Alkane: Chemische Eigenschaften

6.2
Alkane;

chemische Eigenschaften

Radikalische Substitution

Die radikalische
Substitution
(SR) mit Halogenen wird als typische
Reaktion für die Alkane bezeichnet. Die allgemeine Reaktionsgleichung
sieht so aus:

radiks - Alkane: Chemische Eigenschaften

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.

radi1 - Alkane: Chemische Eigenschaften

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.

radi2s - Alkane: Chemische Eigenschaften

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)

radis3 - Alkane: Chemische Eigenschaften

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.

chlm1 - Alkane: Chemische Eigenschaften

Die Halogenalkane besitzen durch die
Halogenatome eine polare Bindung, die
ein Dipolmoment erzeugt und
die Schmelzpunkte und Siedepunkte im Vergleich zu den Alkanen erhöht.

pdaha - Alkane: Chemische Eigenschaften

 


Abb.6.2.44

Bromierung von Hexan

alkbr - Alkane: Chemische Eigenschaften

 

 

 

 

 

 

 


Abb.6.2.45

Alkylhalide

chlm2 - Alkane: Chemische Eigenschaften

Chlormethan

bromet1 - Alkane: Chemische Eigenschaften

Bromethan

tbrp - Alkane: Chemische Eigenschaften

2-Brom-2-Methylpropan

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Abb.6.2.46

Polarität der Halogenalkane

hal4 - Alkane: Chemische Eigenschaften


Abb.6.2.47

Chloroform

chloro2 - Alkane: Chemische Eigenschaften

halo11 - Alkane: Chemische Eigenschaften

Halothan

Chlormethan ist gasförmig, Di-/Tri-
und Tetrachlormethan sind flüssig und sind sehr gute Lösungsmittel
für hydrophobe Stoffe. Deshalb hat man sie früher auch
als Fleckentferner verwendet. Chloroform
(CHCl3) wurde früher als Betäubungsmittel verwendet
heute benutzt man als Inhalationsanästhetikum z.B. Halothan
(CF3CHClBr). Andere Halogenkohlenwasserstoffe werden
als Insektizide verwendet.

Chloroform (CHCl3) Tetrachlorkohlenstoff
(CCl4) reagieren mit Fluorwasserstoff (HF) zu einem Gemisch
an Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW)
wie CHCl2F, CHClF2, CCl3F, CCl2F2,
und CClF3, die z.B. unter dem Namen Freon als Kühlmittel
verkauft wurden. (USA: werden).

fckw2 - Alkane: Chemische Eigenschaften

Andere Halogenalkane die Brom-substituiert sind
wurden als Feuerlöschmittel (Halone)
,
die FCKW als Treibmittel, usw. eingesetzt.
Spa


Halonfeuerlöscher

Brom-Chlor-Difluor-Methan

halonf - Alkane: Chemische Eigenschaften

halon2 - Alkane: Chemische Eigenschaften
In Europa verboten, in USA
erlaubt

Halogenalkane, die neben Fluor und Chlor noch
Brom enthalten werden Halone genannt,
z.B. Halon-1211: CBrClF2 = Brom-Chlor-Difluor-Methan.

Als Feuerlöschmittel
sind Halogenkohlenwasserstoffe (Halone) zwischenzeitlich verboten
worden und als
Treibmittel
spielen sie inzwischen keine große Rolle mehr, da man ihre
Ozon-zerstörende Wirkung erkannt (siehe
Biokurs , Klasse 11, Ökologie, Ozon)
und die meisten verboten
hat.

Die meisten Halogenalkane sind
toxisch.


Abb.6.2.48

Halogenalkane im
Kühlschrank

refrig2 - Alkane: Chemische Eigenschaften
freon - Alkane: Chemische Eigenschaften

Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe (FCKW) kamen
ab 1930 als Kühlmittel in Kühlschränken und
Treibmittel in Spraydosen auf, da sie ungiftig, nicht brennbar,
geruchlos und korrosionsfest sind. Freon-11 (CCl3F)
und Freon-12 (CCl2F2) wurden am häufigsten
verwendet bis bekannt wurde, daß sie die Ozonschicht
zerstören. In der Stratosphäre werden Cl-Radikale
freigesetzt, die in einer Kettenreaktion Ozonmoleküle
zerstören, die für die Organismen schädliche
UV-Strahlen filtern.

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