Номер 206, страница 123 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.206. Почему из всех возможных галогенангидридов именно хлорангидриды получили наибольшее распространение?

Решение

Хлорангидриды получили наибольшее распространение среди всех возможных галогенангидридов благодаря оптимальному сочетанию нескольких ключевых факторов: реакционной способности, экономической доступности и стабильности. Рассмотрим эти причины подробнее.

• Оптимальная реакционная способность

  Реакционная способность галогенангидридов карбоновых кислот уменьшается в ряду: иодангидриды > бромангидриды > хлорангидриды > фторангидриды. Этот ряд определяется прочностью связи углерод-галоген (C–I < C–Br < C–Cl < C–F) и способностью галогенид-иона быть хорошей уходящей группой (I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > F⁻).

  • Фторангидриды (R-COF) являются наименее активными. Очень прочная связь C–F делает их слишком стабильными и инертными для большинства стандартных реакций ацилирования.

  • Бромангидриды (R-COBr) и особенно иодангидриды (R-COI) являются чрезвычайно реакционноспособными. Их высокая активность создает практические проблемы: они очень чувствительны к влаге воздуха (быстро гидролизуются), свету и термически нестабильны. Их сложно хранить, выделять и очищать, что ограничивает их применение.

  • Хлорангидриды (R-COCl) представляют собой "золотую середину". Они достаточно активны, чтобы легко вступать в реакции с большинством нуклеофилов (спиртами, аминами, водой, в реакциях Фриделя-Крафтса), но в то же время достаточно стабильны, чтобы их можно было без особых проблем выделять (часто перегонкой), очищать и хранить при соблюдении мер предосторожности.

• Экономическая доступность и удобство синтеза

  Хлорангидриды легко получить из соответствующих карбоновых кислот с использованием недорогих и широко доступных хлорирующих агентов, таких как тионилхлорид ($SOCl_2$), пентахлорид фосфора ($PCl_5$), трихлорид фосфора ($PCl_3$) или оксалилхлорид ($(COCl)_2$).

  Эти реагенты производятся в промышленных масштабах и имеют низкую стоимость. Кроме того, методы синтеза с их использованием очень удобны. Например, при реакции с тионилхлоридом побочные продукты являются газами, что упрощает их удаление из реакционной смеси и выделение чистого продукта:

  $R-COOH + SOCl_2 \rightarrow R-COCl + SO_2\uparrow + HCl\uparrow$

  В то же время, соответствующие бромирующие и иодирующие реагенты (например, $PBr_3$, $PI_3$) значительно дороже и менее удобны в обращении. Фторирующие агенты еще более специфичны и дороги.

• Стабильность при хранении и очистке

  Как уже упоминалось, стабильность хлорангидридов позволяет проводить их очистку стандартными методами, такими как вакуумная перегонка, без значительного разложения. Бромангидриды и иодангидриды часто разлагаются при нагревании. Это делает хлорангидриды гораздо более удобными соединениями для работы как в лабораторной практике, так и в промышленном синтезе.

Таким образом, именно сбалансированное сочетание достаточной для большинства синтетических задач реакционной способности, низкой стоимости и доступности реагентов для их получения, а также относительной стабильности и удобства в работе сделало хлорангидриды наиболее широко используемым классом галогенангидридов в органической химии.

Ответ: Хлорангидриды получили наибольшее распространение благодаря идеальному сочетанию трех факторов: 1) их реакционная способность является оптимальной (они достаточно активны для большинства реакций, но не настолько, чтобы быть нестабильными); 2) реагенты для их получения (например, $SOCl_2$, $PCl_5$) дешевы, широко доступны, а методы синтеза удобны; 3) они достаточно стабильны для выделения, очистки (например, перегонкой) и хранения, в отличие от более реакционноспособных, но нестабильных бромангидридов и иодангидридов.