Часть II
   На главную I. Теоретические основы II. Углеводороды III. Кислородсодержащие соединения IV. Азотсодержащие соединения V. Высокомолекулярные соединения VI. Решение задач
Часть II. УГЛЕВОДОРОДЫ

Галогенирование (присоединение галогенов)

Активность галогенов в реакции присоединения к алкенам возрастает в ряду: I2 < Br2 < Cl2 < F2.
Реакция с иодом идет медленно и не доходит до конца. Фтор действует агрессивно, разрывая не только π-связь, но и σ-связь С–С. Практическое значение имеют реакции хлорирования и бромирования, которые происходят легко в обычных условиях (при комнатной температуре, без катализатора).
Например, быстрое обесцвечивание красно-бурой окраски раствора брома в воде (бромной воды) или в органическом растворителе служит качественной реакцией на наличие кратной связи:

Видео Видеоопыт "Взаимодействие этилена с бромной водой".

Ещё легче присоединяется хлор:

Эти реакции протекают по механизму электрофильного присоединения с гетеролитическим разрывом связей в молекулах галогена и алкена. Электрофильными реагентами в реакциях галогенирования алкенов являются катионы галогенов. Например, при бромировании роль электрофила выполняет Br+.   Как этот катион образуется из неполярной молекулы Br2?
Образование электрофила из молекулы галогена
1. В водном растворе молекулы Br2 диспропорционируют по схеме:
Диспропорционирование Br2
Диссоциация сильной бромоводородной кислоты HBr (HBr H+ + Br) приводит к образованию большого количества катионов H+, которые взаимодействуют с неподеленными электронными парами атомов кислорода слабой бромноватистой кислоты HOBr:
Протонирование HBrO
Образовавшийся катион [Н2ОBr]+ распадается с выделением воды и электрофильной частицы Br+:
Диссоциация H2OBr+
2. В неводной среде (раствор брома, например, в CCl4) гетеролитический разрыв связи Br–Br происходит вследствие её поляризации под влиянием области повышенной электронной плотности у двойной связи в молекуле алкена (π-электронного облака).
  • Механизм электрофильного присоединения галогена к алкенам
  • При высокой температуре происходит радикальное замещение атома водорода при соседнем к двойной связи атоме углерода (реакция Львова):


    Подробнее
    Радикальное замещение в алкенах
    Алкильная группа при двойной связи оказывает влияние на направление реакций присоединения к алкенам (электрофильные реакции алкенов идут по правилу Марковникова, радикальное присоединение – против этого правила).
    С другой стороны, двойная связь С=С влияет на реакционную способность соседней алкильной группы, определяя подвижность атома водорода в этой группе.
    • В условиях, способствующих радикальным реакциям, возможен гомолитический разрыв связи С(sp3)–Н в α-звене (соседнем с кратной связью) и замещение α-водородного атома. Реакция идет через образование устойчивых радикалов аллильного типа, простейший из которых – радикал аллил CH2=CH–CH2 образуется из пропена CH2=CH–CH3.
    Такие реакции называют радикальным аллильным замещением.
    • При высокой температуре пропен реагирует с хлором, образуя аллилхлорид – продукт радикального замещения атома водорода в группе CH3 (реакция SR):

    Это одна из стадий промышленного синтеза глицерина HOCH2-CH(OH)-CH2OH из пропена.
    Радикал аллил CH2=CH–CH2 более устойчив (и легче образуется), чем алкильные радикалы CH2Cl–CH–CH3 или CH2–CHCl–CH3, появление которых возможно при разрыве π-связи. Поэтому замещение в α-звене предпочтительней, чем присоединение по двойной связи. Стабилизация аллильного радикала CH2=CH–CH2 обусловлена сопряжением неспаренного электрона с π-электронами кратной связи:

    В общем случае делокализация неспаренного электрона в радикалах аллильного типа отражается граничными структурами:


    Эта реакция используется в промышленных синтезах. Например, из аллилхлорида получают:
    • глицерин

      Аллилхлорид присоединяет хлорноватистую кислоту HОCl с образованием дихлорпропанолов CH2ClCH(OH)CH2Cl
      и/или HOCH2CHClHCH2Cl, которые при щелочном гидролизе превращаются в глицерин HOCH2CH(OH)CH2OH.

    • эпихлоргидрин — необходимый полупродукт в производстве эпоксидных смол,Эпоксидные смолы — продукты поликонденсации эпихлоргидрина с фенолами, чаще всего — с бисфенолом А. Это полимеры с невысокой молекулярной массой (олигомеры), содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей (полиаминов и др.) образовывать сшитые полимеры. Смолы и композиционные материалы на их основе широко применяются в различных отраслях промышленности, популярны в декоративно-прикладном творчестве..