Khi thay thế một hay nhiều nguyên tử hiđro trong phân tử hiđrocacbon bằng halogen ta được dẫn xuất halogen. Tương tự như sự phân loại của hiđrocacbon, người ta chia các dẫn xuất halogen thành halogenankan, halogenanken, halogenankin.
Thí dụ:
CH3-CH2-Cl CH2=CH-CH2-Br CH≡C-Cl
Halogenankan Halogenanken Halogenankin
Ngồi ra, tùy theo số nguyên tử halogen có trong phân tử các dẫn xuất halogen, ta phân biệt các dẫn xuất monohalogen, đihalogen và polihalogen.
Thí dụ:
CH3-Cl Br-CH2-CH2-Br Cl-CH2-CH(Cl)-CH2-Cl
Dẫn xuất monohalogen Dẫn xuất đihalogen Dẫn xuất trihalogen Các dẫn xuất halogen có vai trị quan trọng trong hóa học hữu cơ. Trước hết vì bản thân chúng có nhiều ứng dụng thực tiễn như làm dung mơi, làm thuốc chữa bệnh, thuốc trừ sâu, … Mặt khác, do có khả năng phản ứng cao, các dẫn xuất halogen còn là sản phẩm trung gian trong tổng hợp nhiều loại hợp chất hữu cơ khác nhau như hiđrocacbon, ancol, anđehit, xeton, amin, …
4.1. Danh pháp
Danh pháp các dẫn xuất halogen có thể được gọi tên theo hai cách:
Tên gọi thường: xuất phát từ tên của gốc hiđrocacbon cộng thêm tên halogenua, thí dụ: metyl clorua, anlyl bromua, …
Tên IUPAC : xuất phát từ tên của hiđrocacbon tương ứng cộng thêm tên halogen và vị trí của nó trong phân tử, thí dụ: clometan, 3-cloprop-1-en. Đối với các dẫn xuất halogen của metan người ta hay gọi tên thường, chẳng hạn hợp chất có cơng thức CH2X2 được gọi là metylen halogenua, còn hợp chất CH3X được gọi là halofom và hợp chất CX4 được gọi là cacbon tetrahalogenua. Thí dụ:
CH2Cl2 CHCl3 CHCl4
Tên IUPAC Điclometan Triclometan Tetraclometan
Tên thường Metylen clorua Clorofom Cacbon tetraclorua
Các ankyl hoalogenua được phân loại theo bản chất của nguyên tử cacbon đính với halogen. Tùy theo halogen đính vào cacbon bậc một, bậc hai, bậc ba mà ta có các dẫn xuất halogen bậc một, bậc hai, bậc ba. Thí dụ:
CH3-Br CH3CH2CH2F CH3CH(Br)CH2CH3 (CH3)3C-Cl
Bậc khơng Bậc một Bậc hai Bậc ba
Tên IUPAC Brommetan 1-Flopropan 2-Brombutan 2-Clo-2-
Tên thường Metyl bromua
n-Propyl
florua
sec-Butyl iođua tert-Brtyl
clorua Trong trường hợp mạch cacbon có chứa cả ngun tử halogen và nhóm ankyl thì hai nhóm thế được coi là tương đương và việc đánh số mạch cacbon được bắt đầu từ phía gần nhóm thế hơn. Thí dụ:
5-Clo-2-metylheptan 2-Clo-5-metylheptan
Khi trong phân tử, hai nguyên tử halogen cùng nối vào một nguyên tử cacbon, ta có gem-đihalogen (từ tiếng Latinh, geminus có nghĩa là đơi). Cịn khi hai nguyên tử halogen nối vào hai nguyên tử cacbon kề nhau, ta có vic-đihalogen (từ tiếng Latinh, vicinus có nghĩa là bên cạnh, láng giềng).
gem-đibrom vic-điclo
4.2. Tính chất vật lý
Tính chất vật lý của các dẫn xuất halogen phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của gốc hiđrocacbon cũng như vào halogen. Thí dụ các ankyl halogenua thấp như metyl clorua, metyl bromua, etyl clorua là các chất khí. Metyl iođua, etyl bromua và phần lớn các ankyl halogen khác là những chất lỏng. Các dẫn xuất halogen thơm, các dẫn xuất đi- và poli halogenua khác là những chất lỏng hay rắn. Sự có mặt của halogen trong phân tử ảnh hưởng nhiệt độ sôi và khối lượng riêng. Ở các dẫn xuất halogen có cùng khung cacbon thì nhiệt độ sơi và khối lượng riêng tăng dần từ các dẫn xuất flo đến iođ.
Còn nhiệt độ sơi của các dẫn xuất chứa cùng một halogen thì giảm dần từ đồng phân bậc một đến đồng phân bậc ba: bậc một > bậc hai > bậc ba.
Các dẫn xuât halogen là các hợp chất cộng hóa trị nên thực tế khơng tan trong nước, chúng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ và bản thân dẫn xuất halogen cũng là những dung môi hữu cơ tốt.
4.3. Tính chất hóa học
Về tính chất hóa học, các dẫn xuất halogen được xếp vào loại những hợp chất hữu cơ có khả năng phản ứng cao, có thể tham gia vào nhiều loại phản ứng do vậy có vai trò quan trọng trong lĩnh vực tổng hợp các hợp chất hữu cơ. Khả năng phản ứng của dẫn xuất halogen được quyết định bởi đặc tính của liên kết cacbon-halogen và bởi cấu tạo phân tử.
3.3.1. Phản ứng thế
CN−, …
Hoặc phản ứng trong dung dịch Ag2O tan trong nước nóng.
4.3.2. Phản ứng tách HX
Phản ứng tách HX có thể xảy ra với dẫn xuất halogen có ít nhất một ngun tử hiđro ở vị trí CαH-X.
• Tách 1,1 hay cịn gọi tách α:
Thí dụ điclocacben được tạo thành từ clorofom:
• Tách 1,2, hay tách β:
Thí dụ:
• Tách 1,3 hay tách γ
4.3.3. Phản ứng với kim loại
Phản ứng với kẽm và liti:
Phản ứng với Na:
2RX + 2Na → R-R + 2NaX
4.4. Phương pháp điều chế
4.4.1. Halogen hóa trực tiếp các hiđrocacbon
Halogen hóa trực tiếp các hiđrocacbon là phương pháp phổ biến nhất để điều chế dẫn xuất halogen. Với các hiđrocacbon no, halogen tham gia vào phản ứng thế: với các hiđrocacbon khơng no thì tùy thuộc vào điều kiện phản ứng mà các halogen tham gia vào phản ứng thế hoặc phản ứng cộng.