Waciwoci alkanw Reakcje substytucji Reakcje spalania Reakcja substytucji

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: Cn. H 2 n+2 + X 2 Cn. H 2 n+1 – X + HX alkan + 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 + HCl • 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 + HCl • 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 *CHCl 2 + HCl • VI. Atak rodnika dichlorometylowego na cząsteczkę chloru *CHCl 2 + Cl – Cl CHCl 3 + *Cl • VII. Atak rodnika chlorkowego na cząsteczkę trichlorometanu CHCl 3 + *Cl *CCl 3 + HCl • VIII. Atak rodnik trichlorometylowego na cząsteczkę chloru *CCl 3 + Cl – Cl CCl 4 + *Cl (tetrachlorometan, 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 (etan) W nadmiarze rodniki chlorometylowe: *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 -metylobutanu (reguła Zajcewa) o CH 3 | uv o o 1 CH – 3 CH – 2 CH – 1 CH + Br 3 2 1 • o 1 CH 3 | o o • 1 CH – 3 C – 2 CH – 1 CH + HBr 3 2 3 | Br - Produkt główny: 2 -bromo-2 -metylobutan

Reakcja bromowania 2 -metylobutanu (reguła Zajcewa) cd o 1 CH • 3 | uv o o 1 CH – 3 CH – 2 CH – 1 CH + Br 3 2 o CH 3 | o o • 1 CH – 3 CH – 2 CH – 1 CH + HBr 3 3 | Br - Produkt drugi co do ilości : 2 -bromo-3 -metylobutan 1

Reakcja bromowania 2 -metylobutanu (reguła Zajcewa) cd o 1 CH • • o 1 CH | Br | 3 – o 3 CH – o 1 CH 3 | 2 – 3 o 3 CH – o 2 CH 2 2 uv – o 1 CH 3 + Br 2 – o 1 CH 3 + HBr - Produkt trzeci co do ilości : 1 -bromo-2 -metylobutan

Reakcja bromowania 2 -metylobutanu (reguła Zajcewa) cd o 1 CH • 1 o | CH 3 – o 3 CH 3 – o 1 CH • 1 o | CH 3 – o 3 CH o 2 CH 2 uv – o 1 CH 3 + Br 2 – o 1 CH 2 + HBr 3 – o 2 CH 2 | Br - Produkt czwarty-trzeci co do ilości : 1 -bromo-3 -metylobutan

Reakcje spalania alkanów • Spalanie całkowite CO 2 + H 2 O CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O + energia 2 C 4 H 10 + 13 O 2 8 CO 2 + 10 H 2 O + energia • Półspalanie CO + H 2 O lub CO + H 2 2 C 4 H 10 + 9 O 2 8 CO + 10 H 2 O + energia C 4 H 10 + 2 O 2 2 CO + 5 H 2 + energia • Spalanie niecałkowite C+H 2 O lub CO + H 2 O C 2 H 4 + O 2 2 C + 2 H 2 O + energia C 2 H 4 + 2 O 2 2 CO + 2 H 2 O + energia