Халоалканите са решаващ мост между въглеводородите и въглеводородните производни в органичния синтез. Тяхната основна роля е да постигнат функционална групова трансформация и изграждане на въглероден скелет. Основните им приложения са както следва:
Постигане на функционална групова трансформация и въвеждане на различни целеви групи.
Чрез различни реакции на халоалкани, халогенните атоми могат да бъдат трансформирани в различни общи функционални групи:
Хидрокси група (-OH): Халоалканите претърпяват хидролиза при условия на нагряване с воден разтвор на NaOH. Халогенът се заменя с хидроксилната група, за да се получи алкохол. Това е често срещан метод за въвеждане на хидроксилни групи в органичния синтез, като хидролизата на бромоетан за получаване на етанол.
Аминогрупа (-NH₂): Халоалканите претърпяват амонолиза, при която халогенът се замества с аминогрупата, за да се получат аминови съединения.
Въглерод-въглеродна двойна/тройна връзка: Халоалканите претърпяват реакции на елиминиране при условия на нагряване с алкохолен разтвор на NaOH, като премахват HX, за да образуват ненаситена връзка. Това може да се използва за получаване на алкени и алкини от наситени въглеводороди. Например, елиминирането на 1,2-дибромоетан дава ацетилен. Това е съществена стъпка в превръщането на наситените въглеводороди в ненаситени въглеводороди.
Циано група (-CN): Когато халоалкан се нагрява с натриев цианид, възниква заместване, замествайки халогенния атом с циано групата, за да се образува нитрил, осигурявайки основа за последващо превръщане в карбоксилни киселини, амини и др.
Промяна на броя и позицията на функционалните групи за коригиране на молекулната структура
Промяна на броя на функционалните групи: Алкените първо претърпяват реакции на присъединяване с халогенни елементи, за да образуват дихалоалкани, след което се хидролизират, за да дадат диоли. Монофункционалните групи могат да бъдат превърнати в дифункционални групи, например етилен → 1,2-дибромоетан → етилен гликол, осигурявайки суровини за последващ синтез на полиестери и полиетери.
Коригиране на позицията на функционалните групи: Ако позицията на хидроксилната група в алкохола не отговаря на синтетичните изисквания, алкохолът може първо да бъде превърнат в халоалкан, след това елиминиран, за да се получи алкен, и накрая добавен обратно, за да се въведе отново халогенният атом/хидроксилната група, като по този начин се промени позицията на функционалната група.
Конструиране на въглероден скелет за удължаване или свързване на въглеродни вериги
Халоалканите са важни междинни продукти за разширяване на въглеродните вериги в органичния синтез:
Халоалканите претърпяват реакции на заместване с натриев цианид, натриев ацетилацетонат и др., директно добавяйки въглеродни атоми към молекулата, постигайки удължаване на въглеродната верига.
Реактивите на Grignard (RMgX) се получават чрез взаимодействие на халогенирани въглеводороди с магнезий в безводен диетилов етер. Реактивите на Гринярд могат да претърпят присъединителни реакции с алдехиди, кетони и въглероден диоксид, за да се получат алкохоли или карбоксилни киселини с повече въглеродни атоми от първоначалния халоалкан, което е важен метод за конструиране на въглерод-въглеродни връзки.
Халогенираните въглеводороди могат да претърпят реакция на Уудс с метален натрий за свързване на дълго-верижни алкани с двоен брой въглеродни атоми.