Haloalkanen vormen een cruciale brug tussen koolwaterstoffen en koolwaterstofderivaten in de organische synthese. Hun kernrol is het bereiken van functionele groepstransformatie en de constructie van koolstofskeletten. Hun belangrijkste toepassingen zijn als volgt:
Het realiseren van functionele groepstransformatie en het introduceren van diverse doelgroepen.
Door verschillende reacties van haloalkanen kunnen halogeenatomen worden omgezet in verschillende gemeenschappelijke functionele groepen:
Hydroxygroep (-OH): Haloalkanen ondergaan hydrolyse onder verwarmingsomstandigheden met een waterige NaOH-oplossing. Het halogeen wordt vervangen door de hydroxylgroep om een alcohol te verkrijgen. Dit is een gebruikelijke methode voor het introduceren van hydroxylgroepen bij organische synthese, zoals de hydrolyse van broomethaan om ethanol te produceren.
Aminogroep (-NH₂): Haloalkanen ondergaan ammonolyse, waarbij het halogeen wordt vervangen door de aminogroep om amineverbindingen te verkrijgen.
Koolstof-koolstof dubbele/drievoudige binding: Haloalkanen ondergaan eliminatiereacties onder verwarmingsomstandigheden met een alcoholische NaOH-oplossing, waarbij de HX wordt verwijderd om een onverzadigde binding te vormen. Hiermee kunnen alkenen en alkynen uit verzadigde koolwaterstoffen worden bereid. De eliminatie van 1,2-dibroomethaan levert bijvoorbeeld acetyleen op. Dit is een essentiële stap in de omzetting van verzadigde koolwaterstoffen naar onverzadigde koolwaterstoffen.
Cyanogroep (-CN): Wanneer een haloalkaan wordt verwarmd met natriumcyanide, vindt substitutie plaats, waarbij het halogeenatoom wordt vervangen door de cyanogroep om een nitril te vormen, wat een basis vormt voor daaropvolgende omzetting in carbonzuren, aminen, enz.
Het aantal en de positie van functionele groepen veranderen om de moleculaire structuur aan te passen
Veranderen van het aantal functionele groepen: Alkenen ondergaan eerst additiereacties met halogeenelementen om dihalogeenalkanen te vormen en hydrolyseren vervolgens om diolen te geven. Monofunctionele groepen kunnen worden omgezet in difunctionele groepen, bijvoorbeeld ethyleen → 1,2-dibroomethaan → ethyleenglycol, waardoor grondstoffen worden verkregen voor de daaropvolgende synthese van polyesters en polyethers.
De positie van functionele groepen aanpassen: Als de positie van de hydroxylgroep in een alcohol niet voldoet aan de synthetische vereisten, kan de alcohol eerst worden omgezet in een haloalkaan, vervolgens worden geëlimineerd om een alkeen te verkrijgen en uiteindelijk weer worden toegevoegd om het halogeenatoom/de hydroxylgroep opnieuw te introduceren, waardoor de positie van de functionele groep verandert.
Een koolstofskelet construeren om koolstofketens te verlengen of te koppelen
Haloalkanen zijn belangrijke tussenproducten voor het verlengen van koolstofketens bij organische synthese:
Haloalkanen ondergaan substitutiereacties met natriumcyanide, natriumacetylacetonaat, enz., waarbij rechtstreeks koolstofatomen aan het molecuul worden toegevoegd, waardoor verlenging van de koolstofketen wordt bereikt.
Grignard-reagentia (RMgX) worden bereid door gehalogeneerde koolwaterstoffen te laten reageren met magnesium in watervrije diethylether. Grignard-reagentia kunnen additiereacties ondergaan met aldehyden, ketonen en kooldioxide, waardoor alcoholen of carbonzuren ontstaan met meer koolstofatomen dan het oorspronkelijke haloalkaan, wat een belangrijke methode is voor het construeren van koolstof-koolstofbindingen.
Gehalogeneerde koolwaterstoffen kunnen een Woods-reactie ondergaan met metallisch natrium, waarbij alkanen met een lange keten- worden gekoppeld aan het dubbele aantal koolstofatomen.