Механізми перебігу хімічних реакцій в органічній хімії. Класифікація органічних реакцій та їх механізми

Існують різні системи класифікації органічних реакцій, що ґрунтуються на різних ознаках. Серед них можна виділити класифікацію:

• по кінцевого результату реакції, тобто зміни у структурі субстрату;
• по механізму протікання реакції, тобто за типом розриву зв'язків та типом реагентів.

Взаємодіючі в органічній реакції речовини поділяють на реагенті субстрат. При цьому вважають, що реагент атакує субстрат.

ВИЗНАЧЕННЯ

Реагент- Речовина, що діє на об'єкт - субстрат - і зміна хімічного зв'язку, що викликає в ньому. Реагенти поділяються на радикальні, електрофільні та нуклеофільні.

ВИЗНАЧЕННЯ

Субстратомзазвичай вважають молекулу, яка надає атом вуглецю для нового зв'язку.

КЛАСИФІКАЦІЯ РЕАКЦІЙ З КІНЦЕВОГО РЕЗУЛЬТАТУ (ЗМІНА В СТРУКТУРІ СУБСТРАТУ)

В органічній хімії розрізняють чотири види реакцій за кінцевим результатом та зміною в структурі субстрату: приєднання, заміщення, відщеплення,або елімінування(Від англ. to eliminate- видаляти, відщеплювати), та перегрупування (ізомеризації). Така класифікація аналогічна класифікації реакцій у неорганічній хімії за кількістю вихідних реагентів і речовин, що утворюються, зі зміною або без зміни складу. Класифікація за кінцевим результатом полягає в формальних ознаках, оскільки стехиометрическое рівняння, зазвичай, не відбиває механізм реакції. Порівняємо типи реакцій у неорганічній та органічній хімії.

Тип реакції у неорганічній хімії	приклад	Тип реакції в органічній хімії	Різновид і приклад Реакції
1. З'єднання	C l2 + H2 = 2 H C l	Приєднання до кратних зв'язків	Гідрування
			Гідрогалогенування
			Галогенування
			Гідратація
2. Розкладання	2 H2 O = 2 H2 + O2	Елімінування	Дегідрування
			Дегідрогалогенування
			Дегалогенування
			Дегідратація
3. Заміщення	Z n + 2 H C l =ZnCl2+H2	Заміщення
4. Обмін (частковий випадок – нейтралізація)	H2 S O4 + 2 N a O H=N a 2 S O 4 + 2 H 2 O	окремий випадок - етерифікація
5.Алотропізація	графіт ⇔ алмаз Pчервоний.⇔ Pбіл. Pкрасн.⇔P біл. Sромб.⇔ Sпласт. Sромб.⇔Sпласт.	Ізомеризація	Ізомеризація алканів

д) без заміни їх іншими.

Залежно від того, які атоми відщеплюються – сусідні C–Cабо ізольовані двома-трьома або більше атомами вуглецю – C-C-C- C–, –C-C-C-C- C–, можуть утворюватися з'єднання з кратними зв'язкамиі або циклічні сполуки. Відщеплення галогеноводородів з алкилгалогенидов чи води зі спиртів відбувається за правилом Зайцева.

ВИЗНАЧЕННЯ

Правило Зайцева: атом водню Н відщеплюється від найменш гідрогенізованого атома вуглецю

Наприклад, відщеплення молекули бромоводню походить від сусідніх атомів у присутності лугу, при цьому утворюється бромід натрію та вода.

ВИЗНАЧЕННЯ

Перегрупування- хімічна реакція, внаслідок якої відбувається зміна взаємного розташування атомів у молекулі, переміщення кратних зв'язків або зміна їхньої кратності.

Перегрупування може здійснюватися із збереженням атомного складу молекули (ізомеризація) або його зміною.

ВИЗНАЧЕННЯ

Ізомеризація- окремий випадок реакції перегрупування, що призводить до перетворення хімічної сполуки на ізомер шляхом структурної зміни вуглецевого скелета.

Перегрупування також може здійснюватися за гомолітичним або гетеролітичним механізмом. Молекулярні перегрупування можуть класифікуватися за різними ознаками, наприклад, за насиченістю систем, за природою мігруючої групи, за стереоспецифічністю та ін. Багато реакцій перегрупування мають специфічні назви - перегрупування Кляйзена, перегрупування Бекмана та ін.

Реакції ізомеризації широко використовуються у промислових процесах, наприклад, при переробці нафти для підвищення октанового числа бензину. Прикладом ізомеризації є перетворення н-октану в ізооктан:

КЛАСИФІКАЦІЯ ОРГАНІЧНИХ РЕАКЦІЙ ЗА ТИПОМ РЕАГЕНТА

РОЗРИВ ЗВ'ЯЗКУ

Розрив зв'язку в органічних сполуках може бути гомолітичним і гетеролітичним.

ВИЗНАЧЕННЯ

Гомолітичний розрив зв'язку- це такий розрив, в результаті якого кожен атом отримує неспарений електрон і утворюються дві частинки, що мають подібну електронну будову. радикали.

Гомолітичний розрив характерний для неполярних чи слабополярнихзв'язків, наприклад C–C, Cl–Cl, C–H, і потребує великої кількості енергії.

Радикали, що утворюються, мають неспарений електрон, мають високу реакційну здатність, тому хімічні процеси, що протікають за участю таких частинок, часто носять «ланцюговий» характер, їх важко контролювати, а в результаті реакції виходить набір продуктів заміщення. Так, при хлоруванні метану продуктами заміщення є хлорметан. C H3 C l CH3Cl, дихлорметан C H2 C l2 CH2Cl2, хлороформ C H C l3 CHCl3та чотирихлористий вуглець C C l4 CCl4. Реакції за участю вільних радикалів протікають обмінним механізмом утворення хімічних зв'язків.

Радикали, що утворюються в ході такого розриву зв'язку, зумовлюють радикальний механізмпротікання реакції. Радикальні реакції зазвичай протікають при підвищених температурах або випромінюванні (наприклад, світло).

Через свою високу реакційну здатність вільні радикали можуть негативно впливати на організм людини, руйнуючи клітинні мембрани, впливаючи на ДНК і викликаючи передчасне старіння. Ці процеси пов'язані, насамперед, з пероксидним окисленням ліпідів, тобто руйнуванням структури поліненасичених кислот, що утворюють жир усередині клітинної мембрани.

ВИЗНАЧЕННЯ

Гетеролітичний розрив зв'язку- це такий розрив, при якому електронна пара залишається у більш електронегативного атома і утворюються дві заряджені частки - іони: катіон (позитивний) та аніон (негативний).

У хімічних реакціях ці частинки виконують функції. нуклеофілів»(«філ» - від гр. кохати) та « електрофілів», утворюючи хімічний зв'язок з партнером щодо реакції з донорно-акцепторного механізму. Частинки-нуклеофіли надають електронну пару для створення нового зв'язку. Іншими словами,

ВИЗНАЧЕННЯ

Нуклеофіл- електронадлишковий хімічний реагент, здатний взаємодіяти з електронодефіцитними сполуками.

Прикладами нуклеофілів є будь-які аніони ( C l− , I− , N O− 3 Cl−,I−,NO3−та ін), а також з'єднання, що мають неподілену електронну пару ( N H3 , H2 O NH3,H2O).

Таким чином, при розриві зв'язку можуть утворитися радикали або нуклеофіли та електрофіли. Тому виділяють три механізми протікання органічних реакцій.

МЕХАНІЗМИ ПРОТЕКУВАННЯ ОРГАНІЧНИХ РЕАКЦІЙ

Вільно-радикальний механізм: реакцію починають вільні радикали, що утворюються при гомолітичному розривізв'язки у молекулі.

Найбільш типовий варіант – утворення радикалів хлору або брому при УФ-опроміненні.

1. Вільно-радикальне заміщення

метан бромметан

Ініціювання ланцюга

Зростання ланцюга

Обрив ланцюга

2. Вільно-радикальне приєднання

етен поліетилен

Електрофільний механізм: реакцію починають частинки-електрофіли, що отримують позитивний заряд в результаті гетеролітичного розривузв'язку. Усі електрофіли - кислоти Льюїса.

Такі частки активно утворюються під дією кислот Льюїса, які посилюють позитивний заряд частки Найчастіше використовуються A l C l3 , F e C l3 , F e B r3 , Z n C l2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2виконують функції каталізатора.

Місцем атаки частинки-електрофіла є ті ділянки молекули, які мають підвищену електронну щільність, тобто кратний зв'язок та бензольне кільце.

Загальний вид реакцій електрофільного заміщення можна виразити рівнянням:

1. Електрофільне заміщення

бензол бромбензол

2. Електрофільне приєднання

пропен 2-бромпропан

пропін 1,2-дихлорпропен

Приєднання до несиметричних ненасичених вуглеводнів відбувається відповідно до правила Марковникова.

ВИЗНАЧЕННЯ

Правило Марковнікова:приєднання до несиметричних алкенів молекул складних речовин з умовною формулою НХ (де Х - це атом галогену або гідроксильна група ВІН) атом водню приєднується до найбільш гідрогенізованого (що містить найбільше атомів водню) атома вуглецю при подвійному зв'язку, а Х - до найменш гідрогенізованого.

Наприклад, приєднання хлороводню HCl до молекули пропена C H3 - C H = C H2 CH3–CH=CH2.

Реакція протікає механізмом електрофільного приєднання. За рахунок електронодонорного впливу C H3 CH3-групи електронна щільність у молекулі субстрату зміщена до центрального атома вуглецю (індуктивний ефект), а потім за системою подвійних зв'язків - до кінцевого атома вуглецю C H2 CH2-групи (мезомірний ефект) Таким чином, надмірний негативний заряд локалізовано саме на цьому атомі. Тому атаку починає протон водню H+ H+є електрофільною частинкою. Утворюється позитивно заряджений карбеновий іон [C H3 – C H − C H3 ] + + , до якого приєднується аніон хлору C l− Cl−.

ВИЗНАЧЕННЯ

Винятки із правила Марковникова:реакція приєднання протікає проти правила Марковникова, якщо реакцію вступають сполуки, у яких атом вуглецю, сусідній з атомом вуглецю подвійного зв'язку, відтягує він частково електронну щільність, тобто за наявності заступників, виявляють значний электроноакцепторный ефект (– C C l3 , – C N , – C O O H(-CCl3,-CN,-COOHта ін.).

Нуклеофільний механізм: реакцію починають частинки-нуклеофіли, що мають негативний заряд, що утворилися в результаті. гетеролітичного розривузв'язку. Усі нуклеофіли - підстави Льюїса.

У нуклеофільних реакціях реагент (нуклеофіл) має на одному з атомів вільну пару електронів і є нейтральною молекулою або аніоном ( 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,RNH2та ін.).

Нуклеофіл атакує в субстраті атом із найменшою електронною щільністю (тобто з частковим чи повним позитивним зарядом). Першою стадією реакції нуклеофільного заміщення є іонізація субстрату з утворенням карбкатіону. При цьому новий зв'язок утворюється за рахунок електронної пари нуклеофіла, а стара зазнає гетеролітичного розриву з подальшим відщепленням катіону. Прикладом нуклеофільної реакції може бути нуклеофільне заміщення (символ SN SN) у насиченого атома вуглецю, наприклад лужний гідроліз бромпохідних.

1. Нуклеофільне заміщення

2. Нуклеофільне приєднання

етаналь ціангідрин

джерело http://foxford.ru/wiki/himiya

Реакції органічних речовин можна формально розділити на чотири основні типи: заміщення, приєднання, відщеплення (елімінування) та перегрупування (ізомеризації). Очевидно, що все різноманіття реакцій органічних сполук неможливо звести до запропонованої класифікації (наприклад, реакції горіння). Однак така класифікація допоможе встановити аналогії з вже знайомими вам реакціями, що протікають між неорганічними речовинами.

Як правило, основне органічне з'єднання, що бере участь в реакції, називають субстратом, а інший компонент реакції умовно розглядають як реагент.

Реакції заміщення

Реакції заміщення- це реакції, у яких здійснюється заміна одного атома чи групи атомів у вихідній молекулі (субстраті) інші атоми чи групи атомів.

В реакції заміщення вступають граничні та ароматичні сполуки, такі як алкани, циклоалкани або арени. Наведемо приклади таких реакцій.

Під дією світла атоми водню в молекулі метану здатні заміщатися на атоми галогену, наприклад, атоми хлору:

Іншим прикладом заміщення водню на галоген є перетворення бензолу на бромбензол:

Рівняння цієї реакції може бути записано інакше:

При цій формі запис реагенти, каталізатор, умови проведення реакції записують над стрілкою, а неорганічні продукти реакції - під нею.

Внаслідок реакцій заміщення в органічних речовин утворюються не просте та складне речовини, як у неорганічній хімії, а два складні речовини.

Реакції приєднання

Реакції приєднання- Це реакції, в результаті яких дві або більше молекул реагуючих речовин з'єднуються в одну.

У реакції приєднання вступають ненасичені сполуки, такі як алкени або алкіни. Залежно від того, яка молекула виступає як реагент, розрізняють гідрування (або відновлення), галогенування, гідрогалогенування, гідратацію та інші реакції приєднання. Кожна з них потребує певних умов.

1.Гідрування- реакція приєднання молекули водню щодо кратного зв'язку:

2. Гідрогалогенування- реакція приєднання галогенводню (гідрохлорування):

3. Галогенування- реакція приєднання галогену:

4.Полімеризація- особливий тип реакцій приєднання, в ході яких молекули речовини з невеликою молекулярною масою з'єднуються одна з одною з утворенням молекул речовини з дуже високою молекулярною масою - макромолекул.

Реакції полімеризації - це процеси з'єднання безлічі молекул низькомолекулярної речовини (мономіра) у великі молекули (макромолекули) полімеру.

Прикладом реакції полімеризації може бути отримання поліетилену з етилену (етену) під дією ультрафіолетового випромінювання і ініціатора радикального полімеризації R.

Найбільш характерний для органічних сполук ковалентний зв'язок утворюється при перекриванні атомних орбіталей та утворенні загальних електронних пар. Внаслідок цього утворюється загальна для двох атомів орбіталь, на якій знаходиться загальна електронна пара. При розриві зв'язку доля цих електронів може бути різною.

Типи реакційноздатних частинок

Орбіталь з неспареним електроном, що належить одному атому, може перекриватися з орбіталлю іншого атома, де також знаходиться неспарений електрон. При цьому відбувається утворення ковалентного зв'язку щодо обмінного механізму:

Обмінний механізм утворення ковалентного зв'язку реалізується у разі, якщо загальна електронна пара утворюється з неспарених електронів, що належать різним атомам.

Процесом, протилежним утворенню ковалентного зв'язку з обмінного механізму, є розрив зв'язку, при якому до кожного атома відходить по одному електрону (). Внаслідок цього утворюються дві незаряджені частинки, що мають неспарені електрони:

Такі частки називаються вільними радикалами.

Вільні радикали- Атоми або групи атомів, що мають неспарені електрони.

Вільнорадикальні реакції- це реакції, які протікають під дією та за участю вільних радикалів.

У курсі неорганічної хімії це реакції взаємодії водню із киснем, галогенами, реакції горіння. Реакції цього відрізняються високою швидкістю, виділенням великої кількості тепла.

Ковалентний зв'язок може утворитися і за донорно-акцепторним механізмом. Одна з орбіталей атома (або аніону), на якій знаходиться неподілена електронна пара, перекривається із незаповненою орбіталлю іншого атома (або катіону), що має незаповнену орбіталь, при цьому формується ковалентний зв'язок, наприклад:

Розрив ковалентного зв'язку призводить до утворення позитивно та негативно заряджених частинок (); оскільки в даному випадку обидва електрони із загальної електронної пари залишаються при одному з атомів, в іншого атома виходить незаповнена орбіталь:

Розглянемо електролітичну дисоціацію кислот:

Можна легко здогадатися, що частка, що має неподілену електронну пару R: — , тобто негативно заряджений іон, буде притягуватися до позитивно заряджених атомів або атомів, на яких існує принаймні частковий або ефективний позитивний заряд.
Частинки з неподіленими електронними парами називають нуклеофільними агентами (Nucleus- "Ядро", позитивно заряджена частина атома), тобто "друзями" ядра, позитивного заряду.

Нуклеофіли(Nu) - аніони або молекули, що мають неподілену пару електронів, що взаємодіють з ділянками молекул, на яких зосереджено ефективний позитивний заряд.

Приклади нуклеофілів: Сl - (хлорид-іон), ВІН - (гідроксід-аніон), СН 3 O - (метоксид-аніон), СН 3 СОО - (ацетат-аніон).

Частинки, що мають незаповнену орбіталь, навпаки, прагнутимуть заповнити її і, отже, притягуватимуться до ділянок молекул, на яких присутня підвищена електронна щільність, негативний заряд, неподілена електронна пара. Вони є електрофілами, «друзями» електрона, негативного заряду чи частинок із підвищеною електронною щільністю.

Електрофіли- катіони або молекули, що мають незаповнену електронну орбіталь, які прагнуть заповнення її електронами, оскільки це призводить до більш вигідної електронної конфігурації атома.

Електрофілом із незаповненою орбіталлю є не будь-яка частка. Так, наприклад, катіони лужних металів мають конфігурацію інертних газів і не прагнуть придбання електронів, оскільки мають низьке спорідненість до електрона.
З цього можна зробити висновок, що незважаючи на наявність у них незаповненої орбіталі, подібні частки не будуть електрофілами.

Основні механізми перебігу реакцій

Виділено три основні типи реагуючих частинок - вільні радикали, електрофіли, нуклеофіли - та три відповідні їм типи механізму реакцій:

• вільнорадикальні;
• електрофільні;
• нулеофільні.

Крім класифікації реакцій на кшталт реагуючих частинок, в органічній хімії розрізняють чотири види реакцій за принципом зміни складу молекул: приєднання, заміщення, відщеплення, або елімінування (від англ. to eliminate- видаляти, відщеплювати) та перегрупування. Так як приєднання та заміщення можуть відбуватися під дією всіх трьох типів реакційноздатних частинок, можна виділити кілька основнихмеханізмів перебігу реакцій.

Крім того, розглянемо реакції відщеплення, або елімінування, що йдуть під впливом нуклеофільних частинок – основ.
6. Елімінування:

Відмінною рисою алкенів (ненасичених вуглеводнів) є здатність вступати в реакції приєднання. Більшість цих реакцій протікає механізмом електрофільного приєднання.

Гідрогалогенування (приєднання галогену водню):

При приєднанні галогенводню до алкену водень приєднується до більш гідрованого атома вуглецю, тобто атома, при якому знаходиться більше атомів водню, а галоген - до менш гідрованого.

Утворюється при перекриванні атомних орбіталей та утворенні загальних електронних пар. Внаслідок цього утворюється загальна для двох атомів орбіталь, на якій знаходиться загальна пара електронів. При розриві зв'язку доля цих електронів може бути різною.

Обмінний механізм утворення ковалентного зв'язку. Гомолітичний розрив зв'язку

Орбіталь з неспареним електроном, що належить одному атому, може перекриватися з орбіталлю іншого атома, де також знаходиться неспарений електрон. При цьому відбувається утворення ковалентного зв'язку щодо обмінного механізму:

Н · + · Н -> Н: Н, або Н-Н

Обмінний механізм утворення ковалентного зв'язку реалізується у разі, якщо загальна електронна пара утворюється з неспарених електронів, що належать різним атомам.

p align="justify"> Процесом, протилежним утворенню ковалентного зв'язку по обмінному механізму, є розрив зв'язку, при якому до кожного атома відходить по одному електрону. Внаслідок цього утворюються дві незаряджені частинки, що мають неспарені електрони:

Такі частки називаються вільними радикалами.

Вільні радикали- Атоми або групи атомів, що мають неспарені електрони.

Механізм розриву ковалентного зв'язку, у якому утворюються вільні радикали, називається гемолітичним чи гомолізом (гомо - однаковий, т. е. такий тип розриву зв'язку призводить до утворення однакових частинок).

Реакції, що протікають під дією та за участю вільних радикалів, називаються вільнорадикальними реакціями.

Гідроксил-аніон притягується до атома вуглецю (атакує атом вуглецю), на якому зосереджено частковий позитивний заряд, і заміщає бром, точніше, бромід-аніон.

У молекулі 1-хлорпропану електронна пара у зв'язку С-Сl зміщена у бік атома хлору внаслідок його більшої електронегативності. При цьому атом вуглецю, що отримав частковий позитивний заряд (§+), відтягує електрони від зв'язаного з ним атома вуглецю, який, у свою чергу, від наступного:

Таким чином, індуктивний ефект передається ланцюгом, але швидко згасає: він практично не спостерігається вже через три ст-зв'язки.

Розглянемо іншу реакцію – приєднання бромоводню до етену:

СН2 = СН2 + НВr -> СН3-СН2Вr

На початковій стадії цієї реакції відбувається приєднання катіону водню до молекули, що містить кратний зв'язок:

СН2 = СН2 + Н + -> СН2-СН3

Електрони л-зв'язку змістилися одного атома вуглецю, на сусідньому виявився позитивний заряд, незаповнена орбіталь.

Стійкість подібних частинок визначається тим, наскільки добре компенсовано позитивний заряд на атомі вуглецю. Ця компенсація відбувається за рахунок усунення електронної щільності а-зв'язку у бік позитивно зарядженого атома вуглецю, тобто позитивного індуктивного ефекту (+1).

Група атомів, у даному випадку метильна група, від якої електронна щільність відтягується, має донорний ефект, який позначається +1.

Мезомірний ефект. Існує інший спосіб впливу одних атомів чи груп на інші – мезомерний ефект, або ефект сполучення.

Розглянемо молекулу бутадієну-1,3:

СН2 = СН СН = СН2

Виявляється, що подвійні зв'язки у цій молекулі – це не просто два подвійні зв'язки! Так як вони знаходяться поруч, відбувається перекриття п-зв'язків, що входять до складу сусідніх подвійних, та утворюється загальне для всіх чотирьох атомів вуглецю п-електронна хмара. У цьому система (молекула) стає стійкішою. Це явище називається поєднанням (в даному випадку п - п-Сполученням).

Додаткове перекривання, сполучення л-зв'язків, розділених одним зв'язком, призводить до їх «усереднення». Центральний простий зв'язок набуває часткового «подвійного» характеру, стає міцнішим і коротшим, а подвійні - дещо слабшають і подовжуються.

Іншим прикладом сполучення може бути вплив подвійного зв'язку на атом, що має неподілену електронну пару.

Так, наприклад, при дисоціації карбонової кислоти неподілена електронна пара залишається на атомі кисню:

Це призводить до підвищення стійкості аніону, що утворився при дисоціації, збільшення сили кислоти.

Зміщення електронної щільності у сполучених системах за участю п-зв'язків або неподілених електронних пар називається мезомерним ефектом (М).

Основні механізми перебігу реакцій

Ми виділили три основні типи реагуючих частинок - вільні радикали, електрофіли, нуклеофіли та три відповідні їм типи механізмів реакцій:

Вільнорадикальні;
електрофільні;
нуклеофілні.

Крім класифікації реакцій на кшталт реагуючих частинок, в органічній хімії розрізняють чотири виду реакцій за принципом зміни складу молекул: приєднання, заміщення, відщеплення, або елімінування (від англ. to eliminate - видаляти, відщеплювати), і перегрупування. Так як приєднання і заміщення можуть відбуватися під дією всіх трьох типів реакційноподібних частинок, можна виділити кілька основних механізмів перебігу реакцій.

Крім цього, ми розглянемо реакції відщеплення, або елімінування, що йдуть під впливом нуклеофільних частинок – основ.

1. Що таке гомолітичний та гетеролітичний розриви ковалентного зв'язку? Для яких механізмів утвору ковалентного зв'язку вони характерні?

2. Що називають електрофілами та нуклеофілами? Наведіть їхні приклади.

3. У чому різниця між мезомерним та індуктивним ефектами? Як ці явища ілюструють положення теорії будови органічних сполук А. М. Бутлерова про взаємний вплив атомів у молекулах органічних речовин?

4. У світлі уявлень про індуктивний і мезомерний ефект розгляньте взаємний вплив атомів у молекулах:

Підтвердьте висновки прикладами рівнянь хімічних реакцій.

Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Доповнення рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні урокикалендарний план на рік методичні рекомендації програми обговорення Інтегровані уроки

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

Реакції приєднання

Такі реакції характерні для органічних сполук, що містять кратні (подвійні або потрійні) зв'язки. До реакцій цього типу відносяться реакції приєднання галогенів, галогеноводородів та води до алкенів та алкінів.

CH 3 -CH=CH 2 + HCl ---- CH 3 -CH(Cl)-CH 3

Реакції відщеплення (елімінування)

Це реакції, що призводять до утворення кратних зв'язків. При відщепленні галогеноводородів і води спостерігається певна селективність реакції, що описується правилом Зайцева, згідно з яким атом водню відщеплюється від атома вуглецю, при якому знаходиться менше атомів водню. Приклад реакції

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

Полімеризації та поліконденсації

n(CH 2 =CHCl)  (-CH 2 -CHCl)n

Окисно-відновні

Найінтенсивніша з окислювальних реакцій – це горіння, реакція, характерна всім класів органічних сполук. При цьому залежно від умов горіння вуглець окислюється до (сажа), СО або СО 2 , а водень перетворюється на воду. Однак для хіміків-органіків великий інтерес становлять реакції окислення, що проводяться в набагато м'якіших умовах, ніж горіння. Окислювачі, що використовуються: розчини Br2 у воді або Cl2 в CCl 4 ; KMnO 4 у воді або розведеній кислоті; оксид міді; свіжоосаджені гідроксиди срібла (І) або міді (ІІ).

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

Етерифікації (і зворотної реакції гідролізу)

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

Циклоприєднання

Y R Y-R

‖ + ‖ → ǀ ǀ

R Y R-Y

‖ + →

11. Класифікація органічних реакцій за механізмом. приклади.

Механізм реакції передбачає детальний постадійний опис хімічних реакцій. При цьому встановлюють, які ковалентні зв'язки розриваються, в якому порядку і яким шляхом. Так само ретельно описують утворення нових зв'язків у процесі реакції. Розглядаючи механізм реакції, насамперед звертають увагу на спосіб розриву ковалентного зв'язку в молекулі, що реагує. Таких способів два – гомолітичний та гетеролітичний.

Радикальні реакціїпротікають шляхом гомолітичного (радикального) розриву ковалентного зв'язку:

Радикальному розриву піддаються неполярні або малополярні ковалентні зв'язки (С–С, N–N, С–Н) за високої температури або під дією світла. Вуглець у радикалі СН 3 має 7 зовнішніх електронів (замість стійкої октетної оболонки в СН 4). Радикали нестійкі, вони прагнуть захопити електрон (до пари або до октету). Один із способів утворення стійких продуктів – димеризація (з'єднання двох радикалів):

СН 3 + СН 3 СН 3 : СН 3 ,

Н+НН : н.

Радикальні реакції – це, наприклад, реакції хлорування, бромування та нітрування алканів:

Іонні реакції протікають із гетеролітичним розривом зв'язку. При цьому проміжно утворюються короткоживучі органічні іони – карбкатіони та карбаніони – із зарядом на атомі вуглецю. В іонних реакціях електронна пара, що зв'язує, не роз'єднується, а повністю переходить до одного з атомів, перетворюючи його в аніон:

До гетеролітичного розриву схильні сильно полярні (Н–О, С–О) та легко поляризовані (С–Вr, С–I) зв'язки.

Розрізняють нуклеофільні реакції (нуклеофіл- Шукає ядро, місце з нестачею електронів) і електрофільні реакції (електрофіл- Шукає електрони). Твердження, що та чи інша реакція є нуклеофільною або електрофільною, умовно завжди відноситься до реагента. Реагент- Що бере участь у реакції речовина з більш простою структурою. Субстрат- Вихідна речовина з більш складною структурою. Відходить група– це іон, що заміщується, який був пов'язаний з вуглецем. Продукт реакції- Нова вуглецевмісна речовина (записується в правій частині рівняння реакції).

До нуклеофільних реагентів(нуклеофілам) відносять негативно заряджені іони, з'єднання з неподіленими парами електронів, з'єднання з подвійними вуглець-вуглецевими зв'язками. До електрофільним реагентам(електрофілам) відносять позитивно заряджені іони, сполуки з незаповненими електронними оболонками (АlCl 3 , ВF 3 , FeCl 3), сполуки з карбонільними групами, галогени. Електрофіли – будь-які атом, молекула чи іон, здатні приєднати пару електронів у процесі утворення нового зв'язку. Рушійна сила іонних реакцій – взаємодія протилежно заряджених іонів чи фрагментів різних молекул із частковим зарядом (+ і –).

Приклади іонних реакцій різних типів.

Нуклеофільне заміщення :

Електрофільне заміщення :

Нуклеофільне приєднання (Спочатку приєднується CN – , потім Н +):

Електрофільне приєднання (Спочатку приєднується Н + , потім Х -):

Елімінування при дії нуклеофілів (підстав) :

Елімінування при дії електрофілів (кислот) :

Найменування параметру	Значення
Тема статті:	Механізми органічних реакцій
Рубрика (тематична категорія)	Освіта

Класифікація реакцій

Існують чотири основні типи реакцій, у яких беруть участь органічні з'єднання: заміщення (витіснення), приєднання, елімінування (відщеплення), перегрупування.

3.1 Реакції заміщення

У реакціях першого типу заміщення зазвичай відбувається у атома вуглецю, але заміщений атом має бути атомом водню або іншим атомом або групою атомів. При електрофільному заміщенні найчастіше заміщується атом водню; прикладом служить класичне ароматичне заміщення:

При нуклеофільному заміщенні частіше заміщається не атом водню, інші атоми, наприклад:

NC - + R-Br → NC-R + BR -

3.2 Реакції приєднання

Реакції приєднання також бувають електрофільними, нуклеофільними або радикальними виходячи з типу частинок, що ініціюють процес. Приєднання до звичайних подвійних вуглець-вуглецевих зв'язків індукується, як правило, електрофілом або радикалом. Наприклад, приєднання HBr

може починатися з атаки подвійного зв'язку протоном Н+ або радикалом Br.

3.3 Реакції елімінування

Реакції елімінування по суті зворотні реакцій приєднання; найбільш звичайний тип такої реакції - відщеплення атома водню та іншого атома або групи від сусідніх атомів вуглецю з утворенням алкенів:

3.4 Реакції перегрупування

Перегрупування також можуть протікати через проміжні з'єднання, що являють собою катіони, аніони або радикали; найчастіше ці реакції йдуть з утворенням карбокатіонів або інших електронодефіцитних частинок. Перегрупування можуть включати істотну перебудову вуглецевого скелета. За стадією власне перегрупування в таких реакціях часто йдуть стадії заміщення, приєднання або відщеплення, що призводять до утворення стабільного кінцевого продукту.

Детальний опис хімічної реакції на стадіях прийнято називати механізмом. З електронної точки зору під механізмом хімічної реакції розуміють спосіб розриву ковалентних зв'язків у молекулах і послідовність станів, через які проходять речовини, що реагують, до перетворення на продукти реакцій.

4.1 Вільно-радикальні реакції

Вільно-радикальні реакції - це хімічні процеси, в яких беруть участь молекули, що мають неспарені електрони. Певні аспекти реакцій вільних радикалів є унікальними порівняно з іншими типами реакцій. Основна відмінність полягає в тому, що багато вільно-радикальних реакцій є ланцюговими. Це означає існування механізму, завдяки якому безліч молекул перетворюється на продукт за допомогою процесу, що повторюється, ініціюється створенням однієї реакційноздатної частинки. Типовий приклад ілюструється за допомогою наступного гіпотетичного механізму:

Стадію, де генерується реакційний інтермедіат, у разі А·, прийнято називати ініціюванням. Ця стадія протікає за високої температури, під впливом УФ чи пероксидів, в неполярних розчинниках. У наступних чотирьох рівняннях цього прикладу повторюється послідовність двох реакцій; вони є фазою розвитку ланцюга. Ланцюгові реакції характеризуються довжиною ланцюга, що відповідає числу стадій розвитку, що припадають на одну стадію ініціювання. Друга стадія протікає одночасним синтезом з'єднання та утворення нового радикалу, який продовжує ланцюг перетворень. Останньою стадією є стадія обриву ланцюга, яка включає будь-яку реакцію, в якій руйнується один з реакційних інтермедіатів, необхідних для розвитку ланцюга. Чим більше стадій обриву ланцюга, тим меншою стає довжина ланцюга.

Вільно-радикальні реакції протікають: 1) на світлі, при високій температурі або у присутності радикалів, що утворюються при розкладанні інших речовин; 2) гальмуються речовинами, що легко реагують з вільними радикалами; 3)протікають у неполярних розчинниках або в паровій фазі; 4) часто мають автокаталітичний та індукційний період перед початком реакції; 5) у кінетичному відношенні є ланцюговими.

Реакції радикального заміщення характерні для алканів, а радикального приєднання – для алкенів та алкінів.

СН 4 + Сl 2 → CH 3 Cl + HCl

CH 3 -CH=CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 -CH 2 Br

CH 3 -C≡CH + HCl → CH 3 -CH=CHCl

З'єднання вільних радикалів між собою та обрив ланцюга відбувається в основному на стінках реактора.

4.2 Іонні реакції

Реакції, у яких відбувається гетеролітичнийрозрив зв'язків і утворюються проміжні частки іонного типу, що називаються іонними реакціями.

Іонні реакції протікають: 1) у присутності каталізаторів (кислот або основ і не схильні до впливу світла або вільних радикалів, зокрема, що виникають при розкладанні пероксидів); 2)не піддаються впливу акцепторів вільних радикалів; 3)на хід реакції впливає природа розчинника; 4) рідко протікають у паровій фазі; 5) кінетично є, в основному, реакціями першого або другого порядку.

За характером реагенту, що діє на молекулу, іонні реакції поділяються на електрофільніі нуклеофільні. Реакції нуклеофільного заміщення характерні для алкіл- та арилгалогенідів,

CH 3 Cl + H 2 O → CH 3 OH + HCl

C 6 H 5 -Cl + H 2 O → C 6 H 5 -OH + HCl

C 2 H 5 OH + HCl → C 2 H 5 Cl + H 2 O

C 2 H 5 NH 2 + CH 3 Cl → CH 3 -NH-C 2 H 5 + HCl

електрофільного заміщення – для алканів у присутності каталізаторів

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH(CH 3)-CH 2 -CH 3

та аренів.

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

Реакції електрофільного приєднання характерні для алкенів

CH 3 -CH=CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 2 Br

та алкінів,

CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl

нуклеофільного приєднання – для алкінів.

CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C(OC 2 H 5)=CH 2

Механізми органічних реакцій - поняття та види. Класифікація та особливості категорії "Механізми органічних реакцій" 2017, 2018.