Mekanizmat e reaksioneve kimike në kiminë organike. Klasifikimi i reaksioneve organike dhe mekanizmat e tyre

Ekzistojnë sisteme të ndryshme klasifikimi për reaksionet organike, të cilat bazohen në karakteristika të ndryshme. Midis tyre janë klasifikimet e mëposhtme:

• Nga rezultati përfundimtar i reagimit, domethënë një ndryshim në strukturën e substratit;
• Nga mekanizmi i reagimit, pra nga lloji i prishjes së lidhjes dhe lloji i reagentëve.

Substancat që ndërveprojnë në një reaksion organik ndahen në reagjent Dhe substrate. Në këtë rast, reagenti konsiderohet se sulmon nënshtresën.

PËRKUFIZIM

Reagent- një substancë që vepron në një objekt - një substrat - dhe shkakton një ndryshim në lidhjen kimike në të. Reagentët ndahen në radikal, elektrofil dhe nukleofilik.

PËRKUFIZIM

Substrati, përgjithësisht konsiderohet të jetë një molekulë që siguron një atom karboni për një lidhje të re.

KLASIFIKIMI I REAGJEVE SIPAS REZULTATEVE FINAL (NDRYSHIM NË STRUKTURËN E SUBSTRATIT)

Në kiminë organike, sipas rezultatit përfundimtar dhe ndryshimit të strukturës së substratit dallohen katër lloje reaksionesh: shtim, zëvendësim, shkëputje, ose eliminimi(nga anglishtja për të eliminuar- hiqni, ndani), dhe rirregullime (izomerizime)). Ky klasifikim është i ngjashëm me klasifikimin e reaksioneve në kiminë inorganike sipas numrit të reagentëve fillestarë dhe substancave që rezultojnë, me ose pa ndryshim në përbërje. Klasifikimi sipas rezultatit përfundimtar bazohet në kritere formale, pasi ekuacioni stekiometrik, si rregull, nuk pasqyron mekanizmin e reagimit. Le të krahasojmë llojet e reaksioneve në kiminë inorganike dhe organike.

Lloji i reaksionit në kiminë inorganike	Shembull	Lloji i reaksionit në kiminë organike	Shumëllojshmëri dhe shembull Reagimet
1. Lidhja	C l2 + H2 = 2 H C l	Bashkimi me lidhje të shumta	Hidrogjenizimi
			Hidrohalogjenimi
			Halogjenimi
			Hidratimi
2. Zbërthimi	2 H2 O=2 H2 + O2	Eliminimi	Dehidrogjenimi
			Dehidrohalogjenimi
			Dehalogjenimi
			Dehidratim
3. Zëvendësimi	Z n + 2 H C l =ZnCl2+H2	Zëvendësimi
4. Shkëmbim (rast i veçantë - neutralizimi)	H2 S O4 + 2 N a O H=N a 2 S O 4 + 2 H 2 O	rast i veçantë - esterifikimi
5. Alotropizimi	grafit ⇔ diamanti Pe kuqe⇔ Ptë bardhë P e kuqe ⇔ P e bardhë Sromb.⇔ Splast. Srhomb.⇔Splastik	Izomerizimi	Izomerizimi alkanet

n) pa i zëvendësuar me të tjerë.

Në varësi të cilat atome ndahen - ato fqinje C–C ose i izoluar nga dy ose tre ose më shumë atome karboni - C–C–C– C–, –C–C–C–C– C–, komponimet mund të formohen me lidhje të shumta dhe ose komponimet ciklike. Eliminimi i halogjeneve të hidrogjenit nga halogjenët alkil ose uji nga alkoolet ndodh sipas rregullit të Zaitsev.

PËRKUFIZIM

sundimi i Zaitsev: Një atom hidrogjeni H hiqet nga atomi më pak i hidrogjenizuar i karbonit.

Për shembull, eliminimi i një molekule bromidi hidrogjeni ndodh nga atomet fqinje në prani të një alkali, duke rezultuar në formimin e bromit të natriumit dhe ujit.

PËRKUFIZIM

Rigrupimi- një reaksion kimik që rezulton në një ndryshim në rregullimin relativ të atomeve në një molekulë, lëvizjen e lidhjeve të shumta ose një ndryshim në shumësinë e tyre.

Rirregullimi mund të kryhet duke ruajtur përbërjen atomike të molekulës (izomerizimi) ose duke e ndryshuar atë.

PËRKUFIZIM

Izomerizimi- një rast i veçantë i një reaksioni rirregullimi që çon në shndërrimin e një përbërjeje kimike në një izomer përmes një ndryshimi strukturor në skeletin e karbonit.

Rirregullimi mund të ndodhë edhe nga një mekanizëm homolitik ose heterolitik. Rirregullimet molekulare mund të klasifikohen sipas kritereve të ndryshme, për shembull, nga ngopja e sistemeve, nga natyra e grupit migrues, nga stereospecifiteti, etj. Shumë reagime të rirregullimit kanë emra specifikë - rirregullimi i Claisen, rirregullimi i Beckmann, etj.

Reaksionet e izomerizimit përdoren gjerësisht në proceset industriale, siç është rafinimi i naftës për të rritur numrin e oktanit të benzinës. Një shembull i izomerizimit është transformimi n-oktan në izooktan:

KLASIFIKIMI I REAGJEVE ORGANIKE SIPAS LLOJIT TË REAGENTIT

SHKYÇJE

Ndarja e lidhjes në përbërjet organike mund të jetë homolitike ose heterolitike.

PËRKUFIZIM

Shkëputja e lidhjes homolitike- ky është një hendek si rezultat i të cilit çdo atom merr një elektron të paçiftuar dhe formohen dy grimca që kanë një strukturë të ngjashme elektronike - pa radikalët.

Një thyerje homolitike është karakteristikë e jopolare ose e dobët polare lidhje, të tilla si C–C, Cl–Cl, C–H dhe kërkon një sasi të madhe energjie.

Radikalët që rezultojnë, të cilët kanë një elektron të paçiftuar, janë shumë reaktivë, prandaj proceset kimike që ndodhin me pjesëmarrjen e grimcave të tilla shpesh janë të një natyre "zinxhirore", ato janë të vështira për t'u kontrolluar dhe reagimi rezulton në një grup produktesh zëvendësuese. . Kështu, kur metani klorinohet, produktet e zëvendësimit janë klormetani C H3 C l CH3Cl, diklormetani C H2 C l2 CH2Cl2, kloroform C H C l3 CHCl3 dhe tetrakloridi i karbonit C C l4 CCl4. Reaksionet që përfshijnë radikalet e lira vazhdojnë përmes mekanizmit të shkëmbimit të formimit të lidhjeve kimike.

Radikalët e formuar gjatë ndarjes së tillë të lidhjes shkaktojnë mekanizmi radikal rrjedha e reagimit. Reaksionet radikale zakonisht ndodhin në temperatura të larta ose rrezatim (p.sh. dritë).

Për shkak të reaktivitetit të tyre të lartë, radikalet e lira mund të kenë një ndikim negativ në trupin e njeriut, duke shkatërruar membranat qelizore, duke prekur ADN-në dhe duke shkaktuar plakje të parakohshme. Këto procese shoqërohen kryesisht me peroksidimin e lipideve, domethënë me shkatërrimin e strukturës së acideve të pangopura që formojnë yndyrë brenda membranës qelizore.

PËRKUFIZIM

Prishja e lidhjes heterolitike- ky është një hendek në të cilin një çift elektronik mbetet me një atom më elektronegativ dhe formohen dy grimca të ngarkuara - jone: një kation (pozitiv) dhe një anion (negativ).

Në reaksionet kimike, këto grimca kryejnë funksionet e " nukleofile"("fil" - nga gr. të jesh i dashuruar) Dhe " elektrofilet“, duke formuar një lidhje kimike me partnerin e reaksionit sipas mekanizmit dhurues-pranues. Grimcat nukleofile sigurojnë një çift elektronik për të formuar një lidhje të re. Me fjale te tjera,

PËRKUFIZIM

Nukleofile- një reagent kimik i pasur me elektrone, i aftë për të bashkëvepruar me komponimet me mungesë elektronesh.

Shembuj të nukleofileve janë çdo anion ( C l− , I− , N O− 3 Cl−,I−,NO3− etj.), si dhe komponimet që kanë një çift elektronik të vetëm ( N H3 , H2 O NH3,H2O).

Kështu, kur një lidhje prishet, mund të formohen radikale ose nukleofile dhe elektrofile. Bazuar në këtë, ndodhin tre mekanizma të reaksioneve organike.

MEKANIZMAT E REAGJEVE ORGANIKE

Mekanizmi i radikaleve të lira: reaksioni fillon nga radikalet e lira të formuara kur çarje homolitike lidhjet në një molekulë.

Opsioni më tipik është formimi i radikaleve të klorit ose bromit gjatë rrezatimit UV.

1. Zëvendësimi i radikaleve të lira

metan bromometan

Fillimi i zinxhirit

Rritja e zinxhirit

Qarku i hapur

2. Shtesa e radikaleve të lira

eten polietileni

Mekanizmi elektrofilik: reaksioni fillon me grimcat elektrofile që marrin një ngarkesë pozitive si rezultat ruptura heterolitike komunikimet. Të gjitha elektrofilet janë acide Lewis.

Grimca të tilla formohen në mënyrë aktive nën ndikimin e Acidet Lewis, të cilat rrisin ngarkesën pozitive të grimcës. Më shpesh përdoret A l C l3 , F e C l3 , F e B r3 ,ZnC l2 AlCl3,FeCl3,FeBr3,ZnCl2, duke kryer funksionet e një katalizatori.

Vendi i sulmit të grimcave elektrofile janë ato pjesë të molekulës që kanë rritur densitetin e elektronit, d.m.th., lidhja e shumëfishtë dhe unaza e benzenit.

Forma e përgjithshme e reaksioneve të zëvendësimit elektrofilik mund të shprehet me ekuacionin:

1. Zëvendësimi elektrofilik

benzenit bromobenzen

2. Lidhje elektrofile

propen 2-bromopropan

propyn 1,2-dikloropropen

Shtimi i hidrokarbureve josimetrike të pangopur ndodh në përputhje me rregullin e Markovnikov.

PËRKUFIZIM

Rregulli i Markovnikov: Përveç alkeneve josimetrike të molekulave të substancave komplekse me formulën e kushtëzuar HX (ku X është një atom halogjen ose grup hidroksil OH–), atomi i hidrogjenit i shtohet atomit të karbonit më të hidrogjenizuar (që përmban më shumë atome hidrogjeni) në lidhjen e dyfishtë. , dhe X deri në më pak të hidrogjenizuar.

Për shembull, shtimi i klorurit të hidrogjenit HCl në një molekulë propeni C H3 – C H = C H2 CH3–CH=CH2.

Reaksioni zhvillohet me mekanizmin e shtimit elektrofilik. Për shkak të ndikimit dhurues të elektroneve C H3 CH3-grupi, dendësia e elektroneve në molekulën e nënshtresës zhvendoset në atomin qendror të karbonit (efekti induktiv), dhe më pas përgjatë sistemit të lidhjeve të dyfishta - në atomin terminal të karbonit C H2 CH2-grupet (efekti mezomerik). Kështu, ngarkesa e tepërt negative është e lokalizuar pikërisht në këtë atom. Prandaj, sulmi fillon me protonin e hidrogjenit H+ H+, e cila është një grimcë elektrofile. Formohet një jon karbeni i ngarkuar pozitivisht [C H3 - C H - C H3 ] + + , të cilit i shtohet anioni i klorit C l− Cl−.

PËRKUFIZIM

Përjashtimet nga rregulli i Markovnikov: reaksioni i shtimit vazhdon kundër rregullit të Markovnikov nëse reaksioni përfshin komponime në të cilat atomi i karbonit ngjitur me atomin e karbonit të lidhjes dyfishe thith pjesërisht densitetin e elektronit, domethënë në prani të zëvendësuesve që shfaqin një efekt të rëndësishëm tërheqës të elektroneve. (–C C l3 , – C N , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOH dhe etj.).

Mekanizmi nukleofilik: reaksioni fillon me grimcat nukleofile që kanë një ngarkesë negative, të formuara si rezultat ruptura heterolitike komunikimet. Të gjithë nukleofilët - Themelet e Lewis.

Në reaksionet nukleofile, reagjenti (nukleofili) ka një çift elektronesh të lirë në një nga atomet dhe është një molekulë neutrale ose 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 dhe etj.).

Nukleofili sulmon atomin në substrat me densitetin më të ulët të elektronit (d.m.th., me një ngarkesë pozitive të pjesshme ose të plotë). Hapi i parë në reaksionin e zëvendësimit nukleofilik është jonizimi i substratit për të formuar një karbokacion. Në këtë rast, një lidhje e re formohet për shkak të çiftit elektronik të nukleofiles dhe e vjetra pëson ndarje heterolitike e ndjekur nga eliminimi i kationit. Një shembull i një reaksioni nukleofilik është zëvendësimi nukleofilik (simbol SN SN) në një atom karboni të ngopur, për shembull hidroliza alkaline e derivateve të bromo.

1. Zëvendësimi nukleofilik

2. Shtimi nukleofilik

etanali cianohidrin

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

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 klasifikimin e propozuar (për shembull, reaksionet e djegies). Sidoqoftë, një klasifikim i tillë do të ndihmojë në vendosjen e analogjive me reagimet që ndodhin midis substancave inorganike që janë tashmë të njohura për ju.

Në mënyrë tipike, përbërja organike kryesore e përfshirë në reaksion quhet substrate, dhe komponenti tjetër i reagimit konsiderohet konvencionalisht si reagjent.

Reaksionet e zëvendësimit

Reaksionet e zëvendësimit- këto janë reaksione që rezultojnë në zëvendësimin e një atomi ose grupi atomesh në molekulën (substratin) origjinal me atome të tjera ose grupe atomesh.

Reaksionet e zëvendësimit përfshijnë komponime të ngopura dhe aromatike si alkanet, cikloalkanet ose arenet. Le të japim shembuj të reagimeve të tilla.

Nën ndikimin e dritës, atomet e hidrogjenit në një molekulë metani mund të zëvendësohen nga atome halogjene, për shembull, nga atomet e klorit:

Një shembull tjetër i zëvendësimit të hidrogjenit me halogjen është shndërrimi i benzenit në bromobenzen:

Ekuacioni për këtë reagim mund të shkruhet ndryshe:

Me këtë formë shkrimi, reagentët, katalizatori dhe kushtet e reaksionit shkruhen sipër shigjetës, dhe produktet e reaksionit inorganik shkruhen poshtë saj.

Si pasojë e reagimeve zëvendësimet në substanca organike formohen jo të thjeshta dhe komplekse substanca, si në kiminë inorganike, dhe dy substanca komplekse.

Reaksionet e shtimit

Reaksionet e shtimit- këto janë reaksione si rezultat i të cilave dy ose më shumë molekula të substancave reaguese bashkohen në një.

Përbërjet e pangopura si alkenet ose alkinet i nënshtrohen reaksioneve të shtimit. Në varësi të asaj se cila molekulë vepron si reagent, dallohen hidrogjenizimi (ose reduktimi), halogjenimi, hidrohalogjenimi, hidratimi dhe reaksione të tjera shtesë. Secila prej tyre kërkon kushte të caktuara.

1.Hidrogjenizimi- reaksioni i shtimit të një molekule hidrogjeni përmes një lidhjeje të shumëfishtë:

2. Hidrohalogjenimi- Reaksioni i shtimit të halogjenit të hidrogjenit (hidroklorinimi):

3. Halogjenimi- reaksioni i shtimit të halogjenit:

4.Polimerizimi- një lloj i veçantë i reaksionit të shtimit në të cilin molekulat e një lënde me peshë të vogël molekulare bashkohen me njëra-tjetrën për të formuar molekula të një substance me peshë molekulare shumë të lartë - makromolekulat.

Reaksionet e polimerizimit janë procese të kombinimit të shumë molekulave të një substance (monomeri) me peshë të ulët molekulare në molekula të mëdha (makromolekula) të një polimeri.

Një shembull i një reaksioni polimerizimi është prodhimi i polietilenit nga etilen (eteni) nën veprimin e rrezatimit ultravjollcë dhe një iniciator radikal të polimerizimit R.

Lidhja kovalente më karakteristike e përbërjeve organike formohet kur orbitalet atomike mbivendosen dhe formohen çifte të përbashkëta elektronike. Si rezultat i kësaj, formohet një orbitale e përbashkët për dy atomet, në të cilën ndodhet një çift elektronik i përbashkët. Kur një lidhje prishet, fati i këtyre elektroneve të përbashkëta mund të jetë i ndryshëm.

Llojet e grimcave reaktive

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:

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.

Reagimet e radikaleve të lira- këto janë reaksione që ndodhin nën ndikimin dhe me pjesëmarrjen e radikalëve të lirë.

Në rrjedhën e kimisë inorganike, këto janë reaksionet e hidrogjenit me oksigjenin, halogjenet dhe reaksionet e djegies. Reaksionet e këtij lloji karakterizohen nga shpejtësia e madhe dhe çlirimi i sasive të mëdha të nxehtësisë.

Një lidhje kovalente mund të formohet gjithashtu nga një mekanizëm dhurues-pranues. Një nga orbitalet e një atomi (ose anioni) që ka një palë të vetme elektronesh mbivendoset me orbitalën e pabanuar të një atomi (ose kationi) tjetër që ka një orbital të papushtuar dhe formohet një lidhje kovalente, për shembull:

Prishja e një lidhje kovalente çon në formimin e grimcave të ngarkuara pozitivisht dhe negativisht (); meqenëse në këtë rast të dy elektronet nga një çift elektronik i përbashkët mbeten me njërin prej atomeve, atomi tjetër ka një orbital të paplotësuar:

Le të shqyrtojmë shpërbërjen elektrolitike të acideve:

Mund të merret me mend lehtësisht se një grimcë që ka një palë të vetme elektronesh R: -, d.m.th., një jon i ngarkuar negativisht, do të tërhiqet nga atomet e ngarkuar pozitivisht ose nga atomet në të cilët ka të paktën një ngarkesë pozitive të pjesshme ose efektive.
Grimcat me çifte të vetme elektronesh quhen agjentët nukleofile (bërthama- "bërthamë", një pjesë e ngarkuar pozitivisht e një atomi), d.m.th. "miqtë" e bërthamës, një ngarkesë pozitive.

Nukleofile(Nu) - anione ose molekula që kanë një palë të vetme elektronesh që ndërveprojnë me pjesë të molekulave që kanë një ngarkesë pozitive efektive.

Shembuj të nukleofileve: Cl - (jon klorur), OH - (anion hidroksid), CH 3 O - (anion metoksid), CH 3 COO - (anion acetat).

Grimcat që kanë një orbital të pambushur, përkundrazi, do të priren ta mbushin atë dhe, për rrjedhojë, do të tërhiqen nga pjesët e molekulave që kanë një densitet elektronik të rritur, një ngarkesë negative dhe një çift elektronik të vetëm. Ata janë elektrofilë, "miq" të elektronit, ngarkesë negative ose grimca me densitet elektronik të rritur.

Elektrofile- katione ose molekula që kanë një orbitale elektronike të paplotësuar, që tentojnë ta mbushin atë me elektrone, pasi kjo çon në një konfigurim elektronik më të favorshëm të atomit.

Asnjë grimcë nuk është elektrofile me një orbitale të paplotësuar. Për shembull, kationet e metaleve alkali kanë konfigurimin e gazeve inerte dhe nuk priren të marrin elektrone, pasi ato kanë një nivel të ulët afiniteti i elektroneve.
Nga kjo mund të konkludojmë se pavarësisht pranisë së një orbitale të paplotësuar, grimcat e tilla nuk do të jenë elektrofile.

Mekanizmat bazë të reagimit

Janë identifikuar tre lloje kryesore të grimcave që reagojnë - radikalet e lira, elektrofilet, nukleofile - dhe tre lloje përkatëse të mekanizmave të reagimit:

• radikal i lirë;
• elektrofile;
• zeroofile.

Përveç klasifikimit të reaksioneve sipas llojit të grimcave reaguese, në kiminë organike dallohen katër lloje reaksionesh sipas parimit të ndryshimit të përbërjes së molekulave: shtimi, zëvendësimi, shkëputja ose eliminimi (nga anglishtja. te eliminojnë- hiqni, ndani) dhe rirregullime. Meqenëse shtimi dhe zëvendësimi mund të ndodhë nën ndikimin e të tre llojeve të specieve reaktive, mund të dallohen disa kryesoremekanizmat e reaksioneve.

Përveç kësaj, ne do të shqyrtojmë reagimet e eliminimit që ndodhin nën ndikimin e grimcave nukleofile - bazave.
6. Eliminimi:

Një tipar dallues i alkeneve (hidrokarburet e pangopura) është aftësia e tyre për t'iu nënshtruar reaksioneve të shtimit. Shumica e këtyre reaksioneve zhvillohen me mekanizmin e shtimit elektrofilik.

Hidrohalogjenimi (shtimi i halogjenit hidrogjeni):

Kur një halorgjen hidrogjeni i shtohet një alkeni hidrogjeni i shtohet atij më të hidrogjenizuar atomi i karbonit, pra atomi në të cilin ka më shumë atome hidrogjeni, dhe halogjeni - deri në më pak të hidrogjenizuar.

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 një lidhje prishet, fati i këtyre elektroneve të përbashkëta mund të jetë i ndryshëm.

Mekanizmi i shkëmbimit të formimit të lidhjes 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 shënohet +1.

Efekti mezomerik. 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- çiftimi).

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:

Radikalet e lira;
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 integruara

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

Reaksionet e shtimit

Reaksione të tilla janë tipike për përbërjet organike që përmbajnë lidhje të shumta (të dyfishta ose të trefishta). Reaksionet e këtij lloji përfshijnë reaksionet e shtimit të halogjeneve, halogjeneve të hidrogjenit dhe ujit në alkenet dhe alkinet.

CH3 -CH=CH2 + HCl ---- CH3 -CH(Cl)-CH3

Reaksionet e eliminimit

Këto janë reagime që çojnë në formimin e lidhjeve të shumta. Gjatë eliminimit të halogjeneve të hidrogjenit dhe ujit, vërehet një selektivitet i caktuar i reaksionit, i përshkruar nga rregulli i Zaitsev, sipas të cilit një atom hidrogjeni eliminohet nga atomi i karbonit në të cilin ka më pak atome hidrogjeni. Shembull reagimi

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

Polimerizimi dhe polikondensimi

n(CH 2 =CHCl)  (-CH 2 -CHCl)n

Redoks

Reaksionet oksiduese më intensive janë djegia, një reaksion karakteristik i të gjitha klasave të përbërjeve organike. Në këtë rast, në varësi të kushteve të djegies, karboni oksidohet në C (blozë), CO ose CO 2 dhe hidrogjeni shndërrohet në ujë. Megjithatë, për kimistët organikë, reaksionet e oksidimit të kryera në kushte shumë më të buta se djegia janë me interes të madh. Agjentët oksidues të përdorur: tretësirat e Br2 në ujë ose Cl2 në CCl4; KMnO 4 në ujë ose acid të holluar; oksid bakri; hidroksidet e argjendit (I) ose të bakrit (II) të sapoprecipituara.

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

Esterifikimi (dhe reagimi i tij i kundërt i hidrolizës)

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. Klasifikimi i reaksioneve organike sipas mekanizmit. Shembuj.

Mekanizmi i reagimit përfshin një përshkrim të detajuar hap pas hapi të reaksioneve kimike. Në të njëjtën kohë, përcaktohet se cilat lidhje kovalente janë thyer, në çfarë radhe dhe në çfarë mënyre. Përshkruhet me kujdes edhe formimi i lidhjeve të reja gjatë procesit të reaksionit. Kur merret parasysh mekanizmi i reaksionit, para së gjithash, kushtojini vëmendje metodës së prishjes së lidhjes kovalente në molekulën reaguese. Ka dy mënyra të tilla - homolitike dhe heterolitike.

Reagimet radikale procedohet me ndarje homolitike (radikale) të një lidhje kovalente:

Lidhjet kovalente jopolare ose polare të ulëta (C–C, N–N, C–H) i nënshtrohen ndarjes radikale në temperatura të larta ose nën ndikimin e dritës. Karboni në radikalin CH 3 ka 7 elektrone të jashtme (në vend të një guaskë të qëndrueshme oktet në CH 4). Radikalët janë të paqëndrueshëm; ata priren të kapin elektronin që mungon (deri në një çift ose deri në një oktet). Një nga mënyrat për të formuar produkte të qëndrueshme është dimerizimi (kombinimi i dy radikalëve):

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,

N + N N : N.

Reagimet radikale - këto janë, për shembull, reaksionet e klorimit, brominimit dhe nitrimit të alkaneve:

Reaksionet jonike ndodhin me shkëputje të lidhjes heterolitike. Në këtë rast, jonet organike jetëshkurtër - karbokacionet dhe karbanionet - me një ngarkesë në atomin e karbonit formohen në mënyrë të ndërmjetme. Në reaksionet jonike, çifti elektronik i lidhjes nuk ndahet, por kalon tërësisht në një nga atomet, duke e kthyer atë në një anion:

Lidhjet fort polare (H-O, C-O) dhe lehtësisht të polarizueshme (C-Br, C-I) janë të prirura për ndarje heterolitike.

Të dallojë reaksionet nukleofile (nukleofile– kërkimi i bërthamës, një vend me mungesë elektronesh) dhe reaksionet elektrofile (elektrofil– kërkimi i elektroneve). Deklarata se një reaksion i veçantë është nukleofilik ose elektrofilik i referohet gjithmonë reagentit. Reagent– një substancë që merr pjesë në reaksion me një strukturë më të thjeshtë. Substrati– një substancë fillestare me një strukturë më komplekse. Grupi në daljeështë një jon i zëvendësueshëm që është lidhur me karbonin. Produkt reaksioni– substancë e re që përmban karbon (e shkruar në anën e djathtë të ekuacionit të reaksionit).

TE reagentë nukleofilik(nukleofile) përfshijnë jone të ngarkuar negativisht, komponime me çifte të vetme elektronesh, përbërje me lidhje të dyfishta karbon-karbon. TE reagentët elektrofilë(elektrofile) përfshijnë jonet e ngarkuar pozitivisht, përbërjet me predha elektronike të pambushura (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), përbërjet me grupe karbonil, halogjene. Elektrofile janë çdo atom, molekulë ose jon i aftë për të shtuar një palë elektrone në procesin e formimit të një lidhjeje të re. Forca lëvizëse e reaksioneve jonike është bashkëveprimi i joneve të ngarkuar në mënyrë të kundërt ose i fragmenteve të molekulave të ndryshme me një ngarkesë të pjesshme (+ dhe –).

Shembuj të llojeve të ndryshme të reaksioneve jonike.

Zëvendësimi nukleofilik :

Zëvendësimi elektrofilik :

Shtimi nukleofilik (CN – shtohet së pari, pastaj H +):

Lidhje elektrofile (H + shtohet fillimisht, pastaj X –):

Eliminimi me veprimin e nukleofileve (bazave) :

Eliminimi me veprim elektrofile (acide) :

Emri i parametrit	Kuptimi
Tema e artikullit:	Mekanizmat e reaksioneve organike
Rubrika (kategoria tematike)	Arsimi

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 llojin e parë të reaksionit, zëvendësimi zakonisht ndodh në një atom karboni, por atomi i zëvendësuar duhet të jetë një atom hidrogjeni ose ndonjë atom tjetër ose grup atomesh. Gjatë zëvendësimit elektrofilik, atomi i hidrogjenit 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 bazuar në llojin e 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 komponimeve të ndërmjetme që janë katione, anione ose radikale; Më shpesh, këto reaksione ndodhin me formimin e karbokacioneve ose grimcave të tjera me mungesë të elektroneve. Rirregullimet mund të përfshijnë ristrukturim të rëndësishëm të skeletit të karbonit. Vetë hapi i riorganizimit 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 sipas fazave zakonisht quhet 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 gjenerohet ndërmjetësi i reagimit, në këtë rast A·, zakonisht 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

Mekanizmat e reaksioneve organike - koncepti dhe llojet. Klasifikimi dhe veçoritë e kategorisë "Mekanizmat e reaksioneve organike" 2017, 2018.