miniatura|240px|O tetrafluoroetano, un haloalcano, preséntase como un líquido transparente que ferve por debaixo da temperatura ambiente, como se observa na foto. Un haloalcano, tamén coñecido como haloxenuro de alquilo, haloxenoalcano ou haluro de alquilo, é un composto químico derivado dun alcano por substitución dun ou máis átomos de hidróxeno por átomos de halóxeno. A substitución por flúor, cloro, bromo e iodo conduce á formación de fluoroalcanos, cloroalcanos, bromoalcanos e iodoalcanos, respectivamente. Os compostos mixtos tamén son posibles. Os exemplos máis coñecidos son os clorofluorocarbonos (CFC) que son os principais responsables da depleción da capa de ozono. Os haloalcanos utilízanse na fabricación de dispositivos semicondutores, como refrixerantes, axentes escumantes, disolventes, propelentes en sprays, axentes extintores e reactivos químicos.
Freon é o nome comercial dun grupo clásico de clorofluorocarbonos usados principalmente como refrixerantes. A palabra Freon é unha marca rexistrada pertencente a DuPont.
Os haloalcanos coñécense desde hai séculos. O cloroetano xa se producía sinteticamente no século XV. A síntese sistemática destes compostos desenvolvida no século XIX foi en paralelo co desenvolvemento da química orgánica e a comprensión da estrutura dos alcanos. Desenvolvéronse métodos para a formación selectiva de enlaces carbono-halóxeno. Métodos especialmente versátiles son a adición de halóxenos a alquenos, a hidrohaloxenación de alquenos, e a conversión de alcohois en haluros de alquilo. Estes métodos son tan fiables e fáciles de aplicar que os haloalcanos eran fáciles e baratos de obter e útiles na industria química porque os haluros podían despois ser substituídos por outros grupos funcionais. Non obstante, viuse que moitos eran prexudiciais para o medio ambiente e foron sendo prohibidos. Os haloalcanos que conteñen cloro, bromo e iodo afectan á capa de ozono, contribuíndo á súa deterioración. Os haloalcanos fluorados volátiles non afectan ao ozono, pero en teoría poden ter actividade como gases de efecto invernadoiro.
Aínda que a maioría dos haloalcanos son creados polo o home, tamén hai haloalcanos naturais, principalmente orixinados pola síntese encimática de certas bacterias, fungos e especialmente macroalgas. Identificáronse máis de 1 600 compostos haloxenados orgánicos, e os haloalcanos máis comúns son os bromoalcanos. Os compostos orgánicos bromados en bioloxía van desde os bromuros de metilo producidos bioloxicamente aos compostos aromáticos e insaturados non alcanos (indois, terpenos, acetoxeninas e fenois). Os alcanos haloxenados en plantas terrestres son máis raros, pero tamén os hai, como por exemplo o fluoroacetato producido como toxina por polo menos 40 especies de plantas. Coñécense tamén encimas deshaloxenases específicos de bacterias que retiran os halóxenos dos haloalcanos.
Existen catro tipos de haloalcanos. Nos haloalcanos primarios, o carbono que leva o átomo de halóxeno está unido a un só grupo alquilo. Nos haloalcanos secundarios o carbono co átomo de halóxeno está unido a dous grupos alquilo. Nun haloalcano terciario o carbono unido ao halóxeno tamén o está a tres grupos alquilo. Tamén temos outro pequeno grupo de haloalcanos no que o átomo de halóxeno está unido a un grupo metilo (halometanos).
Compostos con cloro e flúor (CFC, HCFC, HFC)
miniatura|Moléculas de CFC. Son os haloalcanos principais. Os clorofluorocarbonos (CFC) son haloalcanos que conteñen tanto cloro coma flúor. Foron amplamente usados anteriormente na industria, por exemplo como refrixerantes, propelentes e disolventes limpadores. O seu uso foi en xeral prohibido polo Protocolo de Montreal, debido aos seus efectos sobre a capa de ozono. Tamén contribúen ao quecemento global.
Os hidroclorofluorocarbonos (HCFC) son unha clase de haloalcanos nos que non todos os hidróxenos foron substituídos por cloro ou flúor. Son usados fundamentalmente como substitutos dos clorofluorocarbonos (CFC), xa que os seus efectos sobre a diminución do ozono son só de aproximadamente o 10% dos que teñen os CFC.
Cando o substituínte dalgúns hidróxenos é soamente o flúor entón denomínanse hidrofluorocarbonos (HFCs). Aínda que algúns teñen un alto potencial para favorecer o quecemento global, non teñen efectos coñecidos sobre a capa de ozono, xa que non conteñen cloro ou bromo.
Polímeros haloxenados
Poden utilizarse alquenos fluorados ou clorados para a polimerización, dando lugar a polímeros haloxenados con notables propiedades de resistencia química. Exemplos importantes son o policloroeteno (Policloruro de vinilo, PVC), politetrafluoretileno (PTFE, Teflon), pero existen moitos máis polímeros haloxenados; os seus monómeros son haloalquenos (máis comunmente chamados haluros de vinilo).
Historia
Desenvolvemento inicial
O tetracloruro de carbono utilizouse en extintores e granadas extintoras de vidro desde finais do século XIX ata aproximadamente o fin da Segunda guerra mundial. A experimentación con cloroalcanos para a extinción do lume en aviación militar empezou polo menos xa na década de 1920.
O enxeñeiro americano Thomas Midgley desenvolveu os clorofluorocarbonos (CFC) en 1928 como unha alternativa ao amoníaco (NH3), clorometano (CH3Cl) e dióxido de xofre (SO2), que son tóxicos, mais eran de uso común naquel momento como refrixerantes. O novo composto desenvolvido tiña que ter un punto de ebulición baixo, non ser tóxico e en xeral inerte. Nunha demostración para a American Chemical Society, Midgley demostrou todas estas propiedades inspirando o gas e expirándoo para soprar unha candea.
Midgley desenvolveu especificamente o CCl2F2. Porén, unha das características interesantes é que existe unha familia enteira destes compostos, cada un co seu punto de ebulición único, e podendo adecuarse a diferentes aplicacións. Ademais da súa aplicación orixinal como refrixerantes, os clorofluoroalcanos foron utilizados como propelentes en sprays, disolventes limpadores para placas electrónicas e axentes escumantes para producir plásticos expandidos, (tales como o poliestireno expandido utilizado, entre outras aplicacións, en materiais de envasado).
Desenvolvemento de alternativas
Durante a Segunda guerra mundial, varios dos primeiros cloroalcanos eran de uso estándar nos avións militares de varios países contendentes, pero estes primeiros halóns, (nome co que se coñecen os axentes extintores haloxenados), tiñan unha toxicidade excesiva. Porén, despois da guerra tamén se fixeron pouco a pouco máis habituais na aviación civil.
Na década de 1960, os fluoroalcanos e bromofluoroalcanos pasaron a estar dispoñibles e foron rapidamente considerados uns dos materiais máis efectivos descubertos para loitar contra o lume. As primeiras investigacións con halón 1301 foron levadas a cabo por encargo do exército estadounidense, mentres que o halón 1211 foi desenvolvido inicialmente no Reino Unido principalmente. A finais da década de 1960 eran estándar en moitas aplicacións nas que a auga e os extintores de po seco supoñían unha risco que podía danar o ben que se pretendía protexer do lume, como salas de computadoras, centros de telecomunicacións, laboratorios, museos e coleccións de arte. Ao principio en barcos de guerra, na década de 1970, os bromofluoroalcanos, tamén chegaron progresivamente a ser considerados bos para un rápido control de lumes graves en espazos pechados cun risco mínimo para o persoal.
Os traballos para procurar alternativas para os clorofluorocarbonos como refrixerantes empezaron a finais da década de 1970, despois de que se publicaron os primeiros avisos de que causaban danos ao ozono estratosférico na revista Nature en 1974 feitos por Molina e Rowland, (que compartiron o Premio Nobel de Química en 1995). Engadindo hidróxeno e creando hidrofluorocarbonos (HCFC), os químicos fixeron que estes compostos fosen menos estables na atmosfera inferior, o que facilitaba que se descompuxesen antes de alcanzar a capa de ozono. Alternativas posteriores prescinden do cloro, creando hidrofluorocarbonos (HFC) con tempos de vida aínda máis curtos na atmosfera inferior.
Nos inicios da década de 1980, os bromofluoroalcanos eran de uso común en aeronaves, barcos e vehículos grandes, ademais de en instalacións informáticas e museos. Porén, empezábase a sentir preocupación polo impacto dos cloroalcanos e bromoalcanos sobre a capa de ozono. A Convención de Viena sobre a Protección da Capa de Ozono de 1985 non cubría os bromofluoroalcanos, xa que se pensaba naquel momento que a descarga de emerxencia dos sistemas de extinción era demasiado pequena en volume para producir un impacto significativo como para ter que restrinxir o seu uso, e porque ademais eran importantes para a seguridade das persoas. Porén, no momento da sinatura do Protocolo de Montreal, xa se decataran de que as descargas accidentais ou deliberadas durante as comprobacións dos sistemas e o mantemento supoñían volumes substancialmente maiores que as descargas de emerxencia en sinistros, e por conseguinte os halóns foron incluídos no tratado, aínda que con excepcións.
Retirada paulatina
Os únicos usos pemitidos para os clorofluroalcanos son medicinais.
O uso de certos cloroalcanos como disolventes para aplicacións a grande escala, tales como limpeza en seco, está sendo abandonado paulatinamente debido, por exemplo, á directiva de Compostos Orgánicos Volátiles (COV) da UE.
Finalmente, os bromofluoroalcanos (halóns), foron retirados de forma xeral en moitos países europeos antes do 2004, baseándose no Protocolo de Montreal e as directrices da UE.Regulamento (CE) nº 2037/2000 do Parlamento Europeo e do Consello, de 29 de xuño de 2000, sobre as substancias que esgotan a capa de ozono Foron permitidos desde entón unicamente en aplicacións críticas como aviación ou militares. A produción de novos stocks cesou na maioría dos países, probablemente en todos, a partir de 1994. Porén, moitos países aínda requiren que as súas aeronaves se equipen con sistemas para extinción de incendios baseados en halóns, porque non se descubriu aínda unha alternativa completamente satisfactoria e segura para esta aplicación. Existen ademais outros poucos usos moi especializados. Isto levou á creación de programas de reciclaxe de halóns por medio de "bancos de halóns", que tratan de asegurar unha xestión responsable dos halóns e o aforro nos stocks que quedan.
Nomenclatura
Nomenclatura da IUPAC
A denominación oficial dos haloalcanos debería seguir a nomenclatura da IUPAC, na cal o máis común é nomear o halóxeno como un prefixo do alcano, (nomenclatura substitutiva). Por exemplo, o etano con bromo sería bromoetano, o metano con catro grupos cloro sería tetraclorometano. Tamén se acepta nomear o composto como un "haluro de alquilo", (nomenclatura función-radical). Porén, moitos destes compostos xa teñen un nome trivial establecido, que é aceptado pola nomenclatura da IUPAC. Por exemplo, o cloroformo (triclorometano). miniatura|Bromoetano en nomenclatura substitutiva. Bromuro de etilo en nomenclatura "función-radical". miniatura|Cloroformo, nome común do triclorometano. En nomenclatura "función-radical": tricloruro de metilo.
Nomenclatura alternativa de refrixerantes
O sistema de denominación de refrixerantes úsase principalmente con alcanos de cadea curta clorados ou fluorados utilizados en refrixeración. A denominación internacional está baseada na dos Estados Unidos. Nos Estados Unidos o estándar está especificado na normativa ANSI/ASHRAE Standard 34, con suplementos anuais adicionais. Este sistema, desenvolvido hai décadas, converteuse nun sistema de nomenclatura internacional.
Os prefixos ANSI/ASHRAE específicos eran antes FC (fluororocarbono) ou R (refrixerante), pero hoxe en día a maioría teñen prefixos baseados nunha clasificación máis concreta:
CFC, para clorofluorocarbonos (Cl, F, C) HCFC, para hidroclorofluorocarbonos (H, Cl, F, C) HBFC, para hidrobromofluorocarbonos (H, Br, F, C)