Radikalische Substitution

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Einordnung: Chemische Reaktion

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Die radikalische Substitution ist eine typische chemische Reaktion der Alkane mit Halogenen. Dabei verläuft der Reaktionsmechanismus als Radikalkettenreaktion nach 3 Reaktionsschritten ab.

1. Startreaktion
2. Kettenfortpflanzung
3. Kettenabbruch

Hier ist die Reaktion am Beispiel der Reaktion von Methan mit Chlor gezeigt:

<math>CH_4 + Cl_2 \rightarrow CH_3Cl + HCl<math>

Bei einem Ãœberschuss von Chlor kann es auch zu Mehrfachsubstitutionen kommen, so dass als Haupt-Produkte auch <math>CH_2Cl_2<math>, <math>CHCl_3<math> und <math>CCl_4<math> auftreten. Als Nebenprodukte entstehen <math>C_2H_6<math> (Ethan) und alle seine Chlor-Derivate.

Der Reaktionsmechanismus verläuft folgendermaßen:

Im Labor wird allerdings nicht elementares Chlor zur radikalischen Substitution verwendet. Es wird aus sicherheitstechnischen und praktischen Gründen (HCl ist beispielsweise stark giftig, korrosiv und schwierig dosierbar) auf Chlorierungsmittel zurück gegriffen. Die gebräuchlichsten Chlorierungsmittel sind sicherlich Sulfurylchlorid (SO₂Cl₂) und N-Chlorbutanimid. Diesen Stoffen muss zusätzlich noch eine kleine Menge Initiator beispielsweise AIBN zu gegeben werden, um die höhere Dissoziationsenergie der Cl - SO₂Cl Bindung zu überwinden.
Im ersten Schritt der Startreaktion zerfällt unter Wärmezufuhr das AIBN in ein Radikal (R°) und Stickstoff:
1a) AIBN --> R° + N₂
Nun greift das Radikal das Sulfurylchlorid an:
1b) R° + SO₂Cl₂ --> °SO₂Cl + RCl
Es schließen sich analog zur radikalischen Substitution mit elementaren Chlor die Kettenfortpflanzungsschritte und die Kettenabbruchreaktionen an.

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