Zeeck : Chemie
Inhaltsverzeichnis:
Reaktion der Alkane mit Halogenen
V: Zu Hexan gibt man einige Tropfen Brom:
Bei normalem Licht erfolgt keine Reaktion, beim Belichten erfolgt langsam eine Entfärbung, und es entsteht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier rot färbt.
Bringt man dieses Gas mit Ammoniak-Gas zusammen, entsteht weißer Rauch.
Bei der Reaktion muß eine Säure entstanden sein. Dabei kann es sich nur um Bromwasserstoff (H-Br) handeln, das nach folgender Reaktonsgleichung entstanden ist.
C6H14 + Br2 ---> C6H13-Br H-Br
+
n-Hexan Brom Monobromhexan Bromwasserstoff
Über den genauen Ablauf informiert der Reaktionsmechanismus:
1. Startreaktion:
Homolytische Spaltung von Brommolekülen in jeweils zwei Bromradikale durch Licht. (Vgl. heterolytische Spaltung von Bromwasserstoff)
2. Kettenreaktion:
Die Bromradikale reagieren mit Hexanmolekülen unter Abspaltung von H-Atomen. Dabei entsteht Bromwasserstoff und ein Hexylradikal, das wiederum ein Brommolekül homolytisch spaltet.
R-CH3 Br* R-CH2* H-Br
+ ---> +
R-CH2* Br2 R- Ch2 -Br Br*
+ ---> +
R-CH3 + Br* R-CH2* H-Br
---> +
3. Abschlußreaktonen:
R-CH2* Br* ---> R-CH3-Br
+
Br* Br* ---> Br2
+
R-CH2* R-CH2* ---> C12H26
+
* = Radikales Molekül
Man bezeichnet diesen Reaktionsmechanismus als Radikalische Substitution ( SR ).
Reaktion von Alkenen mit Halogenen
V: Ein mit Ethen gefüllter Kolben wird mit Bromwasser geschüttelt.
Die charakteristische Bromfarbe verschwindet, im Kolben entsteht ein Unterdruck. Es muß also
also eine chemische Reaktion stattgefunden haben.
Im Unterschied zu Ethen reagiert Ethen , ein ungesättigter Kohlenwasserstoff, sehr viel leichter mit
Brom, und zwar wird Brom von Ethen addiert.
C2H4 Br2 --------------> C2Br2H4
+
Ethen Brom 1,2 Dibromethan
Mechanismus der Additionsreaktion:
1. Das Br2 - Molekül taucht in die Pi- Elektronenwolke des Ethens ein und wird polarisiert.
2. Das Br2 - Molekül wird in ein Br+ Kation und ein Br- Anion heterolytisch gespalten.
Die Pi- Bindung " klappt heraus " und bildet eine C-Br Bindung.
3. Das Br- Anion nähert sich dem positiven C-Atom und geht dort eine Bindung ein.
Diesen Mechanismus bezeichnet man als elektrophile Addition, da sich zu Beginn der Reaktion ein elektrophiles Teilchen sich der negativen Elektronenwolke der Pi-Bindung nähert.
Dieser Reaktionsmechanismus wird im folgenden anhand der Etherbildung aus Alkoholen (Alkanolen) veranschaulicht.
1. Schritt
Protonierung des Alkohols mit konzentrierter Schwefelsäure. Dadurch bildet der Alkohol mit dem Proton der Säure ein Oxonium-Ion, in dem die C-O -Bindung stark polar ist.
R-CH2-OH H+ [ H2SO4 ] ---> R-CH2-H2O+
+
Alkohol Schwefelsäure
2. Schritt
Durch Abspaltung von Wasser bildet sich ein reaktionsfähiges Alkylkation.
R-CH2-H2O+ ---> R-CH2+ H2O
+
Alkylkation Wasser
3. Schritt
Dieses Alkylkation reagiert mit dem O-Atom eines zweiten Alkoholmoleküls unter der Bildung eines Dialkyloxoniumions.
R-CH2+ R-CH2-OH ---> R-CH2-OH-CH2-R
+
Alkylkation Alkohol Dialkyloxoniumion
4. Schritt
Dieses Dialkyloxoniumion stabilisiert sich unter Protonenabspaltung zu Ether.
R-CH2-OH-CH2-R ---> R-CH2-O-CH2-R H+ [ H2SO4 ]
+
Dialkyloxoniumion Ether Proton
Bei der Etherbildung handelt es sich um einen säurekatalytisch unterstützten Reaktionsmechanismus.
Dieser Reaktionsmechanismus tritt u.a. bei der Reaktion zwischen Alkoholen und Carbonsäuren auf. Die entstehenden Reaktionsprodukte heißen Carbonsäureester.
Die Reaktionsgleichung lautet :
R-COOH R-OH <---> R-COO-R H2O
+ +
Carbonsäure Alkohol Carbonsäureeste Wasser
r
Diese Reaktion verläuft nach folgendem Reaktionsmechanismus:
1. Schritt
Protonierung der Carbonsäure
R-COOH H+ <---> R-C[OH]2+
+
Carbonsäure Proton
2. Schritt
Nucleophiler Angriff des Alkohols am positiven C-Atom der Carbonsäure
R-C[OH]2+ R-OH <---> R-C[OH]2-OH-R+
+
3. Schritt
Protonenwanderung und Wasserabspaltung
R-C[OH]2-OH-R+ <---> R-COH-O-R+ H2O
+
4. Schritt
Stabilisierung durch Protonenabspaltung zu Carbonsäureester
R-COH-O-R+ <---> R-COO-R H+
+
Auch bei diesem Reaktionsmechanismus handelt es sich um einen säurekatalytischen Reaktionsmechanismus, da das Proton von einer Säure (z.B. Schwefelsäure) stammt.
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