Halogenowanie

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Halogenowaniereakcja chemiczna polegająca na addycji (dodaniu), substytucji (podstawieniu) lub przegrupowaniu atomów pierwiastków z grupy fluorowców (halogenów) do cząsteczek dowolnych związków chemicznych[1].

Przykłady halogenowania[edytuj | edytuj kod]

Chlorowanie metanu[edytuj | edytuj kod]

Chlorowanie metanu jest przykładem reakcji halogenowania stosunkowo mało reaktywnych nasyconych węglowodorów alifatycznych. Jednak w pewnych warunkach (promieniowanie świetlne, ogrzewanie, obecność nadtlenków) zachodzi reakcja chlorowania według mechanizmu wolnorodnikowego[2].

Przebieg reakcji[2]:

  • Inicjowanie: w pierwszym etapie chlor, najczęściej pod wpływem promieniowania UV, ulega rozpadowi na wolne rodniki, inicjujące łańcuch reakcji.
Cl2 → Cl + Cl
  • Propagacja: wolne rodniki chloru reagują z metanem, tworząc rodnik metylowy, który następnie w reakcji z wolnym chlorem tworzy produkt (jeden z wielu) chlorowania i kolejny wolny rodnik zdolny do dalszych reakcji:
CH4 + Cl → CH3 + HCl
CH3 + Cl2 → CH3Cl + Cl
CH3Cl + Cl → CH2Cl + HCl
CH2Cl + Cl2 → CH2Cl2 + Cl
itd..
Chlorowanie przebiega do mono- i wielopodstawionych chloropochodnych metanu: CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3 i CCl4.
  • Zakończenie łańcucha reakcji – może zajść na wiele sposobów. Najczęściej jest to spowodowane rekombinacją się dwóch wolnych rodników, która prowadzi do powstania niereaktywnych cząsteczek:
CH3 + Cl → CH3Cl
  • Produktami ubocznymi reakcji chlorowania metanu są węglowodory o dłuższych łańcuchach i ich chloropochodne. Jednym z nich jest etan, który powstaje podczas rekombinacji dwóch rodników metylowych:
CH3 + CH3 → C2H6

Bromowanie etenu[edytuj | edytuj kod]

Bromowanie etenu bromem jest przykładem reakcji halogenowania alkenów, która przebiega zgodnie z mechanizmem addycji elektrofilowej[3].

Przebieg reakcji[3]:

Elektrony wiązania π etenu atakują cząsteczkę bromu. Powstaje kompleks π. Wiązanie pomiędzy atomami bromu ulega polaryzacji i pęka tworząc jon bromoniowy i bromkowy:

Alkene-bromine-addition-2D-skeletal.png

Jon bromkowy (Br) atakuje karbokation od drugiej strony niż przyłączony w pierwszej kolejności atom halogenu tworząc dibromopochodną etanu w konformacji s-trans (w konfromacji antiperiplanarnej)

Chlorowanie benzenu[edytuj | edytuj kod]

Benzen pod wpływem światła może ulec perchlorowaniu do heksachlorocykloheksanu (HCH). Reakcję tę po raz pierwszy przeprowadził Michael Faraday w roku 1825 wykorzystując światło słoneczne[4]:

Benzene chlorination 2.svg

Jeśli chlorowanie prowadzi się nie pod wpływem światła, lecz w obecności katalizatora o własnościach silnego kwasu Lewisa (np. AlCl3 lub FeCl3), nie ma ona charakteru wolnorodnikowego, lecz substytucji elektrofilowej (reakcja Friedla-Craftsa). Rolą katalizatora jest wytworzenie dodatniego czynnika elektrofilowego Cl+[5]:

AlCl3 + Cl2 → AlCl4 + Cl+
Benzene chlorination 1.svg

W przypadku związków aromatycznych z bocznym łańcuchem alkilowym (np. toluenu) podczas reakcji w obecności katalizatora (AlCl3) następuje podstawienie pierścienia aromatycznego w pozycje orto- i para-. Gdy zaś reakcję prowadzi się w warunkach sprzyjającym tworzeniu wolnych rodników (światło, nadtlenki) atom halogenu ulega podstawieniu w łańcuchu bocznym[6].


Przypisy

  1. Podręczny słownik chemiczny. Romuald Hassa, Janusz Mrzigod, Janusz Nowakowski (redaktorzy). Wyd. I. Katowice: Videograf II, 2004, s. 158. ISBN 8371832400.
  2. 2,0 2,1 Robert T. Morrison, Robert N. Boyd: Chemia organiczna. T. 1. Warszawa: PWN, 1985, s. 76–77. ISBN 83-01-04166-8.
  3. 3,0 3,1 Robert T. Morrison, Robert N. Boyd: Chemia organiczna. T. 1. Warszawa: PWN, 1985, s. 246–247; 293–300. ISBN 83-01-04166-8.
  4. Robert L. Metcalf: Insect Control. W: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley, 2005. DOI:10.1002/14356007.a14_263.
  5. Robert T. Morrison, Robert N. Boyd: Chemia organiczna. T. 1. Warszawa: PWN, 1985, s. 414–415. ISBN 83-01-04166-8.
  6. Robert T. Morrison, Robert N. Boyd: Chemia organiczna. T. 1. Warszawa: PWN, 1985, s. 455–458. ISBN 83-01-04166-8.