Селективность радикального галогенирования — Органическая химия для олимпиад

Селективность радикального галогенирования

8 заданий

Статистика × реакционная способность

linkОпора

Ряд устойчивости из урока 146 говорит, какой водород отрывается легче, но в молекуле водородов каждого типа разное число, и это тоже влияет на состав продуктов. Доля каждого изомера пропорциональна произведению двух множителей: числа атомов водорода данного типа и относительной скорости их отрыва.

Как рассчитать соотношение монохлоридов

  1. Найдите типы эквивалентных атомов водорода и их число.
  2. Умножьте число на относительную скорость отрыва: хлорирование при 25 °C — 1 : 3,9 : 5 (1°, 2°, 3°).
  3. Доля продукта = его произведение / сумма всех произведений.
пентан: три типа H — три монохлорида
пентан: три типа H — три монохлорида
2-метилпентан: пять типов H
2-метилпентан: пять типов H
2,2-диметилбутан: три типа H
2,2-диметилбутан: три типа H
Типы атомов водорода в изомерах пентана и гексана
1-хлорпентан: 6 H × 1 = 6, около 20 %
1-хлорпентан: 6 H × 1 = 6, около 20 %
2-хлорпентан: 4 H × 3,9 = 15,6, около 53 %
2-хлорпентан: 4 H × 3,9 = 15,6, около 53 %
3-хлорпентан: 2 H × 3,9 = 7,8, около 27 %
3-хлорпентан: 2 H × 3,9 = 7,8, около 27 %
Хлорирование пентана: 6 × 1, 4 × 3,9 и 2 × 3,9

Примеры

1. Пропан. Шесть первичных водородов со скоростью 1 дают \(6 \cdot 1 = 6\), два вторичных со скоростью 3,9 дают \(2 \cdot 3{,}9 = 7{,}8\). Доля 1-хлорпропана \(6/13{,}8 = 43\) %, 2-хлорпропана — 57 %.

Вторичных водородов меньше, но они реакционноспособнее
Вторичных водородов меньше, но они реакционноспособнее

2. Пентан. Три типа водородов: \(6 \cdot 1 = 6\), \(4 \cdot 3{,}9 = 15{,}6\) и \(2 \cdot 3{,}9 = 7{,}8\); сумма 29,4. Доли 1-, 2- и 3-хлорпентана — 20 %, 53 % и 27 %.

1-хлорпентан: 6 H × 1 = 6, около 20 %
1-хлорпентан: 6 H × 1 = 6, около 20 %
2-хлорпентан: 4 H × 3,9 = 15,6, около 53 %
2-хлорпентан: 4 H × 3,9 = 15,6, около 53 %
3-хлорпентан: 2 H × 3,9 = 7,8, около 27 %
3-хлорпентан: 2 H × 3,9 = 7,8, около 27 %
Хлорирование пентана: 6 × 1, 4 × 3,9 и 2 × 3,9

errorЭквивалентные водороды дают один и тот же продукт

Прежде чем считать доли, найдите, какие атомы водорода эквивалентны — замена любого из них даёт одно вещество. У циклогексана все двенадцать атомов водорода одинаковы, поэтому он даёт единственный монохлорид, и считать здесь нечего.

edit_noteПопробуйте сами

Сколько монохлоридов даёт 2,2,4-триметилпентан \(\ce{(CH3)3C-CH2-CH(CH3)2}\)?

expand_moreПоказать решение

Четыре: у трёх метилов при C2, у \(\ce{CH2}\), у \(\ce{CH}\) и у двух метилов при C4.

Бром селективнее хлора

Постулат Хэммонда (урок 79) объясняет, почему бром гораздо селективнее хлора. Стадия отрыва водорода бромом эндотермична (урок 145), её переходное состояние позднее — оно похоже на радикал и «чувствует» его устойчивость. У хлора та же стадия почти термонейтральна, переходное состояние раннее, и разница между радикалами проявляется слабо.

Как объяснить селективность (постулат Хэммонда)

  1. Хлор: стадия \(\ce{Cl* + RH -> HCl + R*}\) почти термонейтральна — ПС раннее, похоже на исходные, разница радикалов чувствуется слабо.
  2. Бром: стадия эндотермична (+50…+70 кДж/моль) — ПС позднее, похоже на радикал: разница 1°/2°/3° проявляется почти полностью.
  3. Относительные скорости бромирования ≈ 1 : 80 : 1600.
Раннее и позднее переходные состояния
Раннее и позднее переходные состояния

Примеры

1. Пентан и бром. Относительные скорости отрыва 1° : 2° = 1 : 80. Произведения \(6 \cdot 1 = 6\), \(4 \cdot 80 = 320\) и \(2 \cdot 80 = 160\): доли 1-, 2- и 3-бромпентана — 1 %, 66 % и 33 %. Сравните с хлорированием из первой части урока, где первичного продукта было 20 %.

Первичного продукта почти нет: бром выбирает вторичные водороды
Первичного продукта почти нет: бром выбирает вторичные водороды

2. 2-Метилпропан и бром. Единственный третичный водород отрывается в 1600 раз быстрее первичного, и почти единственный продукт — 2-бром-2-метилпропан.

Бромирование — способ ввести галоген строго в третичное положение
Бромирование — способ ввести галоген строго в третичное положение

errorБром — для синтеза, хлор — для промышленности

Бромирование даёт практически один продукт, поэтому в лаборатории для введения галогена в определённое положение берут бром. Хлорирование даёт смесь изомеров, зато хлор дешев и активен, и в промышленности, где смесь разделяют перегонкой, используют его.

edit_noteПопробуйте сами

Какой главный продукт бромирования 2-метилбутана на свету?

expand_moreПоказать решение

2-Бром-2-метилбутан.

push_pinГлавное

Доля продукта = число атомов H данного типа × относительная скорость их отрыва. Хлорирование малоселективно (25 °C: первичный : вторичный : третичный ≈ 1 : 3,9 : 5), бромирование очень селективно (≈ 1 : 80 : 1600). По постулату Хэммонда: у хлора стадия отрыва H почти термонейтральна, переходное состояние раннее, похоже на исходные вещества; у брома стадия эндотермична, ПС позднее, похоже на радикал — и чувствует его устойчивость.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.