Mecanismul de reacție al halogenarea alcani, referate gratuite, eseuri și disertații

Deoarece clorurarea și bromurarea de metan și alte venituri alcani prin același mecanism, acesta va oferi o perspectiva asupra cunoașterii tuturor reacțiilor halogenarea alcani. După cum sa menționat mai sus, mecanismul de reacție ar trebui să explice faptele experimentale cunoscute. În reacția mecanismului de metan clorinare nu trebuie să contrazică următoarele fapte:

· Un amestec de metan și clor nu reacționează în întuneric la temperatura camerei;

· Reacția are loc la întuneric, la temperaturi de peste 250 ° C;

· Reacția are loc la temperatura camerei, la formarea amestecului de reacție cu lumină ultravioletă;

· Reacția poate proceda la întuneric, la temperatura camerei sau o ușoară încălzire în prezența compușilor care sunt capabili în aceste condiții pentru a genera radicali liberi (de exemplu, Pb (C2 H5) 4);

· ...
Dacă reacția are loc sub iradiere cu raze ultraviolete, are o eficiență ridicată cuantică (pentru fiecare sistem foton absorbit este format din mai multe mii de molecule de clorură de metil);

· Prezența oxigenului în amestecul de reacție încetinește reacția. Durata perioadei de decelerație depinde de cantitatea de oxigen din amestec.

Următorul mecanism de liber substituție explica în totalitate faptele de mai sus:

În prima etapă de reacție (inițiere), sub acțiunea radiațiilor clivaj sau homolitică încălzirea legăturii ultraviolete are loc în molecula de clor. Energia acestei comunicări - 58 kcal / mol (242.83 kJ / mol) - cea mai mică printre moleculele implicate în reacție. Ca rezultat, golul format din cauza halogen molecule de clor atomic având un electron nepereche și având o reactivitate foarte mare.

Coliziunea a atomului de clor cu o molecula de metan rezultate în separarea de ultima atomului de hidrogen și formarea radical metil (etapa 2a). radical rezultat de metil liber are doar șapte electroni și care tind să octetul de electroni și descreșterea energiei datorită formării legăturii, prezintă o reactivitate foarte ridicată.

Alte separă radical metil de la atomul de clor, cu o moleculă de legare un electron pentru a forma clorură de metil (etapa 2b). Masa de reacție este nou generat un atom de clor liber.

Figura 6.1. Diagrama de energie clorurarea metanului

reacția este pur și simplu nu se consideră reacție radical liber de substituție (SR), un proces în lanț. Lanțul numita reacție care implică o serie de etape, fiecare dintre care formează o particulă, care face pasul următor. Numai Premiul intern Nobel pentru Chimie pentru studiile sale de reacții în lanț a primit academicianul NN Semenov (1956).

etapa de creștere a lanțului (2a și 2b) nu poate continua la nesfârșit. Step, în care nu sunt generate specii de radicali, trepte numite terminator de lanț (recombinarea radicalilor liberi) și prezentate mai sus în Schema (3a-c).

Acest mecanism explică toate faptele experimentale prezentate mai sus.

Halogenarea alcani veniturilor mai mari de același mecanism ca halogenarea metan. Reacția este complicată de faptul că, începând cu propan, formarea halogenat izomeric.

Luați în considerare bromurare metilbutan (a se vedea. Figura). În această reacție, formarea de patru monobrom I-IV. Compușii I și IV sunt bromoproizvodnymi primar, II - terțiar și III - secundar. Dat fiind faptul că terțiară molecula metilbutan 1, 2 și 9 secundar hidrogeni primare, trebuie să se aștepte un raport de izomeri reacțiilor I și IV la viteze identice cu aceste prevederi. III. II = 9. 2. 1. Cu toate acestea, în experiment, un amestec cu un raport alți izomeri. Rezultatul obținut prin bromurarea mai mult de 95% din compusul II, aproximativ 5% din compusul III și urme ale compușilor I și IV.

Acest rezultat conduce la concluzia reacției, un atom terțiar care bromurare este mai rapid decât secundar, iar secundar, la rândul său, este mai rapid decât primar. Deoarece determinarea ratei pas halogenare este formarea radicalul alchil (..., vezi figura 6.1), ușurința de formare a radicalilor liberi scade în ordinea:

terțiar> secundar> primar> metil

Aceeași secvență este redusă și stabilitatea speciilor radicale. legea generală a chimiei organice: particula stabilă, cu atât mai ușor este format. Această concluzie se aplică radicalilor liberi, cationi și anioni.

Motivul pentru stabilitatea modificărilor de mai sus a radicalilor liberi este la delocalizarea electronilor nepereche situat pe p orbitalii și care constă în conjugare cu electronii s-link-uri. Lanțul de carbon mai ramificată la atomul care poartă un electron nepereche, stabilitatea radicală mai mare, și, prin urmare, este format mai ușor.

Ratele relative ale bromurare la terțiar, secundar și primar atomii de carbon includ atât 1. 1600. 82. Reacția de clorurare același model. Cu toate acestea clor semnificativ mai reactiv, astfel, mai puțin selectiv reactiv (selectiv), astfel încât diferența de viteză nu este atât de mare și este de 5,0. 3.8. 1,0 respectiv. Prin urmare, reacția de clorurare conduce întotdeauna la produse complexe amestecuri monochlorination. Prin urmare, dacă în cursul soluționării problemei pentru a obține monogalogenoproizvodnoe halogenare directă a reacției bromurare alean trebuie efectuată.

După cum sa menționat mai sus, reactivitatea alcanilor este scăzută. Împreună cu clorinarea și bromurarea se poate observa, de asemenea, câteva reacții. În 1888, MI Konovalov a descris reacția de nitrare fază lichidă de alcani. Konovalov Reacția are loc la aproximativ 100-150 C sub acid azotic 10-15%.

nitrare fază lichidă continuă, cu un randament scăzut, iar în 1934 a fost modificat GB Haas, care a propus să realizeze nitrarea într-o fază de vapori (Konovalov Haas-reacție).

Reacția are loc printr-un mecanism radical. Deși ușurința de substituție a hidrogenului în modificările nitrare în tertiar secvență normală> secundară> primar> metil, reacția este însoțită de distrugerea tuturor posibil să se formeze mononitroproizvodnyh.

Printre alcanilorîn funcționalizate ocupă un loc sulfonate importanți derivați (CMC). acid sulfuric concentrat acționează asupra alcanii inferiori ca oxidant și sulfonarea directă este posibilă numai în cazul derivaților superioare. Pentru a limita introducerea în molecula hidrocarburii este utilizată în general sulfo workaround aplicarea reacției sulfoclorurare (acțiune SO2 + Cl2) sau sulfoxidation (SO2 + O2).

Atunci când sunt iluminate cu lumină UV parafine intră în reacție de substituție cu un amestec de clor și oxid de sulf (IV) pentru a forma cloruri de sulfonil.

Reacția are loc printr-un mecanism cu lanț. Etapa de inițiere - clivaj homolitică a moleculelor de clor.

Una dintre cele mai importante utilizări ale alcani este de a le folosi drept combustibil. Flaming oxidarea alcanilor în prezența oxigenului conduce la arderea lor completă la dioxid de carbon și apă pentru a elibera cantități mari de căldură.

Mecanismul de această reacție nu este instalat, până la sfârșitul anului, în ciuda prezenței unui număr mare de modele matematice. Nu există nici o îndoială că această reacție în lanț liber radical.

La comprimarea amestecului de vapori de benzină, format din alcani cu aer format compus peroxi, provocând așa-numitul „bate“. Cea mai simplă formă de peroxid de alcani structură normală, care constă într-o așa-numită „benzină de distilare primară“. In mod semnificativ proprietăți mai bune antiknock sunt alcanii, în structura în care există un atom de carbon cuaternar. Baza carburantului pentru motor scara de evaluare condiționată a fost pus izooctan (2,2,3-trimetilpentan), care a fost atribuit cifra octanică 100, și n -geptanu posedând proprietăți de detonare puternice - 0. Trebuie remarcat faptul că există combustibil cu cifra octanică 100. Benzina și mai AI-95 are exact aceleași proprietăți anti-knock, ca un amestec de 95% izooctan și 5% n-heptan.

Industria chimică nevoie de hidrocarburi mai mici decât pot fi extrase din materia primă de hidrocarburi. Alcani piroliza (de la cuvântul grecesc pyr - foc și lisis - distrugere), adică descompunere termică. Piroliza de alcani este numit de cracare. cracarea termică a alcanilor este trecut printr-o coloană de metal încălzit la o temperatură ridicată (450 până la 900 ° C). La acest alcani superior sunt transformați în compuși saturați cu o greutate moleculară inferioară alchene și hidrogen. Ca un exemplu, fisurarea de propan, ceea ce duce la formarea de propilenă, etilenă, metan și hidrogen.