Р. Моррисон, Р. Бойд - Органическая химия (1125875), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Изменение реакционной способности настолько велика, что обычно используют только хлорнрованне н бромнрованне. 2.10. Относительная реакционная способность Прн изучении органической химии всегда представляет интерес олг носигггелокая реакционная слособнослто. Мы будем сравнивать реакционную способность различных реагентов по отношению к одному н тому же о рганнческому соединению, реакционную способность различных органнчес кнх соединений к одному н тому же реагенту н даже реакционную способн ость различных частей органической молекулы по отношению к одному н тому же реагенту. Следует понимать, что при сравнении реакционной способности сравниваются скорости реакции.
Если говорят, что хлор более реакцисннсспссобен, чем бром, по отношению к метану, то это означает, что в одних н тех же условиях (концентрация, температура и т. д.) хлор реагирует с метаном быстрее, чем с бромом. Согласно другой точке зрения, реакция с бромом должна проводиться при более жестких условиях (большей концентрации или более высокой температуре), чтобы скорость ее была такой же, как реакции с хлором. Если говорят, что метан не реагирует с иодом, то, значит, реакция протекает настолько медленно, что ее нельзя обнаружить. Важно не только знать, какова реакционная способность, но и уметь ее объяснить. Для того чтобы выяснить, какие факторы заставляют одну реакцию протекать быстрее другой, рассмотрим более подробно различную реакционную способность галогенов по отношению к метану.
Однако прежде следует подробнее познакомиться с самой реакцией. 2.11. Механизм реакции Важно знать не только то, что происходит при химической реакции, но также н то, как происходит, т. е. знать не только факты„ но и теорию. Например, известно, что метан н хлор при освещении или нагревании реагируют с образованием хлористого метила и хлористого водорода. Как же молекула метана превращается в молекулу хлористого метила? Происходит лн это превращение в одну или несколько стадий, и, если так, то какие это стадии? Какова роль освещения нлн нагревания? Ответ на подобные вопросы, т.
е. детальное списание химической реакции по стадиям, называется механизмом. Это только гипотеза; она предлагается для объяснения фактов. С появлением большего числа фактов механизм должен объяснить и этн факты или же быть изменен так, чтобы их объяснить; иногда следует отбросить старый механизм н предложить новый. Обычно трудно сказать, что механизм доказан. Однако если механизм удовлетворительно объясняет большое число фактов, если предсказания, сделанные на основе механизма, подтверждаются, если механизм находится в соответствии с механизмами других родственных реакций, то говорят, что механизм реакции установлен, и он становится частью теории органической химии. Почему механизмы реакций представляют интерес? Как важная часть теории органической химии они помогают построить основу„на которую нанизываются получаемые факты.
Понимание механизма помогает увидеть основу в сложном и беспорядочном множестве органических реакций. Прн этом становится очевидным, что многие реакции, явно не связанные между собой, протекают по аналогичным или одним и тем же механизмам; таким образом, многое яз того, что известно для одной реакции, может быть применено для ряда других новых реакций. Зная, как протекает реакция, можно изменять условия (не произвольно и ошибочно, а логично), чтобы увеличить выход необходимого продукта или даже для того, чтобы полностью изменить направление реакции и получить совершенно иной продукт.
Чем лучше изучена н понята реакция, тем больше возможностей ее контролировать. 2.12. Механизм хлорирования. Свободные радикалы Механизм хлорирования метана имеет смысл рассмотреть подробно. Бромнрование протекает по тому же механизму, что и хлорирование, и для других алканов так же, как для метана; этот механизм справедлив и для Метан ~ 2 46 многих других соединений, не алканов, но содержащих в молекулах остатки алканов. Окисление (горение) и другие реакции алканов протекают по ана.
логичным механизмам. И наконец, что наиболее важно, этот механизм иллюстрирует общие принципы, которые можно применить для большого круга органических реакций. Изучение доказательств, подтверждающих механизм, позволяет иногда узнать, как химик обнаруживает, что же происходит в процессе реакции. Необходимо обьяснить следующие факты: а) метан и хлор не реагируют в темноте при комнатной температуре; б) реакция легко протекает в темноте при температурах выше 250 'С или в) при освещении ультрафиолетовым светом при комнатной температуре; г) если реакция инициируется светом, то на каждый фотон света, поглощенный системой, образуется большое количество (несколько тысяч) молекул хлористого метила; д) присутствие небольшого количества кислорода замедляет реакцию на некоторое время, а затем реакция протекает нормально, причем длительность этого периода зависит от количества присутствующего кислорода.
Общепринятый механизм, который наиболее удовлепюрительно обьясняет все зти факты, представлен следующими уравнениями: вагреванне вав оеееваевве С!, 2С1* С1 ° + СНа — а- НС1 + СНа. СНа. + С!, — ~ СНаС1+ С! ° затем (2), (3), (2), (3) и т. д. (1) (2) (3) На первой стадии происходит разрушение молекулы хлора с образованием двух атомов хлора; для разрыва связи требуется затрата энергии (в данном случае 58 икал/моль (242,83 10в Джlмоль)). Энергия берется за счет нагревания или освещения. Эмервшт+:ОаС!а — + аС1. + .С!а Расщепление связи хлор — хлор происходит таким образом, что каждый атом хлора сохраняет один электрон из пары, за счет которой была образована ковалентная связь. Этот неспарениый электронне имеет партнера со спином противоположного направления, как все другие электроны атома хлора (равд.
1.6). Апаам или группа, имеющие нечетньи! (неепареннзйа) электрон, назыеаетпея свободным радикалом. При написании свободного радикала обычно пишут точку для обозначения неспаренного электрона, так же как пишут знак плюс или минус при обозначении иона. Что же происходит далее с образовавшимся радикалом хлора? Подобно большинству свободных радикалов, он очень реакциониоспособен, так как стремится присоединить еще один электрон для заполнения октета; с другой точки зрения при разрушении молекулы хлора энергия сообщается каждому атому хлора, и эта богатая энергией частица стремится отдать энергию при образовании новой химической связи.
Чтобы образовать новую связь, т. е. прореагировать, атом хлора должен столкнуться с другим атомом или молекулой. Какие столкновения наиболее вероятны? Очевидно столкновения с теми частицами, которые находятся в большой концентрации: молекулами хлора и молекулами метана, Столкновение с другим атомом хлора маловероятно, поскольку концентрация этих очень реакциониоспособных частиц в любой момент времени очень мала. Из наиболее вероятных столкновений столкновение с молекулой хлора не 2 ! Метан вызывает изменения, поскольку, хотя реакция и может происходить, но в результате один атом хлора обменивается на другой. :С1 +:С1:С~т —:О:СП+ то.
Влтт~~®7"~„,'а'"" Столкновение с молекулой метана возможно, и оно приводит к образованито нового радикала. Атом хлора вырывает атом водорода с его электроном и образует с ним молекулу хлористого водорода Н Столххооеиио ооььтоаио1 н„с:н+ О: — ь н:с!т+ н:с. ереердьтате обиолуетсо и 'н лиеьтв радика и теста титюййхьтй ра диете Теперь уже метнльная группа остается с неспаренным электроном; атом углерода имеет только семь электронов в валентном слое. Один свободный радикал, атом хлора, исчез, и вместо него образовался новый метильный радикал СНх . Это стадия (2) механизма. Что же дальше происходит с метильным радикалом? Как и радикал хлора, он очень реакционноспособен и по той же самой причине: он стремится заполнить свой октет и потерять энергию, образовав новую связь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
