Halogenuro de alquilo

Definición de halogenoalcano

Los halogenoalcanos también se conocen como haloalcanos o halogenuros de alquilo. En pocas palabras, son alcanos, pero contienen un átomo de halógeno en lugar de uno (¡o más!) de sus átomos de hidrógeno. El átomo de halógeno se denomina X.

Fórmula general de los halogenoalcanos

La fórmula molecular general de un halogenoalcano con un solo átomo de halógeno es _CnH2n+1X. Algunos ejemplos son el cloroetano, _C2H5Cl, y el bromometano, CH3Br.

Nomenclatura de los halogenoalcanos

Los halogenoalcanos se nombran utilizando las reglas de nomenclatura estándar y el prefijo apropiado, como se muestra en la tabla siguiente.

Si no estás familiarizado con los fundamentos de la denominación de moléculas orgánicas, echa un vistazo rápido a Compuestos orgánicos. Pero para los que os sintáis seguros, utilicemos algunos ejemplos para practicar la aplicación de nuestros conocimientos de nomenclatura.

Aquí tienes otro ejemplo:

Halogenoalcanos primarios, secundarios y terciarios

Los halogenoalcanos se clasifican como primarios, secundarios o terciarios. Esto depende del número de grupos alquilo unidos al carbono enlazado C-X. La clasificación se hace mediante el símbolo de grado (°), como se muestra a continuación. Los grupos alquilo suelen denominarse grupos R cuando se habla de moléculas orgánicas.

• En un halogenoalcano primario (1°), el carbono unido al átomo de halógeno también está unido a cero o a un grupo R.
• En un halogenoalcano secundario (2º), el carbono unido al átomo de halógeno también está unido a dos grupos R.
• Asimismo, en un halogenoalcano terciario (3°), el carbono unido al átomo de halógeno también está unido a tres grupos R.

Aquí tienes algunos ejemplos de halogenoalcanos primarios, secundarios y terciarios. Hemos resaltado el átomo de halógeno en azul y los grupos R en rojo, para ayudarte a identificarlos dentro de la molécula.

Ejemplos de clasificación de los halogenoalcanos. Originales de StudySmarter

Propiedades de los halogenoalcanos

Los halogenoalcanos tienen propiedades ligeramente distintas a las de los alcanos debido a suenlace polar C-X. Todo ello se debe a las diferentes electronegatividades del carbono y de los halógenos, que se muestran en la tabla siguiente.

Puedes ver que todos los halógenos son más electronegativos que el carbono. Esto significa que el átomo de halógeno se carga parcialmente de forma negativa y el átomo de carbono parcialmente de forma positiva. Representamos las cargas parciales mediante el símbolo delta (δ), situado encima de cada átomo:

La polaridad del enlace C-X. Originales de StudySmarter

Debido a esta polaridad, los halogenoalcanos experimentan fuerzas dipolo-dipolo permanentes entre las moléculas. Éstas son más fuertes que las fuerzas de van der Waal y requieren más energía para superarlas, lo que influye en algunas de las propiedades físicas de las moléculas. Explorémoslas ahora.

Puntos de fusión y ebullición

Los halogenoalcanos tienen puntos de ebullición más altos que los alcanos de longitud de cadena similar. Esto se debe a dos factores.

• Los halogenoalcanos tienen una masa molecular mayor que sus respectivos alcanos. Por ejemplo, el metano (con una longitud de cadena de un átomo de carbono) tiene una masa molecular de 16,0, pero el clorometano (también con una longitud de cadena de un átomo de carbono) tiene una masa molecular de 50,5. Esto significa que el clorometano contiene más de un átomo de carbono. Esto significa que el clorometano contiene más electrones y puede formar dipolos temporales más grandes, por lo que experimenta mayores fuerzas de van der Waals entre moléculas.
• Como ya se ha explicado, los enlaces C-X son polares y contienen un momento dipolar. Esto significa que los halogenoalcanos experimentan además fuerzas dipolo-dipolo permanentes.

La mayor fuerza de las fuerzas intermoleculares significa que se necesita más energía para separar las moléculas. Por tanto, los halogenoalcanos tienen puntos de ebullición más altos que los alcanos similares.

Metano y clorometano. Observa los dipolos permanentes del clorometano y su mayor masa molecular. Originales de StudySmarter

Además, los halogenoalcanos más largos tienen puntos de ebullición más altos que los halogenoalcanos más cortos. Son moléculas más grandes y experimentan una mayor atracción de van der Waals. Por otra parte, un hidrocarburo de cadena ramificada tiene un punto de ebullición más bajo que uno similar no ramificado. Esto se debe a que las moléculas no pueden empaquetarse tan estrechamente, por lo que la atracción entre moléculas es más débil.

Por ejemplo, considera el 1-clorobutano y el 1-clorometilpropano. Ambos tienen la misma masa molecular, pero mientras que el primero es una molécula de cadena recta, el segundo es ramificada. Observa cómo tres moléculas de 1-clorobutano caben en el mismo espacio que dos moléculas de 1-clorometilpropano.

Halogenoalcanos rectos y ramificados. Originales de StudySmarter

El punto de ebullición de los halogenoalcanos también varía en función del halógeno de la molécula. Se ve afectado por dos factores.

• A medida que se desciende en el grupo de la tabla periódica, los átomos de halógeno aumentan su masa atómica. Esto significa que experimentarán fuerzas de van der Waals más fuertes.
• Ya hemos visto que, a medida que se desciende en el grupo, disminuye la electronegatividad del halógeno . Esto hace que el enlace C-X sea menos polar y reduce las fuerzas dipolo-dipolo permanentes entre moléculas.

Estos dos factores parecen oponerse entre sí, así que ¿cuál es la tendencia de los puntos de ebullición?

Pues bien, los puntos de fusión y ebullición aumentan a medida que se desciende en el grupo 7 de la tabla periódica. Por tanto, el gran aumento del número de electrones es más importante que la reducción de la fuerza del dipolo permanente. Puedes verlo en la tabla siguiente. Aunque el cloro tiene una electronegatividad mayor que el yodo, el 1-yodopropano tiene un punto de ebullición más alto que el 1-cloropropano. Esto se debe a que el 1-yodopropano tiene más electrones y, por tanto, experimenta una atracción de van der Waals más fuerte.

Solubilidad

Los halogenoalcanos son insolubles en agua, a pesar de su polaridad. No son lo bastante polares para formar enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua. Sin embargo, son muy solubles en disolventes orgánicos.

Producción de halogenoalcanos

Podemos producir halogenoalcanos utilizando distintos métodos:

• Sustitución por radicales libres de alcanos, utilizando _Cl2 o _Br2 en presencia de luz UV.
• Adición electrofílica de alqu enos utilizando un halógeno, _X2, o un haluro de hidrógeno, HX.
• Sustitución de alcoholes, utilizando diferentes reactivos y condiciones.

Reactividad de los halogenoalcanos

Debido a su enlace polar C-X, los halogenoalcanos suelen ser atacados por nucleófilos.

Los nucleófilos son moléculas de carga negativa o parcialmente negativa con al menos un par solitario de electrones. Se sienten atraídos por átomos positivos, o parcialmente positivos, como el carbono del enlace C-X.

Entre las reacciones habituales en las que intervienen los halogenoalcanos se incluyen:

• Sustituciónnucleofílica con :^OH- para formar un alcohol.
• Sustituciónnucleófila con amoníaco para formar una amina.
• Sustituciónnucleófila con :^CN- para formar un nitrilo.
• Eliminación con :^OH- para formar un alqueno.

Factores que afectan a la reactividad de los halogenoalcanos

Hay dos factores que influyen en la reactividad de los halogenoalcanos:

• La polaridad del enlace.
• La fuerza del enlace.

Polaridad de enlace

Antes hemos aprendido que la electronegatividad del átomo de halógeno disminuye a medida que se desciende en el grupo de la tabla periódica. Esto hace que el enlace C-X sea menos polar. El átomo de carbono, ahora menos cargado positivamente, está menos sujeto al ataque de los nucleófilos, por lo que el enlace es menos reactivo.

Fuerza del enlace

A medida que se desciende en el grupo 7 de la tabla periódica, la entalpía del enlace C-X disminuye. Esto se debe a que el átomo halógeno es más grande y el par de electrones compartido está más alejado de su núcleo. Por tanto, hay una atracción más débil entre los electrones y el núcleo, lo que hace que el enlace sea más fácil de romper y más reactivo.

Te preguntarás qué factor es más importante. Pues bien, los experimentos demuestran que la reactividad aumenta a medida que se desciende en el grupo. Esto significa que la fuerza del enlace es un factor más importante que la polaridad del enlace cuando se trata de reactividad.

Gráfico que muestra la fuerza relativa del enlace C-X. Originales de StudySmarter

Usos de los halogenoalcanos

Por último, dediquemos un momento a considerar algunos de los usos de los halogenoalcanos.

• Al principio de este artículo hablamos de cómo los halogenoalcanos son componentes útiles de muchos fármacos, como el antidepresivofluoxetina y el anestésico isoflurano.
• Los halogenoalcanos también se utilizan como disolventes y fumigantes.
• El revestimiento antiadherente Teflon es un polímero basado en el halogenoalcano tetrafluoroeteno.
• Los clorofluorocarbonos (CFC) saltaron a la fama en el siglo XX como características populares de muchos aerosoles y refrigerantes. Sin embargo, los CFC son extremadamente peligrosos debido a su efecto sobre la capa de ozono. Por ello, ahora están prohibidos en muchos países. Las alternativas son los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) y los hidrofluorocarbonos (HFC).