Alkil Halida

BASIC ORGANIC CHEMISTRY

(SKO3013)

SEMESTER 1 2011/2012

ALKIL HALIDA

GROUP : A

GROUP MEMBERS :

MARLISA BINTI SAU D20101037418

NUR HAYATI BINTI YUSOFF D20101037439

NORFARRAHDILAH BINTI AMIR D20101037438

SITI SALWA BINTI ABDULLAH D20101037439

ALKIL HALIDA

1.0 PENGENALAN

Alkil Halida yang juga dikenali sebagai haloalkana adalah sebatian-sebatian organik yang

mempunyai atom-atom halogen (fluorin, klorin, bromin atau iodin). Atom-atom halogen ini

terdapat pada karbon hibridisasi sp3.

Ikatan karbon-halogen merupakan ikatan polar kerana karbon dan halogen mempunyai

perbezaan elektronegativiti. Elektronegativiti halogen lebih tinggi daripada karbon.

C-I < C-Br < C-Cl < C-F ( C-F – ikatan polariti yang yang tertinggi)

Vinil halida dan fenil halida termasuk dalam alkil halida yang terikat dengan karbon

hibridisasi sp2 manakala alilik halida termasuk dalam hibridisasi sp3 .

Formula : RX

H H sp3

H -C-C-Cl

H H

Vinil halida Aril halida

2.0 PENGKELASAN ALKIL HALIDA

Ditentukan mengikut jenis atom karbon yang terikat kepada halogen.

2.1 Alkil halida primer

Alkil halida primer (1°), mempunyai atom karbon yang hanya terikat dengan satu kumpulan

alkil. Contoh :

2.2 Alkil halida skunder

Alkil halida sekunder (2°), mempunyai atom karbon yang hanya terikat dengan dua kumpulan

alkil lain. Contoh :

2.3 Alkil halida tertiari

Alkil halida tertiari (3°), mempunyai atom karbon yang terikat dengan tiga kumpulan alkil lain.

Contoh :

2.4 RINGKASAN PENGKELASAN ALKIL HALIDA

Formula Umum Pengkelasan

CH3X Metil halida- Halogen terikat kepada kumpulan metil

R-CH2-X Alkil halida primer (1°)

- Halogen terikat kepada (1°) karbon

R

R-CH-X

Alkil halida sekunder (2°)


R

R-C-X

R

Alkil halida tertiari (3°)


X Aril halida

-Halogen terikat kepada (3°) karbon.

Vinil halida Aril halida Alilik halida Fenil halida

Latihan :

i. CH3CH2Br : ______

ii. (CH3)3CH(CI)CHBr :______

iii. CH3CH2CHBr : ______

CH3

iv. :______

ClH3C

3.0 PENAMAAN ALKIL HALIDA

A) Nama Asas

Mengandungi nama asas kumpulan alkil diikuti dengan nama halida.

CH3CH2CH2-Cl : propil klorida

CH3CH2CH2-I : n-butil iodida

H3C-CH-Br : isopropyl bromida

CH3

B) IUPAC Sistem

Rantaian karbon yang paling panjang dipilih menjadi rantai utama.

Rantai utama diberikan nombor dari arah yang memberikan cabang nombor yang

paling rendah sama ada -X atau -R.

Cabang halogen diberikan prefik fluoro- , kloro- ,bromo- ,iodo- .

Jika terdapat dua cabang dengan kumpulan yang sama, guna prefik di- ,tri- ,tetra-

CH3

CH3CHCH2CHCHCH2CH3

CH3

2,4-dimetilheptana

Cabang mempunyai nombor yang sama

Penomboran cabang mesti bermula dengan mengikut keutamaan abjad.

CH3 Br

CH3CHCH2CHCHCH3

2-bromo-5-methylhexana

Jika wujud lebih daripada satu halogen

Penomboran diberikan berdasarkan keutamaan abjad.

CH3 Br

CH3CHCH2CHCHCH2CH3

I

5-bromo-2-ioido-,3-methylheptane

4.0 Ciri-ciri alkil halida

Ciri-ciri fizikal alkil halida

Takat didih

Alkil halida mempunyai takat didih yang tinggi berbanding alkana. Ini adalah disebabkan berat atom alkil halida yang tinggi.

Semakin bertambah berat atom, semakin tinggi takat didih alkil halida. Alkil halida yang bercabang mempunyai takat didih yang rendah berbanding

alkil halida rantaian lurus kerana luas permukaannya semakin berkurang menyebabkan tarikan kekuatan van der waal sedikit.

Takat didih alkil halida juga akan bertambah apabila berat atom halogen bertambah. F<Cl<Br<I

Contoh :alkil fluoride < alkil iodide

Kelarutan

Alkil halida mempunyai kelarutan yang rendah dalam air. Ia tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik seperti benzena, eter

dan klorofom. Alkil halida tidak larut dalam air kerana tidak dapat membentuk ikatan

hidrogen bersama air.

5.0 SINTESIS ALKIL HALIDA

PROSES PENGHALOGINASI ALKANA

PROSES PENGHALOGINASI ALKENA

PENUKARAN ALKOHOL KEPADA ALKIL HALIDA


Contoh 1

Proses klorinisasi radikal bebas metana


melibatkan mekanisma radikal bebas

menghasilkan campuran isomer ekahalida

sebatian yang dihasilkan akan diasingkan melalui proses

penyulingan

Mekanisme proses klorinisasi

Permulaan

Ikatan karbon-hidrogen ikatan merupakan ikatan kovalen rendah kekutuban.

Molekul halogen mempunyai ikatan kovalen tidak berkutub.

Cahaya UV mengandungi tenaga yang mencukupi untuk memecahkan ikatan klorin-

klorin lemah yang tidak berkutub.

Pemutusan molekul klorin membawa kepada pembentukan dua radikal bebas

klorin atom yang sangat reaktif.

Radikal bebas merupakan atom atau kumpulan yang mempunyai satu elektron tunggal

yang tidak dikongsi.

Pengacukan

Pembelahan homolitik ikatan karbon-hidrogen akan berlaku.

Atom radikal bebas klorin akan bercantum dengan radikal bebas hidrogen untuk

membentuk hidrogen klorida dan radikal bebas metil.

Penamatan

Radikal bebas metil bertindak balas dengan radikal bebas klorin untuk menghasilkan

klorometana.

Dua radikal bebas metil bertindak balas untuk menghasilkan etana.

Dua radikal bebas klorin bertindak balas untuk menghasilkan molekul klorin.

Cl • + • Cl → Cl — Cl

PROSES PENGHALOGINASI ALKENA

Penambahan sebatian hidrogen halida

Penambahan sebatian hidrogen halida pada sebatian alkena yang tidak seimbang akan menghasilkan dua produk.

Penghasilan produk ini ditentukan oleh Peraturan Markonikov. Atom hidrogen perlu ditambah pada karbon ikatan berganda yang mempunyai lebih

banyak atom hidrogen. Penyusunan ini akan menghasilkan karbokation pertengahan yang lebih stabil.

Dalam Peraturan Anti-Markonikov, atom hidrogen akan ditambah pada karbon ikatan berganda yang mempunyai kurang atom hidrogen.

penambahan kumpulan halogen

penghaloginasi sebatian allilik

penambahan sebatian

hidrogen halida

Penambahan kumpulan halogen

Proses penghaloginasi merupakan penambahan atom halogen pada sebatian alkena.

Mekanisme penghaloginasi

Sebatian alkena dan halogen merupakan molekul yang tidak berkutub. Walau bagaimanapun, molekul ini mampu mengalami penghasilan dwikutub terdorong.

Karbokation bromoetil yang terhasil akan distabilkan oleh bromin atom yang bercas positif (ion bromonium).

Ion bromonium akan berkongsi elektron dengan ikatan kovalen karbon-bromin.

Bahagian yang bertindih akan menghampiri atom bromin yang lebih berelektronegatif.

Penghaloginasi sebatian allilik

Alkena boleh dihaloginasi secara terus dari posisi allilik. Molekul halogen yang digunakan mestilah dalam kepekatan yang rendah tetapi suhu

yang tinggi untuk mengelakkan tindak balas berlaku pada ikatan berganda.

Tindak balas Karl Zieglar

N-Bromosuccinimide (NBS) merupakan agen pembrominan dan pengoksidaan sebagai sumber bromin dalam tindak balas radikal dan penambahan elektrofilik.

PENUKARAN ALKOHOL KEPADA ALKIL HALIDA

Reagen hidrogen halida (HCl, HBr, HI)

Alkohol akan ditukarkan kepada alkil halida melalui tindak balas SN1 dan SN2 dengan asid halogen.

Alkohol primer akan mengalami penggantian SN2 manakala penggantian SN1 berlaku pada alkohol tertier.

Reagen fosforus tribomida (PBr3)

Reagen hidrogen halida(HCl, HBr, HI)

Reagen fosforus tribomida(PBr3)

Reagen thionil klorida (SOCl2)

Mekanisme tindak balas reagen fosforus tribomida (PBr3)

Alkohol akan bertindak balas dengan fosforus tribomida.

Penggantian SN1 atau SN2: ion bromida menggantikan kumpulan dwibromofosforus.

Reagen thionil klorida (SOCl2)

Tindak balas berlaku dengan pantas dan menghasilkan beberapa produk sampingan seperti sulfur dioksida dan hidrogen klorida.

Mekanisme tindak balas reagen thionil klorida (SOCl2)

Sebatian alkohol akan bertukar menjadi sebatian ester tidak organik.

Ion klorida akan bertindak sebagai nukleofilik dan menyerang sebatian ester untuk menghasilkan sulfur dioksida, hidrogen klorida dan sebatian alkil halida.

Alkil halida yang terhasil mempunyai konfigurasif relatif berlainan dari alkohol asal.

Spesies dengan pasangan elektron yang tidak dikongsi. Nucleophile akan bertindak balas dengan alkil halida dengan menggantikan gantian halogen. Tindak balas penggantian berlaku dan gantian halogen yang dipanggil kumpulan meninggalkan

akan kekal sebagai ion halida. Substrat ikatan karbon-halogen menjalani heterolysis dan pasangan elektron yang tidak dikongsi

nucleophile akan digunakan untuk membentuk satu ikatan baru kepada atom karbon. Contoh : OH-, OR-, NH3, CN

Kumpulan meninggalkan yang bagus ialah gantian yang boleh meninggalkan sebagai molekul relatif stabil, lemah asas / anion.

Contoh: ion halida (Cl, Br, I) R-I > R-Br > R-Cl > > R-F Ion fluorida adalah asas yang kukuh : lebih tinggi kekuatan ikatan antara C-F.

Nucleophile

Kumpulan meninggalkan

nucleophile

Substrat Alkil halida

produk

Ion halida

Nucleophile Kumpulan meninggalkanproduk

Ion halida

Nu :−

+R−X⃗ R−Nu+X−

Nu :−

+R−X⃗ R−Nu+X−

Langkah 1 : Pembentukan-karbokation

R

_R C X_R R

_R C + X_

R

+slow

Langkah 2 : Serangan nucleophilic

R

_R C Nu_R

fast+

R

_R C + Nu:_

R

Mekanisma SN1

SN1 adalah nucleophile penggantian unimolecular. Ianya unimolecular kerana melibatkan satu spesis iaitu alkil halida dalam

menentukan tindak balas. Oleh itu, kadar tindak balas hanya bergantung kepada persamaan kadar

alkil halida (RX). Kadar = k [RX]. Tindak balas ini melibatkan alkil halida 3⁰. Mekanisme melibatkan 2 langkah :

Langkah 1 : Pembentukan-karbokationLangkah 2 : Serangan nucleophilic

Contoh 1 : Tindak balas 2-bromo-2-methilpropana dengan air.

CH3

_CH3 C Br + H2O_CH3 CH3

_CH3 C OH + HBr_

CH3

MEKANISMA SN1


+slowCH3

_CH3 C Br_

CH3 CH3

_CH3 C + Br_

CH3


fastCH3

_CH3 C + H2O

CH3

+

CH3

_CH3 C O_CH3 H

H+

CH3

_CH3 C OH + H3O+_CH3

H

HCH3

_CH3 C O + H2O_

CH3+

Contoh 2

Tuliskan mekanisme bagi tindak balas di bawah

CH3

_CH3 C CH2Br + NaOH(aq)_CH3 CH3

_CH3 C CH2CH3 + NaBr_

OH


slowCH3

_CH3 C CH2 Br_

CH3

_ _

CH3

_CH3 C CH2 + Br_CH3

+

Penyusunan semula

1,2-methyl shift+

CH3_CH3 C CH2

_

CH3 CH3

_CH3 C CH2 _CH3

+


_+

CH3_CH3 C CH2 + OH

_

CH3

_CH3 C CH2CH3_CH3

OH

fast

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI MEKANISMA SN1

KESAN PELARUT

KESAN STEARIK

KUMPULAN MENINGGALKAN

STEREOCHEMISTRY SN1

NUCLEOPHILE

Disebabkan oleh pembentukan karbokation semasa langkah pertama dalam mekanisme tindak balas (substrat) yang mempunyai struktur satah trigonal.

Anjakan berlaku sama ada dari bahagian hadapan sebelah / belakang apabila substrat bertindak balas dengan nucleophile.

Akibatnya, tindak balas akan mengubah sebatian aktif optik ke dalam recemic ataupun beberapa bentuk penyongsangan.

Dalam mekanisme SN1, nucleophile tidak mempengaruhi kadar tindak balas SN1.

Nucleophile akan bertindak balas selepas pembentukan karbokation.

Sesuatu kereaktifan serupa bagi mekanisme SN1 dijumpai untuk tindak balas sebagai SN2.

Kumpulan meninggalkan (anion) Kereaktifan relatif

<<1

1 200

10,000 30,000 60,000

Stereochemistry SN1

Nucleophile

Kesan pelarut

Kumpulan meninggalkan

OH− ,NH2− ,OR

−

F−

Cl−

Br−

I−

TosO−

Tindak balas mekanisme SN1 berlaku dengan pantas dalam pelarut protik (EtOH, MeOH).

Pelarut protik menggalakkan solvation daripada karbokation (interaksi ion dengan molekul pelarut) akan menstabilkan karbokation perantaraan.

PELARUT TINDAK BALAS REAKTIF CEPATEtOH 1

Acetic acid 260% EtOH : 40% H20 10020% EtOH : 80% H2O 14000

Water ~105

Kadar yang mengehadkan langkah unimolecular penceraian substrat untuk menghasilkan

karbokation.

Semakin stabil karbokation pengantara, lebih cepat tindak balas mekanisme SN1 berlaku.

Kestabilan karbokation :

KESAN STEARIK

Bensil> Allil ≈ 3⁰>2⁰>1⁰

C

CHH

CH

+H

HC

CHH

CH

+H

HC

CHH

CH

+H

HC

CHH

CH

+H

Hkarbokation sekutu

C

+H H C

+

H H C

+

H H C

+

H H

karbokation bensil

Mekanisme am

Mekanisma SN2

SN2 adalah nucleophile penggantian bimolecular. Ianya bimolecular kerana melibatkan dua spesis iaitu alkil halida dan nucleophile dalam

menentukan tindak balas. Oleh itu, kadar tindak balas bergantung kepada persamaan kadar alkil halida (RX) and

nucleophile (Nu-). Kadar = k [RX][Nu-] Tindak balas ini melibatkan alkil halida 1⁰. Mekanisme melibatkan hanya 1 langkah di mana pemutusan ikatan dan pembentukan ikatan

berlaku secara serentak.

slow fast

HH

:OH- C Br OH C Br

HH

CH3

OH C + Br-

CH3

HH

CH3

slow fast

H

R

C X Nu C X Nu:-

H

H H

R

Nu C + X-R

H

Contoh 1 : Tindak balas antara bromida etil dengan natrium hidroksida.

CH3CH2Br + NaOH(aq) CH3CH2OH + NaBr

Mekanisme SN2

Mekanisma

keadaan peralihan

KESAN PELARUT

STEREOCHEMISTRY SN2

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI MEKANISMA SN2KESAN STEARIK

NUCLEOPHILEKUMPULAN

MENINGGALKAN

keadaan peralihan

Nucleophile akan mendekati dari kawasan bertentangan dengan kumpulan yang meninggalkan.

Mengakibatkan satu perubahan di dalam konfigurasi atom karbon molekul sasaran.

Sebagai anjakan berlaku, konfigurasi gantian atom karbon menjalani terbalikkan.

Molekul yang bersaiz besar menghalang pendekatan pembentukan bon nucleophile membuat sukar.

Keadaan peralihan bagi tindak balas sterically menghalang alkil halida daripada nucleophile dan memberikan tenaga yang lebih tinggi dan membentuk dengan lebih perlahan daripada alkil halida yang kurang dihalang.

Alkil halida Type Tindak balas reaktif yang cepat

CH3X 1⁰ 3000000CH3CH2X 1⁰ 100000

KESAN STEARIK

Stereochemistry SN2

CH 3>1∘

>2∘

>neopentyl>2∘

CH3CH2CH2X 1⁰ 40000(CH3)2CHX 2⁰ 2500

(CH3)3CCH2X 1⁰-neopentil 1(CH3)3CX 3⁰ 0

Pelarut protic (yang mengandungi kumpulan OH atau NH): secara amnya mengurangkan tindak balas mekanisme SN2. Contoh: MeOH, EtOH.

Pelarut protic ini akan melambatkan tindak balas mekanisme SN2 melalui kelompok di sekitar / solvating reactant nucleophile.

Solvating: Mengurangkan kereaktifan nucleophile (hidrogen bon). Sebaliknya, pelarut protic seperti asetonitril (CH3CN) , dimethylformamide (CH3)2NCHO

meningkatkan kadar bagi mekanisme SN2.

NUCLEOPHILE

KESAN PELARUT

:Nu - - - - -- - - - -- - - - -

- - - - - H

H

H

H

____

____

____

OROR Protic solvent

Mana-mana spesies (neutral / negatif) boleh bertindak sebagai nucleophile (pasangan unshared elektron).

Tindak balas SN2 berkaitan dengan kereaktifan nucleophile

Nucleophile lemah Nucleophile sederhana Nucleophile kuatF-

H-O-HCH3OH

Br-

NH3

CH3-S-CHCl-

CH3COO-

(CH3CH2)3PHSI-

C ≡ NOH-

CH30-

Kumpulan meninggalkan akan membuang cas negatif dan disesarkan oleh nucleophile yang masuk.

Kumpulan meninggalkan yang terbaik berkaitan dengan kestabilan negatif cas yang terbaik- kestabilan anion berkaitan dengan tahap kealkalian yang rendah.

Cas akan disebarkan pada nucleophile masuk dan kumpulan meninggalkan (alkali lemah) untuk menghasilkan lebih penstabilan.

Anion (kumpulan meninggalkan) Kereaktifan relatifOH-, NH2

-, OR- <<1F- 1Cl- 200Br- 10000I- 30000

ToSO- 60000

KUMPULAN MENINGGALKAN

Tahap kereaktifan meningkat apabila semakin menurun ke bawah.

Kereaktifan hidrolisis 1⁰, 2⁰ dan juga 3⁰ alkil halida.

Kereaktifan alkil halida untuk mekanisma SN1 adalah ditentukan oleh kestabilan carbocation. 3⁰ alkil halida merupakan alkil halida yang paling stabil diikuti 2⁰ alkil halida dan 1⁰ alkil halida.

Alkana adalah yang paling tidak stabil sekali. Contoh :

R-X < R-X < R-X

1o 2o 3o

kereaktifan meningkat

Kereaktifan hidrolisis 1⁰, 2⁰ dan juga 3⁰ alkil halida.

Kereaktifan alkil halida untuk mekanisme SN2 adalah ditentukan oleh kesan stearik yang terikat pada kawasan tindak balas molekul tersebut.

1⁰ alkil halida merupakan alkil halida yang paling reaktif diikuti 2⁰ alkil halida dan 3⁰ alkil halida. Contoh :

CH3 X < R-X < R-X

Mekanisme SN2

Mekanisme SN1

1o 2o 3 o

kereaktifan meningkat

SN1 SN2Kadar = k[RX] Kadar = k[RX][Nu-]

Kereaktifan - 3⁰>2⁰>1⁰ Kereaktifan – CH3X>1⁰>2⁰Mekanisme melibatkan lebih satu

langkahMekanisme melibatkan satu langkah

Nucleophile yang lemah Nucleophile yang kuatPembentukkan carbon cation Tiada pembentukkan carbon cation

Perbezaan antara SN1 dan SN2

APLIKASI ALKIL HALIDA

Kegunaan halogenalkana dalam makmal

Bertindak balas dengan banyak sebatian lain bagi menghasilkan bermacam-

macam sebatian organik yang lain.

Dalam pembuatan plastik

Kloroetena, CH2 = CHCl, digunakan untuk membuat poli (kloroetea) - biasa

disebut PVC.

Tetrafluoroetena, CF2 = CF2, digunakan untuk membuat poli (tetrafluoroetena) -

PTFE.

Alkil Halida

Documents

Transcript of Alkil Halida