Radikaali (kemia)

Wikipedia

Radikaali on atomi tai molekyyli, jolla on pariton määrä elektroneja (yleensä seitsemän) uloimmalla elektronikuorella^[1] ja siten pariton elektroni. Paritonta elektronia merkitään pisteellä, esimerkiksi ·CH₃ tai Cl·. Radikaalit reagoivat yleensä herkästi, koska ne pyrkivät täydentämään uloimman elektronikuorensa. Radikaaleilla on suuri merkitys muun muassa palamisessa, polymeroinnissa, ilmakehän reaktioissa ja monissa biokemiallisissa ilmiöissä.

Radikaaleista käytetään myös nimeä vapaat radikaalit, sillä aikaisemmin radikaali on tarkoittanut molekyyliin sitoutunutta kemiallista ryhmää. Nykyään on kuitenkin IUPAC:n mukaan suositeltavaa puhua esimerkiksi vinyyliradikaalin sijaan vinyyliryhmästä.^[2]

[muokkaa] Reaktiot

Radikaalin substituutioreaktiossa lähtöaineradikaali ottaa vastaan atomin molekyyliltä, josta muodostuu uusi radikaali.^[1]

Radikaali voi myös additioreagoida, jolloin se liittyy alkeenin kaksoissidoksen yhteen elektroniin, ja lopputuotteestakin tulee radikaali.^[1]

[muokkaa] Radikaaliketjureaktiot

Radikaaliketjureaktiossa yhden radikaalin syntyminen saa aikaan suuren määrän reaktioita. Tunnettu radikaalimekanismilla etenevä reaktiotyyppi on alkaanin halogenointi, esimerkiksi metaanin klooraus. Tästä ketjureaktiosta voidaan erottaa kolme vaihetta.

Aloitusvaiheessa kloorimolekyyli hajoaa ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta homolyyttisesti kahdeksi radikaaliksi:

Cl₂ → 2 Cl·.

Etenemisvaiheessa klooriradikaali sitoutuu radikaalisubstituutioreaktiolla metaanin vetyatomin kanssa synnyttäen metyyliradikaalin. Metyyliradikaali voi reagoida kloorimolekyylin kanssa.

CH₄ + Cl· → ·CH₃ + HCl

·CH₃ + Cl₂ → CH₃Cl + Cl·

Näissä reaktioissa syntyy metyylikloridia mutta klooriradikaaleja ei kulu. Radikaalit voivat reagoida uudestaan, joten on syntynyt ketjureaktio. Klooriatomit voivat reagoida myös metyylikloridimolekyylien kanssa. Tällöin muodostuu dikloorimetaania (CH₂Cl₂), joka voi reagoida edelleen klooriatomien kanssa. Yhdestä kloorimolekyylistä lähtenyt ketjureaktio etenee keskimäärin noin 10 000 kierrosta ennen päättymistään.

Päätösvaiheessa kaksi radikaalia päättää ketjureaktion reagoimalla keskenään:

Cl· + Cl· → Cl₂

·CH₃ + Cl· → CH₃Cl

·CH₃ + ·CH₃ → C₂H₆.

Kloorimolekyylin syntymiseen tarvitaan kolmas kappale, joka ottaa vastaan ylimääräisen energian. Viimeisessä reaktiossa syntyy sivutuotetta etaania. Varsinaisia tuotteita metaanin kloorauksessa ovat CH₃Cl, CH₂Cl₂, CHCl₃ ja CCl₄. Tuoteseoksen koostumukseen vaikuttavat olosuhteet ja lähtöaineiden suhteelliset määrät.^[3]

[muokkaa] Lähteet

1. ↑ ^{1,0 1,1 1,2} John McMurry: Organic Chemistry (5th edition), s. 155,156. Brooks/Cole, 2000. ISBN 0-534-37366-6. (englanniksi)
2. ↑ IUPAC Gold Book. Luettu 26.1.2007.
3. ↑ Streitwieser, Heathcock & Kosower: Introduction to Organic Chemistry, s. 105–106. Prentice Hall, 1998. ISBN 0-13-973850-9. (englanniksi)