Organik kimyada kimyasal reaksiyonların mekanizmaları. Organik reaksiyonların sınıflandırılması ve mekanizmaları

Organik reaksiyonlar için farklı özelliklere dayanan farklı sınıflandırma sistemleri vardır. Bunlar arasında aşağıdaki sınıflandırmalar vardır:

• İle reaksiyonun nihai sonucuyani substratın yapısında bir değişiklik;
• İle reaksiyon mekanizmasıyani bağ kırılmasının türüne ve reaktiflerin türüne göre.

Organik bir reaksiyonda etkileşime giren maddeler ikiye ayrılır reaktif Ve alt tabaka. Bu durumda reaktifin substrata saldırdığı kabul edilir.

TANIM

Reaktif- Bir nesneye - bir substrata - etki eden ve içindeki kimyasal bağda değişikliğe neden olan bir madde. Reaktifler radikal, elektrofilik ve nükleofilik olarak ayrılır.

TANIM

Yüzey, genellikle yeni bir bağ için karbon atomu sağlayan bir molekül olarak kabul edilir.

NİHAİ SONUCA GÖRE REAKSİYONLARIN SINIFLANDIRILMASI (ALTBARTMANIN YAPISINDAKİ DEĞİŞİKLİK)

Organik kimyada, nihai sonuca ve substratın yapısındaki değişikliğe göre dört tür reaksiyon ayırt edilir: ekleme, değiştirme, çıkarma, veya eliminasyon(İngilizceden ortadan kaldırmak- çıkarın, bölün) ve yeniden düzenlemeler (izomerizasyonlar)). Bu sınıflandırma, inorganik kimyadaki reaksiyonların, bileşimde değişiklik olsun veya olmasın, başlangıçtaki reaktiflerin ve sonuçta ortaya çıkan maddelerin sayısına göre sınıflandırılmasına benzer. Nihai sonuca göre sınıflandırma resmi kriterlere dayanmaktadır, çünkü stokiyometrik denklem kural olarak reaksiyon mekanizmasını yansıtmamaktadır. İnorganik ve organik kimyadaki reaksiyon türlerini karşılaştıralım.

İnorganik kimyada reaksiyon türü	Örnek	Organik kimyada reaksiyon türü	Çeşitlilik ve örnek Tepkiler
1. Bağlantı	C ben2 + H2 = 2 HCl	Birden çok bağlantıyla katılma	Hidrojenasyon
			Hidrohalojenasyon
			Halojenasyon
			Hidrasyon
2. Ayrışma	2 H2 Ç=2 H2 + Ö2	Eliminasyon	Dehidrojenasyon
			Dehidrohalojenasyon
			Halojen giderme
			Dehidrasyon
3. Oyuncu değişikliği	Z n + 2 H C l =ZnCl2+H2	ikame
4. Değişim (özel durum - nötralizasyon)	H2 S Ö4 + 2 N aOH=N a 2 S Ö 4 + 2 H 2 Ö	özel durum - esterleşme
5. Allotropizasyon	grafit ⇔ elmas Pkırmızı⇔ Pbeyaz P kırmızı ⇔ P beyaz Seşkenar dörtgen.⇔ Splastik. Srhomb.⇔Splastik	İzomerizasyon	İzomerizasyon alkanlar

n) başkalarıyla değiştirmeden.

Hangi atomların bölündüğüne bağlı olarak - komşu atomlar C–C veya iki veya üç veya daha fazla karbon atomu ile izole edilmiş - C–C–C– C–, –C–C–C–C– C–, bileşikler ile oluşabilir çoklu bağlar ve veya siklik bileşikler. Hidrojen halojenürlerin alkil halojenürlerden veya suyun alkollerden uzaklaştırılması Zaitsev kuralına göre gerçekleşir.

TANIM

Zaitsev'in kuralı: En az hidrojenlenmiş karbon atomundan bir hidrojen atomu H çıkarılır.

Örneğin, bir alkali varlığında komşu atomlardan bir hidrojen bromür molekülünün eliminasyonu meydana gelir ve bunun sonucunda sodyum bromür ve su oluşur.

TANIM

Yeniden gruplandırma- Bir moleküldeki atomların göreceli düzeninde bir değişikliğe, çoklu bağların hareketine veya bunların çeşitliliğinde bir değişikliğe neden olan kimyasal bir reaksiyon.

Molekülün atomik bileşimi korunurken (izomerizasyon) veya değiştirilirken yeniden düzenleme gerçekleştirilebilir.

TANIM

İzomerizasyon- karbon iskeletinde yapısal bir değişiklik yoluyla bir kimyasal bileşiğin bir izomere dönüşmesine yol açan yeniden düzenleme reaksiyonunun özel bir durumu.

Yeniden düzenleme aynı zamanda homolitik veya heterolitik bir mekanizma yoluyla da meydana gelebilir. Moleküler yeniden düzenlemeler çeşitli kriterlere göre, örneğin sistemlerin doygunluğuna, göç eden grubun doğasına, stereospesifikliğe vb. göre sınıflandırılabilir. Birçok yeniden düzenleme reaksiyonunun özel isimleri vardır - Claisen yeniden düzenlemesi, Beckmann yeniden düzenlemesi vb.

İzomerizasyon reaksiyonları, benzinin oktan sayısını arttırmak için petrol rafinasyonu gibi endüstriyel işlemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. İzomerizasyona bir örnek dönüşümdür N-oktandan izooktana:

REAKTİF TİPİNE GÖRE ORGANİK REAKSİYONLARIN SINIFLANDIRILMASI

BAĞLANTI KESME

Organik bileşiklerdeki bağ bölünmesi homolitik veya heterolitik olabilir.

TANIM

Homolitik bağ bölünmesi- bu, her atomun eşleşmemiş bir elektron alması ve benzer bir elektronik yapıya sahip iki parçacığın oluşması sonucu oluşan bir boşluktur - serbest radikaller.

Homolitik bir kırılma, polar olmayan veya zayıf polaritenin karakteristiğidir. C–C, Cl–Cl, C–H gibi bağlar içerir ve büyük miktarda enerji gerektirir.

Eşlenmemiş bir elektrona sahip olan ortaya çıkan radikaller oldukça reaktiftir, bu nedenle bu tür parçacıkların katılımıyla meydana gelen kimyasal işlemler genellikle "zincir" niteliğindedir, kontrol edilmesi zordur ve reaksiyon bir dizi ikame ürünüyle sonuçlanır. . Dolayısıyla metan klorlandığında ikame ürünleri klorometandır. C H3 Cl CH3Cl, diklorometan C H2 C ben2 CH2Cl2, kloroform C H C ben3 CHCl3 ve karbon tetraklorür CC ben4 CCl4. Serbest radikalleri içeren reaksiyonlar, kimyasal bağ oluşumunun değişim mekanizması yoluyla ilerler.

Bu tür bağ kopması sırasında oluşan radikaller radikal mekanizma reaksiyonun seyri. Radikal reaksiyonlar genellikle yüksek sıcaklıklarda veya radyasyonda (örn. ışık) meydana gelir.

Yüksek reaktiviteleri nedeniyle serbest radikaller insan vücudu üzerinde olumsuz etkiye sahip olabilir, hücre zarlarını tahrip edebilir, DNA'yı etkileyebilir ve erken yaşlanmaya neden olabilir. Bu işlemler öncelikle lipit peroksidasyonuyla, yani hücre zarı içinde yağ oluşturan çoklu doymamış asitlerin yapısının tahrip edilmesiyle ilişkilidir.

TANIM

Heterolitik bağ bölünmesi- bu, bir elektron çiftinin daha elektronegatif bir atomla kaldığı ve iki yüklü parçacığın oluştuğu bir boşluktur - iyonlar: bir katyon (pozitif) ve bir anyon (negatif).

Kimyasal reaksiyonlarda bu parçacıklar aşağıdaki işlevleri yerine getirir: nükleofiller"("phil" - gr'dan. aşık olmak) Ve " elektrofiller", donör-alıcı mekanizmasına göre reaksiyon ortağıyla kimyasal bir bağ oluşturuyor. Nükleofilik parçacıklar yeni bir bağ oluşturmak için bir elektron çifti sağlar. Başka bir deyişle,

TANIM

Nükleofil- elektron eksikliği olan bileşiklerle etkileşime girebilen elektron açısından zengin bir kimyasal reaktif.

Nükleofillerin örnekleri herhangi bir anyondur ( C ben− , BEN− , N Ö− 3 Cl−,I−,NO3− vb.) yanı sıra yalnız bir elektron çiftine sahip bileşikler ( N H3 , H2 Ö NH3,H2O).

Böylece bir bağ koptuğunda radikaller veya nükleofiller ve elektrofiller oluşabilmektedir. Buna dayanarak üç organik reaksiyon mekanizması ortaya çıkar.

ORGANİK REAKSİYONLARIN MEKANİZMALARI

Serbest radikal mekanizması: Reaksiyon, oluşan serbest radikaller tarafından başlatılır. homolitik kopma Bir moleküldeki bağlar.

En tipik seçenek, UV ışınımı sırasında klor veya brom radikallerinin oluşmasıdır.

1. Serbest radikal ikamesi

metan bromometan

Zincir başlatma

Zincir büyümesi

Açık devre

2. Serbest radikal eklenmesi

eten polietilen

Elektrofilik mekanizma: reaksiyon, sonuç olarak pozitif yük alan elektrofilik parçacıklarla başlar heterolitik kopma iletişim. Tüm elektrofiller Lewis asitleridir.

Bu tür parçacıklar aktif olarak etkisi altında oluşturulur. Lewis asitleri Parçacığın pozitif yükünü artıran. En sık kullanılan Al C ben3 , F ve C ben3 , F e B R3 ,ZnC ben2 AlCl3,FeCl3,FeBr3,ZnCl2, bir katalizörün işlevlerini yerine getirir.

Elektrofil parçacığının saldırı alanı, molekülün elektron yoğunluğunu arttıran kısımlarıdır, yani çoklu bağ ve benzen halkası.

Elektrofilik ikame reaksiyonlarının genel formu aşağıdaki denklemle ifade edilebilir:

1. Elektrofilik ikame

benzen bromobenzen

2. Elektrofilik bağlantı

propen 2-bromopropan

propin 1,2-dikloropropen

Simetrik olmayan doymamış hidrokarbonların eklenmesi Markovnikov kuralına uygun olarak gerçekleşir.

TANIM

Markovnikov'un kuralı: HX (X'in bir halojen atomu veya hidroksil grubu OH- olduğu) koşullu formülüne sahip karmaşık madde moleküllerinin simetrik olmayan alkenlerine ek olarak, çift bağda en hidrojenlenmiş (en fazla hidrojen atomunu içeren) karbon atomuna hidrojen atomu eklenir. ve X en az hidrojenlenmiş olana kadar.

Örneğin bir propen molekülüne hidrojen klorür HCl eklenmesi C H3 – CH = C H2 CH3–CH=CH2.

Reaksiyon elektrofilik ekleme mekanizmasıyla ilerler. Elektron veren etki nedeniyle C H3 CH3-grup, substrat molekülündeki elektron yoğunluğu merkezi karbon atomuna (endüktif etki) ve ardından çift bağ sistemi boyunca terminal karbon atomuna kaydırılır. C H2 CH2-gruplar (mezomerik etki). Böylece aşırı negatif yük tam olarak bu atom üzerinde lokalize olur. Bu nedenle saldırı hidrojen protonuyla başlar H+ H+ elektrofilik bir parçacıktır. Pozitif yüklü bir karben iyonu oluşur [ C H3 – C H – C H3 ] + + Klor anyonunun eklendiği C ben− Cl−.

TANIM

Markovnikov kuralının istisnaları: reaksiyon, çift bağın karbon atomuna bitişik karbon atomunun elektron yoğunluğunu kısmen absorbe ettiği bileşikleri içeriyorsa, yani önemli bir elektron çekme etkisi sergileyen ikame edicilerin varlığında, ekleme reaksiyonu Markovnikov kuralına aykırı ilerler. (–C C ben3 , – CN , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOH ve benzeri.).

Nükleofilik mekanizma: Reaksiyon, sonuç olarak oluşan negatif yüke sahip nükleofilik parçacıklarla başlar. heterolitik kopma iletişim. Tüm nükleofiller - Lewis'in temelleri.

Nükleofilik reaksiyonlarda reaktif (nükleofil), atomlardan birinde serbest bir elektron çiftine sahiptir ve nötr bir molekül veya anyondur ( Ha bir ben– , Ö H– , R Ö− , R S– , RCO Ö– , R– , C N – , H2 O, ROH, N H3 , RN H2 Hal–,OH–,RO−,RS–,RCOO–,R–,CN–,H2O,ROH,NH3,RNH2 ve benzeri.).

Nükleofil, substrattaki en düşük elektron yoğunluğuna sahip (yani kısmi veya tam pozitif yüklü) atoma saldırır. Nükleofilik ikame reaksiyonundaki ilk adım, bir karbokatyon oluşturmak üzere substratın iyonizasyonudur. Bu durumda, nükleofilin elektron çifti nedeniyle yeni bir bağ oluşur ve eskisi, katyonun ortadan kaldırılmasının ardından heterolitik bölünmeye uğrar. Nükleofilik reaksiyona bir örnek, nükleofilik ikamedir (sembol SN SN) doymuş bir karbon atomunda, örneğin bromo türevlerinin alkalin hidrolizi.

1. Nükleofilik ikame

2. Nükleofilik ekleme

etanal siyanohidrin

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

Organik maddelerin reaksiyonları resmi olarak dört ana türe ayrılabilir: ikame, ekleme, eleme (eliminasyon) ve yeniden düzenleme (izomerizasyon). Organik bileşiklerin çeşitli reaksiyonlarının tamamının önerilen sınıflandırmaya (örneğin yanma reaksiyonları) indirgenemeyeceği açıktır. Ancak böyle bir sınıflandırma, zaten aşina olduğunuz inorganik maddeler arasında meydana gelen reaksiyonlarla analojiler kurmaya yardımcı olacaktır.

Tipik olarak reaksiyona katılan ana organik bileşiğe denir. alt tabaka ve diğer reaksiyon bileşeni geleneksel olarak şu şekilde kabul edilir: reaktif.

İkame reaksiyonları

İkame reaksiyonları- bunlar, orijinal moleküldeki (substrat) bir atomun veya atom grubunun diğer atomlar veya atom gruplarıyla değiştirilmesiyle sonuçlanan reaksiyonlardır.

İkame reaksiyonları alkanlar, sikloalkanlar veya arenler gibi doymuş ve aromatik bileşikleri içerir. Bu tür reaksiyonlara örnekler verelim.

Işığın etkisi altında, metan molekülündeki hidrojen atomlarının yerini halojen atomları, örneğin klor atomları alabilir:

Hidrojeni halojenle değiştirmenin bir başka örneği benzenin bromobenzene dönüştürülmesidir:

Bu reaksiyonun denklemi farklı şekilde yazılabilir:

Bu yazı tipinde okun üstüne reaktifler, katalizör ve reaksiyon koşulları, altına ise inorganik reaksiyon ürünleri yazılır.

Gelen tepkiler sonucunda Organik maddelerdeki ikameler basit ve karmaşık değildir inorganik kimyada olduğu gibi maddeler ve iki karmaşık maddeler.

İlave reaksiyonları

İlave reaksiyonları- bunlar, iki veya daha fazla reaksiyona giren madde molekülünün bir araya gelmesi sonucu oluşan reaksiyonlardır.

Alkenler veya alkinler gibi doymamış bileşikler ilave reaksiyonlarına girer. Hangi molekülün reaktif olarak görev yaptığına bağlı olarak, hidrojenasyon (veya indirgeme), halojenasyon, hidrohalojenasyon, hidrasyon ve diğer ekleme reaksiyonları ayırt edilir. Her biri belirli koşulları gerektirir.

1.Hidrojenasyon- çoklu bağ yoluyla bir hidrojen molekülünün eklenmesi reaksiyonu:

2. Hidrohalojenasyon- hidrojen halojenür ekleme reaksiyonu (hidroklorlama):

3. Halojenasyon- halojen ekleme reaksiyonu:

4.Polimerizasyon- küçük moleküler ağırlığa sahip bir maddenin moleküllerinin, çok yüksek moleküler ağırlığa sahip bir maddenin moleküllerini (makromoleküller) oluşturmak için birbirleriyle birleştiği özel bir tür ekleme reaksiyonu.

Polimerizasyon reaksiyonları, düşük molekül ağırlıklı bir maddenin (monomer) birçok molekülünün bir polimerin büyük molekülleri (makromolekülleri) halinde birleştirilmesi işlemleridir.

Bir polimerizasyon reaksiyonunun bir örneği, ultraviyole radyasyonun ve bir radikal polimerizasyon başlatıcısı R'nin etkisi altında etilenden (eten) polietilenin üretilmesidir.

Organik bileşiklerin en karakteristik özelliği olan kovalent bağ, atomik yörüngeler örtüştüğünde ve paylaşılan elektron çiftleri oluştuğunda oluşur. Bunun sonucunda iki atom için ortak bir elektron çiftinin yer aldığı bir yörünge oluşur. Bir bağ koptuğunda, bu paylaşılan elektronların kaderi farklı olabilir.

Reaktif parçacık türleri

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:

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 radikal reaksiyonları- bunlar serbest radikallerin etkisi altında ve katılımıyla ortaya çıkan reaksiyonlardır.

İnorganik kimya dersinde bunlar hidrojenin oksijen, halojenler ve yanma reaksiyonları ile reaksiyonlarıdır. Bu tip reaksiyonlar, yüksek hız ve büyük miktarda ısının salınımı ile karakterize edilir.

Verici-alıcı mekanizmasıyla da kovalent bir bağ oluşturulabilir. Yalnız bir elektron çiftine sahip bir atomun (veya anyonun) yörüngelerinden biri, boş bir yörüngeye sahip başka bir atomun (veya katyonun) boş yörüngesi ile örtüşür ve bir kovalent bağ oluşur, örneğin:

Kovalent bir bağın kopması, pozitif ve negatif yüklü parçacıkların oluşumuna yol açar (); bu durumda ortak bir elektron çiftindeki her iki elektron da atomlardan birinde kaldığından, diğer atomun doldurulmamış bir yörüngesi vardır:

Asitlerin elektrolitik ayrışmasını ele alalım:

Yalnız bir çift R:- elektronuna sahip bir parçacığın, yani negatif yüklü bir iyonun, pozitif yüklü atomlara veya üzerinde en azından kısmi veya etkili bir pozitif yük bulunan atomlara çekileceği kolayca tahmin edilebilir.
Yalnız elektron çifti taşıyan parçacıklara denir nükleofilik ajanlar (çekirdek- “çekirdek”, bir atomun pozitif yüklü kısmı), yani çekirdeğin “arkadaşları”, pozitif yük.

Nükleofiller(Hayır) - moleküllerin etkili bir pozitif yüke sahip kısımlarıyla etkileşime giren yalnız bir elektron çiftine sahip anyonlar veya moleküller.

Nükleofil örnekleri: Cl - (klorür iyonu), OH - (hidroksit anyonu), CH30 - (metoksit anyonu), CH3COO - (asetat anyonu).

Doldurulmamış bir yörüngeye sahip parçacıklar ise tam tersine, onu doldurma eğiliminde olacak ve dolayısıyla moleküllerin artan elektron yoğunluğuna, negatif yüke ve yalnız elektron çiftine sahip kısımları tarafından çekilecektir. Bunlar elektrofiller, elektronun "arkadaşları", negatif yük veya elektron yoğunluğu artan parçacıklardır.

Elektrofiller- doldurulmamış bir elektron yörüngesine sahip olan ve onu elektronlarla doldurma eğiliminde olan katyonlar veya moleküller, çünkü bu, atomun daha uygun bir elektronik konfigürasyonuna yol açar.

Hiçbir parçacık doldurulmamış bir yörüngeye sahip bir elektrofil değildir. Örneğin, alkali metal katyonları inert gaz konfigürasyonuna sahiptir ve düşük bir elektron alma eğiliminde değildirler. Elektron ilgisi.
Bundan, doldurulmamış bir yörüngenin varlığına rağmen, bu tür parçacıkların elektrofil olmayacağı sonucuna varabiliriz.

Temel reaksiyon mekanizmaları

Üç ana reaksiyona giren parçacık türü tanımlanmıştır - serbest radikaller, elektrofiller, nükleofiller - ve bunlara karşılık gelen üç reaksiyon mekanizması türü:

• serbest radikal;
• elektrofilik;
• sıfırofilik.

Reaksiyona giren parçacıkların türüne göre reaksiyonları sınıflandırmanın yanı sıra, organik kimyada, moleküllerin bileşimini değiştirme ilkesine göre dört tip reaksiyon ayırt edilir: ekleme, ikame, ayırma veya ortadan kaldırma (İngilizce'den. ile elemek- kaldırma, bölme) ve yeniden düzenlemeler. Ekleme ve ikame her üç tip reaktif türün etkisi altında meydana gelebileceğinden, birkaçı ayırt edilebilir. anareaksiyon mekanizmaları.

Ek olarak, nükleofilik parçacıkların - bazların etkisi altında meydana gelen eliminasyon reaksiyonlarını da ele alacağız.
6. Eliminasyon:

Alkenlerin (doymamış hidrokarbonlar) ayırt edici bir özelliği, katılma reaksiyonlarına girebilme yetenekleridir. Bu reaksiyonların çoğu elektrofilik ekleme mekanizmasıyla ilerler.

Hidrohalojenasyon (halojen eklenmesi) hidrojen):

Bir alkene hidrojen halojenür eklendiğinde hidrojen daha hidrojenlenmiş olana eklenir karbon atomu, yani daha fazla atomun bulunduğu atom hidrojen ve halojen - daha az hidrojenlenmiş.

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 ile gösterilen 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 Dersler

CH3 -CH3 + Cl2 – (hv) ---- CH3 -CH2Cl + HCl

C 6 H 5 CH 3 + Cl 2 --- 500 C --- C 6 H 5 CH 2 Cl + HCl

İlave reaksiyonları

Bu tür reaksiyonlar çoklu (çift veya üçlü) bağ içeren organik bileşikler için tipiktir. Bu tip reaksiyonlar halojenlerin, hidrojen halojenürlerin ve suyun alkenlere ve alkinlere eklenmesi reaksiyonlarını içerir.

CH3 -CH=CH2 + HC1 ---- CH3 -CH(Cl)-CH3

Eliminasyon reaksiyonları

Bunlar çoklu bağların oluşumuna yol açan reaksiyonlardır. Hidrojen halojenürleri ve suyu ortadan kaldırırken, daha az hidrojen atomunun bulunduğu karbon atomundan bir hidrojen atomunun elimine edildiği Zaitsev kuralıyla açıklanan reaksiyonun belirli bir seçiciliği gözlenir. Örnek reaksiyon

CH3-CH(Cl)-CH2-CH3 + KOH →CH3 -CH=CH-CH3 + HC1

Polimerizasyon ve polikondensasyon

n(CH2 =CHCl)  (-CH2-CHCl)n

Redoks

Oksidatif reaksiyonların en yoğun olanı, tüm organik bileşik sınıflarının reaksiyon özelliği olan yanmadır. Bu durumda yanma koşullarına bağlı olarak karbon, C (kurum), CO veya CO2'ye oksitlenir ve hidrojen suya dönüştürülür. Ancak organik kimyacılar için yanmadan çok daha ılıman koşullar altında gerçekleştirilen oksidasyon reaksiyonları büyük ilgi görmektedir. Kullanılan oksitleyici maddeler: su içinde Br2 veya CCl4 içinde Cl2 çözeltileri; su veya seyreltik asit içinde KMnO 4; bakır oksit; taze çökeltilmiş gümüş(I) veya bakır(II) hidroksitler.

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

Esterleşme (ve bunun ters hidroliz reaksiyonu)

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

Döngüsel yükleme

Y R Y-R

‖ + ‖ → ǀ ǀ

R Y R-Y

‖ + →

11. Organik reaksiyonların mekanizmalara göre sınıflandırılması. Örnekler.

Reaksiyon mekanizması, kimyasal reaksiyonların ayrıntılı adım adım açıklamasını içerir. Aynı zamanda hangi kovalent bağların, hangi sırayla ve ne şekilde kırıldığı da tespit edilir. Reaksiyon işlemi sırasında yeni bağların oluşumu da dikkatlice anlatılmıştır. Reaksiyon mekanizmasını değerlendirirken öncelikle reaksiyona giren moleküldeki kovalent bağın kırılma yöntemine dikkat edin. Böyle iki yol var - homolitik ve heterolitik.

Radikal reaksiyonlar kovalent bir bağın homolitik (radikal) bölünmesiyle ilerleyin:

Polar olmayan veya düşük polariteli kovalent bağlar (C–C, N–N, C–H), yüksek sıcaklıklarda veya ışığın etkisi altında radikal bölünmeye uğrar. CH3 radikalindeki karbonun 7 dış elektronu vardır (CH4'teki kararlı sekizli kabuk yerine). Radikaller kararsızdır; eksik elektronu (bir çifte veya bir oktete kadar) yakalama eğilimindedirler. Kararlı ürünler oluşturmanın yollarından biri dimerizasyondur (iki radikalin birleşimi):

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,

N + N N : N.

Radikal reaksiyonlar - bunlar örneğin alkanların klorlama, brominasyon ve nitrasyon reaksiyonlarıdır:

İyonik reaksiyonlar Heterolitik bağ bölünmesiyle meydana gelir. Bu durumda, karbon atomu üzerinde bir yüke sahip kısa ömürlü organik iyonlar (karbokatyonlar ve karbanyonlar) ara olarak oluşur. İyonik reaksiyonlarda, bağlayıcı elektron çifti ayrılmaz, ancak tamamen atomlardan birine geçerek onu bir anyona dönüştürür:

Güçlü polar (H–O, C–O) ve kolayca polarize olabilen (C–Br, C–I) bağlar, heterolitik bölünmeye eğilimlidir.

Ayırt etmek nükleofilik reaksiyonlar (nükleofil– elektronların bulunmadığı bir yer olan çekirdeği aramak) ve elektrofilik reaksiyonlar (elektrofil– elektron aramak). Belirli bir reaksiyonun nükleofilik veya elektrofilik olduğu ifadesi her zaman reaktife atıfta bulunur. Reaktif– Daha basit bir yapıya sahip reaksiyona katılan bir madde. Yüzey– daha karmaşık yapıya sahip bir başlangıç ​​maddesi. Giden grup karbona bağlı değiştirilebilir bir iyondur. Reaksiyon ürünü– yeni karbon içeren madde (reaksiyon denkleminin sağ tarafında yazılıdır).

İLE nükleofilik reaktifler(nükleofiller) negatif yüklü iyonları, yalnız elektron çiftlerine sahip bileşikleri, çift karbon-karbon bağlarına sahip bileşikleri içerir. İLE elektrofilik reaktifler(elektrofiller) pozitif yüklü iyonları, doldurulmamış elektron kabuklarına sahip bileşikleri (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), karbonil gruplarına sahip bileşikleri, halojenleri içerir. Elektrofiller, yeni bir bağ oluşturma sürecinde bir çift elektron ekleyebilen herhangi bir atom, molekül veya iyondur. İyonik reaksiyonların itici gücü, zıt yüklü iyonların veya farklı moleküllerin parçalarının kısmi yüklü (+ ve -) etkileşimidir.

Farklı türdeki iyonik reaksiyonların örnekleri.

Nükleofilik ikame :

Elektrofilik ikame :

Nükleofilik ekleme (Önce CN – eklenir, ardından H+):

Elektrofilik bağlantı (Önce H + eklenir, ardından X – eklenir):

Nükleofillerin (bazların) etkisiyle eliminasyon :

Eylem üzerine eleme elektrofiller (asitler) :

Parametre adı	Anlam
Makale konusu:	Organik reaksiyonların mekanizmaları
Değerlendirme listesi (tematik kategori)	Eğitim

Reaksiyonların sınıflandırılması

Organik bileşiklerin katıldığı dört ana reaksiyon türü vardır: ikame (yer değiştirme), ekleme, eliminasyon (eliminasyon), yeniden düzenlemeler.

3.1 İkame reaksiyonları

Birinci reaksiyon türünde, ikame genellikle bir karbon atomunda meydana gelir, ancak ikame edilen atomun bir hidrojen atomu veya başka bir atom veya atom grubu olması gerekir. Elektrofilik ikame sırasında hidrojen atomu çoğunlukla 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 türlerin 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 bileşikler 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 yapılandırılmasını içerebilir. Bu tür reaksiyonlarda yeniden düzenleme adımını sıklıkla ikame, ekleme veya eleme adımları takip eder ve bu da stabil bir nihai ürünün oluşmasına yol açar.

Bir kimyasal reaksiyonun aşamalara göre ayrıntılı bir açıklamasına genellikle 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 ürününün (bu durumda A·) üretildiği aşamaya genellikle 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

Organik reaksiyonların mekanizmaları - kavram ve türleri. "Organik reaksiyon mekanizmaları" kategorisinin sınıflandırılması ve özellikleri 2017, 2018.