Halogenkohlenwasserstoffe

Als Halogenkohlenwasserstoffe oder halogenierte Kohlenwasserstoffe werden Kohlenwasserstoffe bezeichnet, die zusätzlich zu Kohlenstoff und Wasserstoff noch Fluor, Chlor, Brom oder Iod enthalten.

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Eigenschaften und Risiken

Die Halogenkohlenwasserstoffe sind stabile, lipophile Substanzen, die vielfach hervorragende organische Lösungsmittel und teils extrem wirksame Gifte zum Einsatz als Insektizide sind. Deswegen werden sie weltweit in großen Mengen produziert. Trotz dieser in vielen Bereichen ausgezeichneten Eigenschaften stehen einige im Verdacht krebserregend zu sein. Auch akut nicht allzu toxische Verbindungen rufen Spätfolgen hervor, da sie sich durch ihre hohe Stabilität und ihren lipophilen und damit hydrophoben Charakter in der Fettschicht von Mensch und Tier anreichern. Bestimmte Halogenkohlenwasserstoffe wie DDT und seine Abbauprodukte DDE und DDD, Chlordan und 3,4-Dichloranilin scheinen auch durch Ähnlichkeit mit Steroiden in das Hormonsysten höherer Tiere einzugreifen. So wurden bei Fischen und Amphibien Geschlechtsumwandlungen entdeckt.^[1]. Bei amerikanischen Dickkopfelritzen (Pimephales promelas) verminderten natürliche und künstliche Östrogene die Spermienproduktion der Männchen und führten so zu einer starken Verringerung des Fischbestands.^[2] Halogenkohlenwasserstoffe werden außerdem teilweise für den Abbau der Ozonschicht verantwortlich gemacht.

Darstellung und Vorkommen

Durch Substitutions- bzw. Additionsreaktion kann ein Halogen-Atom in einen Kohlenwasserstoff eingebaut werden. Die Halogenkohlenwasserstoffe werden zum größten Teil künstlich hergestellt. Es existieren jedoch auch viele natürliche halogenierte Kohlenwasserstoffe (ca. 3.800 sind bekannt), wie z.Bsp. Purpur (Dibromindigo), Mono- und Diiodtyrosin, Chloramphenicol und Methylchlorid. ^[3]Viele dieser Stoffe werden von Bakterien als natürliche Antibiotika produziert. Der Mensch und viele andere Tiere bilden von Diiodthyrosin ausgehend das Schilddrüsenhormon Thyroxin, welches pro Molekül vier Atome Iod enthält.

siehe auch:

• Halogenierung
• Halodecarboxylierung
• Hunsdiecker-Reaktion

Einteilung

Aliphatische Halogenkohlenwasserstoffe

Die bei Aliphatischen Halogenkohlenwasserstoffen verwendeten Halogene sind meist Fluor und Chlor. Man unterscheidet zwischen vollhalogenierten Halogenkohlenwasserstoffen (FCKW- ChlorFluorKohlenwasserstoffe) und teilhalogenierte Halogenkohlenwasserstoffe (H-FCKW- FluorChlorKohlenWasserstoffe).

Halogenalkane

Halogenalkane leiten sich von der Gruppe der Alkane ab. Sie bestehen aus gesättigten Kohlenwasserstoffmolekülen, bei denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Elemente der 7. Hauptgruppe (Halogene) des Periodensystems ersetzt wurden.

Halogenalkane haben eine höhere Siedetemperatur als das jeweils entsprechende Alkan, da Halogenalkanmoleküle untereinander eine stärkere Wechselwirkung haben. Diese resultiert aus der stärkeren Elektronegativität von Halogenen gegenüber Wasserstoff. Bei Halogenalkanen gibt es deshalb neben den Van-der-Waals-Kräften auch schwache Dipolkräfte (Dispersionskräfte und Dipol-Dipol-Kräfte).

Halogenalkane (Halogenkohlenwasserstoffe) sind oft hervorragende Lösungsmittel für Stoffe, welche sich im Wasser nicht lösen. Außerdem können sie zur Entfettung von Metalloberflächen in der Metallverarbeitung genutzt werden.

In der chemischen Industrie werden sie als Ausgangstoff zur Herstellung von diversen anderen Produkten verwendet. Dies beruht darauf, dass Halogenide oft gute Abgangsgruppen bei S_N1- oder S_N2-Substitutionen sind. Halogenalkane dienen auch zur Herstellung von Ethern aus Alkoholaten (Williamsonsche Ethersynthese).

Einige Halogenalkane sind krebserregend, oder stehen im Verdacht, krebserregend zu sein. Bei starker akuter wie auch bei chronischer Exposition rufen sie auch schwere Organschäden an Leber und Niere hervor. Zu diesen zählen besonders das 1,2-Dichlorethan, das Tetrachlormethan, das Chloroform, das Dichlormethan, sowie Halogenalkane, die gute Alkylierungsmittel sind, wie z. B. das Iodmethan.

Mehrfach halogenierte Alkane dürfen keinesfalls mit Alkalimetallen oder stark basischen Trocknungsmitteln behandelt werden, da es zu spontaner, explosionsartiger Zersetzung kommen kann.

Wichtige Halogenalkane:

• Chloroform (CHCl₃) früher als Narkosemittel, heute als Lösungsmittel;
• Tetrachlormethan (CCl₄) als Lösungsmittel und früher auch als Feuerlöschmittel;
• Trichlorfluormethan, FCKW (CCl₃F) als Treibgas bzw. Kühlmittel

Halogenalkene

Halogenalkene leiten sich von der Gruppe der Alkene ab. Sie bestehen aus ungesättigten Kohlenwasserstoffmolekülen, bei denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Elemente der 7. Hauptgruppe (Halogene) des Periodensystems ersetzt wurden.

Sie besitzen trotz ihrer teilweisen Giftigkeit vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der chemischen Industrie, vor Allem bei der Herstellung von Kunst- und Arzneistoffen.

Wichtige Halogenalkene:

• Vinylchlorid ist die Ausgangssubstanz zur Herstellung von PVC,
• 1,1-Dichlorethen wird zum Polyvinylidenchlorid (PVdC) verarbeitet,
• 2,2-Dichlorvinyl-dimethyl-phosphat (Dichlorvos) ist ein 1951 eingeführtes Insektizid,
• Clobetasol und Betamethason sind Medikamente auf Steroid-Basis,
• Halomon ist ein in Rotalgen vorkommendes Anti-Tumor-Medikament.

Aromatische Halogenkohlenwasserstoffe

Aromatische Halogenkohlenwasserstoffe (auch Halogenarene) leiten sich von der Gruppe der Aromaten oder Arene ab, bei denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Elemente der 7. Hauptgruppe (Halogene) des Periodensystems ersetzt wurden.

Die meisten aromatischen Halogenverbindungen sind hochgiftig und werden oder wurden als Insektizide oder Fungizide eingesetzt. Viele davon sind mittlerweile verboten.

Wichtige Halogenaromaten:

• Chlorbenzol, ein wichtiges Lösungsmittel für Öle, Fette, Harze usw.,
• 2-Chlorphenol, ein Desinfektionsmittel,
• CS-Gas, ein Tränengas,
• DDT, ein in den meisten westlichen Industrieländern seit den 1970er Jahren verbotenes Insektizid,
• Decabromdiphenylether und Tetrabrombisphenol A sind Flammschutzmittel,
• Eosin, ein roter Farbstoff, der aus Steinkohleteer gewonnen wird,
• Merbromin (INN) ein dem Eosin ähnlicher Farbstoff, der früher (vor 2003) in Deutschland als Antiseptikum (Handelsname Mercurochrom®) vertrieben wurde.

Verwendung

von Methan und Ethan leiten sich eine Reihe von Halogenalkane ab, die in Technik und Alltag vielfälltig Verwendung finden.Chloralalkane sind gebräuchliche Lösungsmittel für Fette und Harze: Dichlormethan und Trichlormethan (Chloroform) werden beispielweise zum Extrahieren pflanzlicher Öle und zum Entwfernung von Metallteilen verwendet. Trichlorethan wird beim "chemischen" Reinigen (kleiderbad) eingesetzt. Die mengenmäßig wichtigsten Halogenkohlenwasserstoffe sind die Chlorkohlenwasserstoffe (CKW), Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) und die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW). Zunehmend werden Bromkohlenwasserstoffe als Flammschutzmittel verwendet. Viele Halogenkohlenwasserstoffe wirken als ozonabbauende Verbindungen und/oder als Treibhausgase. Die Verwendungsbereiche für Halogenkohlenwasserstoffen in der nachfolgenden Auflistung sind mittlerweile weitgehend verboten oder durch Restriktionen und zeitlich begrenzte Verwendungszulassung stark eingeschränkt worden.

Lösungsmittel

Halogenierte Kohlenwasserstoffe sind weitgehend unpolare Stoffe und daher gute Fettlösungsmittel. Hohe Dosen bzw. ständige Belastungen können zu Gesundheitsschäden führen.

Treibgaskomponente in Sprühdosen

die wichtigsten Treibmittel sind: Trichlor-fluor-methan und Dichlor-difluor-methan, beide Substanzen gelten als physiologisch unbedenklich. Es wurde allerdings herausgefunden, dass sie zum Abbau der Ozonschicht beitragen, da in der Stratosphäre Chlorradikale freigesetzt werden, die das Ozon in einer Reihe von Reaktionen abbauen. Die als Treibgas oder Kältemittel verwendeten FCKWs nennt man Freone.

Kältemittel

Halogenkohlenwasserstoffe eignen sich auf Grund ihrer Eigenschaften hervorragend als Kältemittel.

Pestizide

Halogenkohlenwasserstoffe werden auch im Pflanzenschutz eingesetzt. Vor allem Chlorkohlenwasserstoffe (z.B. DDT) finden bzw. fanden ihre Verwendung im Bereich der Insektizide.

Feuerlöscher

Die in Feuerlöschern verwendeten Halogenkohlenwasserstoffe nennt man Halone.

Antibiotika

Sehr viele antibiotisch wirkende Stoffe enthalten Halogenatome (z.Bsp. Chloramphenicol).

Einzelnachweise

1. ↑ BUND: Hormonaktive Substanzen im Wasser, September 2001, BestellNr. 45 078
2. ↑ Proceedings of the National Academy of Sciences 104: 8897-8901 (2007)
3. ↑ Andreas Hornung: Halogenasen aus Actinomyceten, (Diss. 2005)