Radikalische Substitution
Die radikalische Substitution (SR) mit Halogenen wird als typische Reaktion für die Alkane bezeichnet. Die allgemeine Reaktionsgleichung sieht so aus:
Da die Alkane reaktionsträge sind, muß energiereiche Strahlung wie UV-Licht oder Hitze angewendet werden, um die Reaktion in Gang zu setzen. Deshalb wird dies auch als photochemische Reaktion bezeichnet. Dabei ersetzt ein Halogenatom ein Wasserstoffatom. Die Reaktivität der Alkane ist wie folgt:
tertiär > sekundär > Methylrest.
Die Halogene reagieren mit der Reaktivität: F2 > Cl2 > Br2 > I2. Die Reaktion verläuft über eine radikalische Kettenreaktion.
Der Verlauf der Reaktion soll am Beispiel der radikalischen Substitution von Methan mit Brom erläutert werden. Sie läuft in 3 Schritten ab:
1. Startreaktion (Bildung der Bromradikale)
Durch UV-Licht oder Wärme wird ein Brommolekül homolytisch (= das bindende Elektronenpaar wird symmetrisch gespalten) in zwei Bromradikale gespalten. Dies löst eine Kettenrekation aus.
2. Kettenreaktion (Bildung eines Alkylradikals)
(a) Ein Bromradikal entreißt dem Methan ein Wasserstoffatom, wodurch aus Methan ein Methylradikal wird. Aus dem Bromradikal wird HBr (Bromwasserstoff).
(b) Das Methylradikal reagiert mit einem anderen Brommolekül zu Brommethan. Dabei entsteht wieder ein Bromradikal, was weiterreagieren kann.
3. Kettenabbruch (Beendigung der Kettenreaktion, 2 Radikale treffen aufeinander)
der radikalische Zyklus wird durch verschiedene Reaktionen beendet. Treffen 2 Methylradikale aufeinander entsteht Ethan, reagieren 2 Bromradikale miteinander entsteht Brom und bei der Reaktion eines Bromradikals mit einem Methylradikal Brommethan (= Methylbromid)
Falls Brommethan mit einem Bromradikal reagiert entstehen mehrfach bromierte Methanmoleküle. Die neu entstandenen Stoffe, bei denen ein oder mehrere H-Atome durch Wasserstoff ersetzt sind faßt man zu den Halogenalkanen (= Alkylhalide) zusammen.
Die Bezeichnung z.B. Methylchlorid suggeriert eine salzartige Verbindung mit Chloridionen. Insofern ist diese Bezeichnung mißdeutig; Halogenalkane besitzen nur Atombindungen!
Die verschiedenen Chlorierungsstufen beim Methan sieht man auf dem nachfolgenden Bild.
Die Halogenalkane besitzen durch die Halogenatome eine polare Bindung, die ein Dipolmoment erzeugt und die Schmelzpunkte und Siedepunkte im Vergleich zu den Alkanen erhöht.
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Halothan
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