Obraz1 (137)

38

Ćwiczenie 2.9. W wyniku spalania pewnego alkanu powstał dwutlenek węgla i para wodna w stosunku objętościowym 4 : 5. Jaki to alkan?

2.10. Chlorowanie alkanów jest reakcją rodnikową

Chlorowanie alkanów nie 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 prawie nigdy nie przebiegają tak prosto, jak to sugerują ich równania stechiometryczne. Dla przykładu popatrzmy jeszcze raz na reakcję chloru z metanem:

CHa + Cfe -► CHjCl + HC1

Równanie to sugeruje, że chlorek metylu i chlorowodór powstają jednocześnie w momencie zderzenia się cząsteczki metanu z cząsteczką chloru. W rzeczywistości jednak chlorowanie metanu i innych alkanów jest złożoną reakcją, podczas której pojawiają się i znikają charakterystyczne produkty pośrednie.

Atomy lub cząsteczki, pojawiające się chwilowo podczas przemiany substratów w produkty, nazywamy produktami pośrednimi reakcji.

W reakcji chlorowania alkanów produktami pośrednimi są atomy chloru i tzw. rodniki alkilowe. Wspólną cechą atomów chloru i rodników alkilowych jest posiadanie pojedynczych elektronów. Są to tzw. elektrony niesparowane, czyli nie tworzące par z innymi elektronami.

Atomy lub grupy atomów zawierające pojedyncze elektrony nazywamy wolnymi rodnikami albo po prostu rodnikami.

Wolne rodniki są nietrwałe, bo z powodu obecności pojedynczych elektronów bardzo szybko ulegają różnym reakcjom chemicznym. Czas życia wolnych rodników alkilowych jest rzędu tysięcznych części sekundy.

Reakcje, których produktami pośrednimi są wolne rodniki, nazywamy reakcjami rodnikowymi.

CHj-

rodnik

metylowy

CH3CH2 •

rodnik

etylowy

CH₃CH₂CH₂-

rodnik

propylowy

rodnik

izopropylowy

przykłady wolnych rodników alkilowych, kropka oznacza elektron

Mogłoby się wydawać, że rodniki alkilowe niczym nie różnią się od grup alkilowych omawianych w rozdziale 2.4, ale jest między nimi bardzo zasadnicza różnica. Grupy alkilowe są fragmentami cząsteczek, wyodrębnianymi tylko w myśli dla tworzenia nazw związków, podczas gdy rodniki alkilowe są związkami chemicznymi, które aczkolwiek nietrwałe, są zdolne do samodzielnego istnienia.

Chlorowanie alkanów jest reakcją rodnikową, Jest to reakcja egzotermiczna, ale do jej zapoczątkowania potrzebne jest światło albo podwyższona temperatura. W celu zapoznania się ze szczegółami chlorowania alkanów wystarczy prześledzić reakcje, jakie odbywają się w mieszaninie metanu z chlorem. Inne alkany reagują w podobny sposób.

1. Zapoczątkowanie reakcji. Pod wpływem światła albo ogrzania następuje dysocjacja cząsteczek chloru na atomy. Wystarczy zdysocjowanie niewielkiej liczby cząsteczek chloru, żeby spowodować wytworzenie dużych ilości produktów chlorowania alkanów.

Cl₂

światło lub ogrzanie

2 Cl*

2. Z powodu obecności pojedynczego elektronu atomy chloru są o wiele bardziej reaktywne niż cząsteczki CU i z łatwością reagują z cząsteczkami metanu. W reakcji atomowego chloru z metanem powstają rodniki metylowe i chlorowodór:

Cl- + CH4 -► CH3- 1 HC1

3. Reakcja rodników metylowych z cząsteczkami chloru wytwarza chlorometan i atomy chloru:

CH₃- + Cl₂

CH3GI + a-