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Halogenkohlenwasserstoffe sind Derivate von Kohlenwasserstoffen. Allerdings sind bei den Halogenkohlenwasserstoffen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Halogenatome ersetzt.
Sie sind schwach polar, kaum wasserlöslich, aber unpolare Stoffe gut lösen (z. B. Fette). Daraus folgt, daß sie hydrophob und lipophil sind. Werden die Moleküle schwerer, so steigen auch die Schmelz- und Siedetemperatur an.
Wichtige Halogenkohlenwasserstoffe
Trichlormethan (Chloroform), CHCl3
farblose Flüssigkeit, die süßlich riecht und nicht brennt. Die Dämpfe sind narkotisierend. Da Chloroform giftig ist, dient es nicht mehr als Betäubungsmittel.
Tertachlormethan (Tetrachlorkohlenstoff, Tetra), CCl4
flüßige, unbrennbare, cancerogene Substanz, Lösungsmittel für Fette und Harze
Dichloridfluormethan (Frigen, Freon12), CF2Cl2
unbrennbares, ungiftiges, geruchloses, sehr reaktionsträges Gas, unter Druck leicht verflüssigbar wie andere FCKWs (Fluorchlorkohlenwasserstoffe). Dient als Treibgas und Kühlflüssigkeit in Kühlschränken. Bromhältige Substanzen als Feuerlöschmittel in Gebrauch (Halon). In vielen Staaten verboten, da Schädigungen der Ozonschicht vermutet werden. In Österreich dürfen nur mehr teilhalogenierte Kohlenwasserstoffe in Spraydosen erlaubt, da sie nicht so schädlich für die Ozonschicht sind wie die vollhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffe.
Chlorethan (Ethylchlorid), C2H5Cl
Vereisungsmittel in der Medizin zur lokalen Betäubung (durch niedrige Siedetemperatur von +12 °C sofortige Verdampfung Þ Unterkühlung der Haut Þ Schmerzunempfindlichkeit
Chlorethen (Vinylchlorid), C2H3Cl
Grundstoff zur Herstellung von PVC
Trichlorehten(Trichlorethylen, Tri), C2HCl3 und Tetrachlorethen (Perchlorethylen, Per), C2Cl4
Lösungsmittel in Putzereien (chemische Reinigung) und zum Entfetten von Eisenblech in der Stahlindustrie
Halogenkohlenwasserstoffe kommen in der Natur nicht vor. Man muß extrem vorsichtig sein bei der Handhabung, da sie zum Teil hoch giftig und cancerogen sind. Halogenalkane wird nur sehr schwer abgebaut, da sie chemisch sehr stabil sind. Sie werden leicht im Fettgewebe angereichert.
In Österreich ist in einigen Gebieten das Grundwasser schon verseucht, da halogenhaltige Lösungsmittel sehr sorglos verwendet wurden.
DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan) und HCH (Hexachlorcyclohexan = Gammexan) finden als Schädlingsbekämpfungsmittel Verwendung. Chlorhaltiger Kunststoffmüll (PVC) bildet in der Müllverbrennung das hochgiftige Dioxin. Nun ist man bestrebt, die Halogenkohlenwasserstoffe durch harmlosere Substanzen zu ersetzen.
Reaktion und Herstellung
Charakteristisch für Halogenkohlenwasserstoffe sind Substitution und Elimination.
Substitution:
Bromethan hat eine polare C-Br-Bindung. Das Br-Atom zieht die Bildungselektronen zu sich, das C-Atom hat daher eine negative Partialladung. Die OH- -Ionen streben zur positiven Ladung (nucleophil) und verdrängen das Halogenatom. Das OH- -Ion nähert sich dem Bromethan von der dem Brom gegenüberliegenden Seite. Im labilen Übergangszustand liegen die H-Atome in einer Ebene. Senkrecht dazu befinden sich die ein- und austretenden Gruppen in ungefähr gleichem Abstand. Die eintretende Gruppe bindet sich schließlich an den Kohlenstoff, die H-Atome klappen wieder in Tetraederanordnung, aber in die andere Richtung (Umklappen wie ein Regenschirm) und Br- wird abgegeben.
Nucleophile Substitutionsreaktionen von Halogenalkanen sind von großer synthetischer Bedeutung., da die verschiedensten funktionellen Gruppen in das C-Gerüst eingebaut werden können. Fluoralkane sind extrem reaktionsträge, Iodalkane reagieren am leichtesten. Das hat mit der Größe der Elektronenhülle. Dadurch wird ihre Abspaltung als Anion erleichtert.
Elimination:
Ethen entsteht, wenn Bromethan mit konzentrierter Natronlauge reagiert. Jedes Nucleophil hat auch basische Eigenschaften, d.h. es kann auf Grund seines Elektronenüberschusses ein H+-Ion binden.
Eine Doppelbindung wird ausgebildet und vom benachbarten C-Atom wird ein Bromidion abgegeben, weil das OH- -Ion dem Halogenalkan ein Proton entzieht. Eliminierungen sind immer Konkurrenzreaktionen zur nukleophilen Substitution
Eliminierungsreaktionen führen zur Bildung ungesättigter Verbindungen.
Halogenalkane entstehen aus:
Alkanen durch radikalische Substitution
Alkenen und Alkinen durch Addition von Halogenen oder Halogenwasserstoffen
Alkoholen durch Substitution der OH-Gruppe durch ein Halogenidion
Bei Halogenderivaten aromatischer Kohlenwasserstoffe treten Additionen oder Substitutionsreaktionen auf.
Eine elektrophile Substitution findet statt, wenn Benzol in Dunkelheit unter Anwesenheit eines Katalysators (AlCl3, FeCl3) mit Chlor reagiert.
Elektrophile Substitution
Addition
Wirkt intensives UV-Licht ein, so findet am Benzolring Addition statt und der aromatische Charakter geht verloren; so wird z. B. Hexachlorcyclohexan hergestellt.
Bei Benzolringen, die eine Seitenkette besitzen, findet Addition an der Seitenkette statt:
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