アルカンのハロゲン化のメカニズム

はじめに

アルカンはほとんど反応しません。 1 つは によってハロゲン化されています ハロアルカンを形成する単一のハロゲンの代わりに単一の水素。 アルカンのハロゲン化 光化学条件の存在下で起こります。

例を評価してみましょう アルカンのハロゲン化 -メタンの塩素化、ハロゲン化のメカニズムを理解する .メタン (CH4) と塩素 (Cl2) が室温で光のない状態で融合しても何も起こりません。しかし、条件が変化すると、高温で反応が起こったり、紫外線が照射されたりすると、生成物であるクロロメタン (CH3Cl) が形成されます。

ハロゲン含有 化合物は一般的であり、ポリマーや医薬品の製造において変換が重要になります。 ハロゲン ハロゲン化物とハロゲン酸の塩を使用して導入されることも一般的です。多くの特殊なインジケーターがハロゲンハロゲン化 ハロゲンの影響を受けます .

本文

ラジカル チェーン メカニズム

• 反応の進行はラジカル連鎖メカニズムによって行われます。
• アルカンのハロゲン化メカニズム は 3 つのステップに分かれています:

• イニシエーション
• 伝播
• 終了

イニシエーション:

開始により、塩素分子 (Cl2) 間の結合が切断されます。このステップは、エネルギーを投入しなければならないため、エネルギー的に有利ではありません。このステップの後、さらにエネルギーを投入しなくても、反応は継続的に起こります (反応物が提供する限り)。外部からのエネルギー入力は、熱と光によって発生します。

伝播:

次の 2 つの手順は、伝播手順と呼ばれます-

ステップ 1: 塩素ラジカルはメタン上で水素と結合します。この組み合わせにより、メチルラジカルと塩酸が生成されます (HCl はこの反応の無機生成物です)。このステップは吸熱です。エネルギー的に有利ではなく、熱を吸収します (2kcal/mol 必要)。

ステップ 2: より多くの塩素出発物質 (Cl2) が使用されます。一方の塩素原子はラジカルになり、もう一方はメチルラジカルと結合します。このステップは発熱です。急速に発生し、27kcal/mol を放出します。このステップでは、ステップ 1 の生成物であるメチル ラジカルを使用します。

終了:

すべてのラジカルが結合して、より多くの生成物 (CH3Cl)、より多くの反応物 (Cl2)、およびエタン (CH3CH3) の副生成物を形成する 2 つのメチルラジカルのより多くの組み合わせを形成します。

• 1回塩素化しても反応は止まりません。
• 一置換クロロメタンを入手するのは困難です。むしろ、ジクロロメタン、トリクロロメタン、さらにはテトラクロロメタンが形成されます。
• この問題を回避するには、塩化物よりも高濃度のメタンを使用する必要があります.
• 最初、このフリーラジカル連鎖反応には、フリーラジカルがほとんどなく、反応物の分子が多く含まれています。
• 反応が進行するにつれて、フリーラジカルの数が増加し、反応物の数が減少します。
• 終わりに近づくと、反応分子よりも多くのフリーラジカルが発生します。
• 全体として、終了ステップが主な反応になります。
• まとめると、ハロゲン化メカニズム 反応は迅速に行われ、製品の形成には数マイクロ秒しかかかりません。

ハロゲン化はどのように制御されていますか?

ハロゲン化

メタンの塩素化により、反応によっては、ジクロロメタン、クロロホルム、および四塩化炭素が生成されます。

ハロゲンの濃度を制御することにより、モノ、ジ、トリ、またはテトラハロゲン化製品が可能です。

水素の置換に応じて、複数の可能な炭化水素生成物が存在します。例えば、ブタン (CH3-CH2-CH2-CH2Cl) を 1 位で塩素化して 1-クロロ-ブタン (CH3-CH2-CH2-CH2Cl) にするか、2 位で塩素化して 2-クロロ-ブタン (CH3-CH2-CHCl) にすることができます。 -CH3)。生成物は反応速度に依存します。ブタンの 2 位は迅速に反応し、主要生成物である 2-クロロ-ブタンを生成します。

臭素化>塩素化>フッ素化 (> は「選択性が低い」という意味です)。

その他の重要なポイント

• フッ素化は選択性が最も低いですが、発熱性が高く、爆発や暴走反応を避けるために特別な注意が必要です。この関係は、ハモンド公準の助けを借りて解明することができ、相対性選択性の原理の実証と見なされます。
• 水素引き抜きの遷移状態はラジカルの性質を持ち、遅れて到達しますが、臭素ラジカルはあまり反応しません.
• 反応性塩素ラジカルの遷移状態は、ラジカル特性を持つ反応物に似ています。
• アルキルラジカルは、あらゆる共鳴安定化の恩恵を受けることができ、遷移状態で完全に形成されるため、選択性が最大化されます。
• 臭素化の選択性は、結合解離エネルギー (BDE) によって理解されます。 BDE は、ホモリティック切断の助けを借りて結合を切断するために必要な結合のエネルギーです。さらに、反応が発熱性か吸熱性かを判断します。
• ヨウ素はアルカンと反応しないため、アルカンとヨウ素の間の反応は起こりません.
• 暗闇ではアルカンと塩素または臭素は反応しませんが、光/熱があれば、必要なハロゲン化アルキルを生成できます。

他のハロゲンの場合、フリーラジカルのハロゲン化は次の順序で行われます:

(> より速く反応する)

1 つ以上のアリール置換基 (ベンジル位) を持つ炭素> 3 つのアルキル置換基 (3 位) を持つ炭素> 2 つのアルキル置換基 (2 位) を持つ炭素> 1 つまたは 0 の置換基を持つ炭素 (1 位)。

ハロゲン化 阻害剤 - 酸素。

ハロゲン化 の芳香族化合物は通常、塩素と臭素に適しています。

芳香族化合物は求電子的ハロゲン化を受けます .

RC6H5+X2 → HX+RC6H4X

Balz-Schiemann 反応 - フッ素化芳香族化合物を調製します。

結論

アルカンはほとんど反応しません。 1 つは によってハロゲン化されています ハロアルカンを形成する単一のハロゲンの代わりに単一の水素。 アルカンのハロゲン化 光化学条件の存在下で起こります。 アルカンのハロゲン化メカニズム 開始、伝播、終了の 3 つのステップに分かれています。臭素化の選択性は、結合解離エネルギー (BDE) によって理解されます。 BDE は、ホモリティック切断の助けを借りて結合を切断するために必要な結合のエネルギーです。さらに、反応が発熱性か吸熱性かを判断します。