هالو ألكان

الهالو ألكانات (المعروفة أيضًا باسم هالوجينو ألكانات أو هاليدات الألكيل ) هي ألكانات تحتوي على بديل واحد أو أكثر من الهالوجينات المرتبطة بالهيدروجين. ^{[ 1 ]} وهي فئة فرعية من فئة الهالوكربونات العامة ، على الرغم من أن التمييز بينهما ليس شائعًا. تُستخدم الهالو ألكانات على نطاق واسع تجاريًا، حيث تُستخدم كمثبطات للهب ، ومطفآت للحرائق ، ومبردات ، ووقود دافع ، ومذيبات ، ومستحضرات صيدلانية . بعد استخدامها الواسع في التجارة، تبين أن العديد من الهالوكربونات تُعد ملوثات وسمومًا خطيرة. على سبيل المثال، ثبت أن مركبات الكلوروفلوروكربون تؤدي إلى استنزاف طبقة الأوزون . يُعد بروميد الميثيل مبيدًا مثيرًا للجدل. فقط الهالو ألكانات التي تحتوي على الكلور والبروم واليود تُشكل تهديدًا لطبقة الأوزون ، ولكن من الناحية النظرية، قد يكون للهالو ألكانات المتطايرة المفلورة نشاط غازات دفيئة . يوديد الميثيل ، وهو مادة طبيعية، لا يمتلك خصائص مستنفدة للأوزون، وقد صنفته وكالة حماية البيئة الأمريكية ضمن المواد غير المستنفدة لطبقة الأوزون. لمزيد من المعلومات، انظر هالو ميثان . أما هالو ألكانات أو هاليدات الألكيل فهي مركبات لها الصيغة العامة "RX"، حيث R هي مجموعة ألكيل أو مجموعة ألكيل مستبدلة، وX هو هالوجين (F، Cl، Br، I).

عُرفت هاليدات الألكانات منذ قرون. أُنتج كلوروإيثان في القرن الخامس عشر. وتطورت عملية التخليق المنهجي لهذه المركبات في القرن التاسع عشر بالتزامن مع تطور الكيمياء العضوية وفهم بنية الألكانات. ووُضعت طرق لتكوين روابط كربون-هالوجين بشكل انتقائي. وشملت هذه الطرق، على وجه الخصوص، إضافة الهالوجينات إلى الألكينات، وهدرجة الألكينات بالهالوجين، وتحويل الكحولات إلى هاليدات الألكيل. تتميز هذه الطرق بموثوقيتها وسهولة تطبيقها، مما جعل هاليدات الألكانات متوفرة بأسعار زهيدة للاستخدام في الكيمياء الصناعية، إذ يُمكن استبدال الهاليد بمجموعات وظيفية أخرى.

في حين أن العديد من الهالو ألكانات يتم إنتاجها بواسطة الإنسان، إلا أن كميات كبيرة منها ذات أصل بيولوجي.

من الناحية التركيبية، يمكن تصنيف الهالو ألكانات وفقًا لارتباط ذرة الكربون التي ترتبط بها الهالوجين. في الهالو ألكانات الأولية (1°)، ترتبط ذرة الكربون الحاملة للهالوجين بمجموعة ألكيل واحدة فقط. ومن الأمثلة على ذلك كلورو الإيثان ( CH4).₃ قنوات_{في الهالو ألكانات الثانوية ( 2} °)، ترتبط ذرة الكربون الحاملة للهالوجين برابطتين كربون-كربون. أما في الهالو ألكانات الثالثية (3°)، فترتبط ذرة الكربون الحاملة للهالوجين بثلاث روابط كربون-كربون.

يمكن تصنيف الهالو ألكانات أيضًا وفقًا لنوع الهالوجين الموجود في المجموعة 17، والذي يُمثل هالو ألكانًا مُحددًا. ينتج عن الهالو ألكانات التي تحتوي على كربون مرتبط بالفلور ، أو الكلور ، أو البروم ، أو اليود، مركبات عضوية فلورية ، وعضوية كلورية ، وعضوية برومية ، وعضوية يودية ، على التوالي. كما يُمكن أن تحتوي المركبات على أكثر من نوع واحد من الهالوجينات. تُصنف عدة فئات من الهالو ألكانات شائعة الاستخدام بهذه الطريقة، مثل مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs)، ومركبات الهيدروكلوروفلوروكربون (HCFCs)، ومركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs). تُعد هذه الاختصارات شائعة الاستخدام بشكل خاص في مناقشات الأثر البيئي للهالو ألكانات.

تتشابه الهالو ألكانات عمومًا مع الألكانات الأصلية في كونها عديمة اللون، وعديمة الرائحة نسبيًا، وكارهة للماء. وتكون درجات انصهار وغليان الكلورو ألكانات، والبرومو ألكانات، واليودو ألكانات أعلى من الألكانات المماثلة، وتتناسب هذه الدرجات طرديًا مع الوزن الذري وعدد الهاليدات. ويعود هذا التأثير إلى زيادة قوة القوى بين الجزيئية - من قوى تشتت لندن إلى تفاعل ثنائي القطب - نتيجةً لزيادة الاستقطابية. وهكذا، فإن رباعي يوديد الميثان ( Cl₂)₄ ) مادة صلبة بينمارباعي كلوريد الكربون(CCl₄ ) سائل. مع ذلك، فإن العديد من الفلورو ألكانات تخالف هذا الاتجاه، إذ تتميز بانخفاض درجات انصهارها وغليانها مقارنةً بنظائرها غير المفلورة، وذلك بسبب انخفاض استقطابية الفلور. على سبيل المثال،الميثان(CH4).₄ ) له نقطة انصهار تبلغ -182.5 درجة مئوية، بينمارباعي فلورو الميثان(CF₄ ) له نقطة انصهار تبلغ -183.6 درجة مئوية.

نظرًا لاحتوائها على عدد أقل من روابط C–H، فإن الهالو ألكانات أقل قابلية للاشتعال من الألكانات، ويُستخدم بعضها في طفايات الحريق. وتُعدّ الهالو ألكانات مذيبات أفضل من الألكانات المقابلة لها بسبب زيادة قطبيتها. وتكون الهالو ألكانات التي تحتوي على هالوجينات أخرى غير الفلور أكثر تفاعلية من الألكانات الأصلية، وهذه التفاعلية هي أساس معظم الخلافات. والعديد منها عوامل ألكلة ، وتُعدّ الهالو ألكانات الأولية وتلك التي تحتوي على هالوجينات أثقل هي الأكثر نشاطًا (لا تعمل الفلورو ألكانات كعوامل ألكلة في الظروف العادية). وتنشأ قدرة مركبات الكلوروفلوروكربون على استنفاد طبقة الأوزون من حساسية رابطة C–Cl للضوء.

يُقدّر أن المصادر الطبيعية تُنتج ما يقارب 4,100,000,000 كيلوغرام من كلوروميثان سنوياً. ^{[ 2 ]} ويُقدّر أن المحيطات تُطلق ما بين مليون ومليوني طن من بروموميثان سنوياً. ^{[ 3 ]}

يمكن إنتاج هاليدات الألكانات من جميع المركبات العضوية الأولية تقريبًا. ومن منظور الصناعة، فإن أهمها هي الألكانات والألكينات.

تتفاعل الهالو ألكانات مع النيوكليوفيلات . وهي جزيئات قطبية : ذرة الكربون المرتبطة بالهالوجين تكون موجبة الشحنة قليلاً، بينما يكون الهالوجين سالب الشحنة قليلاً . ينتج عن ذلك ذرة كربون فقيرة بالإلكترونات (محبة للإلكترونات)، والتي تجذب النيوكليوفيلات حتماً .

تخضع الألكينات المكلورة أو المفلورة لعملية البلمرة. ومن بين البوليمرات المهلجنة المهمة كلوريد البولي فينيل (PVC) والبولي تترافلوروإيثيلين (PTFE، أو التفلون).

فلوريدات الألكيل

تشير التقديرات إلى أن خُمس المستحضرات الصيدلانية تحتوي على الفلور، بما في ذلك العديد من الأدوية الأكثر استخداماً. معظم هذه المركبات هي فلوريدات الألكيل. ^{[ 9 ]}

كلوريدات الألكيل

تُعدّ بعض الهيدروكربونات المكلورة ذات الوزن الجزيئي المنخفض ، مثل الكلوروفورم ، وثنائي كلورو الميثان ، وثنائي كلورو الإيثين ، وثلاثي كلورو الإيثان، مذيبات مفيدة. ويُنتج سنوياً ملايين الأطنان من الميثانات المكلورة. ويُعتبر كلورو الميثان مادةً أوليةً للكلوروسيلانات والسيليكونات . ويُستخدم كلورو ثنائي فلورو الميثان (CHClF₂ _{) في صناعة التفلون.} ^{[ 10 ]}

بروميدات الألكيل

تستغل التطبيقات واسعة النطاق لبروميدات الألكيل سميتها، مما يحد من فائدتها. يُعد بروميد الميثيل أيضًا مبيدًا فعالًا للتبخير، لكن إنتاجه واستخدامه مثير للجدل.

يوديدات الألكيل

لا توجد تطبيقات واسعة النطاق معروفة لمركبات الألكيل يوديد. يُعدّ يوديد الميثيل عامل مثيلة شائع في التخليق العضوي .

مركبات الكلوروفلوروكربون

استُخدمت مركبات الكلوروفلوروكربون على نطاق واسع كمبردات ووقود دافع نظرًا لانخفاض سميتها نسبيًا وارتفاع حرارة تبخرها . وابتداءً من ثمانينيات القرن الماضي، ومع تزايد الوعي بمساهمتها في استنزاف طبقة الأوزون ، تم تقييد استخدامها بشكل متزايد، وحلت محلها إلى حد كبير مركبات الهيدروفلوروكربون.

تُنتج الطبيعة كميات هائلة من كلوروميثان وبروموميثان. وينصبّ معظم الاهتمام على المصادر البشرية المنشأ، التي تُعدّ سمومًا محتملة، بل ومسرطنة. وبالمثل، أُبدي اهتمام كبير بمعالجة مركبات الهالوكربون المصنّعة، مثل تلك التي تُنتج على نطاق واسع، كسوائل التنظيف الجاف. تتحلل مركبات الهالوكربون المتطايرة ضوئيًا كيميائيًا لأن الرابطة بين الكربون والهالوجين قد تكون غير مستقرة. تقوم بعض الكائنات الدقيقة بإزالة الهالوجين من مركبات الهالوكربون. ورغم أن هذا السلوك مثير للاهتمام، إلا أن معدلات المعالجة بطيئة للغاية بشكل عام. ^{[ 11 ]}

تُعتبر الهالو ألكانات، باعتبارها عوامل مؤلكلة ، مواد مسرطنة محتملة. وتشكل المركبات الأكثر تفاعلاً من هذه الفئة الكبيرة من المركبات خطراً أكبر بشكل عام، مثل رابع كلوريد الكربون . ^{[ 12 ]}

• هاليد الأريل

• الوسائط المتعلقة بالهالوألكانات على ويكيميديا ​​كومنز