Υπάρχουν διαφορετικά συστήματα ταξινόμησης για οργανικές αντιδράσεις, τα οποία βασίζονται σε διαφορετικά χαρακτηριστικά. Μεταξύ αυτών είναι οι ακόλουθες ταξινομήσεις:
- Με το τελικό αποτέλεσμα της αντίδρασης, δηλαδή, μια αλλαγή στη δομή του υποστρώματος.
- Με μηχανισμός αντίδρασης, δηλαδή από τον τύπο της θραύσης του δεσμού και τον τύπο των αντιδραστηρίων.
Οι ουσίες που αλληλεπιδρούν σε μια οργανική αντίδραση χωρίζονται σε αντιδραστήριοΚαι υπόστρωμα. Σε αυτή την περίπτωση, το αντιδραστήριο θεωρείται ότι προσβάλλει το υπόστρωμα.
ΟΡΙΣΜΟΣ
Αντιδραστήριο- μια ουσία που δρα σε ένα αντικείμενο - ένα υπόστρωμα - και προκαλεί αλλαγή στον χημικό δεσμό σε αυτό. Τα αντιδραστήρια χωρίζονται σε ριζικά, ηλεκτροφιλικά και πυρηνόφιλα.
ΟΡΙΣΜΟΣ
Υπόστρωμα, θεωρείται γενικά ότι είναι ένα μόριο που παρέχει ένα άτομο άνθρακα για έναν νέο δεσμό.
ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΟ ΤΕΛΙΚΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ (ΑΛΛΑΓΗ ΣΤΗ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΥΠΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ)
Στην οργανική χημεία, διακρίνονται τέσσερις τύποι αντιδράσεων ανάλογα με το τελικό αποτέλεσμα και την αλλαγή στη δομή του υποστρώματος: προσθήκη, αντικατάσταση, απόσπαση,ή εξάλειψη(από τα Αγγλικά να εξαλείψει- αφαιρέστε, χωρίστε) και ανακατατάξεις (ισομερισμοί)). Αυτή η ταξινόμηση είναι παρόμοια με την ταξινόμηση των αντιδράσεων στην ανόργανη χημεία σύμφωνα με τον αριθμό των αρχικών αντιδραστηρίων και των ουσιών που προκύπτουν, με ή χωρίς αλλαγή στη σύνθεση. Η ταξινόμηση σύμφωνα με το τελικό αποτέλεσμα βασίζεται σε τυπικά κριτήρια, αφού η στοιχειομετρική εξίσωση, κατά κανόνα, δεν αντικατοπτρίζει τον μηχανισμό αντίδρασης. Ας συγκρίνουμε τα είδη των αντιδράσεων στην ανόργανη και οργανική χημεία.
Είδος αντίδρασης στην ανόργανη χημεία | Παράδειγμα | Είδος αντίδρασης στην οργανική χημεία | Ποικιλία και παράδειγμα Αντιδράσεις |
|---|---|---|---|
1. Σύνδεση | ντο μεγάλο2 + H2 = 2 H C l | Σύνδεση με πολλαπλές συνδέσεις | Υδρογόνωση |
Υδροαλογόνωση
|
|||
Αλογόνωση
|
|||
Ενυδάτωση
|
|||
2. Αποσύνθεση | 2
H2
Ο=2 H2
+
Ο2
| Εξάλειψη | Αφυδρογόνωση
|
Αφυδροαλογόνωση
|
|||
Αποαλογόνωση
|
|||
Αφυδάτωση
|
|||
3. Αντικατάσταση | Z n + 2 H C l =ZnCl2+H2 | Υποκατάσταση |
|
4. Ανταλλαγή (ειδική περίπτωση - εξουδετέρωση) | H2 μικρό Ο4 + 2 N a O H=N a 2 S O 4 + 2 H 2 Ο | ειδική περίπτωση - εστεροποίηση |
|
5. Αλλοτροποποίηση | γραφίτης ⇔ διαμάντι Πτο κόκκινο⇔ Πάσπρο P κόκκινο ⇔ P λευκό μικρόρόμβος.⇔ μικρόπλασ. Srhomb.⇔Splastic | Ισομερισμός | Ισομερισμός αλκάνια
|
ιδ) χωρίς να τα αντικαθιστά με άλλα.
Ανάλογα με το ποια άτομα χωρίζονται - γειτονικά ντο–ντοή απομονώνεται από δύο ή τρία ή περισσότερα άτομα άνθρακα – ντο–C–C– ντο–, –ντο–C–C–C– ντο–, μπορούν να σχηματιστούν ενώσεις με πολλαπλούς δεσμούςκαι ή κυκλικές ενώσεις. Η εξάλειψη των υδραλογονιδίων από τα αλκυλαλογονίδια ή του νερού από τις αλκοόλες γίνεται σύμφωνα με τον κανόνα του Zaitsev.
ΟΡΙΣΜΟΣ
Ο κανόνας του Ζάιτσεφ: Ένα άτομο υδρογόνου Η αφαιρείται από το λιγότερο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα.
Για παράδειγμα, η εξάλειψη ενός μορίου υδροβρωμίου συμβαίνει από γειτονικά άτομα παρουσία αλκαλίου, με αποτέλεσμα το σχηματισμό βρωμιούχου νατρίου και νερού.
ΟΡΙΣΜΟΣ
Ανασύνταξη- μια χημική αντίδραση που έχει ως αποτέλεσμα μια αλλαγή στη σχετική διάταξη των ατόμων σε ένα μόριο, την κίνηση πολλαπλών δεσμών ή μια αλλαγή στην πολλαπλότητά τους.
Η αναδιάταξη μπορεί να πραγματοποιηθεί διατηρώντας την ατομική σύνθεση του μορίου (ισομερισμός) ή αλλάζοντας την.
ΟΡΙΣΜΟΣ
Ισομερισμός- ειδική περίπτωση αντίδρασης αναδιάταξης που οδηγεί στον μετασχηματισμό μιας χημικής ένωσης σε ισομερές μέσω μιας δομικής αλλαγής στον σκελετό άνθρακα.
Η αναδιάταξη μπορεί επίσης να συμβεί με ομολυτικό ή ετερολυτικό μηχανισμό. Οι μοριακές αναδιατάξεις μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με διάφορα κριτήρια, για παράδειγμα, από τον κορεσμό των συστημάτων, από τη φύση της μεταναστευτικής ομάδας, με στερεοειδικότητα κ.λπ. Πολλές αντιδράσεις αναδιάταξης έχουν συγκεκριμένα ονόματα - αναδιάταξη Claisen, αναδιάταξη Beckmann κ.λπ.
Οι αντιδράσεις ισομερισμού χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανικές διεργασίες, όπως η διύλιση πετρελαίου για την αύξηση του αριθμού οκτανίων της βενζίνης. Ένα παράδειγμα ισομερισμού είναι ο μετασχηματισμός n-οκτάνιο σε ισοοκτάνιο:
ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΚΑΤΑ ΤΥΠΟ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΟΥ
ΑΠΟΣΥΝΔΕΣΗ
Η διάσπαση δεσμού σε οργανικές ενώσεις μπορεί να είναι ομολυτική ή ετερολυτική. 
ΟΡΙΣΜΟΣ
Διάσπαση ομολυτικού δεσμού- αυτό είναι ένα κενό ως αποτέλεσμα του οποίου κάθε άτομο λαμβάνει ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο και σχηματίζονται δύο σωματίδια που έχουν παρόμοια ηλεκτρονική δομή - δωρεάν ριζοσπάστες.
Μια ομολυτική θραύση είναι χαρακτηριστική της μη πολικής ή ασθενώς πολικήςδεσμούς, όπως C–C, Cl–Cl, C–H, και απαιτεί μεγάλη ποσότητα ενέργειας.
Οι προκύπτουσες ρίζες, οι οποίες έχουν ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο, είναι εξαιρετικά αντιδραστικές, επομένως οι χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα με τη συμμετοχή τέτοιων σωματιδίων είναι συχνά «αλυσιδωτή» φύσης, είναι δύσκολο να ελεγχθούν και η αντίδραση έχει ως αποτέλεσμα ένα σύνολο προϊόντων υποκατάστασης . Έτσι, όταν το μεθάνιο χλωριώνεται, τα προϊόντα υποκατάστασης είναι το χλωρομεθάνιο ντο H3 C l CH3Clδιχλωρομεθάνιο ντο H2 ντο μεγάλο2 CH2Cl2, χλωροφόρμιο C H C μεγάλο3 CHCl3και τετραχλωράνθρακα Γ Γ μεγάλο4 CCl4. Οι αντιδράσεις που περιλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες προχωρούν μέσω του μηχανισμού ανταλλαγής του σχηματισμού χημικών δεσμών.
Οι ρίζες που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας διάσπασης δεσμού προκαλούν ριζοσπαστικός μηχανισμόςτην πορεία της αντίδρασης. Οι ριζικές αντιδράσεις εμφανίζονται συνήθως σε υψηλές θερμοκρασίες ή ακτινοβολία (π.χ. φως).
Λόγω της υψηλής αντιδραστικότητάς τους, οι ελεύθερες ρίζες μπορούν να έχουν αρνητικό αντίκτυπο στο ανθρώπινο σώμα, καταστρέφοντας τις κυτταρικές μεμβράνες, επηρεάζοντας το DNA και προκαλώντας πρόωρη γήρανση. Αυτές οι διεργασίες συνδέονται κυρίως με την υπεροξείδωση των λιπιδίων, δηλαδή την καταστροφή της δομής των πολυακόρεστων οξέων που σχηματίζουν λίπος μέσα στην κυτταρική μεμβράνη.
ΟΡΙΣΜΟΣ
Διάσπαση ετερολυτικού δεσμού- αυτό είναι ένα κενό στο οποίο ένα ζεύγος ηλεκτρονίων παραμένει με ένα πιο ηλεκτραρνητικό άτομο και σχηματίζονται δύο φορτισμένα σωματίδια - ιόντα: ένα κατιόν (θετικό) και ένα ανιόν (αρνητικό).
Στις χημικές αντιδράσεις, αυτά τα σωματίδια εκτελούν τις λειτουργίες του " πυρηνόφιλα"("φιλ" - από γρ. είμαι ερωτευμένος) Και " ηλεκτρόφιλα», σχηματίζοντας χημικό δεσμό με τον εταίρο της αντίδρασης σύμφωνα με τον μηχανισμό δότη-δέκτη. Τα πυρηνόφιλα σωματίδια παρέχουν ένα ζεύγος ηλεκτρονίων για να σχηματίσουν έναν νέο δεσμό. Με άλλα λόγια,
ΟΡΙΣΜΟΣ
Πυρηνόφιλος- ένα πλούσιο σε ηλεκτρόνια χημικό αντιδραστήριο ικανό να αλληλεπιδρά με ενώσεις με έλλειψη ηλεκτρονίων.
Παραδείγματα πυρηνόφιλων είναι οποιαδήποτε ανιόντα ( ντο μεγάλο− , Εγώ− , Ν Ο− 3 Cl−,I−,NO3−κ.λπ.), καθώς και ενώσεις που έχουν ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων ( Ν H3 , H2 ΟΝΗ3, Η2Ο).
Έτσι, όταν σπάσει ένας δεσμός, μπορούν να σχηματιστούν ρίζες ή πυρηνόφιλα και ηλεκτρόφιλα. Με βάση αυτό, συμβαίνουν τρεις μηχανισμοί οργανικών αντιδράσεων.
ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ
Μηχανισμός ελεύθερων ριζών: η αντίδραση ξεκινά από τις ελεύθερες ρίζες που σχηματίζονται όταν ομολυτική ρήξηδεσμούς σε ένα μόριο.
Η πιο χαρακτηριστική επιλογή είναι ο σχηματισμός ριζών χλωρίου ή βρωμίου κατά την υπεριώδη ακτινοβολία.
1. Υποκατάσταση ελεύθερων ριζών
μεθάνιο βρωμομεθάνιο
Έναρξη αλυσίδας
Ανάπτυξη της αλυσίδας
Ανοικτό κύκλωμα
2. Προσθήκη ελεύθερων ριζών
αιθενικό πολυαιθυλένιο
Ηλεκτρόφιλος μηχανισμός: η αντίδραση ξεκινά με ηλεκτροφιλικά σωματίδια που ως αποτέλεσμα λαμβάνουν θετικό φορτίο ετερολυτική ρήξηδιαβιβάσεις. Όλα τα ηλεκτρόφιλα είναι οξέα Lewis.
Τέτοια σωματίδια σχηματίζονται ενεργά υπό την επίδραση του Οξέα Lewis, που ενισχύουν το θετικό φορτίο του σωματιδίου. Πιο συχνά χρησιμοποιείται A l C μεγάλο3 , F e C μεγάλο3 , F e B r3 , ZnC μεγάλο2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2, που εκτελεί τις λειτουργίες ενός καταλύτη.
Το σημείο προσβολής του ηλεκτροφιλικού σωματιδίου είναι εκείνα τα μέρη του μορίου που έχουν αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων, δηλαδή ο πολλαπλός δεσμός και ο δακτύλιος βενζολίου.
Η γενική μορφή των αντιδράσεων ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης μπορεί να εκφραστεί με την εξίσωση:
1. Ηλεκτρόφιλη υποκατάσταση
βενζόλιο βρωμοβενζόλιο
2. Ηλεκτροφιλική σύνδεση
προπένιο 2-βρωμοπροπάνιο
προπίνη 1,2-διχλωροπροπένιο
Η προσθήκη σε ασύμμετρους ακόρεστους υδρογονάνθρακες συμβαίνει σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov.
ΟΡΙΣΜΟΣ
Ο κανόνας του Markovnikov:προσθήκη σε ασύμμετρα αλκένια μορίων σύνθετων ουσιών με τύπο υπό όρους HX (όπου Χ είναι άτομο αλογόνου ή ομάδα υδροξυλίου OH–), το άτομο υδρογόνου προστίθεται στο πιο υδρογονωμένο (που περιέχει τα περισσότερα άτομα υδρογόνου) άτομο άνθρακα στον διπλό δεσμό και Χ στο λιγότερο υδρογονωμένο.
Για παράδειγμα, η προσθήκη υδροχλωρίου HCl σε μόριο προπενίου ντο H3 – C H = C H2 CH3–CH=CH2.
Η αντίδραση προχωρά με τον μηχανισμό της ηλεκτρόφιλης προσθήκης. Λόγω της επιρροής που δίνει ηλεκτρόνια ντο H3 CH3-ομάδα, η πυκνότητα ηλεκτρονίων στο μόριο του υποστρώματος μετατοπίζεται στο κεντρικό άτομο άνθρακα (επαγωγική επίδραση) και στη συνέχεια κατά μήκος του συστήματος διπλών δεσμών - στο τερματικό άτομο άνθρακα ντο H2 CH2-ομάδες (μεσομερικό φαινόμενο). Έτσι, το πλεονάζον αρνητικό φορτίο εντοπίζεται ακριβώς σε αυτό το άτομο. Επομένως, η επίθεση ξεκινά με το πρωτόνιο υδρογόνου H+ Η+, που είναι ένα ηλεκτρόφιλο σωματίδιο. Σχηματίζεται ένα θετικά φορτισμένο ιόν καρβενίου [Γ H3 – C H − C H3 ] + + , στο οποίο προστίθεται το ανιόν χλωρίου ντο μεγάλο− Cl−.
ΟΡΙΣΜΟΣ
Εξαιρέσεις στον κανόνα του Markovnikov:η αντίδραση προσθήκης προχωρά ενάντια στον κανόνα του Markovnikov εάν η αντίδραση περιλαμβάνει ενώσεις στις οποίες το άτομο άνθρακα που βρίσκεται δίπλα στο άτομο άνθρακα του διπλού δεσμού απορροφά εν μέρει την πυκνότητα ηλεκτρονίων, δηλαδή παρουσία υποκαταστατών που παρουσιάζουν σημαντική επίδραση απόσυρσης ηλεκτρονίων (–C C μεγάλο3 , – C N , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOHκαι τα λοιπά.).
Πυρηνόφιλος μηχανισμός: η αντίδραση ξεκινά με πυρηνόφιλα σωματίδια που έχουν αρνητικό φορτίο, που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα ετερολυτική ρήξηδιαβιβάσεις. Όλα τα πυρηνόφιλα - τα θεμέλια του Lewis.
Στις πυρηνόφιλες αντιδράσεις, το αντιδραστήριο (πυρηνόφιλο) έχει ένα ελεύθερο ζεύγος ηλεκτρονίων σε ένα από τα άτομα και είναι ένα ουδέτερο μόριο ή ανιόν. H α μεγάλο– , Ο H– , Ρ Ο− , Ρ μικρό– , R C O Ο– , R– , C N – , H2 O, R O H, N H3 , Ρ Ν H2 Hal–,OH–,RO−,RS–,RCOO–,R–,CN–,H2O,ROH,NH3,RNH2και τα λοιπά.).
Το πυρηνόφιλο επιτίθεται στο άτομο στο υπόστρωμα με τη χαμηλότερη πυκνότητα ηλεκτρονίων (δηλαδή με μερικό ή πλήρες θετικό φορτίο). Το πρώτο βήμα στην αντίδραση πυρηνόφιλης υποκατάστασης είναι ο ιονισμός του υποστρώματος για να σχηματιστεί ένα καρβοκατιόν. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένας νέος δεσμός λόγω του ζεύγους ηλεκτρονίων του πυρηνόφιλου και ο παλιός υφίσταται ετερολυτική διάσπαση ακολουθούμενη από απομάκρυνση του κατιόντος. Ένα παράδειγμα πυρηνόφιλης αντίδρασης είναι η πυρηνόφιλη υποκατάσταση (σύμβολο μικρόΝ SN) σε ένα κορεσμένο άτομο άνθρακα, για παράδειγμα αλκαλική υδρόλυση βρωμοπαραγώγων.
1. Πυρηνόφιλη υποκατάσταση
2. Πυρηνόφιλη προσθήκη
αιθανάλη κυανυδρίνη
πηγή http://foxford.ru/wiki/himiya
Οι αντιδράσεις οργανικών ουσιών μπορούν επίσημα να χωριστούν σε τέσσερις κύριους τύπους: αντικατάσταση, προσθήκη, εξάλειψη (εξάλειψη) και αναδιάταξη (ισομερισμός). Είναι προφανές ότι ολόκληρη η ποικιλία των αντιδράσεων των οργανικών ενώσεων δεν μπορεί να περιοριστεί στην προτεινόμενη ταξινόμηση (για παράδειγμα, αντιδράσεις καύσης). Ωστόσο, μια τέτοια ταξινόμηση θα βοηθήσει στη δημιουργία αναλογιών με τις αντιδράσεις που συμβαίνουν μεταξύ ανόργανων ουσιών που είναι ήδη γνωστές σε εσάς.
Τυπικά, η κύρια οργανική ένωση που εμπλέκεται στην αντίδραση ονομάζεται υπόστρωμακαι το άλλο συστατικό αντίδρασης θεωρείται συμβατικά ως αντιδραστήριο.
Αντιδράσεις υποκατάστασης
Αντιδράσεις υποκατάστασης- πρόκειται για αντιδράσεις που έχουν ως αποτέλεσμα την αντικατάσταση ενός ατόμου ή μιας ομάδας ατόμων στο αρχικό μόριο (υπόστρωμα) με άλλα άτομα ή ομάδες ατόμων.
Οι αντιδράσεις υποκατάστασης περιλαμβάνουν κορεσμένες και αρωματικές ενώσεις όπως αλκάνια, κυκλοαλκάνια ή αρένες. Ας δώσουμε παραδείγματα τέτοιων αντιδράσεων.
Υπό την επίδραση του φωτός, τα άτομα υδρογόνου σε ένα μόριο μεθανίου μπορούν να αντικατασταθούν από άτομα αλογόνου, για παράδειγμα, από άτομα χλωρίου:
Ένα άλλο παράδειγμα αντικατάστασης του υδρογόνου με αλογόνο είναι η μετατροπή του βενζολίου σε βρωμοβενζόλιο:
Η εξίσωση αυτής της αντίδρασης μπορεί να γραφτεί διαφορετικά:
Με αυτή τη μορφή γραφής, τα αντιδραστήρια, ο καταλύτης και οι συνθήκες αντίδρασης γράφονται πάνω από το βέλος και τα ανόργανα προϊόντα αντίδρασης γράφονται κάτω από αυτό.
Ως αποτέλεσμα αντιδράσεων Οι υποκαταστάσεις σε οργανικές ουσίες δεν σχηματίζονται απλές και πολύπλοκες ουσίες, όπως στην ανόργανη χημεία, και δύο σύνθετες ουσίες.
Αντιδράσεις προσθήκης
Αντιδράσεις προσθήκης- πρόκειται για αντιδράσεις ως αποτέλεσμα των οποίων δύο ή περισσότερα μόρια αντιδρώντων ουσιών συνδυάζονται σε ένα.
Οι ακόρεστες ενώσεις όπως τα αλκένια ή τα αλκίνια υφίστανται αντιδράσεις προσθήκης. Ανάλογα με το ποιο μόριο δρα ως αντιδραστήριο, διακρίνονται οι αντιδράσεις υδρογόνωσης (ή αναγωγής), αλογόνωσης, υδροαλογόνωσης, ενυδάτωσης και άλλες αντιδράσεις προσθήκης. Κάθε ένα από αυτά απαιτεί ορισμένες προϋποθέσεις.
1.Υδρογόνωση- αντίδραση προσθήκης μορίου υδρογόνου μέσω πολλαπλού δεσμού:
2. Υδροαλογόνωση- αντίδραση προσθήκης υδραλογόνου (υδροχλωρίωση):
3. Αλογόνωση- αντίδραση προσθήκης αλογόνου:
4.Πολυμερισμός- ένας ειδικός τύπος αντίδρασης προσθήκης κατά τον οποίο μόρια μιας ουσίας με μικρό μοριακό βάρος συνδυάζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μόρια μιας ουσίας με πολύ υψηλό μοριακό βάρος - μακρομόρια.
Οι αντιδράσεις πολυμερισμού είναι διαδικασίες συνδυασμού πολλών μορίων μιας ουσίας χαμηλού μοριακού βάρους (μονομερούς) σε μεγάλα μόρια (μακρομόρια) ενός πολυμερούς.
Ένα παράδειγμα αντίδρασης πολυμερισμού είναι η παραγωγή πολυαιθυλενίου από αιθυλένιο (αιθένιο) υπό τη δράση της υπεριώδους ακτινοβολίας και ενός εκκινητή πολυμερισμού ριζών R.
Ο πιο χαρακτηριστικός ομοιοπολικός δεσμός για τις οργανικές ενώσεις σχηματίζεται όταν τα ατομικά τροχιακά επικαλύπτονται και ο σχηματισμός κοινών ζευγών ηλεκτρονίων. Ως αποτέλεσμα αυτού, σχηματίζεται ένα τροχιακό κοινό για τα δύο άτομα, στο οποίο βρίσκεται ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων. Όταν ένας δεσμός σπάσει, η μοίρα αυτών των κοινών ηλεκτρονίων μπορεί να είναι διαφορετική.
Τύποι αντιδρώντων σωματιδίων
Ένα τροχιακό με ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο που ανήκει σε ένα άτομο μπορεί να επικαλύπτεται με ένα τροχιακό άλλου ατόμου που περιέχει επίσης ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένας ομοιοπολικός δεσμός σύμφωνα με τον μηχανισμό ανταλλαγής:
Ο μηχανισμός ανταλλαγής για το σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού πραγματοποιείται εάν ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων σχηματίζεται από ασύζευκτα ηλεκτρόνια που ανήκουν σε διαφορετικά άτομα.
Η διαδικασία αντίθετη από το σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού από τον μηχανισμό ανταλλαγής είναι η διάσπαση του δεσμού, κατά την οποία χάνεται ένα ηλεκτρόνιο σε κάθε άτομο (). Ως αποτέλεσμα αυτού, σχηματίζονται δύο αφόρτιστα σωματίδια που έχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια:
Τέτοια σωματίδια ονομάζονται ελεύθερες ρίζες.
Ελεύθερες ρίζες- άτομα ή ομάδες ατόμων που έχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια.
Αντιδράσεις ελεύθερων ριζών- πρόκειται για αντιδράσεις που συμβαίνουν υπό την επίδραση και με τη συμμετοχή ελεύθερων ριζών.
Στην πορεία της ανόργανης χημείας, αυτές είναι οι αντιδράσεις του υδρογόνου με το οξυγόνο, τα αλογόνα και τις αντιδράσεις καύσης. Οι αντιδράσεις αυτού του τύπου χαρακτηρίζονται από υψηλή ταχύτητα και απελευθέρωση μεγάλων ποσοτήτων θερμότητας.
Ένας ομοιοπολικός δεσμός μπορεί επίσης να σχηματιστεί από έναν μηχανισμό δότη-δέκτη. Ένα από τα τροχιακά ενός ατόμου (ή ανιόντος) που έχει ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων επικαλύπτεται με το μη κατειλημμένο τροχιακό ενός άλλου ατόμου (ή κατιόντος) που έχει ένα μη κατειλημμένο τροχιακό και σχηματίζεται ένας ομοιοπολικός δεσμός, για παράδειγμα:
Η ρήξη ενός ομοιοπολικού δεσμού οδηγεί στο σχηματισμό θετικά και αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων (). δεδομένου ότι σε αυτήν την περίπτωση και τα δύο ηλεκτρόνια από ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων παραμένουν με ένα από τα άτομα, το άλλο άτομο έχει ένα μη γεμάτο τροχιακό:
Ας εξετάσουμε την ηλεκτρολυτική διάσταση των οξέων:
Μπορεί εύκολα να μαντέψει κανείς ότι ένα σωματίδιο που έχει ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων R: -, δηλαδή ένα αρνητικά φορτισμένο ιόν, θα έλκεται από θετικά φορτισμένα άτομα ή από άτομα στα οποία υπάρχει τουλάχιστον ένα μερικό ή αποτελεσματικό θετικό φορτίο.
Τα σωματίδια με μεμονωμένα ζεύγη ηλεκτρονίων ονομάζονται πυρηνόφιλους παράγοντες (πυρήνας- «πυρήνας», θετικά φορτισμένο μέρος ενός ατόμου), δηλαδή «φίλοι» του πυρήνα, θετικό φορτίο.
Πυρηνόφιλοι(Αρ) - ανιόντα ή μόρια που έχουν ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων που αλληλεπιδρούν με μέρη των μορίων που έχουν αποτελεσματικό θετικό φορτίο.
Παραδείγματα πυρηνόφιλων: Cl- (ιόν χλωρίου), OH- (ανιόν υδροξειδίου), CH3O- (ανιόν μεθοξειδίου), CH3COO- (οξικό ανιόν).
Τα σωματίδια που έχουν ένα μη γεμάτο τροχιακό, αντίθετα, θα τείνουν να το γεμίσουν και, ως εκ τούτου, θα έλκονται από μέρη των μορίων που έχουν αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων, αρνητικό φορτίο και μοναχικό ζεύγος ηλεκτρονίων. Είναι ηλεκτρόφιλα, «φίλοι» του ηλεκτρονίου, αρνητικό φορτίο ή σωματίδια με αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων.
Ηλεκτρόφιλοι- κατιόντα ή μόρια που έχουν ένα μη γεμάτο τροχιακό ηλεκτρονίων, που τείνουν να το γεμίζουν με ηλεκτρόνια, καθώς αυτό οδηγεί σε μια ευνοϊκότερη ηλεκτρονική διαμόρφωση του ατόμου.
Κανένα σωματίδιο δεν είναι ηλεκτρόφιλο με απλήρωτο τροχιακό. Για παράδειγμα, τα κατιόντα μετάλλων αλκαλίων έχουν τη διαμόρφωση αδρανών αερίων και δεν τείνουν να αποκτούν ηλεκτρόνια, καθώς έχουν χαμηλή συγγένεια ηλεκτρονίων.
Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι παρά την παρουσία ενός μη γεμισμένου τροχιακού, τέτοια σωματίδια δεν θα είναι ηλεκτρόφιλα.
Βασικοί μηχανισμοί αντίδρασης
Τρεις κύριοι τύποι σωματιδίων που αντιδρούν έχουν ταυτοποιηθεί - ελεύθερες ρίζες, ηλεκτρόφιλα, πυρηνόφιλα - και τρεις αντίστοιχοι τύποι μηχανισμών αντίδρασης:
- ελεύθερες ρίζες?
- ηλεκτροφιλικό?
- μηδενόφιλος.
Εκτός από την ταξινόμηση των αντιδράσεων ανάλογα με τον τύπο των σωματιδίων που αντιδρούν, στην οργανική χημεία διακρίνονται τέσσερις τύποι αντιδράσεων σύμφωνα με την αρχή της αλλαγής της σύνθεσης των μορίων: προσθήκη, αντικατάσταση, αποκόλληση ή εξάλειψη (από τα αγγλικά. προς την εξαλείφω- αφαίρεση, διαχωρισμός) και αναδιατάξεις. Δεδομένου ότι η προσθήκη και η υποκατάσταση μπορούν να συμβούν υπό την επίδραση και των τριών τύπων αντιδραστικών ειδών, μπορούν να διακριθούν αρκετά κύριοςμηχανισμούς αντιδράσεων.
Επιπλέον, θα εξετάσουμε αντιδράσεις αποβολής που συμβαίνουν υπό την επίδραση πυρηνόφιλων σωματιδίων - βάσεων.
6. Εξάλειψη:
Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των αλκενίων (ακόρεστοι υδρογονάνθρακες) είναι η ικανότητά τους να υφίστανται αντιδράσεις προσθήκης. Οι περισσότερες από αυτές τις αντιδράσεις προχωρούν με τον μηχανισμό ηλεκτρόφιλης προσθήκης.
Υδροαλογόνωση (προσθήκη αλογόνου υδρογόνο):
Όταν ένα υδραλογόνο προστίθεται σε ένα αλκένιο υδρογόνο προσθέτει στο πιο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα, δηλαδή το άτομο στο οποίο υπάρχουν περισσότερα άτομα υδρογόνο, και αλογόνο - έως λιγότερο υδρογονωμένο.
Σχηματίζεται όταν τα ατομικά τροχιακά επικαλύπτονται και ο σχηματισμός κοινών ζευγών ηλεκτρονίων. Ως αποτέλεσμα αυτού, σχηματίζεται ένα τροχιακό κοινό για τα δύο άτομα, το οποίο περιέχει ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων. Όταν ένας δεσμός σπάσει, η μοίρα αυτών των κοινών ηλεκτρονίων μπορεί να είναι διαφορετική.
Μηχανισμός ανταλλαγής σχηματισμού ομοιοπολικού δεσμού. Διάσπαση ομολυτικού δεσμού
Ένα τροχιακό με ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο που ανήκει σε ένα άτομο μπορεί να επικαλύπτεται με ένα τροχιακό άλλου ατόμου που περιέχει επίσης ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένας ομοιοπολικός δεσμός σύμφωνα με τον μηχανισμό ανταλλαγής:
Ν· + Ν -> Ν: Ν, ή Ν-Ν
Ο μηχανισμός ανταλλαγής για το σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού πραγματοποιείται εάν ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων σχηματίζεται από ασύζευκτα ηλεκτρόνια που ανήκουν σε διαφορετικά άτομα.
Η διαδικασία αντίθετη από το σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού από τον μηχανισμό ανταλλαγής είναι η διάσπαση του δεσμού, κατά την οποία χάνεται ένα ηλεκτρόνιο σε κάθε άτομο. Ως αποτέλεσμα αυτού, σχηματίζονται δύο αφόρτιστα σωματίδια που έχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια:
Τέτοια σωματίδια ονομάζονται ελεύθερες ρίζες.
Ελεύθερες ρίζες- άτομα ή ομάδες ατόμων που έχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια.
Ο μηχανισμός διάσπασης ομοιοπολικού δεσμού, στον οποίο σχηματίζονται οι ελεύθερες ρίζες, ονομάζεται αιμολυτικός ή ομόλυση (ομολύτης, δηλαδή αυτός ο τύπος διάσπασης δεσμού οδηγεί στο σχηματισμό πανομοιότυπων σωματιδίων).
Οι αντιδράσεις που συμβαίνουν υπό την επίδραση και με τη συμμετοχή ελεύθερων ριζών ονομάζονται αντιδράσεις ελεύθερων ριζών.
Το ανιόν υδροξυλίου έλκεται από το άτομο άνθρακα (επιτίθεται στο άτομο άνθρακα) στο οποίο συγκεντρώνεται το μερικό θετικό φορτίο και αντικαθιστά το βρώμιο, ή ακριβέστερα, το βρωμιούχο ανιόν.
Στο μόριο 1-χλωροπροπανίου, το ζεύγος ηλεκτρονίων στον δεσμό C-Cl μετατοπίζεται προς το άτομο χλωρίου λόγω της μεγαλύτερης ηλεκτραρνητικότητάς του. Σε αυτή την περίπτωση, το άτομο άνθρακα, το οποίο έχει λάβει μερικό θετικό φορτίο (§+), αντλεί ηλεκτρόνια από το σχετικό άτομο άνθρακα, το οποίο, με τη σειρά του, από τα ακόλουθα:
Έτσι, το επαγωγικό αποτέλεσμα μεταδίδεται μέσω του κυκλώματος, αλλά γρήγορα εξασθενεί: πρακτικά δεν παρατηρείται μετά από τρεις συνδέσεις st.
Ας εξετάσουμε μια άλλη αντίδραση - την προσθήκη υδροβρωμίου στο αιθένιο:
CH2=CH2 + HBr -> CH3-CH2Br
Στο αρχικό στάδιο αυτής της αντίδρασης, ένα κατιόν υδρογόνου προστίθεται σε ένα μόριο που περιέχει έναν πολλαπλό δεσμό:
CH2=CH2 + H+ -> CH2-CH3
Τα ηλεκτρόνια του δεσμού n μετατοπίστηκαν σε ένα άτομο άνθρακα και το γειτονικό είχε θετικό φορτίο, ένα απλήρωτο τροχιακό.
Η σταθερότητα τέτοιων σωματιδίων καθορίζεται από το πόσο καλά αντισταθμίζεται το θετικό φορτίο στο άτομο άνθρακα. Αυτή η αντιστάθμιση συμβαίνει λόγω μιας μετατόπισης της πυκνότητας ηλεκτρονίων του δεσμού α προς το θετικά φορτισμένο άτομο άνθρακα, δηλαδή, μια θετική επαγωγική επίδραση (+1). 
Η ομάδα των ατόμων, στην προκειμένη περίπτωση η ομάδα μεθυλίου, από την οποία αντλείται η πυκνότητα των ηλεκτρονίων, έχει ένα φαινόμενο δότη, το οποίο συμβολίζεται με +1.
Μεσομερική επίδραση. Υπάρχει ένας άλλος τρόπος με τον οποίο ορισμένα άτομα ή ομάδες επηρεάζουν άλλα - το μεσομερικό φαινόμενο ή το φαινόμενο σύζευξης.
Εξετάστε το μόριο 1,3 βουταδιενίου:
CH2=CH CH=CH2
Αποδεικνύεται ότι οι διπλοί δεσμοί σε αυτό το μόριο δεν είναι μόνο δύο διπλοί δεσμοί! Δεδομένου ότι είναι κοντά, υπάρχει επικάλυψη Π-δεσμοί που περιλαμβάνονται σε γειτονικούς διπλούς δεσμούς και σχηματίζεται ένας κοινός δεσμός και για τα τέσσερα άτομα άνθρακα Π-σύννεφο ηλεκτρονίων. Σε αυτή την περίπτωση, το σύστημα (μόριο) γίνεται πιο σταθερό. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται σύζευξη (σε αυτή την περίπτωση Π - Π- ζευγάρωμα). 
Πρόσθετη επικάλυψη, η σύζευξη n-δεσμών που χωρίζονται από έναν ο-δεσμό, οδηγεί στον «μέσο όρο» τους. Ο κεντρικός απλός δεσμός αποκτά μερικό «διπλό» χαρακτήρα, γίνεται όλο και πιο βραχύς και οι διπλοί δεσμοί εξασθενούν και επιμηκύνονται κάπως.
Ένα άλλο παράδειγμα σύζευξης είναι η επίδραση ενός διπλού δεσμού σε ένα άτομο που έχει ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων.
Έτσι, για παράδειγμα, όταν ένα καρβοξυλικό οξύ διασπάται, το μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων παραμένει στο άτομο οξυγόνου:
Αυτό οδηγεί σε αύξηση της σταθερότητας του ανιόντος που σχηματίζεται κατά τη διάσταση και σε αύξηση της ισχύος του οξέος.
Η μετατόπιση της πυκνότητας ηλεκτρονίων σε συζευγμένα συστήματα που περιλαμβάνουν n-δεσμούς ή μεμονωμένα ζεύγη ηλεκτρονίων ονομάζεται μεσομερικό φαινόμενο (M).
Βασικοί μηχανισμοί αντίδρασης
Έχουμε εντοπίσει τρεις κύριους τύπους σωματιδίων που αντιδρούν - ελεύθερες ρίζες, ηλεκτρόφιλα, πυρηνόφιλα και τρεις αντίστοιχους τύπους μηχανισμών αντίδρασης:
Ελεύθερες ρίζες;
ηλεκτροφιλικό?
πυρηνόφιλος.
Εκτός από την ταξινόμηση των αντιδράσεων ανάλογα με τον τύπο των σωματιδίων που αντιδρούν, στην οργανική χημεία υπάρχουν τέσσερις τύποι αντιδράσεων που βασίζονται στην αρχή της αλλαγής της σύνθεσης των μορίων: προσθήκη, αντικατάσταση, εξάλειψη ή εξάλειψη (από τα αγγλικά σε εξάλειψη - αφαίρεση, διάσπαση off), και αναδιάταξη. Εφόσον η προσθήκη και η υποκατάσταση μπορούν να συμβούν υπό την επίδραση και των τριών τύπων αντιδρώντων σωματιδίων, μπορούν να διακριθούν αρκετοί κύριοι μηχανισμοί αντίδρασης.
Επιπλέον, θα εξετάσουμε αντιδράσεις αποβολής, που συμβαίνουν υπό την επίδραση πυρηνόφιλων σωματιδίων - βάσεων.
1. Τι είναι οι ομολυτικές και ετερολυτικές διασπάσεις ενός ομοιοπολικού δεσμού; Για ποιους μηχανισμούς σχηματισμού ομοιοπολικού δεσμού είναι τυπικοί;
2. Τι ονομάζονται ηλεκτρόφιλα και πυρηνόφιλα; Δώστε παραδείγματα από αυτά.
3. Ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ μεσομερικών και επαγωγικών επιδράσεων; Πώς αυτά τα φαινόμενα απεικονίζουν τη θέση της θεωρίας του A. M. Butlerov για τη δομή των οργανικών ενώσεων σχετικά με την αμοιβαία επίδραση των ατόμων στα μόρια των οργανικών ουσιών;
4. Υπό το πρίσμα των εννοιών των επαγωγικών και μεσομερικών επιδράσεων, εξετάστε την αμοιβαία επίδραση των ατόμων στα μόρια:
Υποστηρίξτε τα συμπεράσματά σας με παραδείγματα εξισώσεων χημικών αντιδράσεων.
Περιεχόμενο μαθήματος σημειώσεις μαθήματοςυποστήριξη μεθόδων επιτάχυνσης παρουσίασης μαθήματος διαδραστικές τεχνολογίες Πρακτική εργασίες και ασκήσεις αυτοδιαγνωστικά εργαστήρια, προπονήσεις, περιπτώσεις, αποστολές ερωτήσεις συζήτησης εργασιών για το σπίτι ρητορικές ερωτήσεις από μαθητές εικονογραφήσεις ήχου, βίντεο κλιπ και πολυμέσαφωτογραφίες, εικόνες, γραφικά, πίνακες, διαγράμματα, χιούμορ, ανέκδοτα, αστεία, κόμικ, παραβολές, ρήσεις, σταυρόλεξα, αποσπάσματα Πρόσθετα περιλήψειςάρθρα κόλπα για την περίεργη κούνια σχολικά βιβλία βασικά και επιπλέον λεξικό όρων άλλα Βελτίωση σχολικών βιβλίων και μαθημάτωνδιόρθωση λαθών στο σχολικό βιβλίοενημέρωση ενός τμήματος σε ένα σχολικό βιβλίο, στοιχεία καινοτομίας στο μάθημα, αντικατάσταση ξεπερασμένων γνώσεων με νέες Μόνο για δασκάλους τέλεια μαθήματαημερολογιακό σχέδιο για το έτος· μεθοδολογικές συστάσεις· προγράμματα συζήτησης Ολοκληρωμένα ΜαθήματαCH 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
Αντιδράσεις προσθήκης
Τέτοιες αντιδράσεις είναι τυπικές για οργανικές ενώσεις που περιέχουν πολλαπλούς (διπλούς ή τριπλούς) δεσμούς. Οι αντιδράσεις αυτού του τύπου περιλαμβάνουν αντιδράσεις προσθήκης αλογόνων, υδραλογονιδίων και νερού σε αλκένια και αλκίνια
CH3 -CH=CH2 + HCl ---- CH3 -CH(Cl)-CH3
Αντιδράσεις εξάλειψης
Πρόκειται για αντιδράσεις που οδηγούν στο σχηματισμό πολλαπλών δεσμών. Κατά την εξάλειψη των υδραλογονιδίων και του νερού, παρατηρείται μια ορισμένη εκλεκτικότητα της αντίδρασης, που περιγράφεται από τον κανόνα του Zaitsev, σύμφωνα με τον οποίο ένα άτομο υδρογόνου εξαλείφεται από το άτομο άνθρακα στο οποίο υπάρχουν λιγότερα άτομα υδρογόνου. Παράδειγμα αντίδρασης
CH3-CH(Cl)-CH 2 -CH 3 + KOH →CH 3 -CH=CH-CH 3 + HCl
Πολυμερισμός και πολυσυμπύκνωση
n(CH 2 =CHCl) (-CH 2 -CHCl)n
Οξειδοαναγωγή
Η πιο έντονη από τις οξειδωτικές αντιδράσεις είναι η καύση, μια αντίδραση χαρακτηριστική όλων των κατηγοριών οργανικών ενώσεων. Σε αυτή την περίπτωση, ανάλογα με τις συνθήκες καύσης, ο άνθρακας οξειδώνεται σε C (αιθάλη), CO ή CO 2 και το υδρογόνο μετατρέπεται σε νερό. Ωστόσο, για τους οργανικούς χημικούς, οι αντιδράσεις οξείδωσης που πραγματοποιούνται υπό πολύ ηπιότερες συνθήκες από την καύση παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον. Οξειδωτικά μέσα που χρησιμοποιούνται: διαλύματα Br2 σε νερό ή Cl2 σε CCl4; KMnO 4 σε νερό ή αραιό οξύ. οξείδιο του χαλκού; πρόσφατα καταβυθισμένα υδροξείδια αργύρου (Ι) ή χαλκού (II).
3C 2 H 2 + 8KMnO 4 +4H 2 O→3HOOC-COOH + 8MnO 2 + 8KOH
Εστεροποίηση (και αντίστροφη υδρόλυση της)
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. Ταξινόμηση οργανικών αντιδράσεων κατά μηχανισμό. Παραδείγματα.
Ο μηχανισμός αντίδρασης περιλαμβάνει μια λεπτομερή, βήμα προς βήμα περιγραφή των χημικών αντιδράσεων. Ταυτόχρονα διαπιστώνεται ποιοι ομοιοπολικοί δεσμοί σπάνε, με ποια σειρά και με ποιο τρόπο. Περιγράφεται επίσης προσεκτικά ο σχηματισμός νέων δεσμών κατά τη διαδικασία της αντίδρασης. Όταν εξετάζετε τον μηχανισμό αντίδρασης, πρώτα απ 'όλα, δώστε προσοχή στη μέθοδο διάσπασης του ομοιοπολικού δεσμού στο αντιδρόν μόριο. Υπάρχουν δύο τέτοιοι τρόποι - ομολυτική και ετερολυτική.
Ριζικές αντιδράσειςπροχωρούν με ομολυτική (ριζική) διάσπαση ενός ομοιοπολικού δεσμού:
Οι μη πολικοί ή χαμηλοπολικοί ομοιοπολικοί δεσμοί (C–C, N–N, C–H) υφίστανται ριζική διάσπαση σε υψηλές θερμοκρασίες ή υπό την επίδραση του φωτός. Ο άνθρακας στη ρίζα CH 3 έχει 7 εξωτερικά ηλεκτρόνια (αντί για ένα σταθερό κέλυφος οκτάδας στο CH 4). Οι ρίζες είναι ασταθείς, τείνουν να συλλαμβάνουν το ηλεκτρόνιο που λείπει (μέχρι ένα ζεύγος ή μέχρι μια οκτάδα). Ένας από τους τρόπους σχηματισμού σταθερών προϊόντων είναι ο διμερισμός (ο συνδυασμός δύο ριζών):
CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,
N + N N : Ν.
Ριζικές αντιδράσεις - Αυτές είναι, για παράδειγμα, αντιδράσεις χλωρίωσης, βρωμίωσης και νίτρωσης αλκανίων:
Ιονικές αντιδράσεις συμβαίνουν με διάσπαση ετερολυτικού δεσμού. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται ενδιάμεσα οργανικά ιόντα βραχείας διάρκειας - καρβοκατιόντα και καρβανιόντα - με φορτίο στο άτομο άνθρακα. Στις ιοντικές αντιδράσεις, το ζεύγος ηλεκτρονίων που συνδέεται δεν διαχωρίζεται, αλλά περνά εξ ολοκλήρου σε ένα από τα άτομα, μετατρέποντάς το σε ανιόν:
Οι ισχυρά πολικοί (H–O, C–O) και οι εύκολα πολωτικοί δεσμοί (C–Br, C–I) είναι επιρρεπείς σε ετερολυτική διάσπαση.
Διακρίνω πυρηνόφιλες αντιδράσεις (πυρηνόφιλος– αναζητώντας τον πυρήνα, ένα μέρος με έλλειψη ηλεκτρονίων) και ηλεκτροφιλικές αντιδράσεις (ηλεκτροφιλος– αναζήτηση ηλεκτρονίων). Η δήλωση ότι μια συγκεκριμένη αντίδραση είναι πυρηνόφιλη ή ηλεκτρόφιλη αναφέρεται πάντα στο αντιδραστήριο. Αντιδραστήριο– ουσία που συμμετέχει στην αντίδραση με απλούστερη δομή. Υπόστρωμα– μια αρχική ουσία με πιο σύνθετη δομή. Εξερχόμενη ομάδαείναι ένα αντικαταστάσιμο ιόν που έχει συνδεθεί με άνθρακα. Προϊόν αντίδρασης– νέα ουσία που περιέχει άνθρακα (γραμμένη στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης αντίδρασης).
ΠΡΟΣ ΤΗΝ πυρηνόφιλα αντιδραστήρια(πυρηνόφιλα) περιλαμβάνουν αρνητικά φορτισμένα ιόντα, ενώσεις με μεμονωμένα ζεύγη ηλεκτρονίων, ενώσεις με διπλούς δεσμούς άνθρακα-άνθρακα. ΠΡΟΣ ΤΗΝ ηλεκτρόφιλα αντιδραστήρια(ηλεκτρόφιλα) περιλαμβάνουν θετικά φορτισμένα ιόντα, ενώσεις με απλήρωτα κελύφη ηλεκτρονίων (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), ενώσεις με καρβονυλικές ομάδες, αλογόνα. Ηλεκτρόφιλα είναι οποιοδήποτε άτομο, μόριο ή ιόν ικανό να προσθέσει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων στη διαδικασία σχηματισμού ενός νέου δεσμού. Η κινητήρια δύναμη των ιοντικών αντιδράσεων είναι η αλληλεπίδραση αντίθετα φορτισμένων ιόντων ή θραυσμάτων διαφορετικών μορίων με μερικό φορτίο (+ και –).
Παραδείγματα διαφορετικών τύπων ιοντικών αντιδράσεων.
Πυρηνόφιλη υποκατάσταση :
Ηλεκτρόφιλη υποκατάσταση :
Πυρηνόφιλη προσθήκη (ΣΟ – προστίθεται πρώτα και μετά H +):
Ηλεκτροφιλική σύνδεση (Το H + προστίθεται πρώτα και μετά το X –):
Αποβολή με τη δράση πυρηνόφιλων (βάσεις) :
Εξάλειψη με δράση ηλεκτρόφιλα (οξέα) :
| Όνομα παραμέτρου | Εννοια |
| Θέμα άρθρου: | Μηχανισμοί οργανικών αντιδράσεων |
| Ρουμπρίκα (θεματική κατηγορία) | Εκπαίδευση |
Ταξινόμηση αντιδράσεων
Υπάρχουν τέσσερις κύριοι τύποι αντιδράσεων στις οποίες συμμετέχουν οργανικές ενώσεις: υποκατάσταση (μετατόπιση), προσθήκη, εξάλειψη (εξάλειψη), αναδιατάξεις.
3.1 Αντιδράσεις υποκατάστασης
Στον πρώτο τύπο αντίδρασης, η υποκατάσταση συμβαίνει συνήθως σε ένα άτομο άνθρακα, αλλά το υποκατεστημένο άτομο πρέπει να είναι ένα άτομο υδρογόνου ή κάποιο άλλο άτομο ή ομάδα ατόμων. Κατά την ηλεκτροφιλική υποκατάσταση, το άτομο υδρογόνου αντικαθίσταται συχνότερα. Ένα παράδειγμα είναι η κλασική αρωματική υποκατάσταση:
Με την πυρηνόφιλη υποκατάσταση, δεν αντικαθίσταται συχνότερα το άτομο υδρογόνου, αλλά άλλα άτομα, για παράδειγμα:
NC - + R−Br → NC−R +BR -
3.2 Αντιδράσεις προσθήκης
Οι αντιδράσεις προσθήκης μπορεί επίσης να είναι ηλεκτρόφιλες, πυρηνόφιλες ή ριζικές με βάση τον τύπο του είδους που ξεκινά τη διαδικασία. Η προσκόλληση σε συνηθισμένους διπλούς δεσμούς άνθρακα-άνθρακα προκαλείται συνήθως από ένα ηλεκτρόφιλο ή ρίζα. Για παράδειγμα, η προσθήκη HBr
μπορεί να ξεκινήσει με επίθεση του διπλού δεσμού από το πρωτόνιο H+ ή τη ρίζα Br·.
3.3 Αντιδράσεις αποβολής
Οι αντιδράσεις απομάκρυνσης είναι ουσιαστικά το αντίστροφο από τις αντιδράσεις προσθήκης. Ο πιο συνηθισμένος τύπος τέτοιας αντίδρασης είναι η εξάλειψη ενός ατόμου υδρογόνου και ενός άλλου ατόμου ή ομάδας από γειτονικά άτομα άνθρακα για να σχηματιστούν αλκένια:
3.4 Αντιδράσεις αναδιάταξης
Αναδιατάξεις μπορούν επίσης να συμβούν μέσω ενδιάμεσων ενώσεων που είναι κατιόντα, ανιόντα ή ρίζες. Τις περισσότερες φορές, αυτές οι αντιδράσεις συμβαίνουν με το σχηματισμό καρβοκατιόντων ή άλλων σωματιδίων με έλλειψη ηλεκτρονίων. Οι ανακατατάξεις ενδέχεται να περιλαμβάνουν σημαντική αναδιάρθρωση του σκελετού άνθρακα. Το ίδιο το βήμα αναδιάταξης σε τέτοιες αντιδράσεις συχνά ακολουθείται από στάδια υποκατάστασης, προσθήκης ή εξάλειψης, οδηγώντας στον σχηματισμό ενός σταθερού τελικού προϊόντος.
Μια λεπτομερής περιγραφή μιας χημικής αντίδρασης κατά στάδια συνήθως ονομάζεται μηχανισμός. Από ηλεκτρονική άποψη, ο μηχανισμός μιας χημικής αντίδρασης νοείται ως η μέθοδος διάσπασης των ομοιοπολικών δεσμών σε μόρια και η αλληλουχία καταστάσεων από τις οποίες διέρχονται οι αντιδρώντες ουσίες πριν γίνουν προϊόντα αντίδρασης.
4.1 Αντιδράσεις ελεύθερων ριζών
Οι αντιδράσεις ελεύθερων ριζών είναι χημικές διεργασίες στις οποίες συμμετέχουν μόρια με ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Ορισμένες πτυχές των αντιδράσεων ελεύθερων ριζών είναι μοναδικές σε σύγκριση με άλλους τύπους αντιδράσεων. Η κύρια διαφορά είναι ότι πολλές αντιδράσεις ελεύθερων ριζών είναι αλυσιδωτές αντιδράσεις. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει ένας μηχανισμός με τον οποίο πολλά μόρια μετατρέπονται σε προϊόν μέσω μιας επαναλαμβανόμενης διαδικασίας που ξεκινά από τη δημιουργία ενός μόνο αντιδρώντος είδους. Ένα τυπικό παράδειγμα επεξηγείται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο υποθετικό μηχανισμό:
Το στάδιο στο οποίο παράγεται το ενδιάμεσο της αντίδρασης, στην περίπτωση αυτή Α·, ονομάζεται συνήθως έναρξη. Αυτό το στάδιο εμφανίζεται σε υψηλές θερμοκρασίες, υπό την επίδραση UV ή υπεροξειδίων, σε μη πολικούς διαλύτες. Οι επόμενες τέσσερις εξισώσεις σε αυτό το παράδειγμα επαναλαμβάνουν την ακολουθία δύο αντιδράσεων. αντιπροσωπεύουν τη φάση ανάπτυξης της αλυσίδας. Οι αλυσιδωτές αντιδράσεις χαρακτηρίζονται από το μήκος της αλυσίδας, το οποίο αντιστοιχεί στον αριθμό των σταδίων ανάπτυξης ανά στάδιο έναρξης. Το δεύτερο στάδιο συμβαίνει με την ταυτόχρονη σύνθεση της ένωσης και το σχηματισμό μιας νέας ρίζας, η οποία συνεχίζει την αλυσίδα των μετασχηματισμών. Το τελευταίο βήμα είναι το στάδιο τερματισμού της αλυσίδας, το οποίο περιλαμβάνει οποιαδήποτε αντίδραση στην οποία ένα από τα ενδιάμεσα της αντίδρασης που είναι απαραίτητα για την εξέλιξη της αλυσίδας καταστρέφεται. Όσο περισσότερα στάδια τερματισμού της αλυσίδας, τόσο μικρότερο γίνεται το μήκος της αλυσίδας.
Οι αντιδράσεις ελεύθερων ριζών συμβαίνουν: 1) στο φως, σε υψηλές θερμοκρασίες ή παρουσία ριζών που σχηματίζονται κατά την αποσύνθεση άλλων ουσιών. 2) αναστέλλεται από ουσίες που αντιδρούν εύκολα με τις ελεύθερες ρίζες. 3) εμφανίζονται σε μη πολικούς διαλύτες ή στη φάση ατμού. 4) έχουν συχνά μια αυτοκαταλυτική και επαγωγική περίοδο πριν από την έναρξη της αντίδρασης. 5) κινητικά είναι αλυσιδωτές.
Οι αντιδράσεις ριζικής υποκατάστασης είναι χαρακτηριστικές των αλκανίων και οι αντιδράσεις προσθήκης ριζών είναι χαρακτηριστικές των αλκενίων και των αλκινίων.
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
Η σύνδεση των ελεύθερων ριζών μεταξύ τους και ο τερματισμός της αλυσίδας συμβαίνει κυρίως στα τοιχώματα του αντιδραστήρα.
4.2 Ιονικές αντιδράσεις
Αντιδράσεις στις οποίες εμφανίζεται ετερολυτικότο σπάσιμο των δεσμών και ο σχηματισμός ενδιάμεσων σωματιδίων ιοντικού τύπου ονομάζονται ιοντικές αντιδράσεις.
Οι ιοντικές αντιδράσεις συμβαίνουν: 1) παρουσία καταλυτών (οξέων ή βάσεων και δεν επηρεάζονται από το φως ή τις ελεύθερες ρίζες, ιδιαίτερα αυτές που προκύπτουν από την αποσύνθεση των υπεροξειδίων). 2) δεν επηρεάζονται από σαρωτές ελεύθερων ριζών. 3) η φύση του διαλύτη επηρεάζει την πορεία της αντίδρασης. 4) σπάνια εμφανίζονται στη φάση ατμού. 5) κινητικά είναι κυρίως αντιδράσεις πρώτης ή δεύτερης τάξης.
Με βάση τη φύση του αντιδραστηρίου που δρα στο μόριο, οι ιοντικές αντιδράσεις χωρίζονται σε ηλεκτροφιλικόΚαι πυρηνόφιλος. Οι αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης είναι χαρακτηριστικές των αλκυλο και αρυλο αλογονιδίων,
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
ηλεκτρόφιλη υποκατάσταση – για αλκάνια παρουσία καταλυτών
CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 3 → CH 3 - CH (CH 3) - CH 2 - CH 3
και αρένες.
C 6 H 6 + HNO 3 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
Οι ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις προσθήκης είναι χαρακτηριστικές των αλκενίων
CH 3 -CH=CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 2 Br
και αλκίνια,
CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl
πυρηνόφιλη προσθήκη – για αλκίνια.
CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C(OC 2 H 5) = CH 2
Μηχανισμοί οργανικών αντιδράσεων - έννοια και τύποι. Ταξινόμηση και χαρακτηριστικά της κατηγορίας «Μηχανισμοί οργανικών αντιδράσεων» 2017, 2018.
