Nhờ có sự phân cực của liên kết C – X, dẫn xuất halogen dễ tham gia vào nhiều phản ứng hoá học. Hai loại phản ứng hoá học quan trọng nhất của dẫn xuất halogen là phản ứng thế nguyên tử halogen và phản ứng tách hydrogen halide.

Dẫn xuất halogen có nhiều ứng dụng trong đời sống, công nghiệp hoá chất và y học.

- Các dẫn xuất halogen như chloroform (CHCl₃), carbon tetrachloride (CCl₄), methylene dichloride (CH₂Cl₂), … là những chất lỏng dễ bay hơi, hoà tan được nhiều chất hữu cơ nên chúng được sử dụng là dung môi trong phòng thí nghiệm và công nghiệp.

- Một số dẫn xuất halogen được sử dụng làm monomer trong tổng hợp các polymer. Ví dụ, từ vinyl chloride tổng hợp được poly(vinyl chloride) (nhựa PVC) để làm ống nước, vỏ bọc dây điện, vải giả da, … Từ 2 – chlorobuta – 1,3 – diene tổng hợp ra poly(2 – chlorobuta – 1,3 – diene) ứng dụng trong sản xuất cao su chloroprene để chế tạo ống, băng tải cao su chịu nhiệt dùng trong khai thác mỏ; các sản phẩm đúc, con dấu, vòng đệm, … Trùng hợp tetrafluoroethylene thu được polytetrafluoroethylene hay teflon được ứng dụng trong sản xuất chảo chống dính, vật liệu cách điện, các ống chịu hoá chất, bình phản ứng …

- Dẫn xuất halogen còn được sử dụng để tổng hợp alcohol, ether, … hoặc các chất cơ nguyên tố.

- Dẫn xuất halogen có hoạt tính sinh học đa dạng. Ví dụ, chloroform, ethyl chloride, halothane được sử dụng làm chất gây mê trong y học. Ethyl chloride được dùng làm chất giảm đau tạm thời cho các chấn thương nhỏ trong thể thao. Methyl bromide là một chất khử trùng, tiêu diệt nhiều loại dịch hại như nhện, ve, nấm, côn trùng … Các chất như 2,4 – dichlorophenoxyacetic acid (2,4 – D) và 2,4,5 – trichlorophenoxyacetic acid (2,4,5 – T) ở nồng độ thấp (vài phần triệu) có tác dụng kích thích sinh trưởng thực vật nhưng ở nồng độ cao có tác dụng diệt cây cỏ nên được dùng làm chất diệt cỏ, phát quang rừng rậm …

- Các hợp chất chỉ chứa chlorine, fluorine và carbon trong phân tử được gọi chung là các hợp chất CFC hay freon trước đây được sử dụng trong công nghệ làm lạnh (điều hoà, tủ lạnh) nhưng do các chất này có thể phá huỷ tầng ozone nên hiện nay các hợp chất CFC này đã được thay thế bằng các hợp chất HFC (tức hydrofluorocarbon).

Các đồng phân cấu tạo có cùng công thức phân tử là C₄H₉Cl:

(1) CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – Cl: 1 – chlorobutane.

(2) CH₃ – CH­Cl – CH₂ – CH₃: 2 – chlorobutane.

(3)

: 2 – chloro – 2 – methylpropane.

(4)

: 1 – chloro – 2 – methylpropane.

Đồng phân mạch carbon: (1) và (4); (2) và (3).

Đồng phân vị trí nhóm chức: (1) và (2); (3) và (4).

Lời giải:

CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂Cl: 1 – chloropentane.

CH₃ – CHCl – CH₂ – CH₂ – CH₃: 2 – chloropentane.

CH₃ – CH₂ – CHCl – CH₂ – CH₃: 3 – chloropentane.

1 – chloro – 2 – methylbutane.

: 2 – chloro – 2 – methylbutane.        

: 2 – chloro – 3 – methylbutane.         

: 1 – chloro – 3 – methylbutane.

: 1 – chloro – 2,2 – dimethylpropane.

Ta có dự đoán sau:

Giải thích dự đoán: Với các dẫn xuất halogen cùng gốc alkyl nhiệt độ sôi tăng theo chiều tăng của nguyên tử khối halogen.

Nhận xét: độ phân cực của liên kết tăng dần theo thứ tự: C – C, C – H, C – Cl.

Ban đầu hỗn hợp tách thành hai lớp do dẫn xuất halogen không tan trong nước. Trong đó, dẫn xuất halogen ở lớp dưới do nặng hơn nước.

Sau phản ứng thêm tiếp AgNO₃ vào ống nghiệm thấy có kết tủa xuất hiện do:

Ag⁺ + X^- → AgX (với X: Cl, Br, I).

Các phương trình hoá học xảy ra:

CH₃Cl + NaOH $\stackrel{t^o}{\to }$ CH₃OH + NaCl

CH₃CHClCH₃ + NaOH $\stackrel{t^o}{\to }$ CH₃CH(OH)CH₃ + NaCl

C₆H₅CH₂Br + NaOH $\stackrel{t^o}{\to }$ C₆H₅CH₂OH + NaBr

CH₂ = CHCH₂Cl + NaOH $\stackrel{t^o}{\to }$ CH₂ = CHCH₂OH + NaCl.

a) Cho nước vào ống nghiệm chứa dẫn xuất halogen sau đó thử phần nước bằng dung dịch silver nitrate nhằm mục đích rửa ion halide, kiểm tra nước rửa còn ion halide hay không.

b) Cần acid hoá dung dịch sau khi thuỷ phân bằng dung dịch HNO₃ trước khi cho dung dịch AgNO₃ để tránh sinh ra kết tủa Ag₂O làm sai lệch kết quả thí nghiệm. Cụ thể, nếu còn base dư có thêm phản ứng:

AgNO₃ + NaOH → AgOH + NaNO₃

2AgOH _{(không bền)} → Ag₂O + H₂O.

Không thể thay thế dung dịch HNO₃ bằng các dung dịch H₂SO₄ hay HCl vì các acid này đều tạo kết tủa với AgNO₃, làm sai lệch kết quả thí nghiệm.

Một số ứng dụng trong thực tiễn của dẫn xuất halogen:

- Các dẫn xuất halogen như chloroform (CHCl₃), carbon tetrachloride (CCl₄), methylene dichloride (CH₂Cl₂), … được sử dụng là dung môi trong phòng thí nghiệm và công nghiệp.

- Một số dẫn xuất halogen được sử dụng làm monomer trong tổng hợp các polymer.

- Dẫn xuất halogen còn được sử dụng để tổng hợp alcohol, ether, … hoặc các chất cơ nguyên tố.

- Dẫn xuất halogen có hoạt tính sinh học đa dạng. Ví dụ, chloroform, ethyl chloride, halothane được sử dụng làm chất gây mê trong y học. Ethyl chloride được dùng làm chất giảm đau tạm thời cho các chấn thương nhỏ trong thể thao….

Chất diệt cỏ, chất kích thích tăng trưởng 2,4 – D và 2,4,5 – T là các chất hoá học, có đặc tính khó phân huỷ, tồn dư lâu trong môi trường và có tác hại đến sức khoẻ con người, do đó không nên lạm dụng các chất này.

Các hợp chất chỉ chứa chlorine, fluorine và carbon trong phân tử được gọi chung là các hợp chất CFC hay freon trước đây được sử dụng trong công nghệ làm lạnh (điều hoà, tủ lạnh) nhưng do các chất này có thể phá huỷ tầng ozone nên hiện nay các hợp chất CFC này đã được thay thế bằng các hợp chất HFC (tức hydrofluorocarbon).

2CH₄ $\stackrel{{1500}^{o}C}{\to }$ CH ≡ CH + 3H₂

CH ≡ CH + HCl $\stackrel{xt}{\to }$ CH₂ = CHCl

$\begin{array}{l}nC{H}_2=CHCl\stackrel{t^o,xt,p}{\to }\sout{(}C{H}_2-\underset{\left|\right.}{C}H\sout{{)}_n}\\ Cl\end{array}$

Sơ đồ được hoàn thành:

CH_{4 $\underset{\left(1\right)}{\overset{{1500}^{o}C}{\to }}$}CH ≡ CH CH₂ = CHCl $\underset{\left(3\right)}{\overset{t^o,xt,p}{\to }}$ PVC.

a) Quá trình C₂H₅Cl(l) ⇌ C₂H₅Cl(g) có ${\Delta }_r{H}_{298}^o=24,7kJmo{l}^{-1}$> 0 nên quá trình này thu nhiệt. Do đó, khi xịt thuốc vào chỗ đau thì người ta có cảm giác lạnh.

b) Phương trình hoá học điều chế:

CH₃CH₃ + Cl₂ $\stackrel{as}{\to }$CH₃CH₂Cl + HCl.