Номер 136, страница 43 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.136. Почему для реакций взаимодействия алкенов с бромом очень важно указывать условия (растворитель, температура)?

Указывать условия для реакций взаимодействия алкенов с бромом очень важно, поскольку от них (в частности, от температуры и растворителя) зависит механизм реакции и, как следствие, структура образующихся продуктов. Существует два основных конкурирующих направления реакции в зависимости от условий.

Температура является ключевым фактором, который определяет, по какому из двух возможных механизмов пойдет реакция.

1. При низких температурах (обычно комнатной или ниже) доминирует реакция электрофильного присоединения ($A_E$) по двойной связи. Энергии системы недостаточно для разрыва связи $Br-Br$ на радикалы, поэтому реакция идет по ионному механизму через образование промежуточного циклического бромониевого иона. В результате происходит разрыв $ \pi $-связи и присоединение двух атомов брома.
Пример для пропена:
$CH_3-CH=CH_2 + Br_2 \xrightarrow{\text{низкая } t^\circ} CH_3-CHBr-CH_2Br$ (1,2-дибромпропан)

2. При высоких температурах (400–500 °C) или при облучении ультрафиолетовым светом (УФ) основным становится механизм радикального замещения ($S_R$). Высокая энергия инициирует гомолитический разрыв молекулы брома ($Br_2 \rightarrow 2Br^\cdot$), и образующиеся радикалы брома атакуют алкен не по двойной связи, а по аллильному положению (атом углерода, соседний с двойной связью). Это происходит потому, что образующийся при отрыве водорода аллильный радикал стабилизирован за счет резонанса. Двойная связь при этом сохраняется.
Пример для пропена:
$CH_3-CH=CH_2 + Br_2 \xrightarrow{t^\circ \approx 500^\circ C} CH_2Br-CH=CH_2 + HBr$ (3-бромпропен)

Ответ: Температура определяет механизм реакции: при низкой температуре происходит присоединение брома к двойной связи с образованием дибромалкана, а при высокой — замещение атома водорода в аллильном положении с образованием аллилбромида.

Растворитель существенно влияет на состав продуктов в реакции электрофильного присоединения (которая идет при низких температурах).

1. В инертных неполярных или малополярных растворителях (например, тетрахлорметан $CCl_4$, гексан) единственным нуклеофилом в системе, способным атаковать бромониевый ион, является бромид-ион ($Br^-$). Поэтому основным или единственным продуктом реакции является вицинальный дибромид (продукт присоединения двух атомов брома).
Пример для этена в $CCl_4$:
$CH_2=CH_2 + Br_2 \xrightarrow{CCl_4} CH_2Br-CH_2Br$ (1,2-дибромэтан)

2. В полярных нуклеофильных растворителях (например, вода $H_2O$, спирты $ROH$) молекулы растворителя сами являются нуклеофилами. Они присутствуют в большом избытке и могут успешно конкурировать с бромид-ионом за атаку на промежуточный бромониевый ион. Это приводит к образованию так называемых продуктов сопряженного присоединения. В водном растворе, например, образуются бромгидрины.
Пример для этена в воде:
$CH_2=CH_2 + Br_2 + H_2O \rightarrow CH_2(OH)-CH_2Br + HBr$ (2-бромэтанол)

Ответ: Растворитель может участвовать в реакции присоединения, если он обладает нуклеофильными свойствами (как вода или спирты), что приводит к образованию смешанных продуктов (например, бромгидринов) наряду с дибромидами или вместо них.