Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

16.3: Радикальні ланцюгові реакції

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    20511

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Через свою високу реакційну здатність вільні радикали можуть бути надзвичайно потужними хімічними інструментами - але, як ми побачимо в цьому розділі, вони також можуть бути надзвичайно шкідливими в біологічному/екологічному контексті. Ключем до розуміння багатьох видів радикальних реакцій є ідея радикальної ланцюгової реакції.

    Радикальні ланцюгові реакції мають три різні фази: ініціювання, поширення та припинення. Ми використаємо відомий приклад, галогенування алкану, такого як етан, для ілюстрації. Загальна реакція така:

    \[CH_3CH_3 + Cl_2 \underset{h\nu\: or\: \Delta }{\rightarrow} CH_3CH_2Cl + HCl\cdots h\nu \text{ means light }\Delta \text{ means heat}\]

    Фаза ініціації в радикальній ланцюговій реакції включає гомолітичне розщеплення слабкої одиночної зв'язку в нерадикальній сполуці, в результаті чого в якості продуктів утворюються два радикальні види.

    Часто тепло або світло забезпечують енергією, необхідною для подолання енергетичного бар'єру для такого типу подій. Етапом ініціації галогенізації алканів є гомоліз молекулярного хлору (\(Cl_2\)) на два радикали хлору. Майте на увазі, що практично всі радикальні види, включаючи радикали хлору, мають високу реакцію.

    \[Cl\curvearrowleft \curvearrowright Cl \rightarrow 2Cl\]

    Фаза поширення - це «ланцюгова» частина ланцюгових реакцій.

    Перший крок виробляє соляну кислоту, а центральний вуглець стає вуглецевим радикалом. Другий етап включає реакцію з Cl2, яка виробляє радикал хлору, який може реагувати з іншою молекулою етану.

    Після того, як реактивний вільний радикал (радикал хлору в нашому прикладі) утворюється у фазі ініціації, він буде реагувати з відносно стабільними, нерадикальними сполуками, утворюючи новий радикальний вид. При галогенізації етану радикал хлору, що утворюється на стадії ініціації, спочатку реагує з етаном на стадії абстрагування водню, генеруючи\(HCl\) і етиловий радикал (частина а вище). Потім етиловий радикал вступає в реакцію з іншою (нерадикальної)\(Cl_2\) молекулою, утворюючи хлороетановий продукт і регенеруючи радикал хлору (частина b вище). Цей процес повторюється знову і знову, оскільки утворюються в частині (b) радикали хлору реагують з додатковими молекулами етану, як у частині (а).

    Фаза припинення - це радикальний крок комбінації, коли два радикальні види стикаються і реагують один з одним, утворюючи нерадикальний продукт і «розірвати ланцюг». У нашому прикладі хлорування етану однією з можливих подій припинення є реакція радикала хлору з етиловим радикалом з утворенням хлоретану.

    Вправа Template:index

    Намалюйте два альтернативних етапи припинення ланцюга в ланцюговій реакції хлорування етану. Який з них призводить до небажаного продукту?

    Оскільки радикальні форми настільки реактивні і недовговічні, їх концентрація в реакційній суміші в будь-який момент часу дуже низька в порівнянні з нерадикальними компонентами, такими як етан і\(Cl_2\). Thus, many cycles of the chain typically occur before a termination event takes place. In other words, a single initiation event leads to the formation of many product molecules.

    Compounds which readily undergo homolytic cleavage to generate radicals are called radical initiators. As we have just seen, molecular chlorine and bromine will readily undergo homolytic cleavage to form radicals when subjected to heat or light. Other commonly used as radical initiators are peroxides and \(N\)-bromosuccinimide (NBS).