II.4. Практическое использование галогенпроизводных
1. Галогенпроизводные исключительно широко используются в органическом синтезе для получения самых разнообразных типов соединений.
2. Галогенпроизводные используют для получения ряда полимеров; к наиболее важным относятся поливинилхлорид (-СН2-СНCl-)n и политетрафторэтилен (CF2-CF2-)n
3. Некоторые галогенпроизводные используются в качестве растворителей:
метиленхлорид СН2Сl2, дихлорэтан ClCH2CH2Cl, хлороформ СHCl3, тетрахлорметан (четыреххлористый углерод) СCl4, трихлорэтилен CCl2=CHCl и др. Ценным качеством этих растворителей является негорючесть, однако некоторые из них довольно токсичны.
4. Ряд фторхлорпроизводных (ССl3F, CCl2F2, CHClF2 и др.) используется в качестве хладоагентов в холодильных установках; эти хладоагенты называют фреонами. Существует предположение, что попадая в атмосферу, фреоны вызывают разложение озона и образование «озоновых дыр» в стратосфере; это предположение строго не доказано, но не считаться с ним нельзя.
5. Полностью фторированные углеводороды (перфторуглероды) предложено использовать в качестве искусственных заменителей плазмы крови; этому способствует их биохимическая инертность.
6. Некоторые полихлорпроизводные широко использовались в качестве инсектицидов: прежде всего это ДДТ (303) и гексахлоран (304):
И
спользовались
сотни тысяч тонн этих инсектицидов,
особенно ДДТ; их использование помогло
решить многие проблемы, в частности,
спасти миллионы жизней, уничтожая
малярийных комаров; однако их чрезвычайная
устойчивость и способность накапливаться
в трофических цепях привела к возникновению
серьезных экологических проблем.
7. Одним из самых
опасных загрязнителей окружающей среды
является диоксин (305):
Это соединение весьма токсично, стимулирует образование злокачественных опухолей; оно исключительно устойчиво, что увеличивает его опасность.
Резюме
Связь С(sp3)-На1 сильно поляризована и склонна к гетеролитическому разрыву с отрывом атома галогена в виде аниона. Поэтому галогенпроизводные, содержащие такие связи, весьма реакционноспособны; основные типы реакций – нуклеофильное замещение и -элиминирование. Реакции нуклеофильного замещения галогена позволяют вводить в субстраты самые разнообразные функциональные группы, что обусловливает широкое использование галогенопроизводных в органическом синтезе. Основные механизмы нуклеофильного замещения – мономолекулярное (SN1) и бимолекулярное (SN2) – хорошо изучены, что позволяет достаточно легко подбирать оптимальные условия проведения реакций. Аллильные и бензильные галогениды вступают в реакции нуклеофильного замещения особенно легко.
Реакции β-элиминирования конкурируют с реакциями нуклеофильного замещения; для галогеналканов характерны мономолекулярное (Е1) и бимолекулярное (Е2) элиминирование.
Связь С(sp2)-На1 заметно прочнее, чем связь С(sp3)-На1; соединения со связью С(sp2)-На1 значительно труднее, чем соединения со связью С(sр3)-На1, вступают в реакции нуклеофильного замещения и труднее – в реакции -элиминирования. Для ароматических галогенпроизводных удается достаточно легко провести реакции нуклеофильного замещения галогена в двух вариантах: А. При наличии в ядре сильных электроноакцепторных заместителей – по механизму присоединения-отщепления (с промежуточным образованием анионных аддуктов); Б. При действии сильных оснований – по механизму отщепления-присоединения (с промежуточным образованием аринов).