Los compuestos orgánicos siempre tienen carbono e hidrógeno, pero hay un grupo muy importante de compuestos orgánicos que contienen, a su vez, átomos de halógenos (F, Cl, Br,I). Así, forman los compuestos halogenados, también conocidos como haloalcano, haluros de alquilo o halogenuros de alquilo.
- Este artículo trata sobre los haloalcanos, también conocidos como halogenuros de alquilo, halogenoalcanos o haluros de alquilo.
- En primer lugar, veremos qué son los compuestos halogenados.
- A continuación, estudiaremos la nomenclatura de los haloalcanos.
- Posteriormente, clasificaremos los distintos tipos de halogenuros de alquilo.
- Después, analizaremos las propiedades de los halogenoalcanos.
- Terminaremos este artículo viendo las reacciones que pueden llevar a cabo los halogenuros de alquilo.
Compuestos halogenados
Los haloalcanos son compuestos orgánicos formados a partir de alcanos, donde los átomos de halógeno han sustituido a uno o más átomos de hidrógeno. También se conocen como halogenoalcanos, haluro de alquilo o halogenuros de alquilo. El átomo de halógeno se denomina X.
Derivados halogenados: ejemplos
La fórmula molecular general de un haloalcano (como un alcano con átomo de halógeno) es ,CnH2n+1X.
Algunos ejemplos son el cloroetano C2H5Cl y el bromometano CH3Br .
Fig. 1: Bromometano, a la izquierda, y cloroetano, a la derecha. El átomo del halógeno está rodeado por un círculo. Más adelante aprenderás a nombrar los haloalcano.
Los halógenos son elementos que pertenecen al grupo 7 de la tabla periódica, por lo que todos ellos tienen siete electrones en su capa exterior y tienden a tener altas electronegatividades.
- El flúor (F) es el halógeno más pequeño y el elemento más electronegativo de la tabla periódica.
- El más grande es el astato (At); pero, es radiactivo y de corta duración, por lo que no se utiliza habitualmente.
Nomenclatura de haloalcanos
Al ser compuestos orgánicos, la nomenclatura de los haloalcanos se basa en utilizar las reglas de nomenclatura estándar y el prefijo apropiado —que es el nombre del halógeno (excepto el yodo, que como prefijo se escribe con "i", (iodo-); y el flúor, que sería fluoro-)— con su número localizador.
Si no estás familiarizado con los fundamentos de la nomenclatura de las moléculas orgánicas, echa un vistazo al nuestro artículo Compuestos orgánicos. Si ya te sientes más seguro, puedes seguir con algunos ejemplos para practicar la aplicación de nuestros conocimientos de nomenclatura.
Intenta nombrar el siguiente compuesto:
Fig. 2: Intentemos nombrar este compuesto.
Podemos ver que tiene cuatro átomos de carbono y por eso tiene la raíz "-butano". También tiene un átomo de cloro (Cl) unido a uno de los carbonos; por eso, su nombre empezará con el prefijo "cloro-".
Sabrás que la posición de los grupos funcionales en la cadena de carbono se indica con números. Vamos, entonces, a numerar la cadena de carbonos:
Como ya sabemos, podemos hacerlo desde ambas direcciones, como se muestra a continuación:
Fig. 3: El compuesto orgánico misterioso, numerado desde ambos extremos de la cadena de carbono.
Siempre queremos que el grupo funcional se asocie al número más bajo posible:
- En este caso, el cloro está unido al carbono 2, o al 3, dependiendo de por dónde se empiece a contar.
- El 2 es menor que el 3, así que llamamos a esta molécula 2-clorobutano.
Numera la cadena de carbono desde ambas direcciones, para que el grupo funcional esté unido al átomo de carbono con el número más bajo.
Aquí tenemos otro ejemplo:
Nombra el siguiente haloalcano, en el que tenemos dos moléculas de halógeno: el cloro y el flúor.
Fig. 4: Intenta nombrar este compuesto con Cl y F.
Este compuesto tiene cuatro átomos de carbono y dos grupos funcionales: un átomo de flúor y otro de cloro. Esto le da el sufijo -butano y los prefijos cloro- y fluoro-.
Recuerda que si hay dos grupos funcionales presentes con la misma prioridad, los enumeramos en orden alfabético. Sin embargo, la regla de numeración sigue siendo válida: si sumamos los números que preceden a cada grupo funcional, queremos el menor total posible.
Numeremos, ahora, la cadena de carbonos.
Fig. 5: Compuesto orgánico con Cl y F, con su cadena de carbono numerada.
Los grupos funcionales están presentes en los carbonos 1 y 3, o 2 y 4. Tenemos dos posibilidades: 1 + 3 = 4, o 2 + 4 = 6. El número 4 es un total inferior a 6; por eso, en este caso, numeraríamos la cadena de carbonos de derecha a izquierda, de modo que los grupos funcionales están unidos a los carbonos 1 y 3. Si juntamos todo esto, obtenemos el nombre 3-cloro-1-fluorobutano.
Enumera siempre los grupos funcionales por orden alfabético.
Clasificación de los haloalcanos
Los haloalcanos o halogenuros de alquilo se clasifican en primarios, secundarios o terciarios. Esto depende del número de carbonos unidos al carbono que contiene el átomo de halógeno. Para referirse a ellos, se utiliza el signo de grado (como se muestra a continuación). Los grupos alquilo (cadenas laterales) suelen denominarse grupos R cuando se habla de moléculas orgánicas.
- En un haloalcano primario (1°), el carbono que contiene el átomo de halógeno está unido a un grupo R o, incluso, a ninguno; es decir, el compuesto está formado por solo un carbono unido al halógeno.
- En un haloalcano secundario (2°), el carbono que contiene el átomo de halógeno está unido a dos grupos R.
- Asimismo, en un haloalcano terciario (3°), el carbono está unido a tres grupos R.
Fig. 6: Los haloalcanos primarios pueden no contener grupo R (como se muestra en el compuesto de la izquierda), o contener solo uno (como se muestra en el compuesto de la derecha, que tiene el grupo R rodeado en rojo)
Veamos, en la siguiente tabla, algunos ejemplos de haloalcanos primarios, secundarios y terciarios, con las correspondientes moléculas (Los grupos R están rodeados con rojo):
| Nombre | Tipo | Estructura |
| Cloroetano | Primario |  Fig. 7: Cloroetano. En este caso, no es necesario poner un número indicador de la posición del cloro (Cl) ya que solamente hay una posibilidad
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| 2 - cloropropano | Secundario |  Fig. 8: 2-cloropropano; el cloro se encuentra en la posición 2 de la cadena de carbono
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| 2-cloro-2-metilpropano | Terciario |  Fig. 9: 2-cloro-2-metilpropano. Tenemos una cadena de 3 carbonos en la que encontramos tanto un cloro como un metilo en la posición del carbono 2
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Tabla 1: Ejemplos de los diferentes tipos de halogenoalcanos.
Propiedades de los haloalcanos
Los haloalcanos tienen propiedades ligeramente diferentes a los otros compuestos orgánicos. Como los alcanos son los más parecidos, vamos a compararlos con ellos. Las diferencias entre ambos se debe a su enlace C-X.
Propiedades químicas de los halogenuros de alquilo
Electronegatividad
Los átomos de carbono y los átomos de halógeno tienen diferentes electronegatividades, lo que hace que el enlace C-X sea polar. Sus electronegatividades se muestran en la siguiente tabla:
| Elemento | Carbono | Flúor | Cloro | Bromo | Yodo |
| Electronegatividad | 2,5 | 4,0 | 3,5 | 2,8 | 2,6 |
Tabla 2: comparación de las electronegatividades del carbono (C), flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br) y yodo (I).
Como el halógeno es más electronegativo que el carbono, el átomo de halógeno queda parcialmente cargado negativamente, y el átomo de carbono parcialmente cargado positivamente. Esto se representa con el símbolo delta sobre el enlace:
Fig. 10: La polaridad del enlace C-X
Debido a esta polaridad, los haloalcanos experimentan fuerzas dipolo-dipolo permanente entre las moléculas. Estas son más fuertes que las fuerzas de Van der Waals y requieren más energía para superarlas, lo que influye en algunas de las propiedades físicas de las moléculas.
Echa un vistazo a Fuerzas Intermoleculares, si no estás seguro de lo que significan estos términos.
Solubilidad
Los haloalcanos son insolubles en agua, a pesar de su polaridad: no son lo suficientemente polares como para establecer enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua. Sin embargo, son muy solubles en disolventes orgánicos.
Propiedades físicas de los haloalcanos
Puntos de fusión y ebullición
Los haloalcanos tienen puntos de ebullición más altos que los alcanos de longitud de cadena similar. Esto se debe a dos factores:
- Tienen una masa molecular mayor que la de sus respectivos alcanos. Por ejemplo, el metano (CH4) tiene una masa molecular de 16, pero el clorometano tiene una masa molecular de 50,5. Esto significa que contiene más electrones y puede formar dipolos instantáneos más grandes, por lo que experimenta mayores fuerzas de Van der Waals entre las moléculas.
- Como hemos explicado anteriormente, los enlaces C-X son polares y contienen un momento dipolar. Esto significa que los haloalcanos experimentan además fuerzasdipolo - dipolo permanente..
La mayor intensidad de las fuerzas intermoleculares significa que se necesita más energía para separar las moléculas. Por lo tanto, tienen puntos de ebullición más altos.
Recuerda que las fuerzas de Van der Waals se encuentran entre todas las moléculas y son causadas por dipolos temporales; mientras que las fuerzas dipolo-dipolo permanentes solo se encuentran entre moléculas polares con dipolos permanentes.
Fig. 11 El metano (a la izquierda) y el clorometano (a la derecha). Ambas moléculas experimentan la atracción de las fuerzas de Van der Waals, pero el clorometano tiene un enlace polar C-Cl; por tanto, también experimenta fuerzas dipolares permanentes
Además, los haloalcanos más largos tienen puntos de ebullición más altos que los haloalcanos más cortos. Son moléculas más grandes y experimentan una mayor atracción por las fuerzas de Van der Waals.
Por otro lado, un hidrocarburo de cadena ramificada tiene un punto de ebullición más bajo que uno similar no ramificado. Esto se debe a que las moléculas no pueden empaquetarse tan estrechamente, por lo que la atracción entre las moléculas es más débil.
Fig. 12: Tanto el 1-clorobutano (a la izquierda) como el 1-clorometilpropano (a la derecha) tienen la misma masa molecular, pero el 1-clorometilpropano está ramificado. Observa que en el mismo espacio caben 3 moléculas de 1-clorobutano, pero sólo 2 de 1-clorometilpropano.
El punto de ebullición de los halogenoalcanos también varía en función del halógeno de la molécula. Se ve afectado por dos factores:
- A medida que se desciende en el grupo de la tabla periódica, los átomos de halógeno aumentan su masa atómica. Esto significa que experimentarán fuerzas de Van der Waals más fuertes.
- A medida que se desciende en el grupo, la electronegatividad del halógeno disminuye. Esto hace que el enlace C-X sea más apolar y reduce las fuerzas dipolo-dipolo permanentes entre las moléculas.
Estos dos factores parecen oponerse, así que ¿Cuál es la tendencia de los puntos de ebullición?
Pues bien, los puntos de fusión y ebullición aumentan a medida que se desciende en el grupo 7 de la tabla periódica. Por tanto, el gran aumento del número de electrones es más importante que la reducción de la fuerza del dipolo permanente.
Observa la siguiente tabla: como puedes ver, aunque el cloro tiene una mayor electronegatividad que el yodo, el 1-iodopropano tiene un punto de ebullición más alto que el 1-cloropropano. Esto se debe a que tiene más electrones y, por tanto, experimenta una mayor atracción de Van der Waals.
| Nombre | 1-cloropropano | 1-iodopropano |
| Electronegatividad de X | 3,0 | 2,5 |
| Número de electrones | 42 | 78 |
| Punto de ebullición | 46,6 | 102,6 |
Tabla 3: comparacíon del 1-cloropropano y el 1-yodopropano
Reacciones de halogenuros de alquilos
Síntesis
Se puede formar un haloalcano mediante diferentes reacciones:
- Por halogenación de alcanos por sustitución radicalaria.
- Por halogenación de alquenos.
- Por sustitución nucleofílicade alcoholes con catalizador.
Reactividad
Debido a su enlace polar C-X, los haloalcanos pueden ser atacados por nucleófilos.
Un nucleófilo es un donante de pares de electrones. Son atraídos por átomos positivos (o parcialmente positivos), como el carbono del enlace C-X. Contienen, al menos, un par de electrones solitario.
Las reacciones más comunes en las que intervienen los haloalcanos son:
- Sustitución nucleofílica con OH- para formar un alcohol.
- Sustitución nucleofílica con amoníaco para formar una amina.
- Sustitución nucleofílica con CN- para formar un nitrilo.
- Eliminación con OH- para formar un alqueno.
Dos factores que influyen en la reactividad de los haloalcanos son la polaridad del enlace y la fuerza del enlace:
Polaridad de enlace
Sabemos que la electronegatividad del átomo de halógeno disminuye a medida que se desciende en el grupo de la tabla periódica. Esto hace que el enlace C-X sea menos polar. El átomo de carbono, ahora menos cargado positivamente, está menos sujeto al ataque de los nucleófilos; por esto, el enlace es menos reactivo.
Fuerza del enlace
A medida que se desciende en el grupo 7 de la tabla periódica, la entalpía del enlace C-X disminuye. Esto se debe a que el átomo de halógeno es más grande y el par de electrones compartido está más lejos de su núcleo. Por lo tanto, hay una atracción más débil entre los electrones y el núcleo, lo que hace que el enlace sea más fácil de romper y más reactivo.
Probablemente te preguntes cuál de los factores es más importante. Pues bien, los experimentos demuestran que la reactividad aumenta a medida que se desciende en el grupo; esto significa que cuanto se trata de la reactividad, la fuerza del enlace es un factor más importante que la polaridad del enlace.
Fig. 13: El gráfico muestra la fuerza relativa del enlace C-X. El C-I es mucho más débil que el C-F, y por eso reacciona más fácilmente.
Si has llegado hasta aquí ya eres todo un experto en los haloalcanos... ¡Enhorabuena!
Haloalcanos - Puntos clave
- Los haloalcanos son alcanos en los que uno o más átomos de hidrógeno han sido sustituidos por un átomo de halógeno, denominado X. También se conocen como halogenoalcanos, haluro del alquilo o halogenuro de alquilo.
- Los haloalcanos se nombran siguiendo las reglas de nomenclatura estándar, y se clasifican como primarios, secundarios o terciarios.
- El enlace C-X de los haloalcanos es polar, debido a las diferentes electronegatividades de los átomos de carbono y de halógeno. Esto significa que experimentan fuerzas dipolares permanentes entre las moléculas.
- Los haloalcanos tienen puntos de ebullición más altos que los alcanos similares.
- Debido a su enlace polar, los haloalcanos son susceptibles de ser atacados por nucleófilos.
- Los haloalcanos se vuelven más reactivos a medida que se desciende en el grupo de la tabla periódica.
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