Halogenalkane

Halogenalkane sind Kohlenwasserstoffverbindungen, bei denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch ein Halogenatom (Iod, Brom, Chlor oder Fluor) ersetzt wurden. Durch den Einbau von Halogenatomen in einen Kohlenwasserstoff verändern sich die physikalischen Eigenschaften der Verbindungen - Größe, Elektronegativität, Bindungslänge und -stärke werden beeinflusst.

Halogenalkane sind ideale Substrate für Reaktionen, die eine gute Abgangsgruppe erfordern. Die hohe Reaktivität von Halogenalkanen lässt sich durch die Art der C-X-Bindung erklären. Die Unterschiede in der Elektronegativität zwischen dem Kohlenstoff- und dem Halogenatom führen zu einer stark polarisierten Bindung mit einem leicht elektropositiven Kohlenstoff und einem leicht elektronegativen Halogen. Dieser elektronenarme Kohlenstoff wird zu einem Hotspot für nukleophile Angriffe, was Halogenalkane zu hervorragenden Substraten für nukleophile Substitutionsreaktionen- und Eliminierungsreaktionen macht.

Halogenalkane werden nach der Konnektivität des Kohlenstoffatoms, das das Halogenatom trägt, eingeteilt:

Primär: der an das Halogen gebundene Kohlenstoff ist nur an eine anderen Alkylgruppe gebunden

Sekundär: der an das Halogen gebundene Kohlenstoff ist an zwei andere Alkylgruppen gebunden

Tertiär: der an das Halogen gebundene Kohlenstoff ist an drei andere Alkylgruppen gebunden

Im Allgemeinen sind tertiäre Halogenalkane - aufgrund der sterischen Masse von drei Alkylgruppen, die das Halogen in tertiären Halogenalkanen umgeben - weit weniger reaktiv als die anderen Klassen und können nur an Eliminierungsreaktionen teilnehmen. Der allgemeine Reaktivitätstrend über alle Halogenalkanklassen hinweg lautet: Primär > Sekundär > Tertiär. Diese Tendenz zur Reaktivität der Halogenalkane wird jedoch umgekehrt, wenn die Geschwindigkeit einer bestimmten Reaktion (z. B. einer SN1-Reaktion) durch die Bildung des stabilsten Carbokations bestimmt wird. In solchen Situationen werden tertiäre Halogenalkane stark begünstigt, da sie das stabilste reaktive Zwischenprodukt bilden würden.

Andere Faktoren - wie z. B. die zu brechenden C-X-Bindung - tragen ebenfalls zur Reaktivität der Halogenalkane und zur Wahrscheinlichkeit des Eintretens oder Nicht-Eintretens einer Reaktion bei.

Bei der Auswahl des besten Halogenalkan-Ausgangsmaterials für eine Reaktion müssen wir auch die Stärke der C-X-Bindung berücksichtigen, die wir zu brechen versuchen. C-F-Bindungen sind so stark, dass Fluoralkane nur sehr selten reagieren und sich daher nicht als Ausgangsmaterial eignen. Die Stärke der C-X-Bindung nimmt im Periodensystem nach unten hin ab, d. h. das schwach gebundene Iodid ist die bereitwilligste Abgangsgruppe, dicht gefolgt von Bromid.

Die Bindungsstärke der Halogenkohlenstoffe ist von der stärksten zur schwächsten Gruppe wie folgt:

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Abbildung 1: Trend bei der C-X-Bindungsstärke