Chemia Liceum Gimnazjum Testy Matura

Powrót

Mechanizm reakcji substytucji rodnikowej

Rodniki

Rodnik - atom lub grupa atomów zawierająca niesparowane elektrony.
Na jednym orbitalu atomu znajduje się 1 niesparowany elektron.
Układ taki jest nietrwały i dąży do przyjęcia drugiego elektronu - rodniki są bardzo reaktywne.

Skąd biorą się rodniki?

Aby powstały rodniki potrzeba dużej energii w postaci wysokiej temperatury, promieniowania UV.

1) Homolityczne rozerwanie wiązania. Każdy z elektronów tworzących wiązanie zostaje przy jednym atomie.
X••X → X• + X•

2) Reakcja rodnika z inną cząsteczką z utworzeniem innego rodnika.
X••X  + Y• → X••Y + X•

Rodniki mogą się ze sobą łączyć i tworzyć obojętną cząsteczkę
X• + X• → X••X,           X• + Y• → X••Y     

Przykład. Chlorowanie metanu.

Chlorowanie metanu jest reakcją łańcuchową, przebiegającą z udziałem wolnych rodników.

Rozróżnia się tu trzy fazy:

I. Zapoczątkowanie. Czasteczka chloru pod wpływem energii rozpada się na wolne rodniki.
Cl••Cl → Cl• + Cl• Cl2 → 2Cl
II. Kontynuacja. Wolne rodniki chloru reagują z metanem i tworzy się rodnik metylowy. Rodnik metylowy reaguje z cząsteczką chloru i powstaje chlorometan i kolejny rodnik chloru. Reakcja przebiega aż do wyczerpania substratów. W wyniku reakcji powstaje mieszanina różnych związków chemicznych.
Cl• + H••CH3 → •CH3    + H••Cl  Cl• + H−CH3 → •CH3    + HCl
Cl••Cl + •CH3    → Cl••CH3   + Cl•  Cl2 + •CH3    → CH3Cl   + Cl•
Cl• + H••CH3 → •CH3    + H••Cl ........ i tak dalej  Cl• + H−CH3 → •CH3    + HCl
III. Zakończenie. Wolne rodniki łączą się ze sobą.
Cl• + •CH3    → Cl••CH3  Cl• + •CH3    → CH3Cl  
CH3• + •CH3    → CH3••CH3 CH3• + •CH3    → CH3−CH3
Cl• + Cl• → Cl••Cl  Cl• + Cl• → Cl2

 


Dla dłuższych łańcuchów węglowych chlorowcowanie alkanu może przebiegać w różnych miejscach łańcucha węglowego.

Przykład. Bromowanie propanu.
Możliwe są dwa miejsca, gdzie zostanie podstawiony atom bromu.

bromowanie propanu matura chemia

W reakcji tej powstaje 2-bromopropan (jako produkt główny, ok.97%) i mniejsze ilości 1-bromopropanu (ok.3%).
W reakcji z chlorem powstają produkty: 2-chloropropan (ok.55%) i 1-chloropropan (ok.45%). Różnica w ilości procentowej produktów wynika z większej reaktywności chloru w porównaniu z bromem.

Miejsce podstawienia zależy od rzędowości atomów węgla: najbardziej preferowane jest podstawienie przy atomach węgla 3o, potem 2o i 1o.
Szereg trwałości rodników: 3o > 2o > 1o.

Jest to związane z energią aktywacji. Im wyższa rzędowość atomów węgla, tym niższa jest energia aktywacji potrzebna do oderwania atomu wodoru (atom wodoru łatwiej się odrywa). Z kolei im niższa energia aktywacji, tym szybciej zachodzi reakcja.

Przykładowa względna szybkość reakcji substytucji chloru i bromu w n-butanie

rzędowość rodnika 3o 2o 1o
względna szybkość reakcji z Cl 5,0 3,8 1,0
względna szybkość reakcji z Br (127 oC) 1600 82 1,0

Źródła:
Chemia organiczna t.1., R.Morrison, R.Boyd, wyd.II, 1990r., str.804
prof.J.Polański, Chemia Organiczna, wykład 7, Uniwersytet Śląski.

Przekaż darowiznę
Załóż konto | Zaloguj się

Copyright 2011-2019Chem24.pl Ta strona internetowa wykorzystuje pliki cookies. Możesz określić metody zapisywania oraz dostępu do cookies w swojej przeglądarce internetowej lub w konfiguracji usługi.