Halogenowanie

Z Wikipedii

Halogenowanie - reakcja chemiczna polegająca na addycji (dodaniu) lub substytucji (wymianie na) atomów pierwiastków z grupy fluorowców do cząsteczek dowolnych związków chemicznych.

W zależności od tego jaki atom fluorowca się przyłącza reakcja ta jest nazywana fluorowaniem, chlorowaniem, bromowaniem lub jodowaniem. Najczęściej reakcje te przeprowadza się przy pomocy bezpośredniego działania tych pierwiastków w formie gazu lub roztworu na związki chemiczne. Istnieją również mieszane wersje halogenowowania np: jodobromowanie czy jodochlorowanie, gdzie na związki działa się odpowiednio jodkiem bromu (IBr) i jodkiem chloru (ICl).

Generalnie, aktywność flurowców w reakcji halogenowania przedstawia się następująco:

F > Cl > Br > I

Reakcji halogenowania ulegają zarówno węglowodory alifatyczne (alkany, alkeny , alkiny) jak i aromatyczne. W zależności od typu związku i warunków reakcji przebiega ona według różnych mechanizmów.

[edytuj] Chlorowanie metanu

Chlorowanie metanu jest przykładem reakcji halogenowania stosunkowo mało reaktywnych nasyconych węglowodorów alifatycznych. Jednak w pewnych warunkach (promieniowanie świetlne, ogrzewanie, obecność nadtlenków) zachodzi reakcja chlorowania według mechanizmu wolnorodnikowego.

Przebieg reakcji:

Inicjowanie: w pierwszym etapie chlor, najczęściej pod wpływem promieniowania UV, ulega rozpadowi na wolne rodniki, inicjujące łańcuch reakcji.

Cl₂ → Cl· + Cl·

Propagacja: wolne rodniki chloru reagują z metanem, tworząc rodnik metylowy, który następnie w reakcji z wolnym chlorem tworzy produkt (jeden z wielu) chlorowania i kolejny wolny rodnik zdolny do dalszych reakcji:

CH₄ + Cl· → CH₃· + HCl

CH₃· + Cl₂ → CH₃Cl + Cl·

CH₃Cl + Cl· → CH₂Cl· + HCl

CH₂Cl· + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl

itd..

Chlorowanie przebiega do mono- i wielopodstawionych chloropochodnych metanu CH₃Cl, CH₂Cl₂, CHCl₃ oraz CCl₄.

Zakończenie łańcucha reakcji - może zajść na wiele sposobów. Najczęściej jest to spowodowane rekombinacją się dwóch wolnych rodników, która prowadzi do powstania niereaktywnych cząsteczek:

CH₃· + Cl· → CH₃Cl

[edytuj] Bromowanie etenu

Bromowanie etenu bromem jest przykładem reakcji halogenowania alkenów, która przebiega zgodnie z mechanizmem addycji elektrofilowej.

Przebieg reakcji:

Elektrony wiązania π etenu atakują cząsteczkę bromu. Powstaje kompleks π. Wiązanie pomiędzy atomami bromu ulega polaryzacji i pęka tworząc jon bromoniowy i bromkowy:

Jon bromkowy (Br^-) atakuje karbokation od drugiej strony niż przyłączony w pierwszej kolejności atom halogenu tworząc dibromopochodną etanu w konformacji s-trans (w konfromacji antiperiplanarnej)

[edytuj] Chlorowanie benzenu

Benzen nie ulega reakcji chlorowania pod wpływem światła.

W przypadku obecności w środowisku reakcji katalizatora o własnościach silnego kwasu Lewisa (AlCl₃, FeCl₃, czy SnCl) zachodzi substytucja elektrofilowa, która zachodzi zgodnie z mechanizmem Friedla-Craftsa. Rolą katalizatora jest wytworzenie dodatniego czynnika elektrofilowego Cl^-:

AlCl₃ + Cl₂ → AlCl₄^- + Cl⁺

W przypadku związków aromatycznych z bocznym łańcuchem alkilowym (np. toluen) podczas reakcji w obecności katalizatora (AlCl₃) następuje podstawienie pierścienia aromatycznego w pozycje orto- i para-. Gdy zaś reakcję prowadzi się w warunkach sprzyjającym tworzeniu wolnych rodników (światło, nadtlenki) atom halogenu ulega podstawieniu w łańcuchu bocznym.