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20.24 : 烯烃的自由基反马尔可夫尼科夫加成:热力学

卤化氢与烯烃的反马可夫尼科夫加成反应仅在 HBr 下才在热力学上可行。 与其他卤化氢(如 HCl 和 HI)的自由基加成反应在热力学上是不利的。

Figure1

热力学因素

温度影响反应的自发性,可以根据吉布斯自由能 ΔG 的变化来评估。 如果吉布斯自由能的变化 ΔG 为负,则反应自发发生。 如下所示,ΔG 可以直接根据 ΔH 和 −TΔS 这两项的值来计算。

Figure2

HBr 反马尔可夫尼科夫加成的热力学可行性可以从自由基机理中涉及的每个增长步骤(propagation step)来预测。

在自由基反应的第一个增长步骤中,∆G 符号由焓项和熵项之间的竞争决定。 在较低温度下,HBr 和 HCl 的自由基加成在焓项中占主导地位。 因此,ΔG 为负,表明该反应在热力学上是有利的。 然而,在高温下,该反应是吸热的并且在热力学上是不利的。 相反,对于 HI,无论温度如何,焓和熵项均为正值。 结果,ΔG 变为正值,表明该反应在热力学上是不利的。

在第二个增长步骤中,由于反应物和产物分子的数量相等,熵项接近于零,这意味着 ∆G 符号取决于焓项。 由于 HBr 和 HI 中的焓项占主导地位,因此该反应是放热反应,在热力学上是有利的。 然而,对于 HCl,∆G 为正,这意味着该反应是吸热反应,在热力学上是不利的。

总之,只有 HBr 反应中的两个增长步骤在热力学上是有利的。

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Anti Markovnikov AdditionHydrogen HalidesHBrHClHIThermodynamic FeasibilityGibbs Free EnergyEnthalpyEntropyRadical MechanismReaction SpontaneityExothermic ReactionEndothermic ReactionThermal Factors

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