Химически каталог Съвременна органична химия
подстрижете в детайли. Обща схема на реакция:
R—H-f-X2 -*- R—X+HX алкан халогениране
(обикновено съкратено халоген като X)
CI3-CH2 -CH2 -CH3-1-C12 -+ CH3-CH -CI2-CH3 + HC1 бутан хлориране
РЕАКЦИЯ НА ХЛОРИРАНЕ НА МЕТАН. Ако смесите хлор и метан в колба при стайна температура и на тъмно, няма да настъпи реакция. Въпреки това, при определени условия хлорът реагира с метан и това взаимодействие има свои собствени характеристики:
1. Реакцията не протича на тъмно при ниски температури.
2. Реакцията се предизвиква чрез ултравиолетова светлина или нагряване (напр. 400°C). „
3. Ако реакцията започне, тогава тя протича много бързо, дори с експлозия.
4. Когато всеки квант светлинна енергия (фотон) се абсорбира, в резултат на реакции, предизвикани от светлината, се образуват голям брой молекули на продукта.
5. Реакцията произвежда голямо разнообразие от продукти, включително HC1, CH3C1 (хлорометан, метил хлорид), CH2C12 (dpхлорометан, метилен хлорид), CHC13 (трихлорометан, хлороформ), CC14 (тетрахлорометан, въглероден тетрахлорид) и етан. Други продукти се образуват в по-малки количества.
CH4 + C12 - * CHaC1 + CHaC1a + CHC13 + CC14 + XiaHv + други продукти
6. Реакцията е екзотермична.
КАК МОЖЕМ ДА ОБЯСНИМ ТЕЗИ НАБЛЮДЕНИЯ? ПРЕДПОЛАГАНЕ НА МЕХАНИЗМА НА РЕАКЦИЯТА НА ХЛОРИРАНЕ НА МЕТАНА. Въз основа на горните факти можем да предложим механизъм за тази реакция. Под механизъм се разбира, доколкото е възможно, подробно описание на процесите, чрез които реагентите се превръщат в продукти. С разширяването на знанията ни механизъм, който някога е бил общоприет, може да стане само част от механизма, а понякога трябва да бъде напълно отхвърлен.
Два възможни начина за изобразяване на механизма на хлориране на метанпоказано на фиг. 3-9 и 3-10. На фиг. 3-9 изобразяват четири последователни етапа, обясняващи всички известни факти.
CH4 + C12 -> CHaS1 + NS1
Стъпка Реакция Име на реакционната стъпка
L C12 -*? 2CI • инициация
верига хлорен атом
B -C1 + SP4 -h- HC1 + - SNz h
радикал > Височина *eaa
B -CHa-f-Clg -> CIT8C1+C1-J
G 2S1? ->- C12 отворена верига
Ориз. 3-9. Един от начините за изобразяване на механизма на хлориране на метан. Процесът се състои от четири етапа.
Виждаме, че на първия етап, началния етап, хлорната молекула се разлага на два хлорни атома. Освен това, във втория етап, хлорният атом атакува молекулата на метана и се образуват метиловият радикал (-CH3) и хлороводородът. В третия етап метиловият радикал реагира с хлорна молекула, за да образува метилхлорид (метилхлорид) и хлорен атом. Реакцията завършва, когато два хлорни атома се свържат отново в молекула (прекратяване на веригата).
За по-добро разбиране трябва да се спрем подробно на етапи B и C. На етап B се използва хлорен атом и възниква нов метилов радикал, който след това ще бъде необходим на етап C. Веднага след като този метилов радикал реагира на етап C, незабавно възниква нов хлорен атом, който допълнително ще осигури началото на етап B. И така този процес ще се повтаря, докато всички хлор и метан бъдат изразходвани. Такива повтарящи се цикли от две едноетапни реакции се наричат верижен растеж.
Реакции, при които етапът на иницииране води до две или повече самоподдържащи се реакции (верижен растеж), завършващи на
A: CI-u-ci: —* 2: Cl • (също изписван C1')
Ryas. 3-10. По-подробен поглед върху четирите етапа на процеса на хлориране на метан. Извитите стрелки показват посоката на движение на неспа-електрон.]