المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الكيمياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11123 موضوعاً
علم الكيمياء
الكيمياء التحليلية
الكيمياء الحياتية
الكيمياء العضوية
الكيمياء الفيزيائية
الكيمياء اللاعضوية
مواضيع اخرى في الكيمياء
الكيمياء الصناعية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
المستغفرون بالاسحار
2024-11-01
المرابطة في انتظار الفرج
2024-11-01
النضوج الجنسي للماشية sexual maturity
2024-11-01
المخرجون من ديارهم في سبيل الله
2024-11-01
المختلعة كيف يكون خلعها ؟
2024-11-01
المحكم والمتشابه
2024-11-01

Euler,s Equations of Inviscid Motion
13-7-2018
الظاهر والباطن في النصوص‏
27-04-2015
الطباع
1-07-2015
التأويل في القرآن الكريم
14-11-2014
صبر عقيلة الهاشميين
9-10-2017
مفهوم المواطنة بين حقوق الإنسان وواجباته
24-1-2016

Selectivity of halogenation reaction of alkane  
  
2240   04:06 مساءً   date: 8-7-2018
Author : William Reusch
Book or Source : Virtual Textbook of Organic Chemistry
Page and Part : ............

Selectivity of halogenation reaction of alkane

When alkanes larger than ethane are halogenated, isomeric products are formed. Thus chlorination of propane gives both 1-chloropropane and 2-chloropropane as mono-chlorinated products. Four constitutionally isomeric dichlorinated products are possible, and five constitutional isomers exist for the trichlorinated propanes. Can you write structural formulas for the four dichlorinated isomers?

The halogenation of propane discloses an interesting feature of these reactions. All the hydrogens in a complex alkane do not exhibit equal reactivity. For example, propane has eight hydrogens, six of them being structurally equivalent primary, and the other two being secondary. If all these hydrogen atoms were equally reactive, halogenation should give a 3:1 ratio of 1-halopropane to 2-halopropane mono-halogenated products, reflecting the primary/secondary numbers. This is not what we observe. Light-induced gas phase chlorination at 25 ºC gives 45% 1-chloropropane and 55% 2-chloropropane.

CH3-CH2-CH3   +   Cl2   →  45% CH3-CH2-CH2Cl   +   55% CH3-CHCl-CH3

The results of bromination ( light-induced at 25 ºC ) are even more suprising, with 2-bromopropane accounting for 97% of the mono-bromo product.

CH3-CH2-CH3   +   Br2  →  3% CH3-CH2-CH2Br   +   97% CH3-CHBr-CH3

These results suggest strongly that 2º-hydrogens are inherently more reactive than 1º-hydrogens, by a factor of about 3:1. Further experiments showed that 3º-hydrogens are even more reactive toward halogen atoms. Thus, light-induced chlorination of 2-methylpropane gave predominantly (65%) 2-chloro-2-methylpropane, the substitution product of the sole 3º-hydrogen, despite the presence of nine 1º-hydrogens in the molecule.

(CH3)3CH   +   Cl2   →  65% (CH3)3CCl   +   35% (CH3)2CHCH2Cl

.It should be clear from a review of the two steps that make up the free radical chain reaction for halogenation that the first step (hydrogen abstraction) is the product determining step. Once a carbon radical is formed, subsequent bonding to a halogen atom (in the second step) can only occur at the radical site. Consequently, an understanding of the preference for substitution at 2º and 3º-carbon atoms must come from an analysis of this first step.

First Step:       R3CH   +   X·   →  R3C·   +   H-X

Second Step:     R3C·   +   X2   →  R3CX   +   X·

Since the H-X product is common to all possible reactions, differences in reactivity can only be attributed to differences in C-H bond dissociation energies. In our previous discussion of bond energy we assumed average values for all bonds of a given kind, but now we see that this is not strictly true. In the case of carbon-hydrogen bonds, there are significant differences, and the specific dissociation energies (energy required to break a bond homolytically) for various kinds of C-H bonds have been measured. These values are given in the following table.

R   (in R–H)

methyl

ethyl

i-propyl

t-butyl

phenyl

benzyl

allyl

vinyl

Bond Dissociation Energy
(kcal/mole)

103

98

95

93

110

85

88

112

 

The difference in C-H bond dissociation energy reported for primary (1º), secondary (2º) and tertiary (3º) sites agrees with the halogenation observations reported above, in that we would expect weaker bonds to be broken more easily than are strong bonds. By this reasoning we would expect benzylic and allylic sites to be exceptionally reactive in free radical halogenation, as experiments have shown. The methyl group of toluene, C6H5CH3, is readily chlorinated or brominated in the presence of free radical initiators (usually peroxides), and ethylbenzene is similarly chlorinated at the benzylic location exclusively. The hydrogens bonded to the aromatic ring (referred to as phenyl hydrogens above) have relatively high bond dissociation energies and are not substituted.

C6H5CH2CH3 + Cl2   →  C6H5CHClCH3   +   HCl

Since carbon-carbon double bonds add chlorine and bromine rapidly in liquid phase solutions, free radical substitution reactions of alkenes by these halogens must be carried out in the gas phase, or by other halogenating reagents. One such reagent is N-bromosuccinimide (NBS), shown in the second equation below. By using NBS as a brominating agent, allylic brominations are readily achieved in the liquid phase.

The covalent bond homolyses that define the bond dissociation energies listed above may are described by the general equation:

R3C-H   +   energy   →  R3C·   +   H·

Since the hydrogen atom is common to all the cases cited here, we can attribute the differences in bond dissociation energies to differences in the stability of the alkyl radicals (R3C·) as the carbon substitution changes. This leads us to the conclusion that:

alkyl radical stability increases in the order:  phenyl < primary (1º) < secondary (2º) < tertiary (3º) < allyl ≈ benzyl.

 

Because alkyl radicals are important intermediates in many reactions, this stability relationship will prove to be very useful in future discussions. The enhanced stability of allyl and benzyl radicals may be attributed to resonance stabilization.
Formulas for the allyl and benzyl radicals are shown below. Draw structural formulas for the chief canonical forms contributing to the resonance hybrid in each case.

The poor stability of phenyl radicals, C6H5·, may in turn be attributed to the different hybridization state of the carbon bearing the unpaired electron (sp2 vs. sp3).




هي أحد فروع علم الكيمياء. ويدرس بنية وخواص وتفاعلات المركبات والمواد العضوية، أي المواد التي تحتوي على عناصر الكربون والهيدروجين والاوكسجين والنتروجين واحيانا الكبريت (كل ما يحتويه تركيب جسم الكائن الحي مثلا البروتين يحوي تلك العناصر). وكذلك دراسة البنية تتضمن استخدام المطيافية (مثل رنين مغناطيسي نووي) ومطيافية الكتلة والطرق الفيزيائية والكيميائية الأخرى لتحديد التركيب الكيميائي والصيغة الكيميائية للمركبات العضوية. إلى عناصر أخرى و تشمل:- كيمياء عضوية فلزية و كيمياء عضوية لا فلزية.


إن هذا العلم متشعب و متفرع و له علاقة بعلوم أخرى كثيرة ويعرف بكيمياء الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات ومناطق تواجدها ووظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التي تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق، أو من حيث الهدم وإنتاج الطاقة .


علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والاشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد أدت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد .