Αντικατάσταση αλογόνου ή αλογονώσεις ελεύθερων ριζών

Οι αντιδράσεις υποκατάστασης είναι η εναλλαγή ενός ατόμου με ένα άλλο σε μια ένωση. Αυτό το είδος εναλλαγής βοηθά στο σχηματισμό νέων ενώσεων πρακτικής σημασίας. Στις αλογονώσεις, τα άτομα ανταλλάσσονται με αλογόνα όπως το χλώριο, το φθόριο, το ιώδιο και το βρώμιο. Οι αλογονώσεις ελεύθερων ριζών είναι ένα είδος αλογονώσεων, όπου σχηματίζεται μία ελεύθερη ρίζα με το προϊόν, η οποία υφίσταται περαιτέρω αλογονώσεις ή χρησιμοποιείται στον ανασυνδυασμό ελεύθερων ριζών. Ας μάθουμε για την υποκατάσταση αλογόνου, τις ελεύθερες ρίζες και τις αλογονώσεις ελεύθερων ριζών.

Αντικατάσταση αλογόνου

Οι αλογονώσεις ή η υποκατάσταση αλογόνου είναι απλώς μια υποκατάσταση ενός ατόμου με αλογόνο. Μπορεί να είναι αλογονώσεις ελεύθερων ριζών, αλογονώσεις κετόνης ή αντιδράσεις προσθήκης αλογόνου.

Ελεύθερες Ρίζες

Οι ελεύθερες ρίζες είναι άτομα ή μόρια με ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Αντιδρούν με άλλα άτομα ή μόρια με ασύζευκτα ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν ενώσεις. Η προσθήκη ελεύθερων ριζών σε κορεσμένους υδρογονάνθρακες είναι γνωστή ως αλογονώσεις ελεύθερων ριζών.

Αλογονώσεις ελεύθερων ριζών

Για να πραγματοποιηθεί υποκατάσταση αλογόνου σε κορεσμένους υδρογονάνθρακες απαιτείται μια προσβάσιμη οδός ριζών. Οι κορεσμένοι υδρογονάνθρακες είναι υδρογονάνθρακες με απλούς δεσμούς μεταξύ ατόμων άνθρακα όπως το προπάνιο.

Βήματα αλογονώσεων ελεύθερων ριζών

Η αλογόνωση ελεύθερων ριζών πρέπει να προχωρήσει σε τρία βήματα:-

• Έναρξη
• διάδοση
• Τερματισμός.

Ας κατανοήσουμε την έννοια με το ίδιο το κλασικό παράδειγμα - χλωρίωση του μεθανίου.

Οι αλογονώσεις των κορεσμένων υδρογονανθράκων από ελεύθερες ρίζες κινούνται κάτω από το υπεριώδες φως. Πρέπει να υπάρχει μια εξωτερική πηγή ενέργειας για να ξεκινήσει η έναρξη.

Έναρξη

Λόγω μιας εξωτερικής πηγής ενέργειας, το χλώριο διασπάται και σχηματίζει δύο άτομα χλωρίου κατά την έναρξη.

Cl-Cl →Cl ●  +  Cl●

Διάδοση

Κατά τη διάδοση, ένα χλώριο υποκαθιστά ένα υδρογόνο για το μεθάνιο. Το άλλο χλώριο δεσμεύεται να διώξει το υδρογόνο και να σχηματίσει υδροχλωρικό οξύ.

CH4 + Cl● → CH3⁻ +  HCl

CH₃⁻ + Cl-Cl  → CH₃Cl  +  Cl●

Τερματισμός

Όλες οι υπόλοιπες ρίζες συνδυάζονται για να σχηματίσουν είτε περισσότερο προϊόν είτε περισσότερο αντιδραστήριο. Ένας συνδυασμός δύο ριζών μεθυλίου παράγει ένα άλλο παραπροϊόν.

Cl● + Cl● → Cl-Cl

CH3- + Cl-Cl →CH3Cl + Cl●

CH3- + CH3- →CH3-CH3

• Το κύριο πρόβλημα με τη χλωρίωση του μεθανίου είναι ότι όταν αρχίσει να διαδίδεται, είναι δύσκολο να ελεγχθεί. Μπορεί να λάβουμε διχλωροαιθάνιο, τριχλωροαιθάνιο και τετραχλωροαιθάνιο περισσότερο από το απλό χλωροαιθάνιο. Η χρήση μεγάλων συγκεντρώσεων μεθανίου μπορεί να βοηθήσει στη διαχείριση αυτού του προβλήματος.

Δραστικότητα των αλογόνων σε αλογονώσεις

• Το φθόριο είναι εξαιρετικά αντιδραστικό.
• Η βρωμίωση του μεθανίου αποτελεί το πρωτογενές προϊόν όταν προστίθεται μεγάλη συγκέντρωση βρωμίου.
• Το ιώδιο δεν σχηματίζει τίποτα ακόμα κι αν χρησιμοποιούμε μεγάλες ποσότητες ιωδίου.
• Η βρωμίωση είναι λιγότερο ενδόθερμη από τη χλωρίωση. Επομένως είναι πιο επιλεκτικό στις αλογονώσεις. Οι αντιδράσεις ιωδίου είναι εντελώς ενδόθερμες. Επομένως, δεν εμφανίζεται καμία αντίδραση.

Αντιδραστικότητα

F2> Cl2> Br2> I2.

Η αλογόνωση των ελεύθερων ριζών λαμβάνει χώρα συνήθως στην αέρια ή υγρή φάση. Στην υγρή φάση, τα υπεροξείδια διευκολύνουν τις αντιδράσεις ως εκκινητής ριζών. Στην αέρια φάση, το οξυγόνο συμπεριφέρεται ως ακτινική παγίδα και αναστέλλει την αντίδραση.

Δραστικότητα αλογόνωσης ελεύθερων ριζών με βάση ενώσεις

Άνθρακες με έναν ή περισσότερους υποκαταστάτες αρυλίου> Άνθρακες με τρεις υποκαταστάτες αλκυλίου> Άνθρακες με τρεις υποκαταστάτες αλκυλίου> Άνθρακες με δύο υποκαταστάτες αλκυλίου> άνθρακες με έναν ή μηδέν υποκαταστάτες.

Συμπέρασμα

Οι αντιδράσεις υποκατάστασης είναι η εναλλαγή ενός ατόμου με ένα άλλο σε μια ένωση. Τα άτομα ανταλλάσσονται με αλογόνα όπως το χλώριο, το φθόριο ιώδιο και το βρώμιο στις αλογονώσεις. Οι ελεύθερες ρίζες είναι άτομα ή μόρια με ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Αντιδρούν με άλλα άτομα ή μόρια με ασύζευκτα ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν ενώσεις. Η προσθήκη ελεύθερων ριζών σε κορεσμένους υδρογονάνθρακες είναι γνωστή ως αλογονώσεις ελεύθερων ριζών. Η αλογόνωση ελεύθερων ριζών έχει τρία βήματα για να προχωρήσει:έναρξη, διάδοση και τερματισμός. Η μύηση απαιτεί μια πηγή ενέργειας για να ξεκινήσει. Η αλογόνωση των ελεύθερων ριζών λαμβάνει χώρα συνήθως στην αέρια ή υγρή φάση. Στην υγρή φάση, τα υπεροξείδια διευκολύνουν τις αντιδράσεις ως εκκινητής ριζών. Στην αέρια φάση, το οξυγόνο συμπεριφέρεται ως ακτινική παγίδα και αναστέλλει την αντίδραση.