Właściwości alkanów
Reakcje substytucji
Reakcje spalania
Właściwości alkanów
Reakcje substytucji
Reakcje spalania
Reakcja substytucji –
podstawiania
• Reakcja substytucji
polega na zastąpieniu (podstawieniu)
atomu(ów) wodoru
w cząsteczce alkanu
atomem(i) halogenów
(
X – F, Cl, Br, I
)
• Ogólny wzór reakcji:
C
n
H
2n+2
+
X
2
C
n
H
2n+1
–
X
+ H
X
alkan + halogen halogenoalkan + halogenowodór,
• Reakcja związana z atakiem rodnika (
rodnik – wolny rodnik
-
atom
lub grupa atomów posiadający(ca) niesparowany
elektron, np
.:
*Cl
–
rodnik chlorkowy, *CH
3
– rodnik metylowy,
rodniki organiczne są nietrwałe w wyniku aktywności
niesparowanego elektronu, rodniki często są produktami
przejściowymi wielu reakcji chemicznych).
• Reakcje z
fluorem
przebiegają
samorzutnie
, z
chlorem pod
wpyłwem uv (światła ultrafioletowego)
,
z
bromem pod
wpływem uv lub w podwyższonej temp
. , z
jodem w
podwyższonej temp bardzo trudno.
Reakcja substytucji –
podstawiania cd.
• Reakcja
przebiega łańcuchowo
aż do
wyczerpania
rodników
, przerwanie reakcji następuje w
momencie wyczerpania się rodników (w końcowej
fazie reakcja zachodzi między rodnikami, które
były w nadmiarze)
• Etapy chlorowania metanu:
• I.
homolityczny rozpad Cl
2
na rodniki pod wpływem
uv
• Cl · · Cl
*
Cl
+
*
Cl
• II.
Atak rodnika chlorkowego na cząsteczkę
metanu
• CH
4
+
*
Cl
*
CH
3
+
H
Cl
• III. Atak rodnika metylowego na cząsteczkę chloru
• *
CH
3
+
Cl – Cl
CH
3
Cl
+
*
Cl
(chlorometan +
rodnik)
Reakcja substytucji –
chlorowanie metanu cd.
• IV
. Atak rodnika chlorkowego na cząsteczkę chlorometanu
CH
3
Cl
+
*
Cl
*
CH
2
Cl
+
H
Cl
• V.
Atak rodnika chlorometylowego na cząsteczkę chloru
*
CH
2
Cl
+
Cl – Cl
CH
2
Cl
2
+
*
Cl
• V.
Atak rodnika chlorkowego na cząsteczkę dichlorometanu
CH
2
Cl
2
+
*
Cl
*
CH
Cl
2
+
H
Cl
• VI.
Atak rodnika dichlorometylowego na cząsteczkę chloru
*
CH
Cl
2
+
Cl – Cl
CH
Cl
3
+
*
Cl
• VII.
Atak rodnika chlorkowego na cząsteczkę
trichlorometanu
CH
Cl
3
+
*
Cl
*
C
Cl
3
+
H
Cl
• VIII.
Atak rodnik trichlorometylowego na cząsteczkę chloru
*
C
Cl
3
+
Cl – Cl
C
Cl
4
+
*
Cl
(tetra
chloro
metan
,
czterochlorek węgla)
Reakcja substytucji –
chlorowanie metanu –
zakończenie reakcji
cd.
• W nadmiarze rodniki chlorkowe
:
• *Cl +
*
Cl Cl
2
• W nadmiarze rodniki metylowe
:
• *
CH
3
+
*
CH
3
CH
3
– CH
3
(etan)
• W nadmiarze rodniki
chlorometylowe:
• *
CH
2
Cl +
*
CH
2
Cl CH
2
Cl – CH
2
Cl
(1,2-dichloroetan)
Reakcja substytucji cd.
• W przypadku
dłuższych cząsteczek alkanów
reakcje
przebiegają współbieżnie (równolegle)
zgodnie z
regułą Zajcewa
:
najłatwiej
zachodzi
substytucja na atomach
C
o wyższej rzędowości
(3
o
)
– uboższych w wodór –
energia wiązania
C – H
jest najmniejsza
,
trudniej na atomach
C
2
o
,
najtrudniej na atomach
C
o najniższej
rzędowości (1
o
)
– bogatszych w wodór -
energia
wiązania
C – H
jest największa
• W
pierwszym etapie reakcji substytucji
powstaje
mieszanina halogenoalkanów
w
różnych ilościach
Reakcja
bromowania
2-
metylo
butanu
(reguła
Zajcewa)
1o
CH
3
|
uv
•
1o
CH
3
–
3o
CH
–
2o
CH
2
–
1o
CH
3
+
Br
2
1o
CH
3
|
•
1o
CH
3
–
3o
C
–
2
o
CH
2
–
1o
CH
3
+
H
Br
|
Br
- Produkt główny: 2-
bromo
-2-
metylo
butan
Reakcja
bromowania
2-
metylo
butanu
(reguła
Zajcewa) cd
1o
CH
3
|
uv
•
1o
CH
3
–
3o
CH
–
2o
CH
2
–
1o
CH
3
+
Br
2
1o
CH
3
|
•
1o
CH
3
–
3o
CH
–
2
o
CH
–
1o
CH
3
+
H
Br
|
Br
- Produkt drugi co do ilości : 2-
bromo
-3-
metylo
butan
Reakcja
bromowania
2-
metylo
butanu
(reguła
Zajcewa) cd
1o
CH
3
|
uv
•
1o
CH
3
–
3o
CH
–
2o
CH
2
–
1o
CH
3
+
Br
2
1o
CH
3
|
•
1o
CH
2
–
3o
CH
–
2o
CH
2
–
1o
CH
3
+
H
Br
|
Br
- Produkt trzeci co do ilości : 1-
bromo
-2-
metylo
butan
Reakcja
bromowania
2-
metylo
butanu
(reguła
Zajcewa) cd
1o
CH
3
|
uv
•
1o
CH
3
–
3o
CH
–
2o
CH
2
–
1o
CH
3
+
Br
2
1o
CH
3
|
•
1o
CH
3
–
3o
CH
–
2o
CH
2
–
1o
CH
2
+
H
Br
|
Br
- Produkt
czwarty
-trzeci co do ilości : 1-
bromo
-3-
metylo
butan
Reakcje spalania
alkanów
• Spalanie całkowite CO
2
+ H
2
O
CH
4
+ 2O
2
CO
2
+ 2H
2
O + energia
2C
4
H
10
+ 13O
2
8CO
2
+ 10H
2
O +
energia
• Półspalanie CO + H
2
O
lub
CO + H
2
2C
4
H
10
+ 9O
2
8CO + 10H
2
O + energia
C
4
H
10
+ 2O
2
2CO + 5H
2
+ energia
• Spalanie niecałkowite C+H
2
O
lub
CO +
H
2
O
C
2
H
4
+ O
2
2C + 2H
2
O + energia
C
2
H
4
+ 2O
2
2CO + 2H
2
O + energia