Fluorowcopochodne węglowodorów

1. Nazewnictwo fluorowcopochodnych

Prawda jest taka, że w drodze do tego postu natrafiliśmy już na te związki, czyli pochodne węglowodorów, do których zostały doczepione atomy z 17. grupy, czyli fluorowce[1]. W końcu kiedy dodawaliśmy cząsteczki Cl2 , Br2 albo HCl / HBr do alkenów to właśnie tworzyliśmy te związki. Ba! Pojawiało się już nawet to nazewnictwo w postach, bo jeśli potrafisz nazywać węglowodory, to nazywanie fluorowcopochodnych jest po prostu intuicyjne.

Nazewnictwo fluorowcopochodnych jest proste, jeśli potrafimy już przezywać węglowodory.

Jak widzimy po drugim przykładzie, ciągle kierujemy się zasadą, aby podstawnikom przypisać jak najniższe cyferki, czyli błędne byłoby nazwanie tego związku jako 4,4−dimetylo−5−fluoroheksan. Pozostaje nam jedynie rozstrzygnięcie kilku bardziej subtelnych kwestii :

W spornych kwestiach będzie decydował alfabet.

W pierwszym przypadku (po lewej) mamy sytuację, w której numery podstawników byłyby takie same, gdyby zacząć od jednego czy drugiego końca łańcucha. Patrzymy w takim razie, że literka c (chloro−) jest przed literką m (metylo−) w alfabecie, dlatego pierwszeństwo dostaje chlor.

W drugim związku jest podobna sytuacja (dlatego[2] błędną nazwą jest 2−metylo−4−chloro−5−fluoroheksan), a dodatkowo dochodzi już taki niuans, żeby podstawniki wymieniać w kolejności alfabetycznej, dlatego najpierw ,,chloro−” , potem ,,fluoro−” , a na koniec ,,metylo−”

2. Otrzymywanie fluorowcopochodnych

Prawie wszystkie reakcje otrzymywania fluorowcopochodnych były już omówione wcześniej, została dosłownie jedna, ponieważ używa się do niej alkoholi, o których jeszcze się nie uczyliśmy.

Zrobienie tego schematu trochę zajęło czasu – daj znać czy się przydało!

Mam nadzieję, że powyższa mapa reakcji pozwoli Ci usystematyzować wiedzę, którą zdobyliśmy, ponieważ zadania maturalne w kwestii reakcji organicznych w 90% opierają się o reakcje na węglowodorach i ich fluorowcopochodnych !

Pojawiła się jedna nowa reakcja, polegająca na dodaniu HCl lub HBr do alkoholi, w wyniku czego grupa ーOH wymienia się na atom chloru lub bromu. Sam schemat reakcji jest bardzo prosty i nie sądzę by sprawiał Ci problemy :

Reakcja alkoholi z HCl oraz HBr

Produktem ubocznym reakcji jest woda, co pokażemy na zapisie równania reakcji, które prawilnie zbilansujemy :

(CH3)3COH + HCl ⟶ (CH3)3CCl + H2O

Sama reakcja polega na wymianie grupy hydroksylowej na atom fluorowca, a więc będzie to reakcja substytucji. Pytanie Was tutaj o mechanizm (elektrofilowy/nukleofilowy) jest chore i dlatego też pojawiło się na maturze! To też chyba takie jedno ze słynniejszych pytań, z którymi nie poradzili sobie sami egzaminatorzy CKE, a także autor zadania.

3. Reakcje fluorowcopochodnych

Są dwie reakcje na fluorowcopochodnych, które musimy znać. Są one bardzo wredne, bo w obu przypadkach będziemy używać tego samego reagenta (będzie to NaOH lub KOH), ale zmieni się rozpuszczalnik. Będzie to jedyny maturalny przykład, w którym rola rozpuszczalnika będzie tak znacząca.

Reakcja fluorowcopochodnych z KOH w wodzie jako rozpuszczalniku to przykład reakcji substytucji nukleofilowej.

Powyższa reakcja  z KOH w wodzie jest przykładem substytucji (atom chloru lub bromu ulega wymianie na grupę ーOH) nukleofilowej.

Jak widzisz jeśli użylibyśmy etanolu jako rozpuszczalnika to KOH zachowa się jak zasada Bronsteda, która przecież z definicji chciała zabrać proton (wodór).

Schemat reakcji fluorowcopochodnych z KOH w etanolu. Jest to przykład reakcji eliminacji.

Tym razem zaszła nam reakcja eliminacji, a więc faktycznie jest to zupełnie inny przebieg, a przecież zmienił się tylko rozpuszczalnik!

Zanim przejdziemy dalej, zobacz jeszcze co może się wydarzyć w przypadku takiej samej reakcji, tylko na innym substracie :

W tym przypadku mogę zabrać wodór po obu stronach, zatem teoretycznie powstają dwa różne produkty. Jeden z nich powstaje jednak w znaczącej przewadze i został on zaznaczony w ramce.

W powyższej reakcji teoretycznie tworzą się dwa produkty i analogicznie jak to było przy addycji elektrofilowej (czyli zobacz de facto reakcji w drugą stronę) gdzie posługiwaliśmy się regułą Markownikowa, tak tutaj również będziemy wspomagać się regułą Zajcewa, jednak o niej powiemy już w osobnym rozdziale, aby też dodatkowo ugruntować naszą wiedzę o reakcjach eliminacji, bo wiem że sprawiają one problemy.

Na deser zostawiliśmy sobie jeszcze jedną reakcję, a będzie to synteza (reakcja) Wurtza.

4. Synteza Wurtza, czyli pretendent do najgłupszej maturalnej reakcji

Wiecie sami jak to jest, edukacja stoi w miejscu od ilu już lat? Jak długo siedzimy w tych samych ławkach, przed tymi samymi tablicami, słuchając tego samego, bez jakiegokolwiek przystosowania do dzisiejszych czasów? Ok, teraz pandemia i mamy nauczanie online − jesteście świadkami jak to źle wygląda. Być może będzie to jakiś bodziec do zmian na lepsze, zobaczymy.

I słuchajcie, dokładnie tak samo w czasie zatrzymało się nauczanie syntezy Wurtza, reakcji odkrytej w 1855 roku.

Wyobraź sobie, że idziesz do korepetytora z matmy, który powie Ci, że nauczy Cię dodawania, ale tylko na parzystych liczbach. Czyli będziesz wiedział tylko jak otrzymać parzyste liczby, ale tych nieparzystych to już nie ogarniesz. ,,No to zajebisty korepetytor” powiesz. I masz rację!

Tutaj macie dokładnie tak samo, pokazują Wam syntezę, która pozwoli na otrzymanie tylko parzystych węglowodorów (o parzystej liczbie atomów węgla). Oto schemat syntezy Wurtza :

Schemat syntezy Wurtza

Teraz kilka przykładów, koniecznie z takim, w którym tworzy się związek cykliczny (charakterystyczne wykorzystanie tej reakcji). Nowo utworzone wiązanie zostało pogrubione.

Przykłady reakcji Wurtza.

Zapytasz pewnie, dlaczego nie można otrzymać np. propanu ? Generalnie można, tylko zrobimy to z beznadziejną wydajnością, ponieważ będą się tworzyć jeszcze inne produkty, a my nie możemy rozkazywać cząsteczkom co one mają dokładnie robić i jak się ze sobą łączyć.

Próba syntezy propanu (przykładowego węglowodoru o nieparzystej liczbie atomów węgla) kończy się niepowodzeniem w postaci chu…ej wydajności.

Olimpijczycy tą reakcję poznają zupełnie przypadkowo, usłyszawszy ją gdzieś w szkole lub przeglądając bardzo stare edycje Olimpiady Chemicznej. Nie ma tego w książkach akademickich, a zwłaszcza tych nowszych (czyli po 1900 roku), bo tej reakcji ciężko szukać w nowoczesnej chemii organicznej.


[1] Na maturze dominuje określenie fluorowce, na Olimpiadzie czy też w dalszych etapach edukacji częściej spotkamy się z nazwą halogenki, a same związki nazwalibyśmy halogenkami alkilu, czy też halogenopochodnymi węglowodorów.

[2] Tutaj akurat jest jeszcze inna kwestia, bo chodzi też o to, aby suma cyferek wszystkich podstawników była jak najmniejsza, więc tutaj nawet na alfabet nie trzeba patrzeć. Gdyby zacząć od drugiego końca mielibyśmy nazwę 2−metylo−4−chloro−5−fluoroheksan, czyli cyferki wynoszą 2, 4 oraz 5, a w poprawnej wersji (czyli 3−chloro−2−fluoro−5−metyloheksan), te cyferki wynoszą 2,3 oraz 5.

Leave a Reply

%d bloggers like this: