22513 Obraz (2474)

Chlorowanie metanu można prowadzić aż do zastąpienia chlorem wszystkich atomów wodoru:

CH₄ + CL, -— CHjCI HCI

chlorometan (chlorek metylu)

CH,CI -4- Clj -— CHjClj HCI

dichlorometan (chlorek metylenu)

01,0, + Cl, -— CHC1, + HCI

trichlorometan

(chloroform )

CHClj -ł- Cl, -— CC1₄ + HCI

tetrachlorometan (czterochlorek węgla)

4.7. Chlorowanie alkanów jest reakcją rodnikową

Chlorowanie alkanów me jest wprawdzie najważniejsze na tle całości chemii organicznej, ale musimy tej reakcji poświęcić sporo uwagi, żeby zapoznać się z jednym z ogólnych, sposobów reagowania związków organicznych.

Reakcje chemiczne aaie przebiegają tak prosto, jak to sugerują ich równania stecbioinetiycme. Dla przykładu popatrzmy jeszcze raz na reakcję metanu z chlorem;

CH₄ 4- Cl, -CHjCI -t- HCI

Taki zapis sugeruje, Ze chlorowodór i chlorek metylu powstają jednocześnie w chwili zderzenia się cząsteczki metanu z cząsteczką chloru. W rzeczywistości jednak jest to riożona reakcja, podczas której pojawiają się i znikają charakte-rysayczoe produkty pośrednie. W reakcji chlorowania alkanów produktami po-

średnimi są atomy chloru i wolne rodniki alkilowe. Wspólną ich cechą jest posiadanie pojedynczych (niesparowanych) elektronów.

Wolnymi rodnikami albo po prostu rodnikami nazywamy atomy lub grupy atomów zawierające nie-sparowane elektrony. Wolne rodniki są nietrwałe, bo z powodu obecności pojedynczych elektronów bardzo szybko ulegają różnym reakcjom chemicznym.

Czas życia rodników alkilowych jest rzędu tysięcznych części sekundy. Reakcje, których produktami pośrednimi są wolne rodniki, nazywamy reakcjami rodnikowymi.

CHr-

rodnik

metylowy

CHjCHz-    CHjCHjCHi-    (CHj)jCH-

rodnik    rodnik    rodnik

etylowy    propylowy    izopropylowy

Przykłady wolnych rodników alkilowych. Kropki symbolizują pojedyncze elektrony.

Mogłoby się wydawać, że rodniki alkilowe nie różnią się niczym od grup alkilowych, omawianych w rozdziale 4.3, ale tak nie jest. Grupy alkilowe są fragmentami cząsteczek, wyodrębnianymi tylko w myśli lub na papierze dla tworzenia nazw związków, podczas gdy rodniki alkilowe są związkami chemicznymi, nietrwałymi co prawda, ale zdolnymi do chwilowego istnienia.

Chlorowanie alkanów jest łańcuchową reakcją o mechanizmie rodnikowym. Mechanizmem reakcji chemicznej nazywamy szczegółowy opis jej przebiegu z uwzględnieniem wszystkich kolejnych etapów i produktów pośrednich. Termin „reakcja łańcuchowa" oznacza proces, przebiegający w kolejnych etapach, podczas których produkty pośrednie powstają zostają zużyte i są ponownie odtwarzane.

W każdej reakcji łańcuchowej wyróżniamy zapoczątkowanie, kontynuację i zakończenie. Mechanizm chlorowania (na przykładzie metanu) przedstawia następujący ciąg reakcji