Gli alogenuri alchilici in chimica
Tra le classi di composti organici quella degli alogenuri alchilici ha la particolarità di contenere nella propria struttura almeno un atomo di un elemento alogeno. Nella tavola periodica gli alogeni corrispondono alla lista di elementi presenti nel gruppo 17, quindi il cloro (Cl), il bromo (Br), lo iodio (I), il fluoro (F) e l’astato (At). Hanno questo nome perché formano sali con quasi tutti gli elementi metallici.
Per formare questi composti si parte dagli idrocarburi alifatici, dove a uno degli atomi di idrogeno legati a uno dei carboni si sostituisce un alogeno. La formula generale di queste molecole organiche, dette anche alogenoalcani, è R-X, dove R rappresenta l’idrocarbiro alifatico e X indica un alogeno generico non specificato.
La nomenclatura degli alogenuri alchilici
Dal punto di visto della struttura molecolare come in tutti i composti organici il carbonio a cui si lega l’atomo di alogeno presenta un’ibridazione sp3. Il legame vede la sovrapposizione di questo orbitale con l’orbitale p degli alogeni: nel caso del fluoro abbiamo il 2p, per il cloro il 3p, 4p per il bromo e 5p per lo iodio. L’astato è così raro in natura che non lo troviamo mai in questi composti.
Come già accennato stiamo parlando di alcani (formula generica CnH(2n + 2)) dove un idrogeno risulta sostituito da un altro atomo. Le regole della nomenclatura IUPAC degli alogenuri alchilici dunque segue le regole previste per gli alcani vedendo l’alogeno come un sostituente della catena di carboni. Se l’etano presenta legato un atomo di fluoro per esempio si dice che si tratta di un 1-fluoroetano.
Quando si indica l’alogeno legato si indica come per tutti i sostituenti anche la posizione del carbonio a cui è legato. Se allo stesso alcano sono legati elementi alogeni diversi la priorità si stabilisce secondo l’ordine del valore della massa atomica. La nomenclatura comune invece classifica queste molecole come alogenuri di alchile.
Fra questi composti dobbiamo poi distinguere fra alogenuri primari, secondari e terziari. I primi sono alcani dove troviamo un atomo di carbonio a cui sono legati due atomi di idrogeno, un residuo alifatico e un atomo di alogeno. Nei secondari abbiamo un idrogeno, due residui e un alogeno, e per finire gli alogenuri terziari hanno un carbonio con legati tre residui e un atomo di alogeno.
Le proprietà fisiche e chimiche
A temperatura ambiente la maggior parte degli alogenuri alchilici si presenta allo stato liquido. Hanno però anche una densità maggiore dell’acqua e degli alcani corrispondenti. Man mano che aumenta il peso molecolare e quindi il numero di atomi di carbonio sia la densità che la temperatura di ebollizione del composto aumentano.
Un ruolo rilevante su queste proprietà lo ha anche il tipo di alogeno. I valori più alti li trovano composti che contengono iodio o bromo, che hanno massa atomica più alta. Lo stesso vale per i polialogenati, una dicitura che indica i composti i che all’interno della loro struttura contengono diversi atomi di alogeni.
Per quanto riguarda la solubilità degli alogenuri alchilici è praticamente nulla in acqua a alta all’interno di solventi organici polari. Degli esempi possono essere il toluene, il diclorometano oppure il nitrometano. A loro volta però risultano ottimi solventi per alcuni materiali organici, che li rende utili per svolgere diversi processi industriali delle aziende chimiche.
Se fatti reagire con delle basi forti i composti secondari possono trasformarsi nel corrispettivo alchene, mentre l’idrogeno adiacente all’alogeno si lega alla base. Nella stessa reazione quindi si rompono sia il legame C-H che il legame C-X, oltre a formarsi il doppio legame fra due carboni della catena alifatica di partenza.
La sintesi degli alogenuri alchilici
Questa tecnica si può adottare anche con i cicloalcani, dove però l’innesco si può dare attraverso la luce ultravioletta. Più facile da controllare è il metodo che prevede la reazione fra acidi alogenidrici (formula H-X) e alcheni. A livello dei carboni del doppio legame vediamo l’idrogeno e l’alogeno legarsi ciascuno a uno dei due atomi. Il primo a legarsi è l’idrogeno, formando un carbocatione.
Un altro sistema comune per preparare alogenuri alchilici è la reazione sempre fra gli acidi di tipo H-X e gli alcoli. Per avere una reazione rapida conviene impegnare degli alcoli terziari, perché già i secondari reagiscono lentamente e con i primari il processo è difficile. Nel caso di un alcol primario anzi serve la presenza di un acido forte per completare la conversione del composto.
Anche la scelta dell’alogenuro ha un impatto su come procede la reazione. Quasi tutti gli alcoli reagiscono facilmente con l’acido bromidrico (HBr), mentre con l’acido iodidrico (HI) dipende dal peso molecolare dell’alcol. Con quelli più leggeri si può usare l’acido allo stato liquido, mentre con le molecole più grandi si ricorre alla forma gassosa.
