Хімічний каталог Сучасна органічна хімія
три докладно. Загальна схема реакції:
R-H-f-X2 -*- R-Х+НХ галогенування алкану
(загально прийнято позначати галоген як X)
СІ3-СН2-СН2-СН3-1-С12 - + СН3-СН-СІ2-СН3 + НС1 хлорування бутану
РЕАКЦІЯ ХЛОРУВАННЯ МЕТАНУ. Якщо змішати хлор та метан у колбі при кімнатній температурі та у темряві, реакція не йде. Проте за певних умов хлор реагує з метаном, і ця взаємодія має свої особливості:
1. Реакція не йде у темряві за низьких температур.
2. Реакція індукується ультрафіолетовим світлом або нагріванням (наприклад, 400°С). „
3. Якщо реакція починається, вона протікає дуже швидко, навіть із вибухом.
4. При поглинанні кожного кванта світлової енергії (фотона) внаслідок реакцій, індукованих світлом, утворюється велика кількість молекул продукту.
5. Реакція дає велику різноманітність продуктів, включаючи НС1, СН3С1 (хлорметан, метилхлорид), СН2С12 (дпхлорметан, метиленхлорид), СНС13 (трихлорметан, хлороформ), СС14 (тетрахлорметан, тетрахлорид вуглецю) та етан. Інші продукти утворюються у менших кількостях.
СН4 + С12 - * СНаС1 + СНаС1а + СНС13 + СС14 + СяНв + інші продукти
6. Реакція екзотермічна.
ЯК МИ МОЖЕМО ПОЯСНИТИ ЦІ СПОСТЕРЕЖЕННЯ? ПОСТУЛЮВАННЯ МЕХАНІЗМУ РЕАКЦІЇ ХЛОРУВАННЯ МЕТАНУ. На підставі наведених вище фактів ми можемо запропонувати механізм цієї реакції. Під механізмом мається на увазі, наскільки це можливо, докладний опис процесів, у яких реагенти перетворюються на продукти. У міру того як розширюються наші знання, механізм, який вважався колись загальновизнаним, може стати лише частиною механізму, а часом його доводиться повністю відкинути.
Два можливі способи зображення механізму хлорування метанупоказано на рис. 3-9 та 3-10. На рис. 3-9 зображено чотири послідовні стадії, що пояснюють усі відомі факти.
СН4 + С12 -> Снас1 + іс1
Стадія Реакція Назва стадії реакції
Л С12 - *? 2CI • ініціювання
атом хлору ланцюга
Б-С1 + СП4-ч-НС1+ - СНз год
радикал > Зростання *еаа
-CHa-f-Clg -> CIT8C1 + C1-J
Г 2С1? ->- С12 обрив ланцюга
Мал. 3-9. Один із способів зображення механізму хлорування метану. Процес складається із чотирьох стадії.
Ми бачимо, що на першій стадії – стадії ініціювання молекула хлору розпадається на два атоми хлору. Далі, на другій стадії атом хлору атакує молекулу метану і утворюється метильний радикал (-СН3) та хлористий водень. На третій стадії метильний радикал реагує з молекулою хлору та утворюється хлористий метил (метилхлорид) та атом хлору. Реакція закапчується, коли два атоми хлору знову з'єднуються у молекулу (обрив ланцюга).
Для кращого розуміння слід докладно зупинитися на стадіях Б і В. На стадії Б використовується атом хлору, і виникає новий метильний радикал, який далі знадобиться на стадії В. Як тільки цей мітильний радикал прореагував на стадії, виникає відразу новий атом хлору, який далі забезпечить початок стадії Б. І так цей процес повторюватиметься до тих пір, поки не витратиться весь хлор і метан. Такі цикли, що повторюються, з двох одностадійних реакцій називаються зростанням ланцюга.
Реакції, при яких стадія ініціювання призводить до двох або більше реакцій, що самопідтримуються (зростання ланцюга), що закінчуються
А : CI-u-ci: - * 2: Cl • (також пишеться як С1«)
Ряс. 3-10. Більше детальний розгляд чотирьох стадій процесу хлорування метану. Вигнуті стрілки вказують напрямок руху неспа-ренного електрона.]