Radikalische Substitution

Die radikalische Substitution (SR) bezeichnet einen Reaktionsmechanismus in der organischen Chemie, bei dem in drei Teilschritten Halogene gespalten werden und anschließend H-Atome in einem Alkan ersetzen.
Die Radikalische Substitution teilt sich in drei Schritte: Man unterscheidet zwischen Startreaktion, Kettenreaktion und Abbruchreaktion:

Startreaktion

Als Edukte liegen ein Alkan und ein Halogenmolekül vor. Da die Substitution mit freien Radikalen erfolgen soll, muss das Halogenmolekül im ersten Schritt radikalisiert werden. Dies geschieht mit Hilfe von Licht.
Licht bestimmter Wellenlänge ist in der Lage Molekülverbindungen der Halogene zu spalten und somit zu radikalisieren. Es gilt:

Kettenfortpflanzung

Bei der Kettenfortpflanzung reagieren die einzelnen Radikale mit dem Alkan. Radikale sind hochreaktiv und demzufolge im Stande eine bestehende Verbindung aufzubrechen um selbst eine Bindung mit dieser
Verbindung einzugehen. Trifft ein Radikal auf das Alkan, so wird ein H-Atom aus der bestehenden Verbindung „herausgebrochen“ und das Radikal setzt sich an seine Stelle. Es gilt:

Man bezeichnet diese Reaktion als Kettenreaktion, da bei der Reaktion des Radikals ein weiteres Radikal frei wird. Zusätzlich zu dieser Kettenreaktion kann es auch bereits in diesem Schritt der radikalischen
Substitution zu Abbruchreaktionen kommen.

Abbruchreaktion

Nähert sich die Reaktion ihrem Ende, so sind vermehrt Radikale und kaum noch Alkane in ihrer Eduktform vorhanden. Es kommt also nun vermehrt zu Zusammenstößen zwischen den (verschiedenen) Radikalen.
In diesen Reaktionen wird kein weiteres Radikal frei, weshalb die Gesamtreaktion auf längere Sicht zum Erliegen kommt. Es gilt:

Beispiel: Zerstörung der Ozonschicht

Die Radikalische Substitution dient fast ausschließlich der Darstellung von Halogenalkanen aus Halogenen und Alkanen. Ein Alltagsbeispiel ist die Reaktion von Ozon mit Treibgasen:

Durch Lichteinflüsse wird Ozon gespalten:


Bevor sich die gespaltenen Teile jedoch zusammensetzen können gelangt bspw. Chlorgas in die Athmosphäre und wird vom Sauerstoffradikal attackiert. Das Chlormolekül wird gespalten und es entsteht ein
zusätzliches Chlorradikal, welches im Stande ist O₂ oder sogar O₃ Moleküle zu radikalisieren. Die Kettenreaktion beginnt also:


Schon während der Kettenreaktion kann es vereinzelt zu Abbruchreaktionen kommen. Diese werden gegen Ende der Reaktion immer häufiger (wobei es beim Beispiel Ozon so schnell kein Ende geben wird):