Birçok ikame reaksiyonu, ekonomik uygulamalara sahip çeşitli bileşiklerin üretiminin yolunu açar. Elektrofilik ve nükleofilik ikame kimya bilimi ve endüstrisinde büyük bir rol oynar. Organik sentezde bu süreçlerin dikkat edilmesi gereken bir takım özellikleri vardır.
Çeşitli kimyasal olaylar. İkame reaksiyonları
Maddelerin dönüşümüyle ilişkili kimyasal değişiklikler bir takım özelliklerle ayırt edilir. Nihai sonuçlar ve termal etkiler değişiklik gösterebilir; Bazı işlemler tamamlanır, bazılarında ise maddelerde bir değişiklik meydana gelir ve buna sıklıkla oksidasyon derecesinde bir artış veya azalma eşlik eder. Kimyasal olayları nihai sonuçlarına göre sınıflandırırken reaktifler ve ürünler arasındaki niteliksel ve niceliksel farklılıklara dikkat edilir. Bu özelliklere dayanarak, aşağıdaki şemayı takip eden ikame de dahil olmak üzere 7 tür kimyasal dönüşüm ayırt edilebilir: A-B + C A-C + B. Bütün bir kimyasal fenomen sınıfının basitleştirilmiş gösterimi, başlangıç maddeleri arasında bir maddenin olduğu fikrini verir. reaktifteki bir atomun, iyonun veya fonksiyonel grubun yerini alan bir parçacığa "saldırı" denir. İkame reaksiyonu sınırlamanın karakteristiğidir ve
İkame reaksiyonları çift değişim şeklinde meydana gelebilir: A-B + C-E A-C + B-E. Alt türlerden biri, örneğin bakırın bir bakır sülfat çözeltisinden demir ile yer değiştirmesidir: CuS04 + Fe = FeS04 + Cu. “Saldıran” parçacık atomlar, iyonlar veya fonksiyonel gruplar olabilir
Homolitik ikame (radikal, SR)
Kovalent bağların kırılması şeklindeki radikal mekanizmayla, farklı elementlerde ortak olan bir elektron çifti, molekülün "parçaları" arasında orantılı olarak dağıtılır. Serbest radikaller oluşur. Bunlar, stabilizasyonu sonraki dönüşümlerin bir sonucu olarak ortaya çıkan kararsız parçacıklardır. Örneğin metandan etan üretilirken ikame reaksiyonuna katılan serbest radikaller ortaya çıkar: CH4CH3. + .N; CH 3. + .CH3 → C2H5; N. + .N → N2. Yukarıdaki ikame mekanizmasına göre homolitik bağ bölünmesi zincir niteliğindedir. Metanda H atomları art arda klor ile değiştirilebilir. Brom ile reaksiyon benzer şekilde gerçekleşir, ancak iyot alkanlardaki hidrojenin yerini doğrudan alamaz; flor onlarla çok kuvvetli reaksiyona girer.
Heterolitik bağ kırma yöntemi
İyonik ikame reaksiyonları mekanizmasıyla, elektronlar yeni oluşan parçacıklar arasında eşit olmayan bir şekilde dağıtılır. Bağlanan elektron çifti tamamen "parçalardan" birine, çoğunlukla da polar moleküldeki negatif yoğunluğun kaydığı bağ ortağına gider. İkame reaksiyonları, metil alkol CH30H oluşumunu içerir. Bromometan CH3Br'de molekülün bölünmesi heterolitiktir ve yüklü parçacıklar stabildir. Metil pozitif bir yük kazanır ve brom negatif bir yük alır: CH3Br → CH3++ Br -; NaOH → Na++ OH-; CH3++ OH- → CH3OH; Na + + Br - ↔ NaBr.
Elektrofiller ve nükleofiller
Elektronları olmayan ve onları kabul edebilen parçacıklara "elektrofiller" denir. Bunlar haloalkanlardaki halojenlere bağlı karbon atomlarını içerir. Nükleofiller elektron yoğunluğunu arttırmışlardır; kovalent bir bağ oluştururken bir çift elektronu “bağışlarlar”. İkame reaksiyonlarında, negatif yük bakımından zengin nükleofiller, elektron açlığı çeken elektrofiller tarafından saldırıya uğrar. Bu fenomen, bir atomun veya başka bir parçacığın (bir ayrılan grubun) hareketi ile ilişkilidir. Başka bir ikame reaksiyonu türü, bir elektrofilin bir nükleofil tarafından saldırısıdır. Moleküllerden hangisinin substrat, hangisinin reaktif olduğunu doğru bir şekilde belirtmek zor olduğundan, iki proses arasında ayrım yapmak ve ikameyi bir türe veya diğerine atfetmek bazen zordur. Tipik olarak bu gibi durumlarda aşağıdaki faktörler dikkate alınır:
- ayrılan grubun doğası;
- nükleofil reaktivitesi;
- çözücünün doğası;
- alkil kısmının yapısı.
Nükleofilik ikame (SN)
Organik bir moleküldeki etkileşim süreci sırasında polarizasyonda bir artış gözlenir. Denklemlerde kısmi pozitif veya negatif yük, Yunan alfabesinin bir harfiyle gösterilir. Bağ polarizasyonu, kopmasının doğasını ve molekülün "parçalarının" diğer davranışını değerlendirmeyi mümkün kılar. Örneğin iyodometandaki karbon atomu kısmi pozitif yüke sahiptir ve elektrofilik bir merkezdir. Su dipolünün oksijenin fazla miktarda elektrona sahip olduğu kısmını çeker. Bir elektrofil, bir nükleofilik reaktifle etkileşime girdiğinde metanol oluşur: CH3I + H2O → CH3OH + HI. Nükleofilik ikame reaksiyonları, negatif yüklü bir iyonun veya molekülün, kimyasal bir bağın oluşturulmasında yer almayan serbest elektron çiftine katılımıyla gerçekleşir. İyodometanın SN2 reaksiyonlarına aktif katılımı, nükleofilik saldırıya açık olması ve iyotun hareketliliği ile açıklanmaktadır.
Elektrofilik ikame (SE)
Organik bir molekül, aşırı elektron yoğunluğu ile karakterize edilen bir nükleofilik merkez içerebilir. Negatif yükleri olmayan elektrofilik bir reaktifle reaksiyona girer. Bu tür parçacıklar, serbest yörüngelere sahip atomları ve düşük elektron yoğunluğuna sahip alanlara sahip molekülleri içerir. “-” yükü olan B karbon, su dipolünün pozitif kısmı ile hidrojen ile etkileşime girer: CH3Na + H20 → CH4 + NaOH. Bu elektrofilik ikame reaksiyonunun ürünü metandır. Heterolitik reaksiyonlarda, organik moleküllerin zıt yüklü merkezleri etkileşime girer ve bu da onları inorganik maddelerin kimyasındaki iyonlara benzer hale getirir. Organik bileşiklerin dönüşümüne nadiren gerçek katyon ve anyon oluşumunun eşlik ettiği göz ardı edilmemelidir.
Monomoleküler ve bimoleküler reaksiyonlar
Nükleofilik ikame monomolekülerdir (SN1). Bu mekanizma, önemli bir organik sentez ürününün (üçüncül bütil klorür) hidrolize edilmesi için kullanılır. İlk aşama yavaştır; karbonyum katyonuna ve klorür anyonuna kademeli ayrışma ile ilişkilidir. İkinci aşama daha hızlı ilerler, karbonyum iyonunun suyla reaksiyonu gerçekleşir. alkandaki halojenin bir hidroksi grubu ile değiştirilmesi ve birincil alkolün elde edilmesi: (CH3)3C—Cl → (CH3)3C++Cl-; (CH3)3C+ + H20 → (CH3)3C—OH + H+. Birincil ve ikincil alkil halojenürlerin tek aşamalı hidrolizi, karbon-halojen bağının eşzamanlı olarak yok edilmesi ve bir C-OH çiftinin oluşmasıyla karakterize edilir. Bu bir nükleofilik bimoleküler ikame (SN2) mekanizmasıdır.
Heterolitik değiştirme mekanizması
İkame mekanizması elektron transferi ve ara komplekslerin oluşturulması ile ilişkilidir. Reaksiyon ne kadar hızlı gerçekleşirse, karakteristik ara ürünleri de o kadar kolay ortaya çıkar. Çoğu zaman süreç aynı anda birkaç yöne gider. Avantaj genellikle oluşumları için en az enerjiye ihtiyaç duyan parçacıkların kullanıldığı yoldur. Örneğin, bir çift bağın varlığı, CH3+ iyonuna kıyasla bir alilik katyon CH2=CH—CH2+'nın ortaya çıkma olasılığını artırır. Bunun nedeni, molekül boyunca dağılmış pozitif yükün delokalizasyonunu etkileyen çoklu bağın elektron yoğunluğunda yatmaktadır.
Benzen ikame reaksiyonları
Elektrofilik ikame ile karakterize edilen grup, arenlerdir. Benzen halkası elektrofilik saldırı için uygun bir hedeftir. İşlem, ikinci reaktifteki bağ polarizasyonuyla başlar ve benzen halkasının elektron bulutuna bitişik bir elektrofil oluşumuyla sonuçlanır. Sonuç olarak bir geçiş kompleksi ortaya çıkar. Elektrofilik parçacık ile karbon atomlarından biri arasında henüz tam bir bağlantı yoktur, "aromatik altı" elektronun tüm negatif yükü tarafından çekilir. Sürecin üçüncü aşamasında, halkanın elektrofil ve bir karbon atomu ortak bir elektron çifti (kovalent bağ) ile bağlanır. Ancak bu durumda, "aromatik altı" yok edilir ve bu, istikrarlı, istikrarlı bir enerji durumuna ulaşma açısından elverişsizdir. “Proton püskürmesi” olarak adlandırılabilecek bir olay gözleniyor. H+ ortadan kaldırılır ve arenelerin kararlı iletişim sistemi özelliği yeniden sağlanır. Yan ürün, benzen halkasından bir hidrojen katyonu ve ikinci reaktiften bir anyon içerir.
Organik kimyadan ikame reaksiyonlarına örnekler
Alkanlar özellikle bir ikame reaksiyonuyla karakterize edilir. Sikloalkanlar ve arenler için elektrofilik ve nükleofilik dönüşümlere örnekler verilebilir. Organik madde moleküllerindeki benzer reaksiyonlar normal koşullar altında meydana gelir, ancak daha çok ısıtıldığında ve katalizörlerin varlığında meydana gelir. Yaygın ve iyi çalışılmış işlemler aromatik halkadaki elektrofilik ikameyi içerir. Bu türün en önemli reaksiyonları:
- Benzenin H2S04 varlığında nitrasyonu şu şemaya göre ilerler: C6H6 → C6H5-NO2.
- Benzenin katalitik halojenasyonu, özellikle klorlama, aşağıdaki denkleme göre: C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl.
- Aromatik süreç “dumanlı” sülfürik asit ile ilerler, benzensülfonik asitler oluşur.
- Alkilasyon, benzen halkasındaki bir hidrojen atomunun bir alkil ile değiştirilmesidir.
- Asilasyon - ketonların oluşumu.
- Formilasyon, hidrojenin bir CHO grubu ile değiştirilmesi ve aldehitlerin oluşmasıdır.
İkame reaksiyonları, halojenlerin erişilebilir bir C-H bağına saldırdığı alkanlar ve sikloalkanlardaki reaksiyonları içerir. Türevlerin oluşumu, doymuş hidrokarbonlar ve sikloparafinlerdeki bir, iki veya tüm hidrojen atomlarının değiştirilmesini içerebilir. Küçük moleküler ağırlığa sahip haloalkanların çoğu, farklı sınıflara ait daha karmaşık maddelerin üretiminde kullanılmaktadır. İkame reaksiyonlarının mekanizmalarının incelenmesinde elde edilen ilerleme, alkanlar, sikloparafinler, arenler ve halojenlenmiş hidrokarbonlara dayalı sentezlerin geliştirilmesine güçlü bir ivme kazandırmıştır.
Atomik yörüngeler örtüştüğünde ve paylaşılan elektron çiftlerinin oluşumuyla oluşur. Bunun sonucunda iki atom için ortak olan ve ortak bir elektron çifti içeren bir yörünge oluşur. Bir bağ koptuğunda, bu paylaşılan elektronların kaderi farklı olabilir.
Kovalent bağ oluşumunun değişim mekanizması. Homolitik bağ bölünmesi
Bir atoma ait eşlenmemiş elektrona sahip bir yörünge, yine eşlenmemiş bir elektron içeren başka bir atomun yörüngesiyle örtüşebilir. Bu durumda değişim mekanizmasına göre bir kovalent bağ oluşur:
N· + ·N -> N: N veya N-N
Kovalent bir bağ oluşumuna yönelik değişim mekanizması, farklı atomlara ait eşleşmemiş elektronlardan ortak bir elektron çifti oluşması durumunda gerçekleştirilir.
Değişim mekanizmasıyla kovalent bağ oluşumunun tersi olan süreç, her atoma bir elektronun kaybolduğu bağın bölünmesidir. Bunun sonucunda eşlenmemiş elektronlara sahip iki yüksüz parçacık oluşur:
Bu tür parçacıklara serbest radikaller denir.
Serbest radikaller- eşlenmemiş elektronlara sahip atomlar veya atom grupları.
Serbest radikallerin oluştuğu kovalent bağ bölünmesi mekanizmasına hemolitik veya homoliz denir (homo - özdeş, yani bu tür bağ bölünmesi aynı parçacıkların oluşumuna yol açar).
Serbest radikallerin etkisi altında ve katılımıyla meydana gelen reaksiyonlara denir. serbest radikal reaksiyonları.
Hidroksil anyonu, üzerinde kısmi pozitif yükün yoğunlaştığı karbon atomuna çekilir (karbon atomuna saldırır) ve bromun veya daha kesin olarak bromür anyonunun yerini alır.
1-kloropropan molekülünde, C-Cl bağındaki elektron çifti, elektronegatifliğinin daha yüksek olması nedeniyle klor atomuna doğru kayar. Bu durumda kısmi pozitif yük (§+) alan karbon atomu, ilgili karbon atomundan elektronları çeker ve bu da sırasıyla aşağıdakilerden kaynaklanır:
Böylece, endüktif etki devre boyunca iletilir, ancak hızla kaybolur: üç st bağlantısından sonra pratikte gözlenmez.
Başka bir reaksiyonu ele alalım - hidrojen bromürün etene eklenmesi:
CH2=CH2 + HBr -> CH3-CH2Br
Bu reaksiyonun ilk aşamasında, çoklu bağ içeren bir moleküle bir hidrojen katyonu eklenir:
CH2=CH2 + H+ -> CH2-CH3
N-bağının elektronları bir karbon atomuna kaydı ve komşusu pozitif yüke, yani doldurulmamış bir yörüngeye sahipti.
Bu tür parçacıkların kararlılığı, karbon atomundaki pozitif yükün ne kadar iyi dengelendiğiyle belirlenir. Bu telafi, a-bağının elektron yoğunluğunun pozitif yüklü karbon atomuna doğru kayması, yani pozitif endüktif etki (+1) nedeniyle meydana gelir. 
Elektron yoğunluğunun alındığı atom grubu, bu durumda metil grubu, +1 olarak adlandırılan bir donör etkisine sahiptir.
Mezomerik etki. Bazı atomların veya grupların diğerlerini etkilemesinin başka bir yolu daha vardır: mezomerik etki veya konjugasyon etkisi.
1,3 bütadien molekülünü düşünün:
CH2=CH CH=CH2
Bu moleküldeki çift bağların sadece iki çift bağ olmadığı ortaya çıktı! Yakında oldukları için örtüşme var P-bağlar komşu çift bağlarda yer alır ve dört karbon atomunun tümü için ortak bir bağ oluşur P-elektron bulutu. Bu durumda sistem (molekül) daha kararlı hale gelir. Bu olaya konjugasyon denir (bu durumda P - P- eşleştirme). 
Ek örtüşme, bir o-bağ ile ayrılan n-bağların konjugasyonu onların "ortalama almasına" yol açar. Merkezi basit bağ kısmi bir “çift” karakter kazanır, güçlenir ve kısalır, çift bağlar ise bir miktar zayıflar ve uzar.
Konjugasyonun başka bir örneği, çift bağın yalnız bir elektron çiftine sahip bir atom üzerindeki etkisidir.
Yani örneğin bir karboksilik asit ayrıştığında yalnız elektron çifti oksijen atomunda kalır:
Bu, ayrışma sırasında oluşan anyonun stabilitesinde bir artışa ve asit mukavemetinde bir artışa yol açar.
N-bağlarını veya yalnız elektron çiftlerini içeren konjuge sistemlerde elektron yoğunluğundaki değişime mezomerik etki (M) adı verilir.
Temel reaksiyon mekanizmaları
Üç ana reaksiyona giren parçacık tipini belirledik: serbest radikaller, elektrofiller, nükleofiller ve bunlara karşılık gelen üç reaksiyon mekanizması türü:
Serbest radikaller;
elektrofilik;
nükleofilik.
Reaksiyona giren parçacıkların türüne göre reaksiyonları sınıflandırmanın yanı sıra, organik kimyada moleküllerin bileşimini değiştirme ilkesine dayanan dört tür reaksiyon vardır: ekleme, ikame, eleme veya eleme (İngilizce'den ortadan kaldırmak - çıkarmak, bölmek) kapalı) ve yeniden düzenleme. Ekleme ve ikame, her üç tip reaktif partikülün etkisi altında meydana gelebildiğinden, birkaç ana reaksiyon mekanizması ayırt edilebilir.
Ek olarak, nükleofilik parçacıkların - bazların etkisi altında meydana gelen eliminasyon reaksiyonlarını da ele alacağız.
1. Kovalent bir bağın homolitik ve heterolitik bölünmeleri nelerdir? Bunlar hangi kovalent bağ oluşum mekanizmaları için tipiktir?
2. Elektrofiller ve nükleofiller nelerdir? Onlara örnekler verin.
3. Mezomerik ve endüktif etkiler arasındaki farklar nelerdir? Bu fenomenler, A. M. Butlerov'un organik bileşiklerin yapısına ilişkin teorisinin, organik madde moleküllerindeki atomların karşılıklı etkisi hakkındaki konumunu nasıl göstermektedir?
4. İndüktif ve mezomerik etki kavramlarının ışığında, moleküllerdeki atomların karşılıklı etkisini düşünün:
Sonuçlarınızı kimyasal reaksiyon denklemi örnekleriyle destekleyin.
Ders içeriği ders notları destekleyici çerçeve ders sunumu hızlandırma yöntemleri etkileşimli teknolojiler Pratik görevler ve alıştırmalar kendi kendine test atölyeleri, eğitimler, vakalar, görevler ödev tartışma soruları öğrencilerden gelen retorik sorular İllüstrasyonlar ses, video klipler ve multimedya fotoğraflar, resimler, grafikler, tablolar, diyagramlar, mizah, anekdotlar, şakalar, çizgi romanlar, benzetmeler, sözler, bulmacalar, alıntılar Eklentiler özetler makaleler meraklı beşikler için püf noktaları ders kitapları temel ve ek terimler sözlüğü diğer Ders kitaplarının ve derslerin iyileştirilmesiDers kitabındaki hataların düzeltilmesi ders kitabındaki bir parçanın güncellenmesi, dersteki yenilik unsurları, eski bilgilerin yenileriyle değiştirilmesi Sadece öğretmenler için mükemmel dersler yılın takvim planı; metodolojik öneriler; tartışma programları Entegre DerslerTüm kimyasal reaksiyonlara bazı bağların kırılması ve diğerlerinin oluşması eşlik eder. Prensip olarak organik reaksiyonlar inorganik reaksiyonlarla aynı yasalara uyar ancak niteliksel özgünlüğe sahiptir.
Bu nedenle inorganik reaksiyonlar genellikle iyonları içerirken, organik reaksiyonlar molekülleri içerir.
Reaksiyonlar çok daha yavaş ilerler ve birçok durumda bir katalizör veya dış koşulların (sıcaklık, basınç) seçilmesini gerektirir.
Oldukça açık bir şekilde ilerleyen inorganik reaksiyonların aksine, çoğu organik reaksiyona bir veya daha fazla sayıda yan reaksiyon eşlik eder. Bu durumda, ana ürünün verimi genellikle %50'yi geçmez, ancak verimin daha da az olduğu görülür. Ancak bazı durumlarda reaksiyon niceliksel olarak ilerleyebilir; %100 verimle. Ürünlerin bileşiminin belirsiz olması nedeniyle organik kimyada kimyasal reaksiyon denklemleri nadiren kullanılır. Çoğu zaman, reaksiyonun başlangıç materyallerini ve ana ürününü yansıtan bir reaksiyon şeması yazılır ve şemanın sağ ve sol kısımları arasındaki “=” işareti yerine “” veya tersinirlik işareti kullanılır.
Organik reaksiyonların sınıflandırılmasına iki yaklaşım vardır: kimyasal dönüşümlerin doğasına ve oluşum mekanizmalarına göre.
Kimyasal dönüşümlerin doğasına göre ayırt edilirler:
|
İkame reaksiyonları (S - İngilizce Sübstitüsyon - sübstitüsyondan) |
Bir atomun veya atom grubunun yerini başka bir atom veya atom grubu alır: |
|
Ekleme reaksiyonları (Reklam - İngilizce Eklemeden - katılım) |
İki veya daha fazla molekülden yeni bir madde oluşur. Ekleme, kural olarak, birden fazla bağ (çift, üçlü) yoluyla gerçekleşir: |
|
Eliminasyon reaksiyonları (E - İngilizce Eliminasyon - eliminasyon, uzaklaştırma) |
Hidrokarbon türevlerinin, fonksiyonel bir grubun hidrojen atomlarıyla birlikte elimine edilerek bir -bağ (çift, üçlü) oluşturduğu reaksiyonları: |
|
Yeniden gruplamalar (Rg - İngilizce Yeniden Gruplandırma - yeniden gruplandırmadan) |
Elektron yoğunluğunun ve atomların yeniden dağılımının molekül içi reaksiyonları: (Favorsky'nin yeniden toplanması). |
Organik reaksiyonların oluşum mekanizmalarına göre sınıflandırılması.
Kimyasal reaksiyonun mekanizması, eski bir bağın kopmasına ve yeni bir bağın oluşmasına yol açan yoldur.
Kovalent bir bağı kırmak için iki mekanizma vardır:
1. Heterolitik (iyonik). Bu durumda, bağlanan elektron çifti tamamen bağlı atomlardan birine aktarılır:
2. Homolitik (radikal). Paylaşılan elektron çifti ikiye bölünerek serbest değerliklere sahip iki parçacık (radikaller) oluşturulur:
Bozunma mekanizmasının doğası, saldıran parçacığın (reaktif) türüne göre belirlenir. Organik kimyada üç tip reaktif vardır.
1. Nükleofilik reaktifler (N - Latin Nükleofilik'ten - çekirdeğe afiniteye sahip).
Aşırı elektron yoğunluğu içeren parçacıklar (atomlar, gruplar, nötr moleküller). Güçlü, orta kuvvette ve zayıf olarak ayrılırlar. Bir nükleofilin gücü, reaksiyon koşullarına (çözücü polaritesi) bağlı olarak göreceli bir kavramdır. Polar çözücülerde güçlü nükleofiller: , yanı sıra yalnız elektron çiftlerine sahip nötr moleküller (bağlanmayan yörüngelerde). Orta kuvvette nükleofiller: . Zayıf nükleofiller: Güçlü asitlerin anyonlarının yanı sıra fenoller ve aromatik aminler.
2. Elektrofilik reaktifler (E - Latin Elektrofilik'ten - elektronlara ilgi duyan).
Pozitif bir yük veya boş bir yörünge taşıyan parçacıklar (atomlar, gruplar, nötr moleküller), bunun sonucunda negatif yüklü parçacıklar veya bir elektron çifti için bir afiniteye sahiptirler. Numaraya güçlü elektrofiller protonu, metal katyonlarını (özellikle çoklu yüklü olanları), atomlardan birinde boş bir yörüngeye sahip molekülleri (Lewis asitleri), oksitlenmiş atomda yüksek yüklü oksijen içeren asit moleküllerini () içerir.
Genellikle bir molekülün hem nükleofilik hem de elektrofilik olmak üzere farklı doğaya sahip birkaç reaksiyon merkezi içerdiği görülür.
3. Radikaller (R).
Reaktifin tipine ve substrat molekülündeki heterolitik bağın kırılma yoluna bağlı olarak çeşitli ürünler oluşur. Bu genel biçimde temsil edilebilir:
Bu tür şemalara göre meydana gelen reaksiyonlara elektrofilik ikame reaksiyonları (SE) denir çünkü reaksiyon esasen bir yer değiştirmedir ve saldıran madde elektrofilik bir türdür.
Bu tür şemalara göre ilerleyen reaksiyonlara nükleofilik ikame reaksiyonları (SN) adı verilir, çünkü reaksiyon esasen bir yer değiştirmedir ve saldıran madde nükleofilik bir türdür.
Saldıran ajan radikal ise reaksiyon radikal bir mekanizma ile ilerler.
>> Kimya: Organik kimyada kimyasal reaksiyon türleri
Organik maddelerin reaksiyonları resmi olarak dört ana türe ayrılabilir: ikame, ekleme, eliminasyon (eliminasyon) ve yeniden düzenleme (izomerizasyon). Organik bileşiklerin çeşitli reaksiyonlarının tamamının önerilen sınıflandırma çerçevesine (örneğin yanma reaksiyonları) indirgenemeyeceği açıktır. Bununla birlikte, böyle bir sınıflandırma, inorganik kimya dersinden zaten aşina olduğunuz inorganik maddeler arasında meydana gelen reaksiyonların sınıflandırmalarıyla benzerlikler kurmaya yardımcı olacaktır.
Tipik olarak, bir reaksiyonda yer alan ana organik bileşiğe substrat adı verilir ve reaksiyonun diğer bileşeni geleneksel olarak reaktan olarak kabul edilir.
İkame reaksiyonları
Orijinal moleküldeki (substrat) bir atomun veya atom grubunun başka atom veya atom gruplarıyla değiştirilmesiyle sonuçlanan reaksiyonlara ikame reaksiyonları denir.
İkame reaksiyonları, örneğin alkanlar, sikloalkanlar veya arenler gibi doymuş ve aromatik bileşikleri içerir.
Bu tür reaksiyonlara örnekler verelim.
Reaksiyonların sınıflandırılması
Organik bileşiklerin katıldığı dört ana reaksiyon türü vardır: ikame (yer değiştirme), ekleme, eliminasyon (eliminasyon), yeniden düzenlemeler.
3.1 İkame reaksiyonları
Birinci tip reaksiyonlarda, ikame genellikle karbon atomunda meydana gelir, ancak ikame edilen atom, bir hidrojen atomu veya başka bir atom veya atom grubu olabilir. Elektrofilik ikamede çoğunlukla bir hidrojen atomu değiştirilir; Bir örnek klasik aromatik ikamedir:
Nükleofilik ikamede, çoğunlukla değiştirilen hidrojen atomu değil, diğer atomlardır, örneğin:
NC - + R−Br → NC−R +BR -
3.2 İlave reaksiyonları
İlave reaksiyonları, süreci başlatan türün türüne bağlı olarak elektrofilik, nükleofilik veya radikal de olabilir. Sıradan karbon-karbon çift bağlarına bağlanma genellikle bir elektrofil veya radikal tarafından indüklenir. Örneğin HBr eklenmesi
H+ protonu veya Br· radikalinin çift bağa saldırısıyla başlayabilir.
3.3 Eliminasyon reaksiyonları
Eliminasyon reaksiyonları esasen ekleme reaksiyonlarının tersidir; Bu tür reaksiyonun en yaygın türü, bir hidrojen atomunun ve başka bir atomun veya grubun komşu karbon atomlarından alkenler oluşturmak üzere ortadan kaldırılmasıdır:
3.4 Yeniden düzenleme reaksiyonları
Yeniden düzenlemeler aynı zamanda katyonlar, anyonlar veya radikaller olan ara maddeler yoluyla da meydana gelebilir; Çoğu zaman bu reaksiyonlar karbokatyonların veya diğer elektron eksikliği olan parçacıkların oluşumuyla meydana gelir. Yeniden düzenlemeler, karbon iskeletinin önemli ölçüde yeniden düzenlenmesini içerebilir. Bu tür reaksiyonlardaki gerçek yeniden düzenleme adımını sıklıkla ikame, ekleme veya eleme adımları takip eder ve bu da stabil bir nihai ürünün oluşmasına yol açar.
Bir kimyasal reaksiyonun aşamalar halinde ayrıntılı bir açıklamasına mekanizma denir. Elektronik açıdan bakıldığında, kimyasal reaksiyonun mekanizması, moleküllerdeki kovalent bağların kırılması yöntemi ve reaksiyona giren maddelerin reaksiyon ürünleri haline gelmeden önce geçtiği durumların sırası olarak anlaşılmaktadır.
4.1 Serbest radikal reaksiyonları
Serbest radikal reaksiyonları, eşleşmemiş elektronlara sahip moleküllerin yer aldığı kimyasal süreçlerdir. Serbest radikal reaksiyonlarının belirli yönleri, diğer reaksiyon türleriyle karşılaştırıldığında benzersizdir. Temel fark, birçok serbest radikal reaksiyonunun zincir reaksiyonları olmasıdır. Bu, tek bir reaktif türün yaratılmasıyla başlatılan tekrarlanan bir süreç yoluyla birçok molekülün bir ürüne dönüştürüldüğü bir mekanizmanın olduğu anlamına gelir. Tipik bir örnek aşağıdaki varsayımsal mekanizma kullanılarak gösterilmektedir:
Reaksiyon ara maddesinin (bu durumda A·) üretildiği aşamaya başlatma adı verilir. Bu aşama, polar olmayan solventlerde, UV veya peroksitlerin etkisi altında, yüksek sıcaklıklarda meydana gelir. Bu örnekteki sonraki dört denklem iki reaksiyonun sırasını tekrarlamaktadır; zincirin gelişim aşamasını temsil ederler. Zincir reaksiyonları, başlangıç aşaması başına gelişim aşamalarının sayısına karşılık gelen zincirin uzunluğu ile karakterize edilir. İkinci aşama, bileşiğin eş zamanlı sentezi ve dönüşüm zincirini sürdüren yeni bir radikalin oluşmasıyla gerçekleşir. Son adım, zincirin ilerlemesi için gerekli reaksiyon ara ürünlerinden birinin yok edildiği herhangi bir reaksiyonu içeren zincir sonlandırma aşamasıdır. Zincir sonlandırma aşamaları arttıkça zincir uzunluğu kısalır.
Serbest radikal reaksiyonları şu şekilde meydana gelir: 1) ışıkta, yüksek sıcaklıklarda veya diğer maddelerin ayrışması sırasında oluşan radikallerin varlığında; 2) serbest radikallerle kolayca reaksiyona giren maddeler tarafından engellenir; 3) polar olmayan solventlerde veya buhar fazında meydana gelir; 4) genellikle reaksiyonun başlamasından önce bir otokatalitik ve indüksiyon periyoduna sahiptir; 5) kinetik olarak zincirlidirler.
Radikal ikame reaksiyonları alkanların karakteristiğidir ve radikal katılma reaksiyonları alkenlerin ve alkinlerin karakteristiğidir.
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
CH3 -CH=CH2 + HBr → CH3 -CH2 -CH2Br
CH3 -C≡CH + HC1 → CH3 -CH=CHCl
Serbest radikallerin birbirleriyle bağlantısı ve zincirin sonlanması esas olarak reaktörün duvarlarında meydana gelir.
4.2 İyonik reaksiyonlar
Oluştuğu reaksiyonlar heterolitik bağların kopması ve iyonik tipte ara parçacıkların oluşmasına iyonik reaksiyonlar denir.
İyonik reaksiyonlar şu şekilde meydana gelir: 1) katalizörlerin (asitler veya bazlar) varlığında ve özellikle peroksitlerin ayrışmasından kaynaklanan ışık veya serbest radikallerden etkilenmez; 2) serbest radikal temizleyicilerden etkilenmezler; 3) solventin doğası reaksiyonun gidişatını etkiler; 4) nadiren buhar fazında meydana gelir; 5) kinetik olarak bunlar esas olarak birinci veya ikinci dereceden reaksiyonlardır.
Molekül üzerinde etkili olan reaktifin doğasına bağlı olarak iyonik reaksiyonlar ikiye ayrılır: elektrofilik Ve nükleofilik. Nükleofilik ikame reaksiyonları alkil ve aril halojenürlerin karakteristiğidir.
CH3Cl + H20 → CH3OH + HCl
C 6 H 5 -Cl + H 2 O → C 6 H 5 -OH + HC1
C 2 H 5 OH + HC1 → C 2 H 5 Cl + H 2 O
C 2 H 5 NH 2 + CH 3 Cl → CH 3 -NH-C 2 H 5 + HC1
elektrofilik ikame - katalizörlerin varlığında alkanlar için
CH3 -CH2 -CH2 -CH2 -CH3 → CH3 -CH(CH3)-CH2 -CH3
ve arenalar.
C 6 H 6 + HNO 3 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
Elektrofilik katılma reaksiyonları alkenlerin karakteristiğidir
CH3 -CH=CH2 + Br2 → CH3 -CHBr-CH2Br
ve alkinler,
CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl
alkinler için nükleofilik ekleme.
CH3 -C≡CH + C2H5OH + NaOH → CH3-C(OC2H5) = CH2
