自由基反应

自由基反应-甲烷氯化反应

从化学角度来说，烷烃很无趣。它们不会发生很多反应。然而，当用氯处理时₂在光下，H取代了Cl。我们希望在这里说明，这不是酸碱反应。事实上，它通过一种我们还没有探索过的途径进行，叫做“自由基取代”。在这篇文章中，我们通过氯氯化烷烃的例子介绍均裂键断裂、单倒钩曲线箭头、自由基和自由基取代的概念₂还有光，这将为本系列自由基化学打下基础。

目录

1. 杂溶键裂解与均溶键裂解
2. 甲烷与氯的氯化反应₂和光(hν)分解C-H，形成C-Cl
3. 甲烷与氯的氯化反应机理₂不能是酸碱反应
4. 反应通过一种中性中间体进行
5. 氯-氯键很弱。那么它是如何断裂的呢?
6. “均溶”氯-氯键断裂用“单刺”弯曲箭头描述
7. 氯原子是中性的，有一个未配对的电子
8. 摘要:“自由基”是含有未配对电子的高活性化学物质
9. 笔记

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1.杂溶键裂解与均溶键裂解

到目前为止，除了极少数例外，我们讨论的每一个反应(酸碱、取代、消除、加成)都涉及到原子间成键的形成电子对供体（路易斯碱)及电子对受体(路易斯酸)或者键的断裂产生相同的[顺便说一下，这被称为“杂溶”解理，因为一个成键伙伴得到两个电子，而另一个得到零电子]。

在这一系列的文章中，我们将绕道到有机化学的一个角落，化学键是由的组合单电子化学键会突破“均裂”乳沟[也就是说，每个成键的伙伴接收到相同数量的电子]。我们会看到，这些反应通常被称为自由基反应。

2.甲烷与氯的氯化反应₂"光"分解碳氢化合物，形成碳氯化合物

这一切都从一个简单的观察开始。拿一个普通的碳氢化合物气体-甲烷，例如，虽然任何烷烃碳氢化合物在这里会很合适。当我们把它们结合起来碳氢化合物用氯气，在黑暗中，什么也没发生。

这是有趣的部分。按一下开关——或者打开盖子——这样可见光就能进入烧瓶，突然间我们的甲烷就被消耗掉了，碳-氢键就被碳-氯键取代了。最终的产物取决于氯气的当量——我们用Cl₂为了简单起见，一开始要用很少的量。

这是怎么回事?注意“hν”的意思是“光”。[我们也可以只用热来做这个反应，尽管它需要更高的温度]。

在试图理解为什么会发生这种情况之前，让我们先弄清楚什么发生了。

我们来看看形成了什么键，破坏了什么键。注意到我们打破Cl-Cl, C-H，还有形成C-Cl。

3.甲烷与氯的氯化反应机理₂不能是酸碱反应

到目前为止，我们看到了哪些反应能够产生这样的转变?我们知道所有的酸碱反应都涉及到氢和某个原子间键的断裂。所以你可能会说，有可能一个氢被强碱从碳上剥离，然后碳攻击氯。但这在这里有意义吗?

注意甲烷[CH₄)是酸，而氯离子(Cl-)是碱。正如我们之前看到的，这作为酸碱反应是没有意义的，因为我们会从一个非常弱的酸[CH₄]变成强酸[HCl]，同样弱碱[Cl]也变成强碱。

这就像让尼亚加拉大瀑布反向流动一样。不会发生的!

4.反应通过一种中性中间体进行

此外，第二个证据应该让人停下来。如果反应通过某种带电的中间体比如Cl或CH_3.^{- - - - - -}，我们预计反应会进行得更快极地溶剂(可以稳定电荷]而非极性溶剂[哪些不稳定电荷]。相反，我们发现反应的速率几乎完全与溶剂极性无关。它在[非极性]四氯化碳中的反应速度和在甲醇等极性溶剂中的反应速度一样快。

这意味着什么呢?它与反应过程是一致的中性中间体而不是极地的人。

那么，我们怎样才能得到中性的中间产物呢?

5.氯-氯键很弱。那么它是如何断裂的呢?

首先考虑氯-氯键，它相对较弱。想象一下，通过加热或照射它[记住，光是能量的一种形式!它可能会以某种方式破裂。它是如何断裂的?

选项#1看起来像这样-“杂溶”裂解，其中一个原子从键中接收两个电子，而另一个则接收

然而，如果是这样的话，那么我们应该期望在极性溶剂中看到一个更快的反应不这个案子。

这里还会发生什么呢?

回想一下，我们讨论过的很多分子都有偶极子。也就是说，共用一个键的两个原子具有不相等的电负性，因此电子密度也不相等——一个是富电子，一个是低电子。

但是这里有两个氯原子。它们的电负性相等。所以我们不会期望一个氯会在电子的拉锯战中“赢得”另一个。

6.用“单刺”弯曲箭头描述“均溶”氯-氯键断裂

所以我们就得到了这个:如果氯-氯键断裂比如给每个氯一个电子呢?

乍一看很奇怪。注意-当使用箭头推符号时，我们对它进行了一些修改，这样我们就有了一个鱼钩显示电子的去向。注意，我们可以用这些来表示两个氯各有一个电子。

但让我们更仔细地看一下。

7.氯原子是中性的，有一个未配对的电子

氯原子的电荷是多少?它有七个价电子。

这个物种是中性的,这与溶剂的数据是一致的。

我们能指望这样一个物种是稳定的吗?如果我们回想一下八隅体规则，就会发现每个氯原子所含电子少于一个八隅电子。换句话说，它缺电子。

8.摘要:具有未配对电子的物种被称为“自由基”，具有高度的活性

我们认为这样的物种具有很强的反应性，因为会有强大的驱动力形成完整的八隅体。

这篇文章的全部观点是说，是的，这样的物种做存在，它们被称为"自由基"[这个词的词源很有趣，但有点过时，现在对我们来说并不重要]

在过去的一百多年里，我们还收集了更多的证据来支持自由基的存在。理解它们并不重要，但如果你好奇，你可以试着阅读电子顺磁共振，CIDNP,或摩西公司Gomberg他是自由基化学之父。

在接下来的几篇文章中，我们将讨论以下主题:

• 什么因素稳定(或不稳定)自由基?
• 我们如何“知道”自由基反应何时可能发生?
• 自由基取代反应(如上述)的机理是什么?
• 我们可以用自由基化学进行什么有用的反应?

下期见!
在下一篇文章:稳定自由基的3个因素

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笔记