Реакции замещения

Галогенирование. Свободно-радикальный характер хлорирования

Хлорирование метана:

CH₄ + Cl₂ ^hν → CH₃Cl + HCl (1 стадия)

(hν - квант света; CH₃Cl - хлорметан)

При достаточном количестве хлора реакция продолжается дальше:

CH₃Cl + Cl₂ ^hν → CH₂Cl₂ + HCl (2 стадия)

(CH₂Cl₂ – дихлорметан)

СH₂Cl₂ + Cl₂ ^hν → CHCl₃ + HCl (3 стадия)

(CHCl₃ – трихлорметан или хлороформ)

CHCl₃ + Cl₂ ^hν → CCl₄ + HCl (4 стадия)

(CCl₄ – тетрахлорметан)

Реакция галогенирования алканов протекает по свободно - радикальному цепному механизму.

Под действием света молекула хлора распадается на радикалы, затем они атакуют молекулы алкана, забирая у них атом водорода, в результате этого образуются метильные радикалы · СН₃, которые сталкиваются с молекулами хлора, разрушая их и образуя новые радикалы.

Реакция галогенирования имеет цепной свободно-радикальный характер (Н.Н.Семенов). На первой стадии этого процесса под влиянием УФ-облучения (или высокой температуры) происходит распад молекулы хлора на два свободных радикала. Такой процесс называется инициированием:

Сl: Сl → ∙ С1 + ∙ С1

Затем начинается рост цепи. Свободный радикал взаимодействует с молекулой метана:

СН₄ + ∙ С1 → ∙ СН₃ + НС1

∙ СН₃ + Cl₂ → СН₃Сl + ∙ С1 и т.д.

Эта реакция обрывается, если исчезнут свободные радикалы. Поэтому обрыв цепи часто связан с взаимодействием свободных радикалов друг с другом:

∙ СН₃ + ∙ СН₃ → Н₃С: СН₃

этан

∙ С1 + ∙ С1 → С1: С1

хлор

∙ СН₃ + ∙ С1→ СН₃: С1

хлорметан

Нитрование

CH₄ + HNO₃ ^t˚С,Р→ CH₃NO₂+ H₂O (при нитровании метана получается нитрометан).

В реакциях легче всего замещаются атомы водорода у третичных атомов углерода, затем у вторичных и, в последнюю очередь, у первичных:

Сульфирование

С₂Н₆ + H₂SO₄ → С₂Н₅SО₃Н + Н₂O
этан сульфоэтан

В результате таких реакций атом водорода в молекуле алкана замещается на сульфогруппу - SO₃Н.

Термическая деструкция алканов.(крекинг)

Крекинг алканов – процесс термического разложения углеводородов, в основе которого лежат реакции расщепления углеродной цепи крупных молекул с образованием молекул алканов и алкенов с более короткой цепью.

Крекинг алканов является основой переработки нефти с целью получения продуктов меньшей молекулярной массы,

C₁₀H₂₂ ^t°С → C₅H₁₂ + C₅H₁₀

Декан пентан пентен