DẪN XUẤT HALOGEN CỦA HIĐROCACBON

I- KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP
$1$. Khái niệm
Khi thay thế một hay nhiều nguyên tử hiđro trong phân tử hiđrocacbon bằng một hay nhiều nguyên tử halogen ta được dẫn xuất halogen của hiđrocacbon, thường gọi tắt là dẫn xuất halogen.
$2$. Phân loại
* Dẫn xuất halogen gồm có dẫn xuất flo, dẫn xuất clo, dẫn xuất brom, dẫn xuất iot và dẫn xuất chứa đồng thời một vài halogen khác nhau.
* Dựa theo cấu tạo của gốc hiđrocacbon, người ta phân thành các loại sau:
Dẫn xuất halogen không no: $CF_2=CF_2; CH_2=CH-Cl; CH_2=CHCH_2-Br$
Dẫn xuất halogen thơm: $C_6H_5F; C_6H_5CH_2-Cl; p-CH_3C_6H_4Br; C_6H_5I$
* Bậc của dẫn xuất halogen bằng bậc của nguyên tử cacbon liên kết với nguyên tử halogen. Thí dụ:

 (Dẫn xuất halogen bậc $I$)        (Dẫn xuất halogen bậc $II$)         (Dẫn xuất halogen bậc $III$)
$3.$ Đồng phân và danh pháp
a) Đồng phân
Dẫn xuất halogen có đồng phân mạch cacbon như ở hiđrocacbon, đồng thời có đồng phân vị trí nhóm chức. Thí dụ:
b) Tên thông thường
Có một số ít dẫn xuất halogen được gọi theo tên thông thường. Thí dụ:
$CHCl_3(clorofom);        CHBr_3(bromofrom);         CHI_3(iođofom)$
c) Tên gốc - chức
Tên của các dẫn xuất halogen đơn giản cấu tạo từ tên gốc hiđrocacbon + halogenua
$CH_2Cl_2             CH_2=CH-F       CH_2=CH-CH_2-Cl            C_6H_5-CH_2-Br$
metylen clorua         vinyl florua                       anlyl clorua                                      benzyl bromua
d) Tên thay thế
Trong trường hợp chung, dẫn xuất halogen được gọi theo tên thay thế, tức là coi các nguyên tử halogen là những nhóm thế đính vào mạch chính của hiđrocacbon:
II - TÍNH CHẤT VẬT LÍ
* Ở điều kiện thường, các dẫn xuất monohalogen có phân tử khối nhỏ như $CH_3F, CH_3Cl, CH_3Br$ là những chất khí. Các dẫn xuất halogen có phân tử khối lớn hơn thường ở thể lỏng, nặng hơn nước, thí dụ: $CH_3I, CH_2Cl_2, CHCl_3, CCl_4, C_2H_4Cl_2, C_6H_5Br,...$
Những dẫn xuất polihalogen có phân tử khối lớn hơn nữa ở thể rắn, thí dụ: $CHI_3, C_6H_6Cl_6,...$
* Các dẫn xuất halogen hầu như không tan trong nước, tan tốt trong các dung môi không phân cực như hiđrocacbon , ete,...
* Nhiều dẫn xuất halogen có hoạt tính sinh học cao, chẳng hạn như $CHCl_3$ có tác dụng gây mê, $C_6H_6Cl_6$ có tác dụng diệt sâu bọ,...

III - TÍNH CHẤT HÓA HỌC
$1.$ Phản ứng thế nguyên tử halogen bằng nhóm $-OH$
Người ta tiến hành thí nghiệm song song với $3$ chất lỏng đại diện cho ankyl halogenua, anlyl halogenua và phenyl halogenua. Cách tiến hành và kết quả được trình bày như ở bảng $8.1$.
Bảng : Thí nghiệm thế $Cl$ bằng $OH$

Giải thích:
- Dẫn xuất loại ankyl halogenua không phản ứng với nước ở nhiệt độ thường cũng như khi đun sôi, nhưng bị thủy phân khi đun nóng với dung dịch kiềm tạo thành ancol :

                    $CH_3CH_2CH_2Cl + OH^-\xrightarrow[{}]{{t^0}} CH_3CH_2CH_2OH+Cl^- $
                               propyl clorua                                 ancol propylic

$Cl^-$ sinh ra được nhận biết bằng $AgNO_3$ dưới dạng $AgCl$ kết tủa.
- Dẫn xuất loại anlyl halogenua bị thủy phân ngay khi đun sôi với nước:
$$RCH=CHCH_2-X + H_2O \xrightarrow[{}]{{t^0}} RCH=CHCH_2-OH+HX $$
- Dẫn xuất loại phenyl halogenua (halogen đính trực tiếp với vòng benzen) không phản ứng với dung dịch kiềm ở nhiệt độ thường cũng như khi đun sôi. Chúng chỉ phản ứng ở nhiệt độ và áp suất cao, thí dụ:
$$C_6H_5Cl+2NaOH\xrightarrow[{}]{{300^0C, 200 atm}} C_6H_5ONa +NaCl+H_2O $$
Sơ lược về cơ chế phản ứng thế nguyên tử halogen
Độ âm điện của halogen nói chung đều lớn hơn của cacbon. Vì thế liên kết cacbon-halogen là liên kết phân cực, halogen mang một phần điện tích âm còn cacbon mang một phần điện tích dương. Tùy thuộc vào bản chất của dẫn xuất halogen và điều kiện tiến hành phản ứng, sự thế nguyên tử halogen có thể xảy ra theo những cơ chế khác nhau.
Thí dụ: Dẫn xuất halogen no bậc $III$ dưới tác dụng của dung môi phân cực bị phân cắt dị li ở mức độ không đáng kể (vì chiều nghịch luôn chiếm ưu thế):

Cacbocation sinh ra kết hợp ngay với $OH^-$ tạo thành ancol: