Механизми на химичните реакции в органичната химия. Класификация на органичните реакции и техните механизми

Има различни класификационни системи за органични реакции, които се основават на различни характеристики. Сред тях са следните класификации:

• от крайния резултат от реакцията, тоест промяна в структурата на субстрата;
• от механизъм на реакция, тоест по вида на разкъсването на връзката и вида на реагентите.

Веществата, които взаимодействат в органична реакция, се делят на реагентИ субстрат. В този случай се счита, че реагентът атакува субстрата.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

реагент- вещество, което действа върху обект - субстрат - и предизвиква изменение на химичната връзка в него. Реагентите се делят на радикални, електрофилни и нуклеофилни.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Субстрат, обикновено се счита за молекула, която осигурява въглероден атом за нова връзка.

КЛАСИФИКАЦИЯ НА РЕАКЦИИТЕ СПОРЕД КРАЙНИЯ РЕЗУЛТАТ (ПРОМЯНА В СТРУКТУРАТА НА СУБСТРАТА)

В органичната химия се разграничават четири вида реакции според крайния резултат и промяна в структурата на субстрата: добавяне, заместване, отделяне,или елиминиране(от английски да елиминирам- премахване, отцепване), и пренареждания (изомеризации)). Тази класификация е подобна на класификацията на реакциите в неорганичната химия според броя на първоначалните реагенти и получените вещества, със или без промяна в състава. Класификацията според крайния резултат се основава на формални критерии, тъй като стехиометричното уравнение по правило не отразява механизма на реакцията. Нека сравним видовете реакции в неорганичната и органичната химия.

Тип реакция в неорганичната химия	Пример	Тип реакция в органичната химия	Разнообразие и пример Реакции
1. Връзка	° С л2 + з2 = 2 H C l	Присъединяване чрез множество връзки	Хидрогениране
			Хидрохалогениране
			Халогениране
			Хидратация
2. Разлагане	2 з2 О=2 з2 + О2	Елиминиране	Дехидрогениране
			Дехидрохалогениране
			Дехалогениране
			Дехидратация
3. Заместване	Z n + 2 H C l =ZnCl2+H2	Заместване
4. Размяна (специален случай - неутрализация)	з2 С О4 + 2 N a O H=N a 2 S O 4 + 2 H 2 О	частен случай - естерификация
5. Алотропизация	графит ⇔ диамант Пчервен⇔ Пбяло P червено ⇔ P бяло Сромб.⇔ Спластмаса. Srhomb.⇔Пластичен	Изомеризация	Изомеризация алкани

н) без да ги заменяте с други.

В зависимост от това кои атоми се отцепват - съседни ° С–° Сили изолиран от два или три или повече въглеродни атома – ° С–C–C– ° С–, –° С–C–C–C– ° С–, съединения могат да образуват с множество облигациии или циклични съединения. Елиминирането на халогеноводороди от алкилхалогениди или вода от алкохоли става съгласно правилото на Зайцев.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Правилото на Зайцев: Водороден атом Н се отстранява от най-малко хидрогенирания въглероден атом.

Например, елиминирането на молекула бромоводород става от съседни атоми в присъствието на алкали, което води до образуването на натриев бромид и вода.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Прегрупиране- химическа реакция, която води до промяна в относителното разположение на атомите в молекулата, движението на множество връзки или промяна в тяхната множественост.

Пренареждането може да се извърши, като се запази атомният състав на молекулата (изомеризация) или се промени.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Изомеризация- специален случай на реакция на пренареждане, водеща до превръщането на химично съединение в изомер чрез структурна промяна във въглеродния скелет.

Пренареждането може да се извърши и чрез хомолитичен или хетеролитичен механизъм. Молекулните пренареждания могат да бъдат класифицирани по различни критерии, например по наситеността на системите, по естеството на мигриращата група, по стереоспецифичност и т.н. Много реакции на пренареждане имат специфични имена - пренареждане на Клайзен, пренареждане на Бекман и др.

Реакциите на изомеризация се използват широко в промишлени процеси, като рафиниране на петрол за повишаване на октановото число на бензина. Пример за изомеризация е трансформацията н-октан към изооктан:

КЛАСИФИКАЦИЯ НА ОРГАНИЧНИТЕ РЕАКЦИИ ПО ТИП РЕАГЕНТ

ИЗКЛЮЧВАНЕ

Разцепването на връзката в органичните съединения може да бъде хомолитично или хетеролитично.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Разцепване на хомолитична връзка- това е празнина, в резултат на която всеки атом получава несдвоен електрон и се образуват две частици, които имат сходна електронна структура - свободни радикали.

Хомолитичното прекъсване е характерно за неполярни или слабо полярнивръзки, като C–C, Cl–Cl, C–H, и изисква голямо количество енергия.

Получените радикали, които имат несдвоен електрон, са силно реактивни, поради което химичните процеси, протичащи с участието на такива частици, често са от „верижен“ характер, трудно се контролират и реакцията води до набор от заместващи продукти . Така, когато метанът се хлорира, заместващите продукти са хлорометан ° С з3 C l CH3CI, дихлорометан ° С з2 ° С л2 CH2CI2, хлороформ C H C л3 CHCI3и въглероден тетрахлорид C C л4 CCl4. Реакциите с участието на свободните радикали протичат чрез обменния механизъм на образуване на химични връзки.

Радикалите, образувани по време на такова разцепване на връзката, причиняват радикален механизъмхода на реакцията. Радикалните реакции обикновено възникват при повишени температури или радиация (например светлина).

Поради високата си реактивност, свободните радикали могат да имат отрицателно въздействие върху човешкото тяло, като разрушават клетъчните мембрани, засягат ДНК и причиняват преждевременно стареене. Тези процеси са свързани предимно с липидната пероксидация, т.е. разрушаването на структурата на полиненаситените киселини, които образуват мазнини вътре в клетъчната мембрана.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Разцепване на хетеролитична връзка- това е празнина, в която остава електронна двойка с по-електроотрицателен атом и се образуват две заредени частици - йони: катион (положителен) и анион (отрицателен).

В химичните реакции тези частици изпълняват функциите на " нуклеофили"("фил" - от гр. влюбен) И " електрофили", образувайки химическа връзка с партньора по реакцията според донорно-акцепторния механизъм. Нуклеофилните частици осигуряват електронна двойка за образуване на нова връзка. С други думи,

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Нуклеофил- богат на електрони химичен реагент, способен да взаимодейства със съединения с дефицит на електрони.

Примери за нуклеофили са всякакви аниони ( ° С л− , аз− , Н О− 3 Cl−,I−,NO3−и др.), както и съединения с несподелена електронна двойка ( н з3 , з2 О NH3, H2O).

Така, когато връзката се разкъса, могат да се образуват радикали или нуклеофили и електрофили. Въз основа на това възникват три механизма на органични реакции.

МЕХАНИЗМИ НА ОРГАНИЧНИТЕ РЕАКЦИИ

Механизъм на свободните радикали: реакцията започва от свободните радикали, образувани при хомолитична руптуравръзки в една молекула.

Най-типичният вариант е образуването на хлорни или бромни радикали по време на UV облъчване.

1. Заместване на свободните радикали

метан бромометан

Започване на веригата

Верижен растеж

Отворена верига

2. Добавяне на свободни радикали

етилен полиетилен

Електрофилен механизъм: реакцията започва с електрофилни частици, които в резултат получават положителен заряд хетеролитична руптуракомуникации. Всички електрофили са киселини на Луис.

Такива частици се образуват активно под въздействието на Люисови киселини, които засилват положителния заряд на частицата. Най-често се използва A l C л3 , F e C л3 , F e B r3 ,ZnC л2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2, изпълняващ функциите на катализатор.

Мястото на атака на електрофилната частица са онези части от молекулата, които имат повишена електронна плътност, т.е. множествената връзка и бензеновият пръстен.

Общата форма на реакциите на електрофилно заместване може да се изрази с уравнението:

1. Електрофилно заместване

бензен бромобензен

2. Електрофилна връзка

пропен 2-бромопропан

пропин 1,2-дихлоропропен

Добавянето към несиметрични ненаситени въглеводороди става в съответствие с правилото на Марковников.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Правилото на Марковников:добавяне към несиметрични алкени на молекули на сложни вещества с условна формула HX (където X е халогенен атом или хидроксилна група OH–), водородният атом се добавя към най-хидрогенирания (съдържащ най-много водородни атоми) въглероден атом при двойната връзка и X към най-малко хидрогенирания.

Например добавянето на хлороводород HCl към молекула пропен ° С з3 – C H = C з2 CH3–CH=CH2.

Реакцията протича по механизма на електрофилно присъединяване. Дължи се на електронодонорното влияние ° С з3 CH3-група, електронната плътност в молекулата на субстрата се измества към централния въглероден атом (индуктивен ефект), а след това по системата от двойни връзки - към крайния въглероден атом ° С з2 CH2-групи (мезомерен ефект). Така излишният отрицателен заряд се локализира точно върху този атом. Следователно атаката започва с водородния протон з+ H+, която е електрофилна частица. Образува се положително зареден карбенов йон [ ° С з3 – C H − C з3 ] + + , към който се добавя хлорният анион ° С л− Cl−.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Изключения от правилото на Марковников:реакцията на добавяне протича против правилото на Марковников, ако реакцията включва съединения, в които въглеродният атом, съседен на въглеродния атом на двойната връзка, частично абсорбира електронната плътност, т.е. в присъствието на заместители, които проявяват значителен ефект на изтегляне на електрони (–C C л3 , – C N , – CO O H(–CCl3,–CN,–COOHи т.н.).

Нуклеофилен механизъм: реакцията започва с образуващи се в резултат нуклеофилни частици с отрицателен заряд хетеролитична руптуракомуникации. Всички нуклеофили - Основите на Луис.

При нуклеофилни реакции реагентът (нуклеофил) има свободна двойка електрони на един от атомите и е неутрална молекула или анион ( H a л– , О з– , Р О− , Р С– , R C O О– , Р– , C N – , з2 O, R O H, N з3 , Р Н з2 Hal–,OH–,RO−,RS–,RCOO–,R–,CN–,H2O,ROH,NH3,RNH2и т.н.).

Нуклеофилът атакува атома в субстрата с най-ниска електронна плътност (т.е. с частичен или пълен положителен заряд). Първата стъпка в реакцията на нуклеофилно заместване е йонизацията на субстрата за образуване на карбокатион. В този случай се образува нова връзка поради електронната двойка на нуклеофила, а старата се подлага на хетеролитично разцепване, последвано от елиминиране на катиона. Пример за нуклеофилна реакция е нуклеофилното заместване (символ Сн SN) при наситен въглероден атом, например алкална хидролиза на бромо производни.

1. Нуклеофилно заместване

2. Нуклеофилно добавяне

етанал цианохидрин

източник http://foxford.ru/wiki/himiya

Реакциите на органичните вещества могат формално да бъдат разделени на четири основни типа: заместване, добавяне, елиминиране (елиминиране) и пренареждане (изомеризация). Очевидно е, че цялото разнообразие от реакции на органични съединения не може да бъде сведено до предложената класификация (например реакции на горене). Въпреки това, такава класификация ще помогне да се установят аналогии с реакциите, които се случват между неорганични вещества, които вече са ви познати.

Обикновено основното органично съединение, участващо в реакцията, се нарича субстрат, а другият компонент на реакцията обикновено се счита за реагент.

Реакции на заместване

Реакции на заместване- това са реакции, които водят до заместване на един атом или група от атоми в изходната молекула (субстрат) с други атоми или групи от атоми.

Реакциите на заместване включват наситени и ароматни съединения като алкани, циклоалкани или арени. Нека дадем примери за такива реакции.

Под въздействието на светлината водородните атоми в молекулата на метана могат да бъдат заменени с халогенни атоми, например с хлорни атоми:

Друг пример за заместване на водород с халоген е превръщането на бензен в бромобензен:

Уравнението за тази реакция може да бъде написано по различен начин:

При тази форма на писане реагентите, катализаторът и условията на реакцията се изписват над стрелката, а неорганичните продукти на реакцията се изписват под нея.

В резултат на реакциите заместванията в органичните вещества се образуват не прости и сложни вещества, както в неорганичната химия, и две сложни вещества.

Реакции на присъединяване

Реакции на присъединяване- това са реакции, в резултат на които две или повече молекули на реагиращи вещества се обединяват в една.

Ненаситени съединения като алкени или алкини претърпяват реакции на присъединяване. В зависимост от това коя молекула действа като реагент, се разграничават реакции на хидрогениране (или редукция), халогениране, хидрохалогениране, хидратиране и други реакции на присъединяване. Всеки от тях изисква определени условия.

1.Хидрогениране- реакция на добавяне на водородна молекула чрез множествена връзка:

2. Хидрохалогениране- реакция на добавяне на халогеноводород (хидрохлориране):

3. Халогениране- реакция на присъединяване на халоген:

4.Полимеризация- специален тип реакция на присъединяване, при която молекули на вещество с малко молекулно тегло се свързват помежду си, за да образуват молекули на вещество с много високо молекулно тегло - макромолекули.

Реакциите на полимеризация са процеси на комбиниране на много молекули от вещество с ниско молекулно тегло (мономер) в големи молекули (макромолекули) на полимер.

Пример за реакция на полимеризация е производството на полиетилен от етилен (етен) под действието на ултравиолетово лъчение и инициатор на радикална полимеризация R.

Ковалентната връзка, която е най-характерна за органичните съединения, се образува при припокриване на атомни орбитали и образуване на споделени електронни двойки. В резултат на това се образува обща за двата атома орбитала, в която се намира обща електронна двойка. Когато една връзка е прекъсната, съдбата на тези споделени електрони може да бъде различна.

Видове реактивни частици

Орбитала с несдвоен електрон, принадлежаща на един атом, може да се припокрива с орбитала на друг атом, който също съдържа несдвоен електрон. В този случай се образува ковалентна връзка съгласно обменния механизъм:

Обменният механизъм за образуване на ковалентна връзка се осъществява, ако се образува обща електронна двойка от несдвоени електрони, принадлежащи на различни атоми.

Процесът, противоположен на образуването на ковалентна връзка чрез обменния механизъм, е разцепването на връзката, при което един електрон се губи за всеки атом (). В резултат на това се образуват две незаредени частици, които имат несдвоени електрони:

Такива частици се наричат ​​свободни радикали.

Свободни радикали- атоми или групи от атоми, които имат несдвоени електрони.

Свободни радикални реакции- това са реакции, протичащи под въздействието и с участието на свободните радикали.

В курса на неорганичната химия това са реакциите на водород с кислород, халогени и реакции на горене. Реакциите от този тип се характеризират с висока скорост и отделяне на големи количества топлина.

Ковалентна връзка може да се образува и чрез донорно-акцепторен механизъм. Една от орбиталите на атом (или анион), който има несподелена двойка електрони, се припокрива с незаетата орбитала на друг атом (или катион), който има незаета орбитала, и се образува ковалентна връзка, например:

Разкъсването на ковалентна връзка води до образуването на положително и отрицателно заредени частици (); тъй като в този случай и двата електрона от обща електронна двойка остават с един от атомите, другият атом има незапълнена орбитала:

Нека разгледаме електролитната дисоциация на киселини:

Може лесно да се предположи, че частица, която има несподелена електронна двойка R: -, т.е. отрицателно зареден йон, ще бъде привлечена от положително заредени атоми или от атоми, върху които има поне частичен или ефективен положителен заряд.
Частици с несподелени двойки електрони се наричат нуклеофилни агенти (ядро- „ядро“, положително заредена част от атом), т.е. „приятели“ на ядрото, положителен заряд.

Нуклеофили(не) - аниони или молекули, които имат несподелена електронна двойка, които взаимодействат с части от молекулите, които имат ефективен положителен заряд.

Примери за нуклеофили: Cl - (хлориден йон), OH - (хидроксиден анион), CH 3 O - (метоксиден анион), CH 3 COO - (ацетатен анион).

Частиците, които имат незапълнена орбитала, напротив, ще се стремят да я запълнят и следователно ще бъдат привлечени от части от молекулите, които имат повишена електронна плътност, отрицателен заряд и несподелена електронна двойка. Те са електрофили, „приятели” на електрона, отрицателен заряд или частици с повишена електронна плътност.

Електрофили- катиони или молекули, които имат незапълнена електронна орбитала, стремейки се да я запълнят с електрони, тъй като това води до по-благоприятна електронна конфигурация на атома.

Нито една частица не е електрофил с незапълнена орбитала. Например, катионите на алкални метали имат конфигурация на инертни газове и не са склонни да придобиват електрони, тъй като имат ниска електронен афинитет.
От това можем да заключим, че въпреки наличието на незапълнена орбитала, такива частици няма да бъдат електрофили.

Основни механизми на реакция

Идентифицирани са три основни типа реагиращи частици - свободни радикали, електрофили, нуклеофили - и три съответни типа реакционни механизми:

• свободен радикал;
• електрофилен;
• нулевофилен.

В допълнение към класифицирането на реакциите според вида на реагиращите частици, в органичната химия се разграничават четири вида реакции според принципа на промяна на състава на молекулите: добавяне, заместване, отделяне или елиминиране (от англ. да се елиминирам- премахване, отцепване) и пренареждане. Тъй като добавянето и заместването могат да възникнат под влиянието и на трите вида реактивни видове, могат да бъдат разграничени няколко основенмеханизми на реакциите.

Освен това ще разгледаме реакциите на елиминиране, които се случват под въздействието на нуклеофилни частици - бази.
6. Елиминиране:

Отличителна черта на алкените (ненаситени въглеводороди) е способността им да претърпяват реакции на присъединяване. Повечето от тези реакции протичат по механизма на електрофилно присъединяване.

Хидрохалогениране (добавяне на халоген водород):

Когато халогеноводород се добави към алкен водородът се добавя към по-хидрогенирания въглероден атом, т.е. атомът, при който има повече атоми водород, а халоген - към по-малко хидрогенирани.

Образува се при припокриване на атомни орбитали и образуване на споделени електронни двойки. В резултат на това се образува обща за двата атома орбитала, която съдържа обща двойка електрони. Когато една връзка е прекъсната, съдбата на тези споделени електрони може да бъде различна.

Обменен механизъм на образуване на ковалентна връзка. Разцепване на хомолитична връзка

Орбитала с несдвоен електрон, принадлежаща на един атом, може да се припокрива с орбитала на друг атом, който също съдържа несдвоен електрон. В този случай се образува ковалентна връзка съгласно обменния механизъм:

N· + ·N -> N: N или N-N

Обменният механизъм за образуване на ковалентна връзка се осъществява, ако се образува обща електронна двойка от несдвоени електрони, принадлежащи на различни атоми.

Процесът, противоположен на образуването на ковалентна връзка чрез обменния механизъм, е разцепването на връзката, при което се губи по един електрон за всеки атом. В резултат на това се образуват две незаредени частици, които имат несдвоени електрони:

Такива частици се наричат ​​свободни радикали.

Свободни радикали- атоми или групи от атоми, които имат несдвоени електрони.

Механизмът на разцепване на ковалентната връзка, при който се образуват свободни радикали, се нарича хемолитична или хомолиза (хомо - идентична, т.е. този тип разцепване на връзката води до образуването на идентични частици).

Реакциите, протичащи под въздействието и с участието на свободните радикали, се наричат свободни радикални реакции.

Хидроксилният анион се привлича към въглеродния атом (атакува въглеродния атом), върху който е концентриран частичният положителен заряд, и замества бромния или по-точно бромидния анион.

В молекулата на 1-хлоропропан електронната двойка в C-Cl връзката е изместена към хлорния атом поради по-голямата му електроотрицателност. В този случай въглеродният атом, който е получил частичен положителен заряд (§+), привлича електрони от свързания въглероден атом, който от своя страна от следното:

По този начин индуктивният ефект се предава през веригата, но бързо избледнява: практически не се наблюдава след три st-връзки.

Нека разгледаме друга реакция - добавянето на бромоводород към етена:

CH2=CH2 + HBr -> CH3-CH2Br

В началния етап на тази реакция към молекула, съдържаща множествена връзка, се добавя водороден катион:

CH2=CH2 + H+ -> CH2-CH3

Електроните на n-връзката се изместват към един въглероден атом, а съседният има положителен заряд, незапълнена орбитала.

Стабилността на такива частици се определя от това колко добре е компенсиран положителният заряд на въглеродния атом. Тази компенсация възниква поради изместване на електронната плътност на a-връзката към положително заредения въглероден атом, т.е. положителен индуктивен ефект (+1).

Групата от атоми, в този случай метиловата група, от която се извлича електронната плътност, има донорен ефект, който се обозначава с +1.

Мезомерен ефект. Има и друг начин, по който някои атоми или групи влияят на други - мезомерният ефект или ефектът на конюгиране.

Помислете за молекулата 1,3 бутадиен:

CH2=CH CH=CH2

Оказва се, че двойните връзки в тази молекула не са просто две двойни връзки! Тъй като са наблизо, има припокриване П-връзки, включени в съседни двойни връзки, и се образува обща връзка за всичките четири въглеродни атома П- електронен облак. В този случай системата (молекулата) става по-стабилна. Това явление се нарича конюгация (в този случай П - П- сдвояване).

Допълнителното припокриване, конюгирането на n-връзки, разделени от една o-връзка, води до тяхното „осредняване“. Централната проста връзка придобива частично "двоен" характер, става по-силна и по-къса, а двойните връзки стават донякъде отслабени и удължени.

Друг пример за конюгация е ефектът на двойна връзка върху атом, който има несподелена двойка електрони.

Така например, когато карбоксилна киселина се дисоциира, несподелената електронна двойка остава върху кислородния атом:

Това води до повишаване на стабилността на аниона, образуван по време на дисоциацията, и увеличаване на силата на киселината.

Промяната в електронната плътност в конюгирани системи, включващи n-връзки или несподелени електронни двойки, се нарича мезомерен ефект (М).

Основни механизми на реакция

Идентифицирахме три основни типа реагиращи частици - свободни радикали, електрофили, нуклеофили и три съответни типа реакционни механизми:

Свободни радикали;
електрофилен;
нуклеофилни.

В допълнение към класифицирането на реакциите според вида на реагиращите частици, в органичната химия има четири вида реакции, основани на принципа на промяна на състава на молекулите: добавяне, заместване, елиминиране или елиминиране (от английски to елиминира - премахване, разделяне изключено) и пренареждане. Тъй като добавянето и заместването могат да възникнат под въздействието и на трите типа реактивни частици, могат да се разграничат няколко основни реакционни механизма.

Освен това ще разгледаме реакциите на елиминиране, които протичат под въздействието на нуклеофилни частици - основи.

1. Какво представляват хомолитичното и хетеролитичното разцепване на ковалентна връзка? За какви механизми на образуване на ковалентна връзка са характерни?

2. Какво се нарича електрофили и нуклеофили? Дайте примери за тях.

3. Какви са разликите между мезомерните и индуктивните ефекти? Как тези явления илюстрират позицията на теорията на А. М. Бутлеров за структурата на органичните съединения за взаимното влияние на атомите в молекулите на органичните вещества?

4. В светлината на концепциите за индуктивни и мезомерни ефекти, разгледайте взаимното влияние на атомите в молекулите:

Подкрепете заключенията си с примери за уравнения на химични реакции.

Съдържание на урока бележки към уроцитеподдържаща рамка презентация урок методи ускорение интерактивни технологии Практикувайте задачи и упражнения самопроверка работилници, обучения, казуси, куестове домашна работа въпроси за дискусия риторични въпроси от ученици Илюстрации аудио, видео клипове и мултимедияснимки, картинки, графики, таблици, диаграми, хумор, анекдоти, вицове, комикси, притчи, поговорки, кръстословици, цитати Добавки резюметастатии трикове за любознателните ясли учебници основен и допълнителен речник на термините други Подобряване на учебниците и уроцитекоригиране на грешки в учебникаактуализиране на фрагмент в учебник, елементи на иновация в урока, замяна на остарели знания с нови Само за учители перфектни уроцикалендарен план за годината методически препоръки дискусионни програми Интегрирани уроци

CH 3 -CH 3 + Cl 2 – (hv) ---- CH 3 -CH 2 Cl + HCl

C 6 H 5 CH 3 + Cl 2 --- 500 C --- C 6 H 5 CH 2 Cl + HCl

Реакции на присъединяване

Такива реакции са типични за органични съединения, съдържащи множество (двойни или тройни) връзки. Реакциите от този тип включват реакции на присъединяване на халогени, халогеноводороди и вода към алкени и алкини

CH 3 -CH=CH 2 + HCl ---- CH 3 -CH(Cl)-CH 3

Елиминационни реакции

Това са реакции, които водят до образуването на множество връзки. При елиминиране на халогеноводороди и вода се наблюдава известна селективност на реакцията, описана от правилото на Зайцев, според което водороден атом се елиминира от въглеродния атом, при който има по-малко водородни атоми. Примерна реакция

CH3-CH(Cl)-CH 2 -CH 3 + KOH → CH 3 -CH=CH-CH 3 + HCl

Полимеризация и поликондензация

n(CH 2 =CHCl)  (-CH 2 -CHCl)n

Редокс

Най-интензивната от окислителните реакции е горенето, реакция, характерна за всички класове органични съединения. В този случай, в зависимост от условията на горене, въглеродът се окислява до C (сажди), CO или CO 2, а водородът се превръща във вода. За органичните химици обаче окислителните реакции, извършвани при много по-меки условия от горенето, представляват голям интерес. Използвани окислители: разтвори на Br2 във вода или Cl2 в CCl4; KMnO 4 във вода или разредена киселина; меден оксид; прясно утаени сребърни (I) или медни (II) хидроксиди.

3C 2 H 2 + 8KMnO 4 +4H 2 O→3HOOC-COOH + 8MnO 2 + 8KOH

Естерификация (и нейната реакция на обратна хидролиза)

R 1 COOH + HOR 2 H+  R 1 COOR 2 + H 2 O

Циклодобавка

Y R Y-R

‖ + ‖ → ǀ ǀ

R Y R-Y

‖ + →

11. Класификация на органичните реакции по механизъм. Примери.

Механизмът на реакцията включва подробно описание стъпка по стъпка на химичните реакции. В същото време се установява кои ковалентни връзки се разкъсват, в какъв ред и по какъв начин. Образуването на нови връзки по време на реакционния процес също е внимателно описано. Когато разглеждате механизма на реакцията, първо обърнете внимание на метода за разкъсване на ковалентната връзка в реагиращата молекула. Има два такива начина - хомолитичен и хетеролитичен.

Радикални реакциипротича чрез хомолитично (радикално) разцепване на ковалентна връзка:

Неполярните или нискополярните ковалентни връзки (C–C, N–N, C–H) претърпяват радикално разцепване при високи температури или под въздействието на светлина. Въглеродът в радикала CH 3 има 7 външни електрона (вместо стабилна октетна обвивка в CH 4). Радикалите са нестабилни; те са склонни да уловят липсващия електрон (до двойка или до октет). Един от начините за образуване на стабилни продукти е димеризацията (комбинацията от два радикала):

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,

N + N N : Н.

Радикални реакции - това са например реакции на хлориране, бромиране и нитриране на алкани:

Йонни реакции възникват при разцепване на хетеролитична връзка. В този случай междинно се образуват краткотрайни органични йони - карбокатиони и карбаниони - със заряд на въглеродния атом. При йонните реакции свързващата електронна двойка не се разделя, а преминава изцяло към един от атомите, превръщайки го в анион:

Силно полярните (H–O, C–O) и лесно поляризуемите (C–Br, C–I) връзки са склонни към хетеролитично разцепване.

Разграничете нуклеофилни реакции (нуклеофил– търси ядрото, място с липса на електрони) и електрофилни реакции (електрофил– търсене на електрони). Твърдението, че дадена реакция е нуклеофилна или електрофилна, винаги се отнася до реагента. реагент– участващо в реакцията вещество с по-проста структура. Субстрат– изходно вещество с по-сложна структура. Изходяща групае заменим йон, който е свързан с въглерод. Реакционен продукт– ново вещество, съдържащо въглерод (написано от дясната страна на уравнението на реакцията).

ДА СЕ нуклеофилни реагенти(нуклеофилите) включват отрицателно заредени йони, съединения с несподелени двойки електрони, съединения с двойни въглерод-въглеродни връзки. ДА СЕ електрофилни реагенти(електрофили) включват положително заредени йони, съединения с незапълнени електронни обвивки (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), съединения с карбонилни групи, халогени. Електрофилите са всеки атом, молекула или йон, способни да добавят двойка електрони в процеса на образуване на нова връзка. Движещата сила на йонните реакции е взаимодействието на противоположно заредени йони или фрагменти от различни молекули с частичен заряд (+ и –).

Примери за различни видове йонни реакции.

Нуклеофилно заместване :

Електрофилно заместване :

Нуклеофилно добавяне (CN – се добавя първо, след това H +):

Електрофилна връзка (H + се добавя първо, след това X –):

Елиминиране чрез действието на нуклеофили (бази) :

Елиминиране при действие електрофили (киселини) :

Име на параметъра	Значение
Тема на статията:	Механизми на органичните реакции
Рубрика (тематична категория)	образование

Класификация на реакциите

Има четири основни типа реакции, в които участват органичните съединения: заместване (изместване), добавяне, елиминиране (елиминиране), пренареждане.

3.1 Реакции на заместване

При първия тип реакция заместването обикновено се случва при въглероден атом, но заместеният атом трябва да бъде водороден атом или някакъв друг атом или група от атоми. При електрофилно заместване най-често се замества водородният атом; Пример е класическото ароматно заместване:

При нуклеофилно заместване най-често се замества не водородният атом, а други атоми, например:

NC - + R−Br → NC−R +BR -

3.2 Реакции на присъединяване

Реакциите на присъединяване могат също да бъдат електрофилни, нуклеофилни или радикални въз основа на вида на видовете, иницииращи процеса. Прикрепването към обикновените въглерод-въглерод двойни връзки обикновено се индуцира от електрофил или радикал. Например добавянето на HBr

може да започне с атака на двойната връзка от H+ протона или Br· радикала.

3.3 Реакции на елиминиране

Реакциите на елиминиране са по същество обратни на реакциите на добавяне; Най-често срещаният тип такава реакция е елиминирането на водороден атом и друг атом или група от съседни въглеродни атоми, за да се образуват алкени:

3.4 Реакции на пренареждане

Пренарежданията могат да възникнат и чрез междинни съединения, които са катиони, аниони или радикали; Най-често тези реакции протичат с образуването на карбокатиони или други частици с дефицит на електрони. Пренарежданията могат да включват значително преструктуриране на въглеродния скелет. Самият етап на пренареждане в такива реакции често е последван от етапи на заместване, добавяне или елиминиране, водещи до образуването на стабилен краен продукт.

Подробно описание на химическа реакция по етапи обикновено се нарича механизъм. От електронна гледна точка механизмът на химическа реакция се разбира като метод за разкъсване на ковалентни връзки в молекулите и последователността от състояния, през които преминават реагиращите вещества, преди да станат продукти на реакцията.

4.1 Свободнорадикални реакции

Свободнорадикалните реакции са химични процеси, в които участват молекули с несдвоени електрони. Някои аспекти на реакциите на свободните радикали са уникални в сравнение с други видове реакции. Основната разлика е, че много реакции на свободните радикали са верижни реакции. Това означава, че има механизъм, чрез който много молекули се превръщат в продукт чрез повтарящ се процес, иницииран от създаването на единичен реактивен вид. Типичен пример е илюстриран с помощта на следния хипотетичен механизъм:

Етапът, на който се генерира реакционният междинен продукт, в този случай А·, обикновено се нарича иницииране. Този етап протича при високи температури, под въздействието на UV или пероксиди, в неполярни разтворители. Следващите четири уравнения в този пример повтарят последователността от две реакции; те представляват фазата на развитие на веригата. Верижните реакции се характеризират с дължината на веригата, която съответства на броя на етапите на развитие на начален етап. Вторият етап протича с едновременния синтез на съединението и образуването на нов радикал, който продължава веригата от трансформации. Последният етап е етапът на прекъсване на веригата, който включва всяка реакция, при която един от реакционните междинни продукти, необходими за прогресирането на веригата, се унищожава. Колкото повече са етапите на прекъсване на веригата, толкова по-къса става дължината на веригата.

Свободнорадикалните реакции протичат: 1) на светлина, при високи температури или в присъствието на радикали, които се образуват при разлагането на други вещества; 2) инхибира се от вещества, които лесно реагират със свободните радикали; 3) възникват в неполярни разтворители или в парна фаза; 4) често имат автокаталитичен и индукционен период преди началото на реакцията; 5) кинетично са верижни.

Реакциите на радикално заместване са характерни за алканите, а реакциите на радикално присъединяване са характерни за алкените и алкините.

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

CH 3 -CH=CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 -CH 2 Br

CH3-C≡CH + HCl → CH3-CH=CHCl

Свързването на свободните радикали помежду си и прекъсването на веригата става главно по стените на реактора.

4.2 Йонни реакции

Реакции, при които възниква хетеролитиченразкъсването на връзките и образуването на междинни частици от йонен тип се наричат ​​йонни реакции.

Йонните реакции протичат: 1) в присъствието на катализатори (киселини или основи и не се влияят от светлина или свободни радикали, по-специално тези, произтичащи от разлагането на пероксиди); 2) не се влияят от ловчи на свободни радикали; 3) природата на разтворителя влияе върху протичането на реакцията; 4) рядко се срещат в парната фаза; 5)кинетично те са главно реакции от първи или втори ред.

Въз основа на естеството на реагента, действащ върху молекулата, йонните реакции се разделят на електрофиленИ нуклеофилни. Реакциите на нуклеофилно заместване са характерни за алкил и арил халиди,

CH 3 Cl + H 2 O → CH 3 OH + HCl

C 6 H 5 -Cl + H 2 O → C 6 H 5 -OH + HCl

C 2 H 5 OH + HCl → C 2 H 5 Cl + H 2 O

C 2 H 5 NH 2 + CH 3 Cl → CH 3 -NH-C 2 H 5 + HCl

електрофилно заместване – за алкани в присъствието на катализатори

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH(CH 3)-CH 2 -CH 3

и арени.

C 6 H 6 + HNO 3 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O

Реакциите на електрофилно присъединяване са характерни за алкените

CH 3 -CH=CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 2 Br

и алкини,

CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl

нуклеофилно присъединяване – за алкини.

CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C(OC 2 H 5) = CH 2

Механизми на органичните реакции - понятие и видове. Класификация и особености на категорията "Механизми на органичните реакции" 2017, 2018.