Dzisiaj poruszymy dział chemii, który jedni kochają a inni nienawidzą. Są to reakcje rodnikowe. Rodniki to atomy lub cząsteczki, które posiadają nieparzystą liczbę elektronów walencyjnych. Ich powstanie wiąże się z homolitycznym rozpadem wiązań chemicznych. Oznacza to, że przy obu częściach rozerwanej cząsteczki zostaje jeden elektron, który kiedyś tworzył wiązanie.

Mechanizm reakcji wolnorodnikowej

Krok 1. Inicjacja

Jest to moment, w którym powstają wolne rodniki. Reakcja rodnikowa może być powodowana przez działanie temperatury, nadtlenków lub promieniowania

Krok 2. Propagacja

Reakcja rodnika z cząsteczką obojętną. Powstaje tu główny produkt reakcji, jednak nie zużywają się wtedy wolne rodniki.

Krok 3. Terminacja

Ostatni etap reakcji. Dwa wolne rodniki zderzają się ze sobą co powoduje powstanie produktu ubocznego.

Wszystkie podstawowe informacje na temat reakcji rodnikowych i rodników zamieściliśmy na naszej grafice:

Znane reakcje wolnorodnikowe:

• Addycja rodnikowa– rodzaj reakcji addycji, w której uczestniczą wolne rodniki, rodnik przyłącza się do obojętnej cząsteczki, następuje rozerwanie wiązania wielokrotnego (więcej niż jedna para elektronowa). W wyniku tej reakcji powstaje produkt rodnikowy z niesparowanym elektronem.
• Halogenowanie– reakcja addycji, substytucji lub przegrupowaniu pierwiastków z grupy halogenów/fluorowców do cząstek z związków chemicznych (przykład podany w grafice
• Substytucja rodnikowa– podstawienie z udziałem rodnika. Zachodzi na węglu o hybrydyzacji sp³, w fazie gazowej pod wpływem promieniowania UV.
• Reakcja fotochemiczna
• Reakcja Hunsdieckera
• Reakcja Fentona
• Reakcja Ullmanna

Wolne rodniki w życiu codziennym

• znajdują się w dymie papierosowym
• są przyczyną degradacji DNA i przyczyniają się do starzenia organizmu”
• mają działanie mutagenne i kancerogenne
• utleniają hemoglobinę
• powodują utlenienie błon komórkowych (peroksydacja)

Powstają w wyniku:

• spożywania alkoholu
• chemioterapii
• stresu
• zbyt intensywnego wysiłku fizycznego
• spalin
• pestycydów
• nikotyny
• niektórych chorób o podłożu genetycznym np. zespół Blooma

Choroby wywoływane przez rodniki

• miażdżyca
• choroba niedokrwienna serca
• choroby oczu – zaćma, retinopatie, jaskra
• choroby nowotworowe

Przeciwutleniacze/ antyoksydanty– wstrzymują procesy utleniania, wspierają naturalne mechanizmy obronne człowieka.

Przykłady:

• żelazo, selen, miedź
• witaminy A, C i E
• substancje roślinne jak karoten i flawonoidy
• czynniki enzymatyczne
• glutamina, melanina, cysteina

Czas na zadania maturalne

Zadanie 24. (0–1) Matura CKE 2018 Nowa Formuła

Na przebieg reakcji propenu z bromowodorem ma wpływ obecność nadtlenków w mieszaninie reakcyjnej, co zilustrowano na poniższym schemacie

Uzupełnij poniższe zdania – wybierz i podkreśl jedno określenie spośród podanych w nawiasie.

Gdy w środowisku reakcji nie ma nadtlenków, bromowodór przyłącza się do propenu (niezgodnie / zgodnie) z regułą Markownikowa. Ta addycja przebiega poprzez tworzenie drobin z ładunkiem dodatnim zlokalizowanym na atomie węgla. Jest to addycja (rodnikowa / nukleofilowa / elektrofilowa) do podwójnego wiązania węgiel – węgiel.

Gdy w środowisku reakcji są obecne nadtlenki, addycja jest (niezgodna / zgodna) z regułą Markownikowa. W tej reakcji przejściowo tworzy się (karbokation pierwszorzędowy / karbokation drugorzędowy / rodnik pierwszorzędowy / rodnik drugorzędowy).

………………………………………………………………………………………………………………………..

Poprawna Odpowiedź

Gdy w środowisku reakcji nie ma nadtlenków, bromowodór przyłącza się do propenu (niezgodnie / zgodnie) z regułą Markownikowa. Ta addycja przebiega poprzez tworzenie drobin z ładunkiem dodatnim zlokalizowanym na atomie węgla. Jest to addycja (rodnikowa / nukleofilowa / elektrofilowa) do podwójnego wiązania węgiel – węgiel.

Gdy w środowisku reakcji są obecne nadtlenki, addycja jest (niezgodna / zgodna) z regułą Markownikowa. W tej reakcji przejściowo tworzy się (karbokation pierwszorzędowy / karbokation drugorzędowy / rodnik pierwszorzędowy / rodnik drugorzędowy).

Zadanie 30.  Matura CKE 2018 Nowa Formuła

Poniżej przedstawiono ciąg przemian chemicznych, w wyniku których ze związku I otrzymano związek IV. Związek I to homolog benzenu. Jego cząsteczka zbudowana jest z siedmiu atomów węgla.

Związki II–IV są̨ głównymi produktami organicznymi przemian opisanych schematem.

Zadanie 30.1 (0-1) Matura CKE 2018 Nowa Formuła

Napisz wzory półstrukturalne (grupowe) lub uproszczone związków I i II.

Zadanie 30.2 (0-1) Matura CKE 2018 Nowa Formuła

Określ typ reakcji (addycja, eliminacja, substytucja) oraz mechanizm (elektrofilowy, nukleofilowy, rodnikowy) reakcji 2. i 3.

………………………………………………………………………………………………………………………..

Poprawna Odpowiedź

Zadanie 30.1 (0-1)

Schemat punktowania

1p. – za poprawne podanie dwóch wzorów

0p. – za odpowiedź niepełną lub błędną lub brak odpowiedzi

Zadanie 30.2 (0-1)

Maj 2017 Nowa Podstawa Programowa

Informacja do zadań 17.-19.

Poniżej podano ciąg przemian chemicznych:

Gdzie R- grupa alkilowa.

Halogenowanie alkanów (przemiana oznaczona na schemacie numerem 1) w obecności światła przebiega przez następujące etapy:

Szybkość tworzenia się halogenku alkilu zależy od szybkości, z jaką powstaje rodnik alkilowy.

Podkreśl numer najwolniejszego etapu reakcji oznaczonej na schemacie numer 1.

Etap 1                         Etap II                         Etap III

Zadanie 18. (0-1) 

Określ typ reakcji (addycja, eliminacja, substytucja) oraz mechanizm (elektrofilowy, neuklofilowy, rodnikowy) reakcji oznaczonych na schemacie numerami 1 i 2. Uzupełnij tabelę.

………………………………………………………………………………………………………………………..

Poprawna Odpowiedź

Zadanie 17. (0-1)

Schemat punktowania

1p. – za poprawne podanie dwóch wzorów

0p. – za odpowiedź niepełną lub błędną lub brak odpowiedzi

Poprawna odpowiedź

Etap II

Uwaga: zdający może wskazać etap I jako wymagający dostarczenia energii.

Zadanie 18. (0-1)

Autor tekstu: Ewa