Reaktionsmechanismus

  • 1.8 Angriffsfreudige Teilchen

    1.8.1 Teilchen mit Einzelelektronen: Radikale

    Bsp.:Beispiele von Radikalen in Strukturformeln


    Radikale sind meist unbeständige Teilchen. Sie entstehen durch homolytische Spaltung (meist) unpolarer Bindungen unter Energiezufuhr (z.B. Wärme, Licht). Radikale sind sehr reaktionsfreudig und reagieren mit ihresgleichen oder mit Molekülen unter Neubildung von Radikalen. 


    1.8.2 Teilchen mit Elektronpaarlücke: Elektrophile Teilchen

    Bsp.:

    Allgemeine Strukturformel eines elektrophilen Teilchens

     

      Strukturformeln: Beispiele für elektrophile Teilchen (Protonen, Bortrifluorid, Aluminiumtrichlorid)
    Elektrophile Teilchen sind sehr reaktionsfreudige Teilchen; sie wollen sich an ein freies Elektronenpaar anlagern: (= Lewis-Säuren für die Universität).

     

    1.8.3 Teilchen mit freien Elektronenpaaren: Nucleophile Teilchen oder Basen


    Bsp.:

    06-ta-nucleophile-teilchen-allgemein-lewis-basen  

    06-ta-lewis-basen-nucleophile-teilchen


    a) wollen positiv geladene oder positivierte Teilchen anlagern:

    • als Basen Protonen
    • als nucleophile Teilchen (Lewis-Basen) andere Teilchen mit Elektronenpaarlücke (elektrophile Teilchen)



    b) Basizität und Nucleophilie verlaufen annähernd parallel

    • so ist z.B. das Hydroxid-Ion stärker basisch und stärker nucleophil als Wasser
    • Basizität und Nucleophilie sind von der Zahl der freien Elektronenpaare unabhängig!


    Zusammenfassung:

    • Reaktionen werden nach der Funktion der angreifenden Teilchen benannnt. 
    • Als Angreifer wird i. a. das kleinere Teilchen bezeichnet. 

    08-ta-zusammenfassung

  • 1.9 Reaktion von Alkanen mit Halogenen

    1.9.1 Versuch

    Experiment: 

    Gemisch aus 4 ml Isooctan (2,2,4-Trimethylpentan) und 1,3 ml Brom werden belichtet. 
    An das entstehende Gas wird...

    •  ... Flasche mit konz. Ammoniak
    •  ... feuchtes pH-Papier

    gehalten.

     

    Es entstehen
    a) ein farbloses Gas:

    • Nebelbildung an feuchter Luft (HBr);
    • mit Ammoniak bildet sich ein weißer Rauch (Ammoniak und der Stoff reagiert zu einem porösen Salz (NH4Br);
    • angefeuchtetes Indikatorpapier färbt sich rot (Säure muss entstanden sein (HBr).

    → Die Beobachtungen sprechen dafär, dass das farblose Gas Bromwasserstoff (HBr) ist. 


    b) eine Flüssigkeit:

    • größere Dichte als Wasser;
    • Beilsteinprobe positiv (Beisteinprobe: halogenhaltige Verbindungen ergeben mit Kupfer in der Flamme eine Grünfärbung).

    → die Flüssigkeit ist Bromalkan (hauptsächlich)

     

    1.9.2 Reaktionsschema

    Alkan + Brom            ----(Belichtung)------>      Bromalkan + Bromwasserstoff

    Allgemein
    Alkan + Halogen         ----(Belichtung)------>    Halogenalkan + Halogenwasserstoff

     

    1.9.3 Reaktionsmechanismus

    (vereinfacht: statt Isooctan mit Methan) 

    Folgende Abbildung zeigt den Reaktionsmechanismus der radikalischen Substitutionsreaktion zu einem Halogenalkan unter Bildung eines Halogenwasserstoffs.

    09-reaktionsmechanismus-radikalische-substitutionsreaktion

     

    Merke: Reaktionen, bei denen Atome oder Atomgruppen einer Verbindung durch andere Atome ersetzt werden, bezeichnet man als Substitution

    Die Bromierung von Methan ist eine radikalische Substitution (SR-Reaktion).

    1.9.4 Halogenalkane

    a) Halogenalkane sind Derivate (Abkömmlinge) der Alkane.

    09-ta-chlormethan-chloroform-dichlormethan

     

    b) Eigenschaften der Halogenalkane:

    Löslichkeit

    Halogenalkane sind in Wasser unlöslich.

    Sie sind sehr gute Lösungsmittel für Alkane und Fette (hydrophobe Stoffe)

    Dichte

    Halogenalkane haben meistens eine größere Dichte als 1 g/cm³

    Siedetemperatur

    Sie liegen bei Halogenalkanen höher als die vergleichbarer Alkane (Grund: größere van-der-Waals-Kräfte)

    Brennbarkeit

    Je mehr H-Atome durch Halogen-Atome ersetzt sind, umso schlechter ist die Brennbarkeit der Halogenalkane

    c) Verwendung:

    • hervorragende Lösungsmittel: (Extraktion pflanzlicher Öle, entfetten von Metallteilen, chemische Reinigung,....) 
    • Treibgase in Sprays;
    • Kältemittel für Kühlanlagen;
    • Feuerlöschmittel (Halon, Bromtrifluormethan)
    • Desinfektionsmittel (Jodoform, Trijodmethan);
    • Insektizide (Lindan, Hexachlorcyclohexan)