Ионный и радикальный механизмы в органической химии
EL Учебник по ЕГЭ

Наш учебник поможет готовится к контрошам, решать домашки, а также подготовиться
к ЕГЭ на 90+ без дополнительного поиска информации.

Вернуться ко всем темам
154

Ионный и радикальный механизмы в органической химии

В органической химии принципиально возможны два механизма реализации реакций:

  • Радикальный механизм – промежуточными частицами в реакции являются радикалы;
  • Ионный механизм – промежуточными частицами в реакции являются ионы.

Начнём с радикального механизма на примере реакции галогенирования метана. Как известно, реакции галогенирования алканов проводят при освещении. Зачем это делают? Энергия света раскачивает электроны связи галоген – галоген, приводя к разрыву связи:

Cl-Cl = Cl+ Cl

Где точка «●» обозначает неспаренный электрон. Эта стадия называется стадией инициации – в ходе неё происходит генерация радикалов в системе. Вообще генерировать радикалы можно по-разному:

  • Действуя светом – энергия света идёт на разрыв связей;
  • Повышенная температура – тепловая энергия идёт на разрыв связей;
  • Добавление дополнительных активных частиц, которые в ходе химической реакции генерируют радикалы.

Образовавшиеся частицы Cl атакуют метан:

H3C-H + Cl = H3C + H-Cl

Реклама

Это стадия развития цепи. Далее происходит обрыв цепи, в ходе которого радикалы гибнут:

H3C+ Cl = H3C-Cl

Спрашивается, зачем расписывать этот радикальный механизм так подробно, если можно сходу написать конечную реакцию:

CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl

Ответ очень прост: для более сложных алканов определять продукт галогенирования не так легко. Например, какой продукт преимущественно будет образовываться в результате бромирования пропана? Посмотрим на стадию развития цепи, могут образоваться следующие радикалы:

CH3CH2CH3 + Br = CH3CHCH3 + HBr

CH3CH2CH3 + Br = CH3CH2CH2 + HBr

Радикал CH3CHCH3 даст вторичный бромалкан CH3CHBrCH3, а CH3CH2CH2 даст первичный алкилбромид CH3CH2CH2Br. Однако радикал CH3CHCH3 более стабильный (у него сразу две метильных группы «размазывают» этот неспаренный электрон на углероде), поэтому охотнее будет образовываться и преимущественным продуктом будет именно CH3CHBrCH3. То есть:

  • Механизм – главный ключик к понимаю, какой продукт будет преимущественно образовываться;
  • Механизм реакции позволяет глубже понять, как именно реакция идёт.

Посмотрим теперь на ионный механизм. И начнём с примера: реакции пропена CH3-CH=CH2 с HBr:

На первой стадии происходит разрыв HBr на отдельные ионы. На следующей стадии катион H+ атакует двойную связь, причём он может его атаковать сразу с двух концов, но будет реализовываться именно та атака, которая приводит к образованию наиболее стабильного катиона. Получаем конечный преимущественный продукт – 2-бромпропан CH3CHBrCH3. Данный механизм объясняет правило Марковникова:

  • Атом водорода в реакциях присоединения по кратной связи идёт преимущественно по наиболее гидрогенизированному атому углерода.

Этот же механизм можно использовать для исключений из правила Марковникова. Поставим вместо метильной группы трихлорметильную, реакция CCl3-CH=CH2 + HCl:

Тут уже преимущественным продуктом будет CCl3-CH2-CH. Есть ещё более занятный пример: мы уже писали выше, что инициатором радикальных реакций могут выступать активные вещества, это можно использовать, чтобы сменить механизм с ионного на радикальный. Это происходит при попытке присоединить HBr к CH3-CH=CH2 в присутствии пероксида водорода H2O2. Пероксид водорода содержит неустойчивый пероксидный мостик HO-OH, который может разрушаться, давая радикалы (стадия инициации):

HO-OH = HO + OH

Далее идёт стадия развития цепи:

HO + HBr = H2O + Br

И уже радикал брома атакует пропен:

CH3-CH=CH2 + Br = CH3-CH-CH2Br

Получаем конечный продукт:

CH3-CH-CH2Br + HBr = CH3-CH2-CH2Br + Br

Резюме:

  • Реакции в органической химии могут протекать по ионному или радикальному механизму;
  • Радикальный механизм прекрасно объясняет, почему в алканах в реакциях галогенирования замещение преимущественно идёт у атома углерода, окружённого максимальным числом алкильных заместителей;
  • Ионный механизм может объяснить правило Марковникова и исключения (наличие акцепторной группы в молекуле, перекисный эффект Хараша) из него в реакциях присоединения по кратным связям.

Примеры задач на эту тему:

Задание 1. Задача №17 (из тестовой части)

Выберите все реакции, протекающие по радикальному механизму:

  1. CH3-CH=CH2 + HCl
  2. CH3-CH=CH-CH3 + HBr
  3. CH3-CH=CH-CH3 + HBr (в присутствии перекиси водорода)
  4. CH4 + Br2 (на свету)
  5. C2H4 + Cl2
Ответ

17

Задание 2. Задача №17 (из тестовой части)

Выберите все реакции, протекающие по ионному механизму:

  1. CH3-CH=CH2 + HCl
  2. CH3-CH=CH2 + HBr (в присутствии H2O2)
  3. CH3-CH=CH-CH3 + HBr
  4. CH4 + Br2 (на свету)
  5. C2H6 + Cl2 (на свету)
Ответ

13

Задание 3. Задача №32 (из открытой части)

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

CH3-CH=CH2 → X1 → CH3-CH-CH2OH → X2 → X3 → CH3-CH=CH2

Ответ
  1. CH3-CH=CH2 + HBr = CH3-CH2-CH2Br (в присутствии H2O2)
  2. CH3-CH2-CH2Br + NaOH (водный) = CH3-CH2-CH2OH + NaBr
  3. CH3-CH2-CH2OH = CH3-CH=CH2 + H2O
  4. CH3-CH=CH2 + HBr = CH3-CHBr-CH3
  5. CH3-CHBr-CH3 + NaOH (спиртовой) = CH3-CH=CH2 + NaBr + H2O

Определения:

  1. Радикалы – очень активные частицы, содержащие один или несколько неспаренных электронов.
  2. Ион – положительно (катион) или отрицательно (анион) заряженная частица.
  3. Акцепторная группа – группа, содержащая сильно электроотрицательные атомы, легко стягивающая в молекуле электроны на себя.
  4. Перекисный эффект Хараша – изменение механизма присоединения по кратной связи с ионного на радикальный при протекании реакции в присутствии пероксида водорода H2O2.

Обратная связь

Была ли эта статья тебе полезной?
Всё ли было понятно? Оставляй обратную связь, мы это ценим

Главная / Химия / Переходные элементы

Начните подготовку к ЕГЭ на 90+ с нами

Обязательно заполните все поля, иначе мы не сможем точно подобрать подготовкуу



    Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на условия обработки данных