặc tính khó phân huỷ, tồn dư lâu trong môi trường và có tác hại đến sức khoẻ con người, do đó hiện nay các loại hợp chất này đã bị hạn chế và cấm sử dụng, thay vào đólà các thuốc bảo vệ thực vật có các hoạt chất sinh học như: Abamectin; azadirachtin; rotenon ….

Để sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật đảm bảo an toàn, hiệu quả cần giảm thiểu, tránh lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật hoá học thay vào đó là thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc sinh học thân thiện với môi trường.