Reaktionsmechanismus

1.8 Angriffsfreudige Teilchen

1.8.1 Teilchen mit Einzelelektronen: Radikale

Bsp.:


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.:

  
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.:

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. 

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.

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 (S_R-Reaktion).

1.9.4 Halogenalkane

a) Halogenalkane sind Derivate (Abkömmlinge) der Alkane.

b) Eigenschaften 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)