Shumë reaksione zëvendësimi hapin rrugën për prodhimin e një sërë përbërjesh që kanë aplikime ekonomike. Zëvendësimi elektrofilik dhe nukleofilik luan një rol të madh në shkencën dhe industrinë kimike. Në sintezën organike, këto procese kanë një sërë veçorish të cilave duhet t'u kushtohet vëmendje.
Shumëllojshmëri dukurish kimike. Reaksionet e zëvendësimit
Ndryshimet kimike që lidhen me transformimin e substancave dallohen nga një numër karakteristikash. Rezultatet përfundimtare dhe efektet termike mund të ndryshojnë; Disa procese shkojnë drejt përfundimit, në të tjera ndodh një ndryshim në substanca, shpesh i shoqëruar me një rritje ose ulje të shkallës së oksidimit. Gjatë klasifikimit të dukurive kimike sipas rezultatit përfundimtar të tyre, vëmendje i kushtohet dallimeve cilësore dhe sasiore midis reagentëve dhe produkteve. Bazuar në këto karakteristika, mund të dallohen 7 lloje të transformimeve kimike, duke përfshirë zëvendësimin, i cili ndjek skemën: A-B + C A-C + B. Një shënim i thjeshtuar i një klase të tërë fenomenesh kimike jep idenë se midis substancave fillestare ekziston një e ashtuquajtura "sulm" një grimcë që zëvendëson një atom, jon ose grup funksional në një reagent. Reaksioni i zëvendësimit është karakteristik për kufizues dhe
Reaksionet e zëvendësimit mund të ndodhin në formën e një shkëmbimi të dyfishtë: A-B + C-E A-C + B-E. Një nga nënllojet është zhvendosja, për shembull, e bakrit me hekur nga një zgjidhje e sulfatit të bakrit: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. Grimca "sulmuese" mund të jetë atome, jone ose grupe funksionale
Zëvendësimi homolitik (radikal, SR)
Me mekanizmin radikal të thyerjes së lidhjeve kovalente, një çift elektronik i përbashkët për elementë të ndryshëm shpërndahet proporcionalisht midis "fragmenteve" të molekulës. Janë formuar radikalet e lira. Këto janë grimca të paqëndrueshme, stabilizimi i të cilave ndodh si rezultat i transformimeve të mëvonshme. Për shembull, kur prodhohet etan nga metani, shfaqen radikale të lira që marrin pjesë në reaksionin e zëvendësimit: CH 4 CH 3. + .N; CH 3. + .CH 3 → C2H5; N. + .N → N2. Prishja e lidhjes homolitike sipas mekanizmit të zëvendësimit të mësipërm është e një natyre zinxhir. Në metan, atomet H mund të zëvendësohen në mënyrë të njëpasnjëshme nga klori. Reagimi me bromin ndodh në mënyrë të ngjashme, por jodi nuk është në gjendje të zëvendësojë drejtpërdrejt hidrogjenin në alkane; fluori reagon me to shumë fuqishëm.
Metoda e thyerjes së lidhjes heterolitike
Me mekanizmin jonik të reaksioneve të zëvendësimit, elektronet shpërndahen në mënyrë të pabarabartë midis grimcave të sapoformuara. Çifti i lidhjes së elektroneve shkon tërësisht në një nga "fragmentet", më së shpeshti te partneri i lidhjes drejt të cilit u zhvendos dendësia negative në molekulën polare. Reaksionet e zëvendësimit përfshijnë formimin e alkoolit metil CH 3 OH. Në bromometan CH3Br, ndarja e molekulës është heterolitike dhe grimcat e ngarkuara janë të qëndrueshme. Metil fiton një ngarkesë pozitive dhe bromi fiton një ngarkesë negative: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; CH 3 + + OH - → CH 3 OH; Na + + Br - ↔ NaBr.
Elektrofile dhe nukleofile
Grimcat të cilave u mungojnë elektronet dhe mund t'i pranojnë ato quhen "elektrofile". Këto përfshijnë atomet e karbonit të lidhur me halogjenet në haloalkanet. Nukleofilët kanë rritur densitetin e elektroneve; ata "dhurojnë" një palë elektrone kur krijojnë një lidhje kovalente. Në reaksionet e zëvendësimit, nukleofile të pasura me ngarkesa negative sulmohen nga elektrofile të uritur nga elektroni. Ky fenomen shoqërohet me lëvizjen e një atomi ose grimce tjetër - një grup largues. Një lloj tjetër i reaksionit të zëvendësimit është sulmi i një elektrofili nga një nukleofile. Ndonjëherë është e vështirë të dallosh midis dy proceseve dhe t'i atribuosh zëvendësimin një lloji ose një tjetër, pasi është e vështirë të tregosh me saktësi se cila nga molekulat është substrati dhe cili është reagjenti. Zakonisht në raste të tilla merren parasysh faktorët e mëposhtëm:
- natyra e grupit që largohet;
- reaktiviteti nukleofile;
- natyra e tretësit;
- struktura e pjesës alkilike.
Zëvendësimi nukleofilik (SN)
Gjatë procesit të ndërveprimit në një molekulë organike, vërehet një rritje e polarizimit. Në ekuacione, një ngarkesë e pjesshme pozitive ose negative tregohet nga një shkronjë e alfabetit grek. Polarizimi i lidhjes bën të mundur gjykimin e natyrës së këputjes së tij dhe sjelljes së mëtejshme të "fragmenteve" të molekulës. Për shembull, atomi i karbonit në jodometan ka një ngarkesë të pjesshme pozitive dhe është një qendër elektrofile. Ajo tërheq atë pjesë të dipolit të ujit ku ndodhet oksigjeni, i cili ka një tepricë të elektroneve. Kur një elektrofil ndërvepron me një reagent nukleofilik, formohet metanoli: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Reaksionet e zëvendësimit nukleofilik zhvillohen me pjesëmarrjen e një joni ose molekule të ngarkuar negativisht me një çift elektronik të lirë që nuk është i përfshirë në krijimin e një lidhjeje kimike. Pjesëmarrja aktive e jodometanit në reaksionet SN 2 shpjegohet me hapjen e tij ndaj sulmit nukleofilik dhe lëvizshmërinë e jodit.
Zëvendësimi elektrofilik (SE)
Një molekulë organike mund të përmbajë një qendër nukleofile, e cila karakterizohet nga një tepricë e densitetit të elektroneve. Ai reagon me një reagent elektrofilik të cilit i mungon ngarkesa negative. Grimca të tilla përfshijnë atome me orbitale të lira dhe molekula me zona me densitet të ulët elektronik. Karboni B, i cili ka një ngarkesë "-", ndërvepron me pjesën pozitive të dipolit të ujit - me hidrogjenin: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Produkti i këtij reaksioni të zëvendësimit elektrofilik është metani. Në reaksionet heterolitike, qendrat e ngarkuara në mënyrë të kundërt të molekulave organike bashkëveprojnë, gjë që i bën ato të ngjashme me jonet në kiminë e substancave inorganike. Nuk duhet neglizhuar se transformimi i përbërjeve organike shoqërohet rrallë me formimin e kationeve dhe anioneve të vërteta.
Reaksionet monomolekulare dhe bimolekulare
Zëvendësimi nukleofilik është monomolekular (SN1). Hidroliza e një produkti të rëndësishëm të sintezës organike, klorurit terciar butil, zhvillohet sipas këtij mekanizmi. Faza e parë është e ngadaltë, shoqërohet me ndarje graduale në kation të karbonit dhe anion klorur. Faza e dytë vazhdon më shpejt, ndodh reagimi i jonit të karbonit me ujë. zëvendësimi i një halogjeni në një alkan për një grup hidroksi dhe përftimi i një alkooli primar: (CH 3) 3 C-Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C—OH + H + . Hidroliza me një fazë të halogjenëve alkil primar dhe sekondar karakterizohet nga shkatërrimi i njëkohshëm i lidhjes së karbonit me halogjenin dhe formimi i një çifti C–OH. Ky është një mekanizëm i zëvendësimit bimolekular nukleofilik (SN2).
Mekanizmi i zëvendësimit heterolitik
Mekanizmi i zëvendësimit shoqërohet me transferimin e elektroneve dhe krijimin e komplekseve të ndërmjetme. Sa më shpejt të ndodhë reagimi, aq më lehtë lindin produktet e ndërmjetme karakteristike të tij. Shpesh procesi shkon në disa drejtime në të njëjtën kohë. Avantazhi zakonisht shkon në rrugën që përdor grimcat që kërkojnë sasinë më të vogël të energjisë për formimin e tyre. Për shembull, prania e një lidhjeje dyfishe rrit probabilitetin e shfaqjes së një kationi alilik CH2=CH—CH 2 + krahasuar me jonin CH 3 +. Arsyeja qëndron në densitetin elektronik të lidhjes së shumëfishtë, e cila ndikon në delokalizimin e ngarkesës pozitive të shpërndarë në të gjithë molekulën.
Reaksionet e zëvendësimit të benzenit
Grupi për të cilin është karakteristik zëvendësimi elektrofilik janë arenat. Unaza e benzenit është një objektiv i përshtatshëm për sulm elektrofilik. Procesi fillon me polarizimin e lidhjes në reagentin e dytë, duke rezultuar në formimin e një elektrofili ngjitur me renë elektronike të unazës së benzenit. Si rezultat, shfaqet një kompleks tranzicioni. Nuk ka ende një lidhje të plotë midis grimcave elektrofile dhe një prej atomeve të karbonit; ajo tërhiqet nga e gjithë ngarkesa negative e elektroneve "aromatike gjashtë". Në fazën e tretë të procesit, elektrofili dhe një atom karboni i unazës lidhen nga një palë elektronesh të përbashkëta (lidhja kovalente). Por në këtë rast, "gjashtë aromatike" shkatërrohet, e cila është e pafavorshme nga pikëpamja e arritjes së një gjendjeje të qëndrueshme, të qëndrueshme energjetike. Vërehet një fenomen që mund të quhet "nxjerrja e protonit". H+ eliminohet dhe rikthehet një sistem i qëndrueshëm komunikimi karakteristik për arenët. Nënprodukti përmban një kation hidrogjeni nga unaza e benzenit dhe një anion nga reagenti i dytë.
Shembuj të reaksioneve të zëvendësimit nga kimia organike
Alkanet karakterizohen veçanërisht nga një reaksion zëvendësimi. Shembuj të transformimeve elektrofile dhe nukleofile mund të jepen për cikloalkanet dhe arenet. Reaksione të ngjashme në molekulat e substancave organike ndodhin në kushte normale, por më shpesh kur nxehen dhe në prani të katalizatorëve. Proceset e zakonshme dhe të studiuara mirë përfshijnë zëvendësimin elektrofilik në unazën aromatike. Reagimet më të rëndësishme të këtij lloji:
- Nitrimi i benzenit në prani të H 2 SO 4 zhvillohet sipas skemës: C 6 H 6 → C 6 H 5 - NO 2.
- Halogjenimi katalitik i benzenit, në veçanti klorifikimi, sipas ekuacionit: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
- Procesi aromatik vazhdon me acid sulfurik "tymues", formohen acide benzensulfonike.
- Alkilimi është zëvendësimi i një atomi hidrogjeni nga unaza e benzenit me një alkil.
- Acilimi është formimi i ketoneve.
- Formilimi është zëvendësimi i hidrogjenit me një grup CHO dhe formimi i aldehideve.
Reaksionet e zëvendësimit përfshijnë reaksionet në alkane dhe cikloalkane në të cilat halogjenet sulmojnë një lidhje të arritshme C-H. Formimi i derivateve mund të përfshijë zëvendësimin e një, dy ose të gjithë atomeve të hidrogjenit në hidrokarburet e ngopura dhe cikloparafinat. Shumë nga haloalkanet me pesha të vogla molekulare përdoren në prodhimin e substancave më komplekse që i përkasin klasave të ndryshme. Progresi i arritur në studimin e mekanizmave të reaksioneve të zëvendësimit i ka dhënë një shtysë të fuqishme zhvillimit të sintezave të bazuara në alkane, cikloparafina, arene dhe hidrokarbure të halogjenizuara.
Formohet kur orbitalet atomike mbivendosen dhe formohen çifte elektronike të përbashkëta. Si rezultat i kësaj, formohet një orbitale e përbashkët për të dy atomet, e cila përmban një palë të përbashkët elektronesh. Kur lidhja prishet, fati i këtyre elektroneve të zakonshme mund të jetë i ndryshëm.
Mekanizmi i shkëmbimit për formimin e një lidhje kovalente. Shkëputja e lidhjes homolitike
Një orbitale me një elektron të paçiftuar që i përket një atomi mund të mbivendoset me një orbitale të një atomi tjetër që përmban gjithashtu një elektron të paçiftuar. Në këtë rast, një lidhje kovalente formohet sipas mekanizmit të shkëmbimit:
N· + ·N -> N: N, ose N-N
Mekanizmi i shkëmbimit për formimin e një lidhjeje kovalente realizohet nëse një çift elektronik i përbashkët formohet nga elektrone të paçiftuara që i përkasin atomeve të ndryshme.
Procesi i kundërt me formimin e një lidhjeje kovalente nga mekanizmi i shkëmbimit është ndarja e lidhjes, në të cilën humbet një elektron për secilin atom. Si rezultat i kësaj, formohen dy grimca të pa ngarkuara, që kanë elektrone të paçiftuara:
Grimca të tilla quhen radikale të lira.
Radikalet e lira- atome ose grupe atomesh që kanë elektrone të paçiftëzuara.
Mekanizmi i ndarjes së lidhjes kovalente, në të cilin formohen radikalet e lira, quhet hemolitik ose homolizë (homo-identike, d.m.th., kjo lloj shkëputjeje e lidhjes çon në formimin e grimcave identike).
Reaksionet që ndodhin nën ndikimin dhe me pjesëmarrjen e radikaleve të lira quhen reaksionet e radikaleve të lira.
Anioni hidroksil tërhiqet nga atomi i karbonit (sulmon atomin e karbonit) në të cilin është përqendruar ngarkesa e pjesshme pozitive dhe zëvendëson bromin, ose më saktë, anionin e bromit.
Në molekulën 1-kloropropane, çifti elektronik në lidhjen C-Cl zhvendoset drejt atomit të klorit për shkak të elektronegativitetit të tij më të madh. Në këtë rast, atomi i karbonit, i cili ka marrë një ngarkesë të pjesshme pozitive (§+), tërheq elektrone nga atomi i lidhur i karbonit, i cili, nga ana tjetër, nga sa vijon:
Kështu, efekti induktiv transmetohet përmes qarkut, por shpejt zbehet: praktikisht nuk vërehet pas tre lidhjeve st.
Le të shqyrtojmë një reagim tjetër - shtimin e bromurit të hidrogjenit në eten:
CH2=CH2 + HBr -> CH3-CH2Br
Në fazën fillestare të këtij reaksioni, një kation hidrogjeni i shtohet një molekule që përmban një lidhje të shumëfishtë:
CH2=CH2 + H+ -> CH2-CH3
Elektronet e lidhjes n u zhvendosën në një atom karboni, dhe fqinji kishte një ngarkesë pozitive, një orbital të paplotësuar.
Stabiliteti i grimcave të tilla përcaktohet nga sa mirë kompensohet ngarkesa pozitive në atomin e karbonit. Ky kompensim ndodh për shkak të një zhvendosjeje në densitetin elektronik të lidhjes a drejt atomit të karbonit të ngarkuar pozitivisht, d.m.th., një efekt induktiv pozitiv (+1). 
Grupi i atomeve, në këtë rast grupi metil, nga i cili është tërhequr dendësia e elektroneve, ka një efekt dhurues, i cili emërtohet +1.
efekt mesomerik. Ekziston një mënyrë tjetër që disa atome ose grupe ndikojnë në të tjerët - efekti mesomerik, ose efekti i konjugimit.
Merrni parasysh molekulën 1,3 butadiene:
CH2=CH CH=CH2
Rezulton se lidhjet e dyfishta në këtë molekulë nuk janë vetëm dy lidhje dyfishe! Meqenëse janë afër, ka mbivendosje P-lidhjet e përfshira në lidhjet dyfishe fqinje dhe formohet një lidhje e përbashkët për të katër atomet e karbonit P- re elektronike. Në këtë rast, sistemi (molekula) bëhet më i qëndrueshëm. Ky fenomen quhet konjugim (në këtë rast P - P- konjugim). 
Mbivendosja shtesë, konjugimi i n-lidhjeve të ndara nga një lidhje o, çon në "mesatarizimin" e tyre. Lidhja qendrore e thjeshtë fiton një karakter të pjesshëm "të dyfishtë", bëhet më i fortë dhe më i shkurtër, dhe lidhjet e dyfishta dobësohen dhe zgjaten disi.
Një shembull tjetër i konjugimit është efekti i një lidhjeje të dyfishtë në një atom që ka një palë të vetme elektronesh.
Kështu, për shembull, kur një acid karboksilik shkëputet, çifti i vetëm elektronik mbetet në atomin e oksigjenit:
Kjo çon në një rritje të qëndrueshmërisë së anionit të formuar gjatë shpërbërjes dhe një rritje të forcës së acidit.
Zhvendosja në densitetin e elektroneve në sistemet e konjuguara që përfshijnë n-lidhje ose çifte të vetme elektronike quhet efekti mesomerik (M).
Mekanizmat bazë të reagimit
Ne kemi identifikuar tre lloje kryesore të grimcave reaguese - radikalet e lira, elektrofilet, nukleofile dhe tre lloje përkatëse të mekanizmave të reagimit:
Radikal i lirë;
elektrofile;
nukleofile.
Përveç klasifikimit të reaksioneve sipas llojit të grimcave që reagojnë, në kiminë organike ekzistojnë katër lloje reaksionesh të bazuara në parimin e ndryshimit të përbërjes së molekulave: shtimi, zëvendësimi, eliminimi ose eliminimi (nga anglishtja për të eliminuar - hequr, ndarë fikur), dhe rirregullim. Meqenëse shtimi dhe zëvendësimi mund të ndodhë nën ndikimin e të tre llojeve të grimcave reaktive, mund të dallohen disa mekanizma kryesorë të reagimit.
Përveç kësaj, ne do të shqyrtojmë reagimet e eliminimit, të cilat ndodhin nën ndikimin e grimcave nukleofile - bazave.
1. Cilat janë ndarjet homolitike dhe heterolitike të një lidhjeje kovalente? Për cilët mekanizma të formimit të lidhjeve kovalente janë tipike ato?
2. Çfarë quhen elektrofile dhe nukleofile? Jepni shembuj të tyre.
3. Cilat janë ndryshimet midis efekteve mezomerike dhe induktive? Si e ilustrojnë këto dukuri pozicionin e teorisë së A. M. Butlerov për strukturën e përbërjeve organike rreth ndikimit të ndërsjellë të atomeve në molekulat e substancave organike?
4. Në dritën e koncepteve të efekteve induktive dhe mezomerike, merrni parasysh ndikimin e ndërsjellë të atomeve në molekula:
Mbështetni përfundimet tuaja me shembuj të ekuacioneve të reaksioneve kimike.
Përmbajtja e mësimit shënimet e mësimit mbështetja e prezantimit të mësimit në kuadër të metodave të përshpejtimit teknologjitë interaktive Praktikoni detyra dhe ushtrime punëtori për vetëtestim, trajnime, raste, kërkime pyetje diskutimi për detyra shtëpie pyetje retorike nga nxënësit Ilustrime audio, videoklipe dhe multimedia fotografi, foto, grafika, tabela, diagrame, humor, anekdota, shaka, komike, shëmbëlltyra, thënie, fjalëkryqe, citate Shtesa abstrakte artikuj truke për krevat kureshtarë tekste mësimore fjalor termash bazë dhe plotësues të tjera Përmirësimi i teksteve dhe mësimevekorrigjimi i gabimeve në tekstin shkollor përditësimi i një fragmenti në një tekst shkollor, elemente të inovacionit në mësim, zëvendësimi i njohurive të vjetruara me të reja Vetëm për mësuesit leksione perfekte plani kalendarik për vitin, rekomandimet metodologjike, programi i diskutimit Mësime të integruaraTë gjitha reaksionet kimike shoqërohen me thyerjen e disa lidhjeve dhe formimin e të tjerave. Në parim, reaksionet organike u binden të njëjtave ligje si ato inorganike, por kanë origjinalitet cilësor.
Kështu, ndërsa reaksionet inorganike zakonisht përfshijnë jone, reaksionet organike përfshijnë molekula.
Reaksionet vazhdojnë shumë më ngadalë, në shumë raste kërkojnë një katalizator ose përzgjedhje të kushteve të jashtme (temperatura, presioni).
Ndryshe nga reaksionet inorganike, të cilat zhvillohen në mënyrë mjaft të qartë, shumica e reaksioneve organike shoqërohen nga një ose një numër tjetër reaksionesh anësore. Në këtë rast, rendimenti i produktit kryesor shpesh nuk kalon 50%, por ndodh që rendimenti të jetë edhe më i vogël. Por në disa raste reagimi mund të vazhdojë në mënyrë sasiore, d.m.th. me rendiment 100%. Për shkak të faktit se përbërja e produkteve është e paqartë, ekuacionet e reaksioneve kimike përdoren rrallë në kiminë organike. Më shpesh, shkruhet një skemë reagimi që pasqyron materialet fillestare dhe produktin kryesor të reaksionit, dhe në vend të shenjës "=" midis pjesëve të djathta dhe të majta të skemës, përdoret "" ose shenja e kthyeshmërisë.
Ekzistojnë dy qasje për klasifikimin e reaksioneve organike: sipas natyrës së transformimeve kimike dhe sipas mekanizmave të shfaqjes së tyre.
Bazuar në natyrën e transformimeve kimike, ato dallohen:
|
Reagimet e zëvendësimit (S - nga anglishtja Zëvendësim - zëvendësim) |
Një atom ose grup atomesh zëvendësohet nga një atom tjetër ose grup atomesh: |
|
Reagimet e shtimit (Ad - nga Shtesa në anglisht - hyrje) |
Nga dy ose më shumë molekula formohet një substancë e re. Shtimi ndodh, si rregull, përmes lidhjeve të shumta (të dyfishta, të trefishta): |
|
Reaksionet e eliminimit (E - nga anglishtja Eliminim - eliminim, heqje) |
Reaksionet e derivateve të hidrokarbureve në të cilat një grup funksional eliminohet së bashku me atomet e hidrogjenit për të formuar një lidhje (të dyfishtë, të trefishtë): |
|
Rigrupimet (Rg - nga anglishtja Ri-grupim - rigrupim) |
Reaksionet intramolekulare të rishpërndarjes së densitetit të elektroneve dhe atomeve: (Rigrupimi i Favorsky). |
Klasifikimi i reaksioneve organike sipas mekanizmit të shfaqjes së tyre.
Mekanizmi i një reaksioni kimik është rruga që çon në thyerjen e një lidhjeje të vjetër dhe formimin e një të reje.
Ekzistojnë dy mekanizma për thyerjen e një lidhje kovalente:
1. Heterolitike (jonike). Në këtë rast, çifti elektronik i lidhjes transferohet plotësisht në një nga atomet e lidhur:
2. Homolitik (radikal). Çifti i përbashkët i elektroneve ndahet në gjysmë për të formuar dy grimca me valencë të lirë - radikale:
Natyra e mekanizmit të zbërthimit përcaktohet nga lloji i grimcave sulmuese (reagentit). Ekzistojnë tre lloje të reagentëve në kiminë organike.
1. Reagentë nukleofilik (N - nga latinishtja Nucleophilic - që kanë një afinitet për bërthamën).
Grimcat (atomet, grupet, molekula neutrale) që përmbajnë densitet të tepërt të elektroneve. Ato ndahen në të forta, të mesme dhe të dobëta. Fuqia e një nukleofili është një koncept relativ, në varësi të kushteve të reagimit (polariteti i tretësit). Në tretës polare nukleofile të forta: , si dhe molekulat neutrale me çifte elektronesh të vetme (në orbitale jolidhëse). Nukleofile me fuqi mesatare: . Nukleofile të dobëta: anionet e acideve të forta - si dhe fenolet dhe aminat aromatike.
2. Reagentët elektrofilë (E - nga latinishtja Electrophilic - që kanë një afinitet për elektronet).
Grimcat (atomet, grupet, molekula neutrale) që mbartin një ngarkesë pozitive ose një orbitale të zbrazët, si rezultat i të cilave ata kanë një afinitet për grimcat e ngarkuara negativisht ose një çift elektronik. Tek numri elektrofile të forta përfshijnë protonin, kationet metalike (veçanërisht ato të ngarkuara shumëfish), molekulat me një orbital të zbrazët në një nga atomet (acidet Lewis), molekulat e acideve që përmbajnë oksigjen me ngarkesa të larta në atomin e oksiduar ().
Shpesh ndodh që një molekulë të përmbajë disa qendra reagimi të natyrave të ndryshme - si nukleofile ashtu edhe elektrofile.
3. Radikalet (R).
Në varësi të llojit të reagjentit dhe rrugës së ndarjes së lidhjes heterolitike në molekulën e substratit, formohen produkte të ndryshme. Kjo mund të paraqitet në formë të përgjithshme:
Reaksionet që ndodhin sipas skemave të tilla quhen reaksione të zëvendësimit elektrofilik (SE), sepse reaksioni është në thelb një zhvendosje, dhe agjenti sulmues është një specie elektrofile.
Reaksionet që zhvillohen sipas skemave të tilla quhen reaksione të zëvendësimit nukleofilik (S N), sepse reaksioni është në thelb një zhvendosje, dhe agjenti sulmues është një specie nukleofile.
Nëse agjenti sulmues është një radikal, atëherë reagimi vazhdon me një mekanizëm radikal.
>> Kimia: Llojet e reaksioneve kimike në kiminë organike
Reaksionet e substancave organike mund të ndahen zyrtarisht në katër lloje kryesore: zëvendësimi, shtimi, eliminimi (eliminimi) dhe rirregullimi (izomerizimi). Është e qartë se e gjithë shumëllojshmëria e reaksioneve të përbërjeve organike nuk mund të reduktohet në kornizën e klasifikimit të propozuar (për shembull, reaksionet e djegies). Sidoqoftë, një klasifikim i tillë do të ndihmojë në krijimin e analogjive me klasifikimet e reaksioneve që ndodhin midis substancave inorganike që janë tashmë të njohura për ju nga rrjedha e kimisë inorganike.
Në mënyrë tipike, përbërja organike kryesore e përfshirë në një reaksion quhet substrat, dhe përbërësi tjetër i reaksionit konsiderohet konvencionalisht si reaktant.
Reaksionet e zëvendësimit
Reaksionet që rezultojnë në zëvendësimin e një atomi ose grupi atomesh në molekulën (substrati) origjinal me atome të tjera ose grupe atomesh quhen reaksione zëvendësimi.
Reaksionet e zëvendësimit përfshijnë komponime të ngopura dhe aromatike, të tilla si, për shembull, alkanet, cikloalkanet ose arenet.
Le të japim shembuj të reagimeve të tilla.
Klasifikimi i reaksioneve
Ekzistojnë katër lloje kryesore të reaksioneve në të cilat marrin pjesë përbërjet organike: zëvendësimi (zhvendosja), shtimi, eliminimi (eliminimi), rirregullimet.
3.1 Reaksionet e zëvendësimit
Në reaksionet e tipit të parë, zëvendësimi zakonisht ndodh në atomin e karbonit, por atomi i zëvendësuar mund të jetë një atom hidrogjeni ose ndonjë atom tjetër ose grup atomesh. Në zëvendësimin elektrofilik, një atom hidrogjeni zëvendësohet më shpesh; Një shembull është zëvendësimi klasik aromatik:
Me zëvendësimin nukleofilik, nuk është atomi i hidrogjenit që zëvendësohet më shpesh, por atome të tjera, për shembull:
NC - + R−Br → NC−R +BR -
3.2 Reaksionet e shtimit
Reaksionet e shtimit mund të jenë gjithashtu elektrofile, nukleofile ose radikale, në varësi të llojit të specieve që nisin procesin. Lidhja me lidhjet e zakonshme të dyfishta karbon-karbon zakonisht nxitet nga një elektrofil ose radikal. Për shembull, shtimi i HBr
mund të fillojë me një sulm të lidhjes dyfishe nga protoni H+ ose radikali Br·.
3.3 Reaksionet e eliminimit
Reaksionet e eliminimit janë në thelb e kundërta e reaksioneve të shtimit; Lloji më i zakonshëm i një reagimi të tillë është eliminimi i një atomi hidrogjeni dhe një atomi ose grupi tjetër nga atomet fqinje të karbonit për të formuar alkenet:
3.4 Reaksionet e rirregullimit
Rirregullimet mund të ndodhin edhe nëpërmjet ndërmjetësve që janë katione, anione ose radikale; më së shpeshti këto reaksione ndodhin me formimin e karbokacioneve ose grimcave të tjera me mungesë të elektroneve. Rirregullimet mund të përfshijnë rirregullim të konsiderueshëm të skeletit të karbonit. Hapi aktual i rirregullimit në reagime të tilla shpesh pasohet nga hapa zëvendësimi, shtimi ose eliminimi, duke çuar në formimin e një produkti përfundimtar të qëndrueshëm.
Një përshkrim i detajuar i një reaksioni kimik në faza quhet një mekanizëm. Nga pikëpamja elektronike, mekanizmi i një reaksioni kimik kuptohet si metoda e thyerjes së lidhjeve kovalente në molekula dhe sekuenca e gjendjeve nëpër të cilat kalojnë substancat reaguese përpara se të bëhen produkte reaksioni.
4.1 Reaksionet e radikaleve të lira
Reaksionet e radikaleve të lira janë procese kimike në të cilat marrin pjesë molekulat me elektrone të paçiftëzuara. Disa aspekte të reaksioneve të radikaleve të lira janë unike në krahasim me llojet e tjera të reaksioneve. Dallimi kryesor është se shumë reaksione të radikalëve të lirë janë reaksione zinxhir. Kjo do të thotë se ekziston një mekanizëm me të cilin shumë molekula shndërrohen në një produkt përmes një procesi të përsëritur të nisur nga krijimi i një specie të vetme reaktive. Një shembull tipik ilustrohet duke përdorur mekanizmin hipotetik të mëposhtëm:
Faza në të cilën krijohet ndërmjetësi i reaksionit, në këtë rast A·, quhet fillim. Kjo fazë ndodh në temperatura të larta, nën ndikimin e UV ose peroksideve, në tretës jopolarë. Katër ekuacionet e ardhshme në këtë shembull përsërisin sekuencën e dy reaksioneve; ato përfaqësojnë fazën e zhvillimit të zinxhirit. Reaksionet zinxhir karakterizohen nga gjatësia e zinxhirit, e cila korrespondon me numrin e fazave të zhvillimit për fazën fillestare. Faza e dytë ndodh me sintezën e njëkohshme të përbërjes dhe formimin e një radikali të ri, i cili vazhdon zinxhirin e transformimeve. Hapi i fundit është hapi i përfundimit të zinxhirit, i cili përfshin çdo reagim në të cilin një nga ndërmjetësit e reaksionit të nevojshëm për përparimin e zinxhirit shkatërrohet. Sa më shumë faza të përfundimit të zinxhirit, aq më e shkurtër bëhet gjatësia e zinxhirit.
Reaksionet e radikaleve të lira ndodhin: 1) në dritë, në temperatura të larta ose në prani të radikaleve që krijohen gjatë zbërthimit të substancave të tjera; 2) frenohet nga substanca që reagojnë lehtësisht me radikalet e lira; 3) ndodhin në tretës jopolarë ose në fazën e avullit; 4) shpesh kanë një periudhë autokatalitike dhe induksioni para fillimit të reagimit; 5) kinetikisht janë zinxhir.
Reaksionet e zëvendësimit radikal janë karakteristikë për alkanet, dhe reaksionet e shtimit radikal janë karakteristikë për alkenet dhe alkinet.
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
Lidhja e radikalëve të lirë me njëri-tjetrin dhe përfundimi i zinxhirit ndodh kryesisht në muret e reaktorit.
4.2 Reaksionet jonike
Reagimet në të cilat ndodh heterolitike këputja e lidhjeve dhe formimi i grimcave të ndërmjetme të tipit jonik quhen reaksione jonike.
Reaksionet jonike ndodhin: 1) në prani të katalizatorëve (acideve ose bazave dhe nuk ndikohen nga drita ose radikalet e lira, veçanërisht ato që dalin nga dekompozimi i peroksideve); 2) nuk preken nga pastruesit e radikalëve të lirë; 3) natyra e tretësit ndikon në rrjedhën e reaksionit; 4) ndodhin rrallë në fazën e avullit; 5) kinetikisht, ato janë kryesisht reaksione të rendit të parë ose të dytë.
Në bazë të natyrës së reagjentit që vepron në molekulë, reaksionet jonike ndahen në elektrofile Dhe nukleofile. Reaksionet e zëvendësimit nukleofilik janë karakteristike për halidet alkil dhe aril,
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
zëvendësimi elektrofilik - për alkanet në prani të katalizatorëve
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH(CH3)-CH2-CH3
dhe arena.
C 6 H 6 + HNO 3 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
Reaksionet e shtimit elektrofil janë karakteristikë për alkenet
CH 3 -CH=CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 2 Br
dhe alkinet,
CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl
shtimi nukleofilik - për alkinet.
CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C(OC 2 H 5) = CH 2
