Mekanismer för kemiska reaktioner i organisk kemi. Klassificering av organiska reaktioner och deras mekanismer

Det finns olika klassificeringssystem för organiska reaktioner, som baseras på olika egenskaper. Bland dem finns följande klassificeringar:

• Förbi slutresultatet av reaktionendet vill säga en förändring i strukturen hos substratet;
• Förbi reaktionsmekanismdet vill säga av typen av bindningsbrytning och typen av reagens.

Ämnen som interagerar i en organisk reaktion delas in i reagens Och substrat. I detta fall anses reagenset angripa substratet.

DEFINITION

Reagens- ett ämne som verkar på ett föremål - ett substrat - och orsakar en förändring av den kemiska bindningen i det. Reagenser delas in i radikala, elektrofila och nukleofila.

DEFINITION

Substrat, anses allmänt vara en molekyl som tillhandahåller en kolatom för en ny bindning.

KLASSIFICERING AV REAKTIONER ENLIGT SLUTRESULTAT (ÄNDRING I SUBSTRATENS STRUKTUR)

Inom organisk kemi särskiljs fyra typer av reaktioner enligt det slutliga resultatet och förändringen i substratets struktur: addition, substitution, lösgöring, eller eliminering(från engelska att eliminera- ta bort, dela av), och omarrangemang (isomeriseringar)). Denna klassificering liknar klassificeringen av reaktioner inom oorganisk kemi enligt antalet initiala reagenser och resulterande ämnen, med eller utan förändring i sammansättning. Klassificering enligt slutresultatet baseras på formella kriterier, eftersom den stökiometriska ekvationen som regel inte återspeglar reaktionsmekanismen. Låt oss jämföra typerna av reaktioner i oorganisk och organisk kemi.

Typ av reaktion i oorganisk kemi	Exempel	Typ av reaktion i organisk kemi	Mängd och exempel Reaktioner
1. Anslutning	C l2 + H2 = 2 HCl	Gå med via flera kontakter	Hydrering
			Hydrohalogenering
			Halogenering
			Hydrering
2. Nedbrytning	2 H2 O=2 H2 + O2	Eliminering	Dehydrering
			Dehydrohalogenering
			Dehalogenering
			Uttorkning
3. Substitution	Zn + 2 HCl =ZnCl2+H2	Utbyte
4. Utbyte (speciellt fall - neutralisering)	H2 S O4 + 2 N a O H=Na2S04 + 2 H 2 O	specialfall - förestring
5. Allotropisering	grafit ⇔ diamant Pröd⇔ Pvit P röd ⇔ P vit Sromb.⇔ Splast. Srhomb.⇔Splastisk	Isomerisering	Isomerisering alkaner

n) utan att ersätta dem med andra.

Beroende på vilka atomer som delas av - närliggande C–C eller isolerad av två eller tre eller flera kolatomer – C–C–C– C–, –C–C–C–C– C–, föreningar kan bildas med flera bindningar och eller cykliska föreningar. Elimineringen av vätehalogenider från alkylhalogenider eller vatten från alkoholer sker enligt Zaitsevs regel.

DEFINITION

Zaitsevs styre: En väteatom H avlägsnas från den minst hydrerade kolatomen.

Till exempel sker elimineringen av en vätebromidmolekyl från angränsande atomer i närvaro av ett alkali, vilket resulterar i bildandet av natriumbromid och vatten.

DEFINITION

Omgruppering- en kemisk reaktion som resulterar i en förändring i det relativa arrangemanget av atomer i en molekyl, förflyttning av flera bindningar eller en förändring i deras mångfald.

Omarrangemang kan utföras samtidigt som molekylens atomsammansättning bibehålls (isomerisering) eller ändras.

DEFINITION

Isomerisering- ett specialfall av en omlagringsreaktion som leder till omvandling av en kemisk förening till en isomer genom en strukturell förändring i kolskelettet.

Omarrangemang kan också ske genom en homolytisk eller heterolytisk mekanism. Molekylära omarrangemang kan klassificeras enligt olika kriterier, till exempel genom systemens mättnad, efter den migrerande gruppens natur, efter stereospecificitet etc. Många omarrangemangsreaktioner har specifika namn - Claisen-omarrangemang, Beckmann-omarrangemang, etc.

Isomeriseringsreaktioner används ofta i industriella processer, såsom petroleumraffinering för att öka oktantalet i bensin. Ett exempel på isomerisering är transformationen n-oktan till isooktan:

KLASSIFICERING AV ORGANISKA REAKTIONER PER REAGENSTYP

URKOPPLING

Bindningsklyvning i organiska föreningar kan vara homolytisk eller heterolytisk.

DEFINITION

Homolytisk bindningsklyvning- detta är ett gap som ett resultat av vilket varje atom tar emot en oparad elektron och två partiklar bildas som har en liknande elektronisk struktur - gratis radikaler.

En homolytisk brytning är karakteristisk för opolär eller svagt polär bindningar, såsom C–C, Cl–Cl, C–H, och kräver en stor mängd energi.

De resulterande radikalerna, som har en oparad elektron, är mycket reaktiva, därför är de kemiska processer som sker med deltagande av sådana partiklar ofta av en "kedja", de är svåra att kontrollera och reaktionen resulterar i en uppsättning substitutionsprodukter . När metan kloreras är således substitutionsprodukterna klormetan C H3 C l CH3Cl diklormetan C H2 C l2 CH2CI2 kloroform C H C l3 CHCI3 och koltetraklorid C C l4 CCl4. Reaktioner som involverar fria radikaler fortskrider genom utbytesmekanismen för bildandet av kemiska bindningar.

De radikaler som bildas under sådan bindningsklyvning orsakar radikal mekanism reaktionens förlopp. Radikala reaktioner sker vanligtvis vid förhöjda temperaturer eller strålning (t.ex. ljus).

På grund av sin höga reaktivitet kan fria radikaler ha en negativ inverkan på människokroppen, förstöra cellmembran, påverka DNA och orsaka för tidigt åldrande. Dessa processer är främst förknippade med lipidperoxidation, det vill säga förstörelsen av strukturen hos fleromättade syror som bildar fett inuti cellmembranet.

DEFINITION

Heterolytisk bindningsklyvning- detta är ett gap där ett elektronpar finns kvar med en mer elektronegativ atom och två laddade partiklar bildas - joner: en katjon (positiv) och en anjon (negativ).

I kemiska reaktioner utför dessa partiklar funktionerna " nukleofiler"("phil" - från gr. va kär) Och " elektrofiler", bildar en kemisk bindning med reaktionspartnern enligt donator-acceptor-mekanismen. Nukleofila partiklar ger ett elektronpar för att bilda en ny bindning. Med andra ord,

DEFINITION

Nukleofil- ett elektronrikt kemiskt reagens som kan interagera med föreningar med elektronbrist.

Exempel på nukleofiler är alla anjoner ( C l− , jag− , N O− 3 Cl−,I−,NO3− etc.), såväl som föreningar som har ett ensamt elektronpar ( N H3 , H2 O NH3,H2O).

Sålunda, när en bindning bryts, kan radikaler eller nukleofiler och elektrofiler bildas. Baserat på detta uppstår tre mekanismer för organiska reaktioner.

MEKANISMER FÖR ORGANISKA REAKTIONER

Mekanism för fria radikaler: reaktionen startas av fria radikaler som bildas när homolytisk ruptur bindningar i en molekyl.

Det mest typiska alternativet är bildandet av klor- eller bromradikaler under UV-bestrålning.

1. Fri radikal substitution

metan brommetan

Kedjeinitiering

Kedjetillväxt

Öppen krets

2. Tillägg av fria radikaler

etenpolyeten

Elektrofil mekanism: reaktionen börjar med elektrofila partiklar som får en positiv laddning som resultat heterolytisk ruptur kommunikation. Alla elektrofiler är Lewis-syror.

Sådana partiklar bildas aktivt under påverkan av Lewis-syror, som förstärker partikelns positiva laddning. Används oftast A l C l3 , F e C l3 , F e B r3 ,ZnC l2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2, som utför funktionerna hos en katalysator.

Angreppsplatsen för den elektrofila partikeln är de delar av molekylen som har ökad elektrondensitet, dvs multipelbindningen och bensenringen.

Den allmänna formen av elektrofila substitutionsreaktioner kan uttryckas med ekvationen:

1. Elektrofil substitution

bensen brombensen

2. Elektrofil koppling

propen 2-bromopropan

propyn 1,2-diklorpropen

Tillsatsen till osymmetriska omättade kolväten sker i enlighet med Markovnikovs regel.

DEFINITION

Markovnikovs regel: förutom osymmetriska alkener av molekyler av komplexa ämnen med den villkorliga formeln HX (där X är en halogenatom eller hydroxylgrupp OH–), läggs väteatomen till den mest hydrerade (som innehåller flest väteatomer) kolatomen vid dubbelbindningen och X till minst hydrerad.

Till exempel tillsats av väteklorid HCl till en propenmolekyl C H3 – CH = C H2 CH3–CH=CH2.

Reaktionen fortskrider genom mekanismen för elektrofil tillsats. På grund av det elektrondonerande inflytandet C H3 CH3-grupp, skiftas elektrontätheten i substratmolekylen till den centrala kolatomen (induktiv effekt), och sedan längs systemet av dubbelbindningar - till den terminala kolatomen C H2 CH2-grupper (mesomerisk effekt). Således är överskottet av negativ laddning lokaliserad exakt på denna atom. Därför börjar attacken med väteprotonen H+ H+, som är en elektrofil partikel. En positivt laddad karbenjon bildas [C H3 – CH − C H3 ] + + till vilken kloranjonen tillsätts C l− Cl−.

DEFINITION

Undantag från Markovnikovs regel: additionsreaktionen fortsätter mot Markovnikovs regel om reaktionen involverar föreningar där kolatomen intill kolatomen i dubbelbindningen delvis absorberar elektrondensiteten, det vill säga i närvaro av substituenter som uppvisar en signifikant elektronbortdragande effekt (–C C l3 , – C N , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOH och så vidare.).

Nukleofil mekanism: reaktionen börjar med att nukleofila partiklar har en negativ laddning, bildas som ett resultat heterolytisk ruptur kommunikation. Alla nukleofiler - Lewis grunder.

I nukleofila reaktioner har reagenset (nukleofilen) ett fritt elektronpar på en av atomerna och är en neutral molekyl eller anjon ( 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 och så vidare.).

Nukleofilen attackerar atomen i substratet med den lägsta elektrondensiteten (dvs med en partiell eller fullständig positiv laddning). Det första steget i den nukleofila substitutionsreaktionen är jonisering av substratet för att bilda en karbokatjon. I detta fall bildas en ny bindning på grund av nukleofilens elektronpar, och den gamla genomgår heterolytisk klyvning följt av eliminering av katjonen. Ett exempel på en nukleofil reaktion är nukleofil substitution (symbol SN SN 10 en mättad kolatom, till exempel alkalisk hydrolys av bromderivat.

1. Nukleofil substitution

2. Nukleofil addition

etanal cyanohydrin

källa http://foxford.ru/wiki/himiya

Reaktioner av organiska ämnen kan formellt delas in i fyra huvudtyper: substitution, addition, eliminering (eliminering) och omarrangemang (isomerisering). Det är uppenbart att hela mängden reaktioner av organiska föreningar inte kan reduceras till den föreslagna klassificeringen (till exempel förbränningsreaktioner). En sådan klassificering kommer dock att hjälpa till att upprätta analogier med reaktionerna som uppstår mellan oorganiska ämnen som du redan känner till.

Vanligtvis kallas den huvudsakliga organiska föreningen som är involverad i reaktionen substrat och den andra reaktionskomponenten anses konventionellt vara reagens.

Substitutionsreaktioner

Substitutionsreaktioner- dessa är reaktioner som resulterar i att en atom eller grupp av atomer i den ursprungliga molekylen (substratet) ersätts med andra atomer eller grupper av atomer.

Substitutionsreaktioner involverar mättade och aromatiska föreningar såsom alkaner, cykloalkaner eller arener. Låt oss ge exempel på sådana reaktioner.

Under påverkan av ljus kan väteatomer i en metanmolekyl ersättas av halogenatomer, till exempel av kloratomer:

Ett annat exempel på att ersätta väte med halogen är omvandlingen av bensen till brombensen:

Ekvationen för denna reaktion kan skrivas annorlunda:

Med denna form av skrivning skrivs reagenserna, katalysatorn och reaktionsbetingelserna ovanför pilen och de oorganiska reaktionsprodukterna skrivs under den.

Som ett resultat av reaktioner substitutioner i organiska ämnen bildas inte enkla och komplexa ämnen, som i oorganisk kemi, och två komplexa ämnen.

Tilläggsreaktioner

Tilläggsreaktioner- detta är reaktioner som leder till att två eller flera molekyler av reagerande ämnen kombineras till en.

Omättade föreningar såsom alkener eller alkyner genomgår additionsreaktioner. Beroende på vilken molekyl som fungerar som ett reagens, särskiljs hydrering (eller reduktion), halogenering, hydrohalogenering, hydratisering och andra additionsreaktioner. Var och en av dem kräver vissa villkor.

1.Hydrering- reaktion av addition av en vätemolekyl genom en multipelbindning:

2. Hydrohalogenering- vätehalogenidadditionsreaktion (hydroklorering):

3. Halogenering- halogenadditionsreaktion:

4.Polymerisation- en speciell typ av additionsreaktion där molekyler av ett ämne med låg molekylvikt kombineras med varandra för att bilda molekyler av ett ämne med mycket hög molekylvikt - makromolekyler.

Polymerisationsreaktioner är processer för att kombinera många molekyler av ett ämne med låg molekylvikt (monomer) till stora molekyler (makromolekyler) av en polymer.

Ett exempel på en polymerisationsreaktion är produktionen av polyeten från eten (eten) under inverkan av ultraviolett strålning och en radikalpolymerisationsinitiator R.

Den kovalenta bindningen som är mest karakteristisk för organiska föreningar bildas när atomära orbitaler överlappar varandra och bildandet av delade elektronpar. Som ett resultat av detta bildas en för de två atomerna gemensam orbital, i vilken ett gemensamt elektronpar finns. När en bindning bryts kan ödet för dessa delade elektroner vara annorlunda.

Typer av reaktiva partiklar

En orbital med en oparad elektron som tillhör en atom kan överlappa med en orbital av en annan atom som också innehåller en oparad elektron. I detta fall bildas en kovalent bindning enligt utbytesmekanismen:

Utbytesmekanismen för bildandet av en kovalent bindning realiseras om ett gemensamt elektronpar bildas av oparade elektroner som tillhör olika atomer.

Processen motsatsen till bildandet av en kovalent bindning genom utbytesmekanismen är klyvningen av bindningen, där en elektron går förlorad till varje atom (). Som ett resultat av detta bildas två oladdade partiklar med oparade elektroner:

Sådana partiklar kallas fria radikaler.

Fria radikaler- atomer eller grupper av atomer som har oparade elektroner.

Reaktioner från fria radikaler- det här är reaktioner som uppstår under påverkan och med deltagande av fria radikaler.

Under loppet av oorganisk kemi är dessa reaktioner mellan väte och syre, halogener och förbränningsreaktioner. Reaktioner av denna typ kännetecknas av hög hastighet och frigöring av stora mängder värme.

En kovalent bindning kan också bildas av en donator-acceptormekanism. En av orbitalerna för en atom (eller anjon) som har ett ensamt elektronpar överlappar den lediga omloppsbanan för en annan atom (eller katjon) som har en obesatt orbital, och en kovalent bindning bildas, till exempel:

Brusningen av en kovalent bindning leder till bildandet av positivt och negativt laddade partiklar (); eftersom i detta fall båda elektronerna från ett gemensamt elektronpar förblir med en av atomerna, har den andra atomen en ofylld orbital:

Låt oss överväga den elektrolytiska dissociationen av syror:

Det kan lätt gissas att en partikel som har ett ensamt elektronpar R: -, dvs en negativt laddad jon, kommer att attraheras till positivt laddade atomer eller till atomer på vilka det finns åtminstone en partiell eller effektiv positiv laddning.
Partiklar med ensamma elektronpar kallas nukleofila medel (kärna- "kärna", en positivt laddad del av en atom), d.v.s. "vänner" till kärnan, en positiv laddning.

Nukleofiler(Nu) - anjoner eller molekyler som har ett ensamt elektronpar som interagerar med delar av molekylerna som har en effektiv positiv laddning.

Exempel på nukleofiler: Cl - (kloridjon), OH - (hydroxidanjon), CH 3 O - (metoxidanjon), CH 3 COO - (acetatanjon).

Partiklar som har en ofylld orbital, tvärtom, tenderar att fylla den och kommer därför att attraheras av delar av molekylerna som har en ökad elektrontäthet, en negativ laddning och ett ensamt elektronpar. De är elektrofiler, "vänner" till elektronen, negativ laddning eller partiklar med ökad elektrondensitet.

Elektrofiler- katjoner eller molekyler som har en ofylld elektronorbital, som tenderar att fylla den med elektroner, eftersom detta leder till en mer gynnsam elektronisk konfiguration av atomen.

Ingen partikel är en elektrofil med en ofylld orbital. Till exempel har alkalimetallkatjoner konfigurationen av inerta gaser och tenderar inte att förvärva elektroner, eftersom de har en låg elektronaffinitet.
Av detta kan vi dra slutsatsen att trots närvaron av en ofylld orbital kommer sådana partiklar inte att vara elektrofiler.

Grundläggande reaktionsmekanismer

Tre huvudtyper av reagerande partiklar har identifierats - fria radikaler, elektrofiler, nukleofiler - och tre motsvarande typer av reaktionsmekanismer:

• fria radikaler;
• elektrofila;
• nollofil.

Förutom att klassificera reaktioner efter typen av reagerande partiklar, i organisk kemi särskiljs fyra typer av reaktioner enligt principen om att ändra sammansättningen av molekyler: addition, substitution, avskiljning eller eliminering (från engelska. till eliminera- ta bort, dela av) och omarrangemang. Eftersom addition och substitution kan ske under påverkan av alla tre typerna av reaktiva ämnen, kan flera särskiljas huvudreaktionsmekanismer.

Dessutom kommer vi att överväga elimineringsreaktioner som inträffar under påverkan av nukleofila partiklar - baser.
6. Eliminering:

En utmärkande egenskap hos alkener (omättade kolväten) är deras förmåga att genomgå additionsreaktioner. De flesta av dessa reaktioner sker genom den elektrofila additionsmekanismen.

Hydrohalogenering (tillsats av halogen väte):

När en vätehalogenid tillsätts till en alken väte adderas till den mer hydrerade kolatom, dvs den atom där det finns fler atomer väte och halogen - till mindre hydrogenerad.

Det bildas när atomära orbitaler överlappar varandra och bildandet av delade elektronpar. Som ett resultat av detta bildas en orbital gemensam för de två atomerna, som innehåller ett gemensamt elektronpar. När en bindning bryts kan ödet för dessa delade elektroner vara annorlunda.

Utbytesmekanism för bildning av kovalenta bindningar. Homolytisk bindningsklyvning

En orbital med en oparad elektron som tillhör en atom kan överlappa med en orbital av en annan atom som också innehåller en oparad elektron. I detta fall bildas en kovalent bindning enligt utbytesmekanismen:

N· + ·N -> N: N, eller N-N

Utbytesmekanismen för bildandet av en kovalent bindning realiseras om ett gemensamt elektronpar bildas av oparade elektroner som tillhör olika atomer.

Processen motsatsen till bildandet av en kovalent bindning genom utbytesmekanismen är klyvningen av bindningen, där en elektron går förlorad till varje atom. Som ett resultat av detta bildas två oladdade partiklar med oparade elektroner:

Sådana partiklar kallas fria radikaler.

Fria radikaler- atomer eller grupper av atomer som har oparade elektroner.

Mekanismen för klyvning av kovalenta bindningar, där fria radikaler bildas, kallas hemolytisk eller homolys (homo - identisk, d.v.s. denna typ av bindningsklyvning leder till bildandet av identiska partiklar).

Reaktioner som uppstår under påverkan och med deltagande av fria radikaler kallas fria radikaler reaktioner.

Hydroxylanjonen attraheras av kolatomen (attackar kolatomen) på vilken den partiella positiva laddningen är koncentrerad, och ersätter brom, eller mer exakt, bromidanjonen.

I 1-klorpropanmolekylen förskjuts elektronparet i C-Cl-bindningen mot kloratomen på grund av dess större elektronegativitet. I det här fallet drar kolatomen, som har fått en partiell positiv laddning (§+), elektroner från den associerade kolatomen, som i sin tur från följande:

Således överförs den induktiva effekten genom kretsen, men bleknar snabbt: den observeras praktiskt taget inte efter tre st-anslutningar.

Låt oss överväga en annan reaktion - tillsatsen av vätebromid till eten:

CH2=CH2 + HBr -> CH3-CH2Br

I det inledande skedet av denna reaktion tillsätts en vätekatjon till en molekyl som innehåller en multipelbindning:

CH2=CH2 + H+ -> CH2-CH3

Elektronerna i n-bindningen skiftade till en kolatom, och den intilliggande hade en positiv laddning, en ofylld orbital.

Stabiliteten hos sådana partiklar bestäms av hur väl den positiva laddningen på kolatomen kompenseras. Denna kompensation uppstår på grund av en förskjutning i elektrontätheten för a-bindningen mot den positivt laddade kolatomen, d.v.s. en positiv induktiv effekt (+1).

Gruppen av atomer, i detta fall metylgruppen, från vilken elektrontätheten dras, har en donatoreffekt, som betecknas +1.

Mesomerisk effekt. Det finns ett annat sätt som vissa atomer eller grupper påverkar andra - den mesomeriska effekten eller konjugationseffekten.

Tänk på 1,3-butadienmolekylen:

CH2=CH CH=CH2

Det visar sig att dubbelbindningarna i denna molekyl inte bara är två dubbelbindningar! Eftersom de är i närheten finns det överlappning P-bindningar ingår i närliggande dubbelbindningar, och en gemensam bindning bildas för alla fyra kolatomer P-elektronmoln. I detta fall blir systemet (molekylen) mer stabilt. Detta fenomen kallas konjugering (i det här fallet P - P- ihopparning).

Ytterligare överlappning, konjugeringen av n-bindningar separerade av en o-bindning, leder till deras "genomsnitt". Den centrala enkla bindningen får en partiell "dubbel" karaktär, blir starkare och kortare och dubbelbindningarna försvagas och förlängs något.

Ett annat exempel på konjugering är effekten av en dubbelbindning på en atom som har ett ensamt elektronpar.

Så, till exempel, när en karboxylsyra dissocierar, förblir det ensamma elektronparet på syreatomen:

Detta leder till en ökning av stabiliteten hos den anjon som bildas under dissociation och en ökning av syrans styrka.

Förskjutningen i elektrondensitet i konjugerade system som involverar n-bindningar eller ensamma elektronpar kallas den mesomeriska effekten (M).

Grundläggande reaktionsmekanismer

Vi har identifierat tre huvudtyper av reagerande partiklar - fria radikaler, elektrofiler, nukleofiler och tre motsvarande typer av reaktionsmekanismer:

Fria radikaler;
elektrofila;
nukleofil.

Förutom att klassificera reaktioner efter typen av reagerande partiklar, finns det inom organisk kemi fyra typer av reaktioner baserade på principen om att ändra sammansättningen av molekyler: addition, substitution, eliminering eller eliminering (från engelska till eliminera - remove, split av) och omarrangemang. Eftersom addition och substitution kan ske under påverkan av alla tre typerna av reaktiva partiklar, kan flera huvudreaktionsmekanismer urskiljas.

Dessutom kommer vi att överväga elimineringsreaktioner, som sker under påverkan av nukleofila partiklar - baser.

1. Vad är homolytiska och heterolytiska klyvningar av en kovalent bindning? Vilka mekanismer för bildning av kovalenta bindningar är de typiska för?

2. Vad kallas elektrofiler och nukleofiler? Ge exempel på dem.

3. Vilka är skillnaderna mellan mesomeriska och induktiva effekter? Hur illustrerar dessa fenomen positionen för A. M. Butlerovs teori om strukturen hos organiska föreningar om den ömsesidiga påverkan av atomer i organiska ämnens molekyler?

4. I ljuset av begreppen induktiva och mesomeriska effekter, överväg den ömsesidiga påverkan av atomer i molekyler:

Stöd dina slutsatser med exempel på kemiska reaktionsekvationer.

Lektionens innehåll lektionsanteckningar stödja frame lektion presentation acceleration metoder interaktiv teknik Öva uppgifter och övningar självtest workshops, utbildningar, fall, uppdrag läxor diskussionsfrågor retoriska frågor från elever Illustrationer ljud, videoklipp och multimedia fotografier, bilder, grafik, tabeller, diagram, humor, anekdoter, skämt, serier, liknelser, ordspråk, korsord, citat Tillägg sammandrag artiklar knep för nyfikna spjälsängar läroböcker grundläggande och ytterligare ordbok över termer andra Förbättra läroböcker och lektionerrätta fel i läroboken uppdatera ett fragment i en lärobok, inslag av innovation i lektionen, ersätta föråldrad kunskap med nya Endast för lärare perfekta lektioner kalenderplan för året, metodologiska rekommendationer, diskussionsprogram Integrerade lektioner

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

Tilläggsreaktioner

Sådana reaktioner är typiska för organiska föreningar som innehåller multipla (dubbel- eller trippelbindningar). Reaktioner av denna typ inkluderar reaktioner av tillsats av halogener, vätehalogenider och vatten till alkener och alkyner

CH3-CH=CH2 + HCl ---- CH3-CH(Cl)-CH3

Elimineringsreaktioner

Dessa är reaktioner som leder till bildandet av flera bindningar. Vid eliminering av vätehalogenider och vatten observeras en viss selektivitet av reaktionen, beskriven av Zaitsevs regel, enligt vilken en väteatom elimineras från kolatomen där det finns färre väteatomer. Exempel reaktion

CH3-CH(Cl)-CH2-CH3 + KOH →CH3-CH=CH-CH3 + HCl

Polymerisation och polykondensation

n(CH2=CHCl)  (-CH2-CHCl)n

Redox

Den mest intensiva av de oxidativa reaktionerna är förbränning, en reaktion som är karakteristisk för alla klasser av organiska föreningar. I detta fall, beroende på förbränningsförhållandena, oxideras kol till C (sot), CO eller CO 2 och väte omvandlas till vatten. För organiska kemister är dock oxidationsreaktioner utförda under mycket mildare förhållanden än förbränning av stort intresse. Oxidationsmedel som används: lösningar av Br2 i vatten eller Cl2 i CCl4; KMnO 4 i vatten eller utspädd syra; kopparoxid; nyutfällda silver(I)- eller koppar(II)hydroxider.

3C2H2 + 8KMnO4 +4H2O→3HOOC-COOH + 8MnO2 + 8KOH

Förestring (och dess omvända hydrolysreaktion)

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

Cykelladdning

Y R Y-R

‖ + ‖ → ǀ ǀ

R Y R-Y

‖ + →

11. Klassificering av organiska reaktioner efter mekanism. Exempel.

Reaktionsmekanismen innefattar en detaljerad steg-för-steg-beskrivning av kemiska reaktioner. Samtidigt fastställs vilka kovalenta bindningar som bryts, i vilken ordning och på vilket sätt. Bildandet av nya bindningar under reaktionsprocessen beskrivs också noggrant. När du överväger reaktionsmekanismen, var först och främst uppmärksam på metoden för att bryta den kovalenta bindningen i den reagerande molekylen. Det finns två sådana sätt - homolytisk och heterolytisk.

Radikala reaktioner fortsätt genom homolytisk (radikal) klyvning av en kovalent bindning:

Icke-polära eller lågpolära kovalenta bindningar (C–C, N–N, C–H) genomgår radikal klyvning vid höga temperaturer eller under påverkan av ljus. Kolet i CH 3-radikalen har 7 yttre elektroner (istället för ett stabilt oktettskal i CH 4). Radikaler är instabila, de tenderar att fånga den saknade elektronen (upp till ett par eller upp till en oktett). Ett av sätten att bilda stabila produkter är dimerisering (kombinationen av två radikaler):

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,

N + N N : N.

Radikala reaktioner - dessa är till exempel reaktioner av klorering, bromering och nitrering av alkaner:

Joniska reaktioner uppstår med heterolytisk bindningsklyvning. I det här fallet bildas kortlivade organiska joner - karbokatjoner och karbanjoner - med en laddning på kolatomen mellanliggande. I joniska reaktioner separeras inte det bindande elektronparet utan går helt och hållet till en av atomerna och förvandlar det till en anjon:

Starkt polära (H–O, C–O) och lätt polariserbara (C–Br, C–I) bindningar är benägna att heterolytisk klyvning.

Skilja på nukleofila reaktioner (nukleofil– letar efter kärnan, en plats med brist på elektroner) och elektrofila reaktioner (elektrofil– letar efter elektroner). Påståendet att en viss reaktion är nukleofil eller elektrofil hänvisar alltid till reagenset. Reagens– ett ämne som deltar i reaktionen med en enklare struktur. Substrat– ett utgångsämne med en mer komplex struktur. Utgående gruppär en utbytbar jon som har bundits till kol. Reaktionsprodukt– nytt kolinnehållande ämne (skrivet på höger sida av reaktionsekvationen).

TILL nukleofila reagenser(nukleofiler) inkluderar negativt laddade joner, föreningar med ensamma elektronpar, föreningar med dubbla kol-kolbindningar. TILL elektrofila reagens(elektrofiler) inkluderar positivt laddade joner, föreningar med ofyllda elektronskal (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), föreningar med karbonylgrupper, halogener. Elektrofiler är vilken atom, molekyl eller jon som helst som kan lägga till ett par elektroner i processen att bilda en ny bindning. Drivkraften för joniska reaktioner är interaktionen av motsatt laddade joner eller fragment av olika molekyler med en partiell laddning (+ och –).

Exempel på olika typer av jonreaktioner.

Nukleofil substitution :

Elektrofil substitution :

Nukleofil addition (CN – läggs till först, sedan H+):

Elektrofil koppling (H + läggs till först, sedan X –):

Eliminering genom verkan av nukleofiler (baser) :

Eliminering vid åtgärd elektrofiler (syror) :

Parameternamn	Menande
Artikelns ämne:	Mekanismer för organiska reaktioner
Rubrik (tematisk kategori)	Utbildning

Klassificering av reaktioner

Det finns fyra huvudtyper av reaktioner där organiska föreningar deltar: substitution (förskjutning), addition, eliminering (eliminering), omarrangemang.

3.1 Substitutionsreaktioner

I den första typen av reaktion sker substitutionen vanligtvis vid en kolatom, men den substituerade atomen måste vara en väteatom eller någon annan atom eller grupp av atomer. Under elektrofil substitution ersätts väteatomen oftast; Ett exempel är den klassiska aromatiska substitutionen:

Med nukleofil substitution är det inte väteatomen som oftast ersätts, utan andra atomer, till exempel:

NC - + R−Br → NC−R +BR -

3.2 Tilläggsreaktioner

Additionsreaktioner kan också vara elektrofila, nukleofila eller radikala baserat på typen av art som initierar processen. Bindning till vanliga kol-kol dubbelbindningar induceras vanligtvis av en elektrofil eller radikal. Till exempel kan tillsatsen av HBr

kan börja med en attack av dubbelbindningen av H+-protonen eller Br·-radikalen.

3.3 Eliminationsreaktioner

Elimineringsreaktioner är i huvudsak det omvända till additionsreaktioner; Den vanligaste typen av sådan reaktion är eliminering av en väteatom och en annan atom eller grupp från angränsande kolatomer för att bilda alkener:

3.4 Omarrangeringsreaktioner

Omarrangemang kan också ske genom mellanliggande föreningar som är katjoner, anjoner eller radikaler; Oftast sker dessa reaktioner med bildandet av karbokatjoner eller andra partiklar som saknar elektroner. Omarrangemang kan innebära betydande omstrukturering av kolskelettet. Själva omlagringssteget i sådana reaktioner följs ofta av substitutions-, additions- eller elimineringssteg, vilket leder till bildningen av en stabil slutprodukt.

En detaljerad beskrivning av en kemisk reaktion i steg brukar kallas en mekanism. Ur en elektronisk synvinkel förstås mekanismen för en kemisk reaktion som metoden att bryta kovalenta bindningar i molekyler och sekvensen av tillstånd genom vilka reagerande ämnen passerar innan de blir reaktionsprodukter.

4.1 Fria radikaler reaktioner

Fria radikalreaktioner är kemiska processer där molekyler med oparade elektroner deltar. Vissa aspekter av reaktioner med fria radikaler är unika jämfört med andra typer av reaktioner. Den största skillnaden är att många fria radikalreaktioner är kedjereaktioner. Detta betyder att det finns en mekanism genom vilken många molekyler omvandlas till en produkt genom en upprepad process som initieras av skapandet av en enda reaktiv art. Ett typiskt exempel illustreras med hjälp av följande hypotetiska mekanism:

Steget vid vilket reaktionsmellanprodukten, i detta fall A·, genereras brukar kallas initiering. Detta steg inträffar vid höga temperaturer, under inverkan av UV eller peroxider, i opolära lösningsmedel. De nästa fyra ekvationerna i detta exempel upprepar sekvensen av två reaktioner; de representerar kedjans utvecklingsfas. Kedjereaktioner kännetecknas av kedjans längd, vilket motsvarar antalet utvecklingssteg per initieringsstadium. Det andra steget sker med samtidig syntes av föreningen och bildandet av en ny radikal, som fortsätter kedjan av transformationer. Det sista steget är kedjeavslutningssteget, som involverar varje reaktion där en av reaktionsmellanprodukterna som är nödvändiga för kedjeprogression förstörs. Ju fler steg av kedjeavslutning, desto kortare blir kedjelängden.

Fria radikalreaktioner inträffar: 1) i ljus, vid höga temperaturer eller i närvaro av radikaler som bildas vid nedbrytning av andra ämnen; 2) hämmas av ämnen som lätt reagerar med fria radikaler; 3) förekommer i opolära lösningsmedel eller i ångfas; 4) har ofta en autokatalytisk och induktionsperiod före reaktionens start; 5) kinetiskt är de kedja.

Radikala substitutionsreaktioner är karakteristiska för alkaner, och radikaladditionsreaktioner är karakteristiska för alkener och alkyner.

CH4 + Cl2 → CH3CI + HCl

CH3-CH=CH2 + HBr → CH3-CH2-CH2Br

CH3-C=CH + HCl -> CH3-CH=CHCl

Kopplingen av fria radikaler med varandra och kedjeavslutning sker främst på reaktorns väggar.

4.2 Joniska reaktioner

Reaktioner där det uppstår heterolytisk brytningen av bindningar och bildandet av mellanliggande partiklar av jonisk typ kallas jonreaktioner.

Joniska reaktioner inträffar: 1) i närvaro av katalysatorer (syror eller baser och påverkas inte av ljus eller fria radikaler, i synnerhet de som uppstår vid sönderdelning av peroxider); 2) inte påverkas av fria radikaler; 3) lösningsmedlets natur påverkar reaktionsförloppet; 4) förekommer sällan i ångfasen; 5)kinetiskt är de huvudsakligen första eller andra ordningens reaktioner.

Baserat på typen av reagens som verkar på molekylen delas joniska reaktioner in i elektrofil Och nukleofil. Nukleofila substitutionsreaktioner är karakteristiska för alkyl- och arylhalider,

CH3CI + H2O → CH3OH + HCl

C6H5-Cl + H2O → C6H5-OH + HCl

C2H5OH + HCl → C2H5Cl + H2O

C2H5NH2 + CH3Cl → CH3-NH-C2H5 + HCl

elektrofil substitution – för alkaner i närvaro av katalysatorer

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH(CH3)-CH2-CH3

och arenor.

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

Elektrofila additionsreaktioner är karakteristiska för alkener

CH3-CH=CH2 + Br2 -> CH3-CHBr-CH2Br

och alkyner,

CH=CH + Cl2 -> CHCl=CHCl

nukleofil addition – för alkyner.

CH3-C≡CH + C2H5OH + NaOH → CH3-C(OC2H5) = CH2

Mekanismer för organiska reaktioner - koncept och typer. Klassificering och funktioner i kategorin "Mekanismer för organiska reaktioner" 2017, 2018.