Mehanizmi hemijskih reakcija u organskoj hemiji. Klasifikacija organskih reakcija i njihovi mehanizmi

Postoje različiti sistemi klasifikacije za organske reakcije, koji se zasnivaju na različitim karakteristikama. Među njima su sljedeće klasifikacije:

• By konačni rezultat reakcije, odnosno promjena u strukturi supstrata;
• By mehanizam reakcije, odnosno po vrsti raskida veze i vrsti reagensa.

Supstance koje djeluju u organskoj reakciji se dijele na reagens I supstrat. U ovom slučaju, smatra se da reagens napada supstrat.

DEFINICIJA

Reagens- supstanca koja deluje na predmet - supstrat - i izaziva promenu hemijske veze u njemu. Reagensi se dijele na radikalne, elektrofilne i nukleofilne.

DEFINICIJA

Supstrat, općenito se smatra molekulom koja osigurava atom ugljika za novu vezu.

KLASIFIKACIJA REAKCIJA PREMA KONAČNOM REZULTATU (PROMENA STRUKTURE PODLOGE)

U organskoj hemiji razlikuju se četiri tipa reakcija prema konačnom rezultatu i promjeni strukture supstrata: dodavanje, zamjena, odvajanje, ili eliminacija(sa engleskog eliminisati- ukloniti, odvojiti) i rearanžiranja (izomerizacije)). Ova klasifikacija je slična klasifikaciji reakcija u neorganskoj hemiji prema broju početnih reagensa i nastalih supstanci, sa ili bez promene sastava. Klasifikacija prema konačnom rezultatu zasniva se na formalnim kriterijumima, budući da stehiometrijska jednačina, po pravilu, ne odražava mehanizam reakcije. Uporedimo vrste reakcija u neorganskoj i organskoj hemiji.

Vrsta reakcije u neorganskoj hemiji	Primjer	Vrsta reakcije u organskoj hemiji	Raznolikost i primjer Reakcije
1. Povezivanje	C l2 + H2 = 2 H C l	Spajanje putem više veza	Hidrogenacija
			Hidrohalogenacija
			Halogenacija
			Hidratacija
2. Razgradnja	2 H2 O=2 H2 + O2	Eliminacija	Dehidrogenacija
			Dehidrohalogenacija
			Dehalogenacija
			Dehidracija
3. Zamjena	Z n + 2 H C l =ZnCl2+H2	Zamjena
4. Razmjena (poseban slučaj - neutralizacija)	H2 S O4 + 2 N a O H=N a 2 S O 4 + 2 H 2 O	poseban slučaj - esterifikacija
5. Alotropizacija	grafit ⇔ dijamant Pcrvena⇔ Pbijela P crveno ⇔ P bijelo Srhombus.⇔ Splast. Srhomb.⇔Splastic	Izomerizacija	Izomerizacija alkani

n) bez zamjene drugima.

U zavisnosti od toga koji se atomi odvajaju - susjedni C–C ili izolovani sa dva ili tri ili više atoma ugljika – C–C–C– C–, –C–C–C–C– C–, spojevi se mogu formirati sa višestruke obveznice i ili ciklična jedinjenja. Eliminacija halogenovodonika iz alkil halogenida ili vode iz alkohola odvija se prema Zajcevovom pravilu.

DEFINICIJA

Zajcevovo pravilo: Atom vodonika H je uklonjen sa najmanje hidrogeniranog atoma ugljika.

Na primjer, eliminacija molekula bromovodonika se događa iz susjednih atoma u prisustvu lužine, što rezultira stvaranjem natrijum bromida i vode.

DEFINICIJA

Pregrupisavanje- hemijska reakcija koja rezultira promjenom relativnog rasporeda atoma u molekuli, kretanjem višestrukih veza ili promjenom njihove višestrukosti.

Preuređenje se može izvršiti uz zadržavanje atomskog sastava molekula (izomerizacija) ili njegovo mijenjanje.

DEFINICIJA

Izomerizacija- poseban slučaj reakcije preraspodjele koja dovodi do transformacije kemijskog spoja u izomer kroz strukturnu promjenu u ugljičnom skeletu.

Preuređenje se također može dogoditi homolitičkim ili heterolitičkim mehanizmom. Molekularna preuređivanja se mogu klasifikovati prema različitim kriterijumima, na primer, po zasićenosti sistema, po prirodi migrirajuće grupe, po stereospecifičnosti itd. Mnoge reakcije preuređivanja imaju specifične nazive - Claisenovo preuređenje, Beckmannovo preuređenje itd.

Reakcije izomerizacije se široko koriste u industrijskim procesima, kao što je rafinacija nafte za povećanje oktanskog broja benzina. Primjer izomerizacije je transformacija n-oktan u izooktan:

KLASIFIKACIJA ORGANSKIH REAKCIJA PREMA VRSTI REAGENSA

ISKLJUČIVANJE

Cepanje veze u organskim jedinjenjima može biti homolitičko ili heterolitičko.

DEFINICIJA

Cepanje homolitičke veze- ovo je jaz zbog kojeg svaki atom prima nespareni elektron i formiraju se dvije čestice koje imaju sličnu elektronsku strukturu - slobodno radikali.

Homolitički prekid je karakterističan za nepolarne ili slabo polarne veze, kao što su C–C, Cl–Cl, C–H, i zahtijeva veliku količinu energije.

Nastali radikali, koji imaju nespareni elektron, su visoko reaktivni, pa su hemijski procesi koji se odvijaju uz učešće takvih čestica često „lančane“ prirode, teško ih je kontrolisati, a reakcija rezultira skupom supstitucijskih proizvoda. . Dakle, kada se metan hlorira, supstitucijski produkti su klorometan C H3 C l CH3Cl, dihlorometan C H2 C l2 CH2Cl2, hloroform C H C l3 CHCl3 i ugljen-tetrahlorid C C l4 CCl4. Reakcije koje uključuju slobodne radikale odvijaju se kroz razmjenski mehanizam stvaranja hemijskih veza.

Radikali nastali tokom takvog cijepanja veze uzrokuju radikalni mehanizam tok reakcije. Radikalne reakcije se obično javljaju na povišenim temperaturama ili zračenju (npr. svjetlost).

Zbog svoje visoke reaktivnosti, slobodni radikali mogu negativno uticati na ljudski organizam, uništavajući ćelijske membrane, utičući na DNK i izazivajući prerano starenje. Ovi procesi su povezani prvenstveno s peroksidacijom lipida, odnosno uništavanjem strukture višestruko nezasićenih kiselina koje stvaraju mast unutar ćelijske membrane.

DEFINICIJA

Heterolitičko cijepanje veze- ovo je jaz u kojem ostaje elektronski par sa elektronegativnijim atomom i formiraju se dvije nabijene čestice - joni: kation (pozitivan) i anion (negativni).

U hemijskim reakcijama ove čestice obavljaju funkcije " nukleofili"("phil" - od gr. biti zaljubljen) I " elektrofili“, formirajući hemijsku vezu sa reakcionim partnerom prema mehanizmu donor-akceptor. Nukleofilne čestice daju elektronski par za formiranje nove veze. Drugim riječima,

DEFINICIJA

Nukleofil- hemijski reagens bogat elektronima sposoban za interakciju sa jedinjenjima s nedostatkom elektrona.

Primjeri nukleofila su bilo koji anjoni ( C l− , I− , N O− 3 Cl−,I−,NO3− itd.), kao i jedinjenja koja imaju usamljeni elektronski par ( N H3 , H2 O NH3,H2O).

Dakle, kada je veza prekinuta, mogu se formirati radikali ili nukleofili i elektrofili. Na osnovu toga se javljaju tri mehanizma organskih reakcija.

MEHANIZMI ORGANSKIH REAKCIJA

Mehanizam slobodnih radikala: reakciju pokreću slobodni radikali nastali kada homolitička ruptura veze u molekulu.

Najtipičnija opcija je stvaranje radikala hlora ili broma tokom UV zračenja.

1. Zamjena slobodnih radikala

metan bromometan

Inicijacija lanca

Lančani rast

Otvoreno kolo

2. Dodatak slobodnih radikala

eten polietilen

Elektrofilni mehanizam: reakcija počinje s elektrofilnim česticama koje kao rezultat dobivaju pozitivan naboj heterolitička ruptura komunikacije. Svi elektrofili su Lewisove kiseline.

Takve čestice se aktivno formiraju pod uticajem Lewisove kiseline, koji pojačavaju pozitivni naboj čestice. Najčešće se koristi A l C l3 , F e C l3 , F e B r3 ,ZnC l2 AlCl3,FeCl3,FeBr3,ZnCl2, obavljajući funkciju katalizatora.

Mjesto napada elektrofilne čestice su oni dijelovi molekula koji imaju povećanu gustoću elektrona, odnosno višestruku vezu i benzenski prsten.

Opšti oblik reakcija elektrofilne supstitucije može se izraziti jednadžbom:

1. Elektrofilna supstitucija

benzen bromobenzen

2. Elektrofilna veza

propen 2-bromopropan

propin 1,2-dihloropropen

Dodavanje nesimetričnih nezasićenih ugljovodonika događa se u skladu s Markovnikovovim pravilom.

DEFINICIJA

Markovnikovo pravilo: pored nesimetričnih alkena molekula složenih supstanci sa uslovnom formulom HX (gde je X atom halogena ili hidroksilna grupa OH–), atom vodika se dodaje najhidrogenizovanijem (koji sadrži najviše atoma vodika) atomu ugljika na dvostrukoj vezi , i X do najmanje hidrogenirane.

Na primjer, dodavanje klorovodika HCl molekuli propena C H3 – C H = C H2 CH3–CH=CH2.

Reakcija se odvija mehanizmom elektrofilnog dodavanja. Zbog uticaja doniranja elektrona C H3 CH3-grupa, gustina elektrona u molekuli supstrata se pomera do centralnog atoma ugljenika (induktivni efekat), a zatim duž sistema dvostrukih veza - do terminalnog atoma ugljenika C H2 CH2-grupe (mezomerni efekat). Dakle, višak negativnog naboja je lokaliziran upravo na ovom atomu. Dakle, napad počinje sa protonom vodonika H+ H+, što je elektrofilna čestica. Formira se pozitivno nabijeni karben ion [ C H3 – C H – C H3 ] + + , kojem se dodaje anjon hlora C l− Cl−.

DEFINICIJA

Izuzeci od Markovnikovovog pravila: reakcija adicije se odvija protiv Markovnikovovog pravila ako reakcija uključuje spojeve u kojima atom ugljika susjedni atomu ugljika dvostruke veze djelomično apsorbira gustoću elektrona, odnosno u prisutnosti supstituenata koji pokazuju značajan efekat povlačenja elektrona (–C C l3 , – C N , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOH i sl.).

Nukleofilni mehanizam: reakcija počinje s nukleofilnim česticama koje imaju negativan naboj, koji nastaju kao rezultat heterolitička ruptura komunikacije. Svi nukleofili - Lewisove osnove.

U nukleofilnim reakcijama, reagens (nukleofil) ima slobodan par elektrona na jednom od atoma i neutralna je molekula ili anion ( H a l– , O H– , R O− , R S– , R C O O– , R– , C N – , H2 O, R O H, N H3 , R N H2 Hal–,OH–,RO−,RS–,RCOO–,R–,CN–,H2O,ROH,NH3,RNH2 i sl.).

Nukleofil napada atom u supstratu s najnižom elektronskom gustoćom (tj. djelomičnim ili potpunim pozitivnim nabojem). Prvi korak u reakciji nukleofilne supstitucije je jonizacija supstrata kako bi se formirao karbokatation. U ovom slučaju nastaje nova veza zbog elektronskog para nukleofila, a stara se podvrgava heterolitičkom cijepanju nakon čega slijedi eliminacija kationa. Primjer nukleofilne reakcije je nukleofilna supstitucija (simbol SN SN) na zasićenom atomu ugljika, na primjer alkalna hidroliza bromo derivata.

1. Nukleofilna supstitucija

2. Nukleofilna adicija

ethanal cijanohidrin

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

Reakcije organskih supstanci mogu se formalno podijeliti u četiri glavna tipa: zamjena, dodavanje, eliminacija (eliminacija) i preuređenje (izomerizacija). Očigledno je da se čitav niz reakcija organskih spojeva ne može svesti na predloženu klasifikaciju (na primjer, reakcije sagorijevanja). Međutim, takva klasifikacija će pomoći u uspostavljanju analogija s reakcijama koje se javljaju između neorganskih supstanci koje su vam već poznate.

Obično se glavni organski spoj uključen u reakciju zove supstrat, a druga komponenta reakcije se konvencionalno smatra kao reagens.

Reakcije supstitucije

Reakcije supstitucije- to su reakcije koje rezultiraju zamjenom jednog atoma ili grupe atoma u izvornom molekulu (supstratu) drugim atomima ili grupama atoma.

Reakcije supstitucije uključuju zasićena i aromatična jedinjenja kao što su alkani, cikloalkani ili areni. Navedimo primjere takvih reakcija.

Pod utjecajem svjetlosti, atomi vodika u molekuli metana mogu se zamijeniti atomima halogena, na primjer, atomima klora:

Drugi primjer zamjene vodika halogenom je konverzija benzena u bromobenzen:

Jednačina za ovu reakciju može se napisati drugačije:

Kod ovog oblika pisanja, reagensi, katalizator i uslovi reakcije su upisani iznad strelice, a neorganski produkti reakcije ispod nje.

Kao rezultat reakcija supstitucije u organskim supstancama nastaju ne jednostavne i složene supstance, kao u neorganskoj hemiji, i dva složene supstance.

Reakcije sabiranja

Reakcije sabiranja- to su reakcije uslijed kojih se dva ili više molekula reagujućih tvari spajaju u jednu.

Nezasićena jedinjenja kao što su alkeni ili alkini prolaze kroz reakcije adicije. Ovisno o tome koja molekula djeluje kao reagens, razlikuju se hidrogenacija (ili redukcija), halogenacija, hidrohalogenacija, hidratacija i druge reakcije adicije. Svaki od njih zahteva određene uslove.

1.Hidrogenacija- reakcija adicije molekule vodika preko višestruke veze:

2. Hidrohalogenacija- reakcija dodavanja halogenovodonika (hidrokloracija):

3. Halogenacija- reakcija adicije halogena:

4.Polimerizacija- posebna vrsta reakcije adicije u kojoj se molekuli tvari male molekulske mase spajaju jedni s drugima i formiraju molekule tvari vrlo velike molekularne mase - makromolekule.

Reakcije polimerizacije su procesi spajanja mnogih molekula male molekularne tvari (monomera) u velike molekule (makromolekule) polimera.

Primjer reakcije polimerizacije je proizvodnja polietilena iz etilena (etena) pod djelovanjem ultraljubičastog zračenja i inicijatora radikalne polimerizacije R.

Kovalentna veza najkarakterističnija za organska jedinjenja nastaje kada se atomske orbitale preklapaju i formiraju se zajednički elektronski parovi. Kao rezultat toga, formira se orbitala zajednička za dva atoma, u kojoj se nalazi zajednički elektronski par. Kada se veza prekine, sudbina ovih zajedničkih elektrona može biti različita.

Vrste reaktivnih čestica

Orbitala s nesparenim elektronom koji pripada jednom atomu može se preklapati s orbitalom drugog atoma koji također sadrži nespareni elektron. U ovom slučaju, kovalentna veza se formira prema mehanizmu razmjene:

Mehanizam izmjene za formiranje kovalentne veze ostvaruje se ako se od nesparenih elektrona koji pripadaju različitim atomima formira zajednički elektronski par.

Proces suprotan formiranju kovalentne veze mehanizmom razmjene je cijepanje veze, u kojem se gubi jedan elektron za svaki atom (). Kao rezultat toga, formiraju se dvije nenabijene čestice koje imaju nesparene elektrone:

Takve čestice se nazivaju slobodni radikali.

Slobodni radikali- atomi ili grupe atoma koji imaju nesparene elektrone.

Reakcije slobodnih radikala- to su reakcije koje nastaju pod uticajem i uz učešće slobodnih radikala.

U toku neorganske hemije, to su reakcije vodonika sa kiseonikom, halogeni i reakcije sagorevanja. Reakcije ovog tipa karakteriziraju velika brzina i oslobađanje velike količine topline.

Kovalentna veza može se formirati i mehanizmom donor-akceptor. Jedna od orbitala atoma (ili aniona) koja ima usamljeni par elektrona preklapa se sa nezauzetom orbitalom drugog atoma (ili kationa) koji ima nezauzetu orbitalu i formira se kovalentna veza, na primjer:

Puknuće kovalentne veze dovodi do stvaranja pozitivno i negativno nabijenih čestica (); budući da u ovom slučaju oba elektrona iz zajedničkog elektronskog para ostaju s jednim od atoma, drugi atom ima neispunjenu orbitalu:

Razmotrimo elektrolitičku disocijaciju kiselina:

Lako se može pretpostaviti da će čestica koja ima usamljeni par elektrona R: -, tj. negativno nabijeni ion, biti privučena pozitivno nabijenim atomima ili atomima na kojima postoji barem djelomični ili efektivni pozitivni naboj.
Zovu se čestice sa usamljenim parovima elektrona nukleofilnih agenasa (jezgro- "jezgro", pozitivno nabijeni dio atoma), odnosno "prijatelji" jezgra, pozitivno naelektrisanje.

Nukleofili(Nu) - anjoni ili molekuli koji imaju usamljeni par elektrona koji stupaju u interakciju s dijelovima molekula koji imaju efektivno pozitivno naelektrisanje.

Primjeri nukleofila: Cl - (hloridni jon), OH - (hidroksid anjon), CH 3 O - (metoksid anjon), CH 3 COO - (acetatni anjon).

Čestice koje imaju neispunjenu orbitalu, naprotiv, težit će da je popune i stoga će biti privučene dijelovima molekula koji imaju povećanu gustoću elektrona, negativan naboj i usamljeni elektronski par. Oni su elektrofili, "prijatelji" elektrona, negativnog naboja ili čestice sa povećanom gustinom elektrona.

Elektrofili- kationi ili molekuli koji imaju neispunjenu elektronsku orbitalu, težeći da je popune elektronima, jer to dovodi do povoljnije elektronske konfiguracije atoma.

Nijedna čestica nije elektrofil s neispunjenom orbitalom. Na primjer, katjoni alkalnih metala imaju konfiguraciju inertnih plinova i nemaju tendenciju da stječu elektrone, jer imaju nisku afinitet prema elektronu.
Iz ovoga možemo zaključiti da unatoč prisutnosti neispunjene orbitale, takve čestice neće biti elektrofili.

Osnovni mehanizmi reakcije

Identificirane su tri glavne vrste reagujućih čestica - slobodni radikali, elektrofili, nukleofili - i tri odgovarajuća tipa reakcionih mehanizama:

• slobodni radikali;
• elektrofilni;
• zeroofilan.

Osim klasifikacije reakcija prema vrsti reagujućih čestica, u organskoj hemiji razlikuju se četiri tipa reakcija prema principu promjene sastava molekula: dodavanje, supstitucija, odvajanje ili eliminacija (od engl. to eliminisati- ukloniti, odvojiti) i preurediti. Budući da se adicija i supstitucija mogu dogoditi pod utjecajem sve tri vrste reaktivnih vrsta, može se razlikovati nekoliko mainmehanizama reakcija.

Osim toga, razmotrit ćemo reakcije eliminacije koje se javljaju pod utjecajem nukleofilnih čestica - baza.
6. eliminacija:

Posebnost alkena (nezasićenih ugljikovodika) je njihova sposobnost da se podvrgnu reakcijama adicije. Većina ovih reakcija odvija se mehanizmom elektrofilne adicije.

Hidrohalogenacija (dodatak halogena vodonik):

Kada se alkenu doda halogen vodonik vodonik dodaje hidrogenizovanom atom ugljika, odnosno atom kod kojeg ima više atoma vodonik, a halogen - na manje hidrogenizovan.

Nastaje kada se atomske orbitale preklapaju i formiranjem zajedničkih elektronskih parova. Kao rezultat toga, formira se orbitala zajednička za dva atoma, koja sadrži zajednički par elektrona. Kada se veza prekine, sudbina ovih zajedničkih elektrona može biti različita.

Mehanizam razmjene stvaranja kovalentne veze. Cepanje homolitičke veze

Orbitala s nesparenim elektronom koji pripada jednom atomu može se preklapati s orbitalom drugog atoma koji također sadrži nespareni elektron. U ovom slučaju, kovalentna veza se formira prema mehanizmu razmjene:

N· + ·N -> N: N, ili N-N

Mehanizam izmjene za formiranje kovalentne veze ostvaruje se ako se od nesparenih elektrona koji pripadaju različitim atomima formira zajednički elektronski par.

Proces suprotan formiranju kovalentne veze mehanizmom razmjene je cijepanje veze, u kojem se gubi jedan elektron za svaki atom. Kao rezultat toga, formiraju se dvije nenabijene čestice koje imaju nesparene elektrone:

Takve čestice se nazivaju slobodni radikali.

Slobodni radikali- atomi ili grupe atoma koji imaju nesparene elektrone.

Mehanizam cijepanja kovalentne veze, u kojem nastaju slobodni radikali, naziva se hemolitička ili homoliza (homo - identična, tj. ova vrsta cijepanja veze dovodi do stvaranja identičnih čestica).

Reakcije koje nastaju pod uticajem i uz učešće slobodnih radikala nazivaju se reakcije slobodnih radikala.

Hidroksil anion privlači atom ugljika (napada atom ugljika) na kojem je koncentriran parcijalni pozitivni naboj i zamjenjuje brom, tačnije, bromidni anion.

U molekulu 1-kloropropana, elektronski par u C-Cl vezi je pomjeren prema atomu hlora zbog njegove veće elektronegativnosti. U ovom slučaju, atom ugljika, koji je dobio djelomični pozitivan naboj (§+), izvlači elektrone iz pridruženog atoma ugljika, koji, zauzvrat, iz sljedećeg:

Dakle, induktivni efekat se prenosi kroz kolo, ali brzo nestaje: praktički se ne opaža nakon tri st-veze.

Razmotrimo još jednu reakciju - dodavanje bromovodonika etenu:

CH2=CH2 + HBr -> CH3-CH2Br

U početnoj fazi ove reakcije, vodikov kation se dodaje molekuli koja sadrži višestruku vezu:

CH2=CH2 + H+ -> CH2-CH3

Elektroni n-veze prešli su na jedan atom ugljika, a susjedni je imao pozitivan naboj, neispunjenu orbitalu.

Stabilnost takvih čestica određena je koliko je dobro kompenzirano pozitivno naelektrisanje atoma ugljika. Ova kompenzacija nastaje zbog pomaka elektronske gustine a-veze prema pozitivno nabijenom atomu ugljika, odnosno pozitivnog induktivnog efekta (+1).

Grupa atoma, u ovom slučaju metilna grupa, iz koje se izvlači elektronska gustina, ima donorski efekat koji se označava +1.

Mezomerni efekat. Postoji još jedan način na koji neki atomi ili grupe utiču na druge - mezomerni efekat ili efekat konjugacije.

Uzmimo u obzir molekul 1,3 butadiena:

CH2=CH CH=CH2

Ispostavilo se da dvostruke veze u ovoj molekuli nisu samo dvije dvostruke veze! Pošto su u blizini, postoji preklapanje P-veze uključene u susjedne dvostruke veze, a formira se zajednička veza za sva četiri atoma ugljika P-elektronski oblak. U tom slučaju sistem (molekula) postaje stabilniji. Ovaj fenomen se naziva konjugacija (u ovom slučaju P - P- uparivanje).

Dodatno preklapanje, konjugacija n-veza razdvojenih jednom o-vezom, dovodi do njihovog „usrednjavanja“. Centralna prosta veza poprima djelomični „dvostruki“ karakter, postaje jača i kraća, a dvostruke veze pomalo slabe i izdužuju se.

Drugi primjer konjugacije je učinak dvostruke veze na atom koji ima usamljeni par elektrona.

Tako, na primjer, kada se karboksilna kiselina disocira, usamljeni elektronski par ostaje na atomu kisika:

To dovodi do povećanja stabilnosti anjona koji nastaje tokom disocijacije i povećanja jačine kiseline.

Promena elektronske gustine u konjugovanim sistemima koji uključuju n-veze ili usamljene elektronske parove naziva se mezomerni efekat (M).

Osnovni mehanizmi reakcije

Identifikovali smo tri glavna tipa reagujućih čestica - slobodni radikali, elektrofili, nukleofili i tri odgovarajuća tipa reakcionih mehanizama:

Slobodni radikali;
elektrofilni;
nukleofilna.

Pored klasifikacije reakcija prema vrsti reagujućih čestica, u organskoj hemiji postoje četiri tipa reakcija koje se zasnivaju na principu promene sastava molekula: dodavanje, supstitucija, eliminacija ili eliminacija (od engleskog eliminisati - ukloniti, podeliti isključeno) i preuređivanje. Budući da se adicija i supstitucija mogu dogoditi pod utjecajem sve tri vrste reaktivnih čestica, može se razlikovati nekoliko glavnih mehanizama reakcije.

Osim toga, razmotrit ćemo reakcije eliminacije, koje se javljaju pod utjecajem nukleofilnih čestica - baza.

1. Šta su homolitička i heterolitička cijepanja kovalentne veze? Za koje su mehanizme formiranja kovalentne veze oni tipični?

2. Šta se nazivaju elektrofili i nukleofili? Navedite primjere za njih.

3. Koje su razlike između mezomernih i induktivnih efekata? Kako ovi fenomeni ilustriraju stav teorije strukture organskih spojeva A. M. Butlerova o međusobnom utjecaju atoma u molekulima organskih tvari?

4. U svjetlu koncepata induktivnih i mezomernih efekata razmotriti međusobni utjecaj atoma u molekulima:

Potkrijepite svoje zaključke primjerima jednadžbi hemijskih reakcija.

Sadržaj lekcije beleške sa lekcija podrška okvirnoj prezentaciji lekcija metode ubrzanja interaktivne tehnologije Vježbajte zadaci i vježbe radionice za samotestiranje, obuke, slučajevi, potrage domaća zadaća diskusija pitanja retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video i multimedija fotografije, slike, grafike, tabele, dijagrami, humor, anegdote, vicevi, stripovi, parabole, izreke, ukrštene reči, citati Dodaci sažetakačlanci trikovi za radoznale jaslice udžbenici osnovni i dodatni rječnik pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i lekcijaispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku, elementi inovacije u lekciji, zamjena zastarjelog znanja novim Samo za nastavnike savršene lekcije kalendarski plan za godinu, metodološke preporuke, programi diskusije Integrisane lekcije

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

Reakcije sabiranja

Takve reakcije su tipične za organska jedinjenja koja sadrže višestruke (dvostruke ili trostruke) veze. Reakcije ovog tipa uključuju reakcije dodavanja halogena, vodikovih halogenida i vode u alkene i alkine

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

Reakcije eliminacije

To su reakcije koje dovode do stvaranja višestrukih veza. Prilikom eliminacije halogenovodonika i vode uočava se određena selektivnost reakcije, opisana Zaitsevovim pravilom, prema kojem se atom vodika eliminira iz atoma ugljika kod kojeg ima manje atoma vodika. Primjer reakcije

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

Polimerizacija i polikondenzacija

n(CH 2 =CHCl)  (-CH 2 -CHCl)n

Redox

Najintenzivnija od oksidativnih reakcija je sagorevanje, reakcija karakteristična za sve klase organskih jedinjenja. U tom slučaju, u zavisnosti od uslova sagorevanja, ugljenik se oksidira u C (čađ), CO ili CO 2, a vodonik se pretvara u vodu. Međutim, za organske hemičare, reakcije oksidacije koje se izvode u mnogo blažim uslovima od sagorevanja su od velikog interesa. Korišćeni oksidanti: rastvori Br2 u vodi ili Cl2 u CCl 4 ; KMnO 4 u vodi ili razblaženoj kiselini; bakreni oksid; svježe istaloženi srebro(I) ili bakar(II) hidroksidi.

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

Esterifikacija (i njena reverzna reakcija hidrolize)

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

Cycloaddition

Y R Y-R

‖ + ‖ → ǀ ǀ

R Y R-Y

‖ + →

11. Klasifikacija organskih reakcija po mehanizmu. Primjeri.

Mehanizam reakcije uključuje detaljan, korak po korak, opis hemijskih reakcija. Istovremeno se utvrđuje koje su kovalentne veze prekinute, kojim redosledom i na koji način. Takođe je pažljivo opisano stvaranje novih veza tokom procesa reakcije. Prilikom razmatranja mehanizma reakcije, prije svega, obratite pažnju na metodu razbijanja kovalentne veze u reakcionom molekulu. Postoje dva takva načina - homolitičke i heterolitičke.

Radikalne reakcije nastaviti homolitičkim (radikalnim) cijepanjem kovalentne veze:

Nepolarne ili niskopolarne kovalentne veze (C–C, N–N, C–H) podležu radikalnom cepanju na visokim temperaturama ili pod uticajem svetlosti. Ugljik u CH 3 radikalu ima 7 vanjskih elektrona (umjesto stabilne oktetne ljuske u CH 4). Radikali su nestabilni; imaju tendenciju da zarobe elektron koji nedostaje (do par ili do okteta). Jedan od načina stvaranja stabilnih proizvoda je dimerizacija (kombinacija dva radikala):

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,

N + N N : N.

Radikalne reakcije - to su, na primjer, reakcije hloriranja, bromiranja i nitriranja alkana:

Jonske reakcije nastaju sa heterolitičkim cijepanjem veze. U ovom slučaju, kratkotrajni organski ioni - karbokationi i karbanioni - s nabojem na atomu ugljika nastaju srednje. U ionskim reakcijama, vezni elektronski par se ne razdvaja, već u potpunosti prelazi na jedan od atoma, pretvarajući ga u anion:

Jako polarne (H–O, C–O) i lako polarizabilne (C–Br, C–I) veze sklone su heterolitičkom cijepanju.

Razlikovati nukleofilne reakcije (nukleofil– traženje jezgra, mesta sa nedostatkom elektrona) i elektrofilne reakcije (elektrofil– traženje elektrona). Izjava da je određena reakcija nukleofilna ili elektrofilna uvijek se odnosi na reagens. Reagens– supstanca koja učestvuje u reakciji sa jednostavnijom strukturom. Supstrat– početna supstanca složenije strukture. Odlazna grupa je zamjenjivi ion koji je vezan za ugljik. Proizvod reakcije– nova tvar koja sadrži ugljik (napisana na desnoj strani jednačine reakcije).

TO nukleofilni reagensi(nukleofili) uključuju negativno nabijene ione, spojeve sa usamljenim parovima elektrona, spojeve sa dvostrukim vezama ugljik-ugljik. TO elektrofilni reagensi(elektrofili) uključuju pozitivno nabijene jone, spojeve sa nepopunjenim elektronskim omotačima (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), spojeve sa karbonilnim grupama, halogene. Elektrofili su svaki atom, molekula ili ion koji može dodati par elektrona u procesu formiranja nove veze. Pokretačka snaga ionskih reakcija je interakcija suprotno nabijenih jona ili fragmenata različitih molekula s djelomičnim nabojem (+ i –).

Primjeri različitih tipova ionskih reakcija.

Nukleofilna supstitucija :

Elektrofilna supstitucija :

Nukleofilna adicija (prvo se dodaje CN – pa H +):

Elektrofilna veza (Prvo se dodaje H +, zatim X –):

Eliminacija djelovanjem nukleofila (baza) :

Eliminacija nakon akcije elektrofili (kiseline) :

Naziv parametra	Značenje
Tema članka:	Mehanizmi organskih reakcija
Rubrika (tematska kategorija)	Obrazovanje

Klasifikacija reakcija

Postoje četiri glavne vrste reakcija u kojima učestvuju organska jedinjenja: supstitucija (premještanje), dodavanje, eliminacija (eliminacija), preuređivanje.

3.1 Reakcije supstitucije

U prvoj vrsti reakcije, supstitucija se obično događa na atomu ugljika, ali supstituirani atom mora biti atom vodika ili neki drugi atom ili grupa atoma. Tokom elektrofilne supstitucije, atom vodika se najčešće zamjenjuje; Primjer je klasična aromatična zamjena:

Kod nukleofilne supstitucije najčešće se ne zamjenjuje atom vodika, već drugi atomi, na primjer:

NC - + R−Br → NC−R +BR -

3.2 Reakcije sabiranja

Reakcije adicije također mogu biti elektrofilne, nukleofilne ili radikalne ovisno o vrsti vrste koja pokreće proces. Vezanje za uobičajene dvostruke veze ugljik-ugljik obično je izazvano elektrofilom ili radikalom. Na primjer, dodavanje HBr

može početi napadom dvostruke veze od strane H+ protona ili Br· radikala.

3.3 Reakcije eliminacije

Reakcije eliminacije su u suštini obrnute od reakcija dodavanja; Najčešći tip takve reakcije je eliminacija atoma vodika i drugog atoma ili grupe iz susjednih atoma ugljika kako bi se formirali alkeni:

3.4 Reakcije preuređenja

Preuređenje se takođe može desiti kroz međuspojna jedinjenja koja su kationi, anjoni ili radikali; Najčešće se ove reakcije javljaju sa stvaranjem karbokationa ili drugih čestica s nedostatkom elektrona. Preuređenje može uključivati ​​značajno restrukturiranje karbonskog skeleta. Sam korak preuređivanja u takvim reakcijama često je praćen koracima supstitucije, dodavanja ili eliminacije, što dovodi do stvaranja stabilnog konačnog proizvoda.

Detaljan opis hemijske reakcije po fazama obično se naziva mehanizam. Sa elektronske tačke gledišta, mehanizam hemijske reakcije shvata se kao metoda razbijanja kovalentnih veza u molekulima i niza stanja kroz koja reagujuće supstance prolaze pre nego što postanu produkti reakcije.

4.1 Reakcije slobodnih radikala

Reakcije slobodnih radikala su hemijski procesi u kojima učestvuju molekuli sa nesparenim elektronima. Određeni aspekti reakcija slobodnih radikala su jedinstveni u poređenju s drugim vrstama reakcija. Glavna razlika je u tome što su mnoge reakcije slobodnih radikala lančane reakcije. To znači da postoji mehanizam kojim se mnogi molekuli pretvaraju u proizvod kroz proces koji se ponavlja iniciran stvaranjem jedne reaktivne vrste. Tipičan primjer je ilustrovan korištenjem sljedećeg hipotetičkog mehanizma:

Faza u kojoj nastaje intermedijer reakcije, u ovom slučaju A·, obično se naziva inicijacijom. Ova faza se javlja na visokim temperaturama, pod uticajem UV ili peroksida, u nepolarnim rastvaračima. Sljedeće četiri jednačine u ovom primjeru ponavljaju niz od dvije reakcije; predstavljaju razvojnu fazu lanca. Lančane reakcije karakteriše dužina lanca, koja odgovara broju razvojnih faza po početnoj fazi. Druga faza se odvija uz simultanu sintezu spoja i formiranje novog radikala, koji nastavlja lanac transformacija. Posljednji korak je korak prekida lanca, koji uključuje svaku reakciju u kojoj je uništen jedan od međuprodukata reakcije neophodnih za napredovanje lanca. Što je više faza završetka lanca, dužina lanca postaje kraća.

Reakcije slobodnih radikala nastaju: 1) na svetlosti, na visokim temperaturama ili u prisustvu radikala koji nastaju pri razgradnji drugih supstanci; 2) inhibirano supstancama koje lako reaguju sa slobodnim radikalima; 3) nastaju u nepolarnim rastvaračima ili u parnoj fazi; 4) često imaju autokatalitički i indukcijski period prije početka reakcije; 5) kinetički su lančani.

Reakcije radikalne supstitucije su karakteristične za alkane, a reakcije radikalne adicije su karakteristične za alkene i alkine.

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

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

CH 3 -C≡CH + HCl → CH 3 -CH=CHCl

Povezivanje slobodnih radikala međusobno i prekid lanca događa se uglavnom na zidovima reaktora.

4.2 Jonske reakcije

Reakcije u kojima se javlja heterolitički kidanje veza i formiranje međučestica jonskog tipa nazivaju se jonske reakcije.

Jonske reakcije nastaju: 1) u prisustvu katalizatora (kiseline ili baze i nisu pod uticajem svetlosti ili slobodnih radikala, posebno onih koji nastaju razgradnjom peroksida); 2) nisu pod uticajem hvatača slobodnih radikala; 3) priroda rastvarača utiče na tok reakcije; 4) retko se javljaju u parnoj fazi; 5) kinetički su to uglavnom reakcije prvog ili drugog reda.

Na osnovu prirode reagensa koji djeluje na molekulu, ionske reakcije se dijele na elektrofilni I nukleofilna. Reakcije nukleofilne supstitucije su karakteristične za alkil i aril halide,

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

elektrofilna supstitucija – za alkane u prisustvu katalizatora

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

i arene.

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

Reakcije elektrofilne adicije su karakteristične za alkene

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

i alkini,

CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl

nukleofilna adicija – za alkine.

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

Mehanizmi organskih reakcija - pojam i vrste. Klasifikacija i karakteristike kategorije "Mehanizmi organskih reakcija" 2017, 2018.