Ko'pgina almashtirish reaktsiyalari iqtisodiy maqsadlarga ega bo'lgan turli xil birikmalarni ishlab chiqarishga yo'l ochadi. Elektrofil va nukleofil almashtirish kimyo fanida va sanoatda katta rol o'ynaydi. Organik sintezda bu jarayonlar bir qator xususiyatlarga ega bo'lib, ularga e'tibor berish kerak.
Kimyoviy hodisalarning xilma-xilligi. Almashtirish reaksiyalari
Moddalarning o'zgarishi bilan bog'liq kimyoviy o'zgarishlar bir qator xususiyatlar bilan ajralib turadi. Yakuniy natijalar va termal effektlar farq qilishi mumkin; Ba'zi jarayonlar tugaydi, boshqalarida moddalarning o'zgarishi sodir bo'ladi, ko'pincha oksidlanish darajasining oshishi yoki pasayishi bilan birga keladi. Kimyoviy hodisalarni yakuniy natijasiga ko'ra tasniflashda reaktivlar va mahsulotlar o'rtasidagi sifat va miqdoriy farqlarga e'tibor beriladi. Ushbu belgilarga asoslanib, kimyoviy o'zgarishlarning 7 turini ajratib ko'rsatish mumkin, shu jumladan sxema bo'yicha almashtirish: A-B + C A-C + B. Kimyoviy hodisalarning butun sinfining soddalashtirilgan yozuvi boshlang'ich moddalar orasida quyidagilar mavjud degan fikrni beradi. reaktivdagi atom, ion yoki funktsional guruh o'rnini bosuvchi zarracha "hujum" deb ataladi. Almashtirish reaksiyasi cheklovchi va xarakterlidir
O'rin almashish reaktsiyalari qo'sh almashinuv shaklida sodir bo'lishi mumkin: A-B + C-E A-C + B-E. Kichik turlardan biri, masalan, misning mis sulfat eritmasidan temir bilan siljishi: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. "Hujum qiluvchi" zarracha atomlar, ionlar yoki funktsional guruhlar bo'lishi mumkin
Gomolitik almashtirish (radikal, SR)
Kovalent aloqalarni buzishning radikal mexanizmi bilan turli elementlar uchun umumiy bo'lgan elektron juftlik molekulaning "parchalari" o'rtasida mutanosib ravishda taqsimlanadi. Erkin radikallar hosil bo'ladi. Bu barqaror bo'lmagan zarralar bo'lib, ularning barqarorlashuvi keyingi transformatsiyalar natijasida yuzaga keladi. Masalan, metandan etan hosil bo'lganda, almashtirish reaktsiyasida ishtirok etadigan erkin radikallar paydo bo'ladi: CH 4 CH 3. + .N; CH 3. + .CH 3 → C2H5; N. + .N → N2. Yuqoridagi almashtirish mexanizmi bo'yicha gomolitik bog'lanishning uzilishi zanjirli xarakterga ega. Metanda H atomlari ketma-ket xlor bilan almashtirilishi mumkin. Brom bilan reaksiya xuddi shunday sodir bo'ladi, lekin yod alkanlardagi vodorodni to'g'ridan-to'g'ri almashtira olmaydi, ftor ular bilan juda kuchli reaksiyaga kirishadi.
Geterolitik aloqani uzish usuli
O'rin almashish reaktsiyalarining ion mexanizmi bilan elektronlar yangi hosil bo'lgan zarralar o'rtasida notekis taqsimlanadi. Bog'lanish juftligi to'liq "bo'laklardan" biriga, ko'pincha qutb molekulasidagi manfiy zichlik siljigan bog'lanish sherigiga o'tadi. O'rnini bosish reaktsiyalariga metil spirti CH 3 OH hosil bo'lishi kiradi. Bromometan CH3Brda molekulaning parchalanishi geterolitik, zaryadlangan zarrachalar esa barqarordir. Metil musbat zaryad oladi, brom esa manfiy zaryad oladi: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; CH 3 + + OH - → CH 3 OH; Na + + Br - ↔ NaBr.
Elektrofillar va nukleofillar
Elektronlari yo'q va ularni qabul qila oladigan zarralar "elektrofillar" deb ataladi. Bularga haloalkanlardagi galogenlar bilan bog'langan uglerod atomlari kiradi. Nukleofillar elektron zichligini oshirdi; ular kovalent bog'lanishni yaratishda bir juft elektronni "ehson qiladilar". O'rin almashish reaktsiyalarida manfiy zaryadlarga boy nukleofillar elektron ochlikdan mahrum bo'lgan elektrofillar tomonidan hujumga uchraydi. Bu hodisa atom yoki boshqa zarracha - tark etuvchi guruhning harakati bilan bog'liq. Almashtirish reaksiyasining yana bir turi - nukleofilning elektrofilga hujumi. Ba'zan ikkita jarayonni farqlash va almashtirishni u yoki bu turga bog'lash qiyin, chunki molekulalarning qaysi biri substrat va qaysi biri reagent ekanligini aniq ko'rsatish qiyin. Odatda bunday hollarda quyidagi omillar hisobga olinadi:
- tark etuvchi guruhning tabiati;
- nukleofil reaktivligi;
- erituvchining tabiati;
- alkil qismining tuzilishi.
Nukleofil almashtirish (SN)
Organik molekulada o'zaro ta'sir qilish jarayonida qutblanishning kuchayishi kuzatiladi. Tenglamalarda qisman musbat yoki manfiy zaryad yunon alifbosining harfi bilan ko'rsatilgan. Bog'larning qutblanishi uning yorilishi tabiatini va molekula "bo'laklari" ning keyingi xatti-harakatlarini baholashga imkon beradi. Masalan, yodometandagi uglerod atomi qisman musbat zaryadga ega va elektrofil markazdir. U kislorodning ortiqcha elektronlari bo'lgan suv dipolining qismini o'ziga tortadi. Elektrofil nukleofil reagent bilan o'zaro ta'sirlashganda metanol hosil bo'ladi: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Nukleofil almashinish reaksiyalari manfiy zaryadlangan ion yoki molekula ishtirokida, kimyoviy bog` hosil qilishda ishtirok etmaydigan erkin elektron jufti bilan sodir bo`ladi. Yodometanning SN 2 reaksiyalarida faol ishtirok etishi uning nukleofil hujumga ochiqligi va yodning harakatchanligi bilan izohlanadi.
Elektrofil almashtirish (SE)
Organik molekulada nukleofil markaz bo'lishi mumkin, bu esa elektron zichligining ortishi bilan tavsiflanadi. U manfiy zaryadsiz elektrofil reagent bilan reaksiyaga kirishadi. Bunday zarralarga erkin orbitalli atomlar va elektron zichligi past bo'lgan molekulalar kiradi. "-" zaryadiga ega bo'lgan B uglerod suv dipolining ijobiy qismi - vodorod bilan o'zaro ta'sir qiladi: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Ushbu elektrofil almashtirish reaktsiyasining mahsuloti metandir. Geterolitik reaktsiyalarda organik molekulalarning qarama-qarshi zaryadlangan markazlari o'zaro ta'sir qiladi, bu ularni noorganik moddalar kimyosidagi ionlarga o'xshash qiladi. Organik birikmalarning o'zgarishi kamdan-kam hollarda haqiqiy kationlar va anionlarning hosil bo'lishi bilan birga bo'lishini e'tibordan chetda qoldirmaslik kerak.
Monomolekulyar va bimolekulyar reaksiyalar
Nukleofil almashtirish monomolekulyar (SN1). Bu mexanizm organik sintezning muhim mahsuloti - uchinchi darajali butilxloridni gidrolizlash uchun ishlatiladi. Birinchi bosqich sekin, u asta-sekin karboniy kationiga va xlorid anioniga ajralishi bilan bog'liq. Ikkinchi bosqich tezroq davom etadi, karboniy ionining suv bilan reaktsiyasi sodir bo'ladi. alkandagi galogenni gidroksi guruhi bilan almashtirib, birlamchi spirt olish: (CH 3) 3 C—Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C—OH + H +. Birlamchi va ikkilamchi alkilgalogenidlarning bir bosqichli gidrolizi bir vaqtning o'zida uglerod-galogen bog'ining buzilishi va C-OH juftining hosil bo'lishi bilan tavsiflanadi. Bu nukleofil bimolekulyar almashtirish (SN2) mexanizmi.
Geterolitik almashinish mexanizmi
O'rnini bosish mexanizmi elektronlarni uzatish va oraliq komplekslarni yaratish bilan bog'liq. Reaksiya qanchalik tez sodir bo'lsa, uning xarakterli oraliq mahsulotlari shunchalik oson paydo bo'ladi. Ko'pincha jarayon bir vaqtning o'zida bir necha yo'nalishda ketadi. Afzallik odatda ularning shakllanishi uchun eng kam energiya talab qiladigan zarrachalarni ishlatadigan yo'lga o'tadi. Masalan, qo'sh bog'ning mavjudligi CH 3 + ioniga nisbatan CH2=CH—CH 2 + allilik kationining paydo bo'lish ehtimolini oshiradi. Buning sababi molekula bo'ylab tarqalgan musbat zaryadning delokalizatsiyasiga ta'sir qiluvchi ko'p bog'lanishning elektron zichligidadir.
Benzolni almashtirish reaksiyalari
Elektrofil almashtirish bilan tavsiflangan guruh arenlardir. Benzol halqasi elektrofil hujumi uchun qulay nishondir. Jarayon ikkinchi reaktivda bog'lanish polarizatsiyasidan boshlanadi, natijada benzol halqasining elektron bulutiga qo'shni elektrofil hosil bo'ladi. Natijada, o'tish kompleksi paydo bo'ladi. Elektrofil zarracha va uglerod atomlaridan biri o'rtasida hali to'liq bog'liqlik yo'q, u "aromatik olti" elektronning butun manfiy zaryadiga tortiladi. Jarayonning uchinchi bosqichida halqaning elektrofil va bitta uglerod atomi umumiy juft elektron (kovalent aloqa) bilan bog'lanadi. Ammo bu holda, "aromatik oltilik" yo'q qilinadi, bu barqaror, barqaror energiya holatiga erishish nuqtai nazaridan noqulaydir. "Protonning chiqishi" deb atash mumkin bo'lgan hodisa kuzatiladi. H+ bartaraf qilinadi va arenalarga xos barqaror aloqa tizimi tiklanadi. Qo'shimcha mahsulot tarkibida benzol halqasidan vodorod kationi va ikkinchi reaktivdan anion mavjud.
Organik kimyodan almashtirish reaksiyalariga misollar
Alkanlar, ayniqsa, almashtirish reaktsiyasi bilan tavsiflanadi. Sikloalkanlar va arenlar uchun elektrofil va nukleofil transformatsiyalarga misollar keltirish mumkin. Organik moddalar molekulalaridagi shunga o'xshash reaktsiyalar normal sharoitda, lekin ko'pincha qizdirilganda va katalizatorlar ishtirokida sodir bo'ladi. Umumiy va yaxshi o'rganilgan jarayonlar aromatik halqadagi elektrofil almashtirishni o'z ichiga oladi. Ushbu turdagi eng muhim reaktsiyalar:
- H 2 SO 4 ishtirokida benzolni nitrlash quyidagi sxema bo'yicha boradi: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
- Benzolni katalitik halogenlash, xususan, xlorlash, tenglama bo'yicha: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
- Aromatik jarayon sulfat kislotaning "fuming" bilan davom etadi, benzolsulfonik kislotalar hosil bo'ladi.
- Alkillanish - benzol halqasidan vodorod atomini alkil bilan almashtirish.
- Asillanish - ketonlarning hosil bo'lishi.
- Formillanish - vodorodni CHO guruhi bilan almashtirish va aldegidlarning hosil bo'lishi.
O'zgartirish reaktsiyalari alkanlar va sikloalkanlardagi reaktsiyalarni o'z ichiga oladi, bunda galogenlar kirish mumkin bo'lgan C-H aloqasiga hujum qiladi. Losmalar hosil bo'lishi to'yingan uglevodorodlar va sikloparafinlarda bir, ikkita yoki barcha vodorod atomlarini almashtirishni o'z ichiga olishi mumkin. Kichik molekulyar og'irliklarga ega bo'lgan ko'plab galloalkanlar turli sinflarga mansub ancha murakkab moddalarni ishlab chiqarishda ishlatiladi. Oʻrin almashish reaksiyalari mexanizmlarini oʻrganishda erishilgan yutuqlar alkanlar, sikloparafinlar, arenlar va galogenlangan uglevodorodlar asosida sintezlar rivojlanishiga kuchli turtki berdi.
U atom orbitallari bir-birining ustiga chiqqanda va umumiy elektron juftlarini hosil qilganda hosil bo'ladi. Buning natijasida ikkita atom uchun umumiy orbital hosil bo'ladi, unda umumiy juft elektronlar mavjud. Bog'lanish buzilganda, bu umumiy elektronlarning taqdiri boshqacha bo'lishi mumkin.
Kovalent bog'lanish hosil bo'lishining almashinuv mexanizmi. Gomolitik bog'lanishning ajralishi
Bir atomga tegishli bo'lgan juftlashtirilmagan elektronga ega bo'lgan orbital boshqa atomning orbitali bilan qoplanishi mumkin, unda juftlashtirilmagan elektron ham mavjud. Bunday holda, kovalent bog'lanish almashinuv mexanizmiga muvofiq hosil bo'ladi:
N· + ·N -> N: N yoki N-N
Kovalent bog'lanishning almashinish mexanizmi, agar turli atomlarga tegishli bo'lmagan elektronlardan umumiy elektron juft hosil bo'lsa, amalga oshiriladi.
Almashinuv mexanizmi orqali kovalent bog'lanish hosil bo'lishiga qarama-qarshi jarayon bog'lanishning parchalanishi bo'lib, bunda har bir atomga bittadan elektron yo'qoladi. Natijada, juftlashtirilmagan elektronlarga ega bo'lgan ikkita zaryadsiz zarracha hosil bo'ladi:
Bunday zarralar erkin radikallar deb ataladi.
Erkin radikallar- juftlanmagan elektronlarga ega bo'lgan atomlar yoki atomlar guruhlari.
Erkin radikallar hosil bo'ladigan kovalent bog'lanishning ajralish mexanizmi gemolitik yoki gomoliz deb ataladi (homo - bir xil, ya'ni bog'lanishning bu turi bir xil zarrachalarning paydo bo'lishiga olib keladi).
Erkin radikallar ta'sirida va ishtirokida sodir bo'ladigan reaktsiyalar deyiladi erkin radikal reaktsiyalar.
Gidroksil anioni qisman musbat zaryad to’plangan uglerod atomiga tortiladi (uglerod atomiga hujum qiladi) va bromni, aniqrog’i, bromid anionini almashtiradi.
1-xlorpropan molekulasida C-Cl bog'idagi elektron juftligi kattaroq elektr manfiyligi tufayli xlor atomi tomon siljiydi. Bunday holda, qisman musbat zaryad olgan uglerod atomi (§+) bog'langan uglerod atomidan elektronlarni oladi, bu esa, o'z navbatida, quyidagilardan:
Shunday qilib, induktiv ta'sir sxema orqali uzatiladi, lekin tezda yo'qoladi: uchta st-ulanishdan keyin amalda kuzatilmaydi.
Keling, yana bir reaktsiyani ko'rib chiqaylik - etenga vodorod bromid qo'shilishi:
CH2=CH2 + HBr -> CH3-CH2Br
Ushbu reaktsiyaning dastlabki bosqichida ko'p bog'lanishni o'z ichiga olgan molekulaga vodorod kationi qo'shiladi:
CH2=CH2 + H+ -> CH2-CH3
N-bog'ning elektronlari bitta uglerod atomiga o'tdi va qo'shnisi musbat zaryadga ega bo'ldi, to'ldirilmagan orbital.
Bunday zarrachalarning barqarorligi uglerod atomidagi musbat zaryad qanchalik yaxshi kompensatsiyalanganligi bilan belgilanadi. Bu kompensatsiya a-bog'ning elektron zichligining musbat zaryadlangan uglerod atomiga siljishi, ya'ni ijobiy induktiv effekt (+1) tufayli yuzaga keladi. 
Atomlar guruhi, bu holda elektron zichligi olinadigan metil guruhi, +1 bilan belgilanadigan donor effektiga ega.
Mezomerik effekt. Ba'zi atomlar yoki guruhlar boshqalarga ta'sir qilishning yana bir usuli bor - mezomer effekti yoki konjugatsiya effekti.
1,3 butadien molekulasini ko'rib chiqing:
CH2=CH CH=CH2
Ma'lum bo'lishicha, bu molekuladagi qo'sh bog'lar shunchaki ikkita qo'sh bog' emas! Ular yaqin bo'lgani uchun, bir-birining ustiga chiqadi P-qo‘shni qo‘sh bog‘lar tarkibiga kiruvchi bog‘lar va barcha to‘rtta uglerod atomlari uchun umumiy bog‘ hosil bo‘ladi P- elektron bulut. Bunday holda, tizim (molekula) yanada barqaror bo'ladi. Ushbu hodisa konjugatsiya deb ataladi (bu holda P - P- juftlash). 
Qo'shimcha qoplama, bitta o-bog' bilan ajratilgan n-bog'larning konjugatsiyasi ularning "o'rtacha" ga olib keladi. Markaziy oddiy bog'lanish qisman "juft" xarakterga ega bo'lib, kuchliroq va qisqaroq bo'ladi va qo'sh bog'lar biroz zaiflashadi va uzaytiriladi.
Konjugatsiyaning yana bir misoli, qo'sh bog'lanishning yagona juft elektronga ega bo'lgan atomga ta'siri.
Masalan, karboksilik kislota dissotsilanganda kislorod atomida yakka elektron juft qoladi:
Bu dissotsilanish jarayonida hosil bo'lgan anionning barqarorligining oshishiga va kislota kuchining oshishiga olib keladi.
n-bog'lar yoki yolg'iz elektron juftlari ishtirok etgan konjugatsiyalangan tizimlarda elektron zichligining siljishi mezomer effekti (M) deb ataladi.
Asosiy reaktsiya mexanizmlari
Biz reaksiyaga kirishuvchi zarralarning uchta asosiy turini aniqladik - erkin radikallar, elektrofillar, nukleofillar va uchta mos keladigan reaksiya mexanizmlari:
erkin radikallar;
elektrofil;
nukleofil.
Reaksiyalarni reaksiyaga kirishuvchi zarrachalar turiga ko‘ra tasniflashdan tashqari, organik kimyoda molekulalarning tarkibini o‘zgartirish tamoyiliga asoslangan to‘rt turdagi reaksiyalar mavjud: qo‘shish, almashtirish, yo‘q qilish yoki yo‘q qilish (inglizchadan yo‘q qilish – olib tashlash, bo‘lish). o'chirilgan) va qayta tartibga solish. Qo'shish va almashtirish har uch turdagi reaktiv zarrachalar ta'sirida sodir bo'lishi mumkinligi sababli, bir nechta asosiy reaktsiya mexanizmlarini ajratib ko'rsatish mumkin.
Bundan tashqari, nukleofil zarrachalar - asoslar ta'sirida yuzaga keladigan yo'q qilish reaktsiyalarini ko'rib chiqamiz.
1. Kovalent bog'lanishning gomolitik va geterolitik ajralishlari nima? Ular kovalent bog'lanishning qanday mexanizmlari uchun xosdir?
2. Elektrofillar va nukleofillar nima deyiladi? Ularga misollar keltiring.
3. Mezomer va induktiv effektlar qanday farqlanadi? Ushbu hodisalar A. M. Butlerovning organik moddalar molekulalaridagi atomlarning o'zaro ta'siri haqidagi organik birikmalar tuzilishi nazariyasining pozitsiyasini qanday ko'rsatadi?
4. Induktiv va mezomer effekt tushunchalari nuqtai nazaridan molekulalardagi atomlarning o‘zaro ta’sirini ko‘rib chiqing:
Xulosalaringizni kimyoviy reaksiya tenglamalariga misollar bilan tasdiqlang.
Dars mazmuni dars yozuvlari qo'llab-quvvatlovchi ramka dars taqdimoti tezlashtirish usullari interaktiv texnologiyalar Amaliyot topshiriq va mashqlar o'z-o'zini tekshirish seminarlari, treninglar, keyslar, kvestlar uy vazifalarini muhokama qilish savollari talabalar tomonidan ritorik savollar Tasvirlar audio, videokliplar va multimedia fotosuratlar, rasmlar, grafikalar, jadvallar, diagrammalar, hazil, latifalar, hazillar, komikslar, masallar, maqollar, krossvordlar, iqtiboslar Qo'shimchalar tezislar maqolalar qiziq beshiklar uchun fokuslar darsliklar asosiy va qo'shimcha atamalar lug'ati boshqa Darslik va darslarni takomillashtirishdarslikdagi xatolarni tuzatish darslikdagi parchani, darsdagi innovatsiya elementlarini yangilash, eskirgan bilimlarni yangilari bilan almashtirish Faqat o'qituvchilar uchun mukammal darslar yil uchun kalendar rejasi, uslubiy tavsiyalar, muhokama dasturi Integratsiyalashgan darslarBarcha kimyoviy reaktsiyalar ba'zi bog'lanishlarning uzilishi va boshqalarning paydo bo'lishi bilan birga keladi. Asosan, organik reaktsiyalar noorganiklar bilan bir xil qonunlarga bo'ysunadi, lekin sifat jihatidan o'ziga xoslikka ega.
Shunday qilib, noorganik reaktsiyalar odatda ionlarni o'z ichiga olgan bo'lsa, organik reaktsiyalar molekulalarni o'z ichiga oladi.
Reaksiyalar ancha sekinroq davom etadi, ko'p hollarda katalizator yoki tashqi sharoitlarni (harorat, bosim) tanlashni talab qiladi.
Anorganik reaktsiyalardan farqli o'laroq, ko'pchilik organik reaktsiyalar u yoki bu yon reaktsiyalar bilan birga keladi. Bunday holda, asosiy mahsulotning rentabelligi ko'pincha 50% dan oshmaydi, ammo hosil undan ham kamroq bo'ladi. Ammo ba'zi hollarda reaktsiya miqdoriy davom etishi mumkin, ya'ni. 100% rentabellik bilan. Mahsulotlar tarkibi noaniq bo'lganligi sababli, kimyoviy reaksiya tenglamalari organik kimyoda kam qo'llaniladi. Ko'pincha reaktsiyaning boshlang'ich materiallari va asosiy mahsulotini aks ettiruvchi reaktsiya sxemasi yoziladi va sxemaning o'ng va chap qismlari orasidagi "=" belgisi o'rniga "" yoki qaytarilish belgisi qo'llaniladi.
Organik reaktsiyalarni tasniflashda ikkita yondashuv mavjud: kimyoviy o'zgarishlar tabiatiga ko'ra va ularning paydo bo'lish mexanizmlariga ko'ra.
Kimyoviy o'zgarishlarning tabiatiga ko'ra ular quyidagilarga bo'linadi:
|
O'zgartirish reaktsiyalari (S - inglizcha almashtirish - almashtirishdan) |
Bir atom yoki atomlar guruhi boshqa atom yoki atomlar guruhi bilan almashtiriladi: |
|
Qo'shish reaktsiyalari (Ad - inglizcha qo'shimchadan - qo'shilish) |
Ikki yoki undan ortiq molekuladan bitta yangi modda hosil bo'ladi. Qo'shish, qoida tariqasida, bir nechta bog'lanishlar (ikki, uch barobar) orqali sodir bo'ladi: |
|
Eliminatsiya reaktsiyalari (E - ingliz tilidan Elimination - yo'q qilish, olib tashlash) |
Uglevodorod hosilalari reaksiyalarida vodorod atomlari bilan birgalikda funktsional guruh yo‘q qilinib -bog‘ hosil bo‘ladi (ikki, uch karra): |
|
Qayta guruhlash (Rg - inglizchadan Re-grouping - qayta guruhlash) |
Elektron zichligi va atomlarning qayta taqsimlanishining molekulyar ichidagi reaktsiyalari: (Favorskiyni qayta guruhlash). |
Organik reaksiyalarning paydo bo'lish mexanizmiga ko'ra tasnifi.
Kimyoviy reaksiya mexanizmi eski bog'lanishning uzilishiga va yangisining paydo bo'lishiga olib keladigan yo'ldir.
Kovalent bog'lanishni buzishning ikkita mexanizmi mavjud:
1. Geterolitik (ionli). Bunday holda, bog'langan elektron juftlik butunlay bog'langan atomlardan biriga o'tadi:
2. Gomolitik (radikal). Umumiy elektron jufti ikkiga bo'linib, erkin valentlikka ega ikkita zarracha - radikallarni hosil qiladi:
Parchalanish mexanizmining tabiati hujum qiluvchi zarracha (reagent) turiga qarab belgilanadi. Organik kimyoda uch xil reaktivlar mavjud.
1. Nukleofil reagentlar (N - lotincha Nucleophilic - yadroga yaqinlikka ega).
Ortiqcha elektron zichligi bo'lgan zarralar (atomlar, guruhlar, neytral molekulalar). Ular kuchli, o'rta kuchli va kuchsizlarga bo'linadi. Nukleofilning kuchi reaksiya sharoitlariga (erituvchi qutbliligi) qarab nisbiy tushunchadir. Polar erituvchilarda kuchli nukleofillar: , shuningdek, yolg'iz elektron juftlari bo'lgan neytral molekulalar (bog'lanmaydigan orbitallarda). O'rtacha kuchli nukleofillar: . Zaif nukleofillar: kuchli kislotalarning anionlari - shuningdek, fenollar va aromatik aminlar.
2. Elektrofil reagentlar (E - lotincha Elektrofilik - elektronlarga yaqinlikka ega).
Ijobiy zaryad yoki bo'sh orbitalni olib yuruvchi zarralar (atomlar, guruhlar, neytral molekulalar), buning natijasida ular manfiy zaryadlangan zarralar yoki elektron juftlarga yaqinlikka ega. Raqamga kuchli elektrofillar proton, metall kationlari (ayniqsa, ko'paytiriladigan zaryadlanganlar), atomlardan birida bo'sh orbitali bo'lgan molekulalar (Lyuis kislotalari), oksidlangan atomda yuqori zaryadlangan kislorod o'z ichiga olgan kislotalar molekulalari ().
Ko'pincha molekula turli tabiatdagi bir nechta reaktsiya markazlarini o'z ichiga oladi - nukleofil va elektrofil.
3. Radikallar (R).
Reagent turiga va substrat molekulasidagi geterolitik bog'lanishning parchalanish yo'liga qarab turli xil mahsulotlar hosil bo'ladi. Bu umumiy shaklda ifodalanishi mumkin:
Bunday sxemalar bo'yicha sodir bo'ladigan reaktsiyalar elektrofil almashtirish reaktsiyalari (SE) deb ataladi, chunki reaksiya mohiyatan siljish, hujum qiluvchi vosita esa elektrofil turdir.
Bunday sxemalar bo'yicha ketayotgan reaksiyalar nukleofil o'rin almashish reaksiyalari (S N) deb ataladi, chunki reaksiya mohiyatan siljish, hujum qiluvchi agent esa nukleofil turdir.
Agar hujum qiluvchi vosita radikal bo'lsa, u holda reaktsiya radikal mexanizm bilan davom etadi.
>> Kimyo: Organik kimyoda kimyoviy reaksiyalar turlari
Organik moddalarning reaksiyalarini rasmiy ravishda to'rtta asosiy turga bo'lish mumkin: almashtirish, qo'shish, yo'q qilish (eliminatsiya) va qayta tashkil etish (izomerizatsiya). Ko'rinib turibdiki, organik birikmalar reaktsiyalarining barcha xilma-xilligini taklif qilingan tasnif doirasiga qisqartirib bo'lmaydi (masalan, yonish reaktsiyalari). Biroq, bunday tasnif noorganik kimyo kursidan sizga tanish bo'lgan noorganik moddalar o'rtasida sodir bo'ladigan reaktsiyalarning tasniflari bilan o'xshashliklarni o'rnatishga yordam beradi.
Odatda, reaksiyada ishtirok etuvchi asosiy organik birikma substrat deb ataladi va reaksiyaning boshqa komponenti shartli ravishda reaktiv deb hisoblanadi.
Almashtirish reaksiyalari
Dastlabki molekulada (substratda) bir atom yoki atomlar guruhining boshqa atomlar yoki atomlar guruhi bilan almashinishiga olib keladigan reaksiyalar almashtirish reaksiyalari deyiladi.
O'zgartirish reaktsiyalari to'yingan va aromatik birikmalarni, masalan, alkanlar, sikloalkanlar yoki arenlarni o'z ichiga oladi.
Keling, bunday reaktsiyalarga misollar keltiraylik.
Reaksiyalarning tasnifi
Organik birikmalar ishtirok etadigan reaktsiyalarning to'rtta asosiy turi mavjud: almashtirish (o'zgartirish), qo'shish, yo'q qilish (eliminatsiya), qayta tashkil etish.
3.1 Almashtirish reaksiyalari
Birinchi turdagi reaktsiyalarda almashtirish odatda uglerod atomida sodir bo'ladi, lekin almashtirilgan atom vodorod atomi yoki boshqa atom yoki atomlar guruhi bo'lishi mumkin. Elektrofil almashtirishda vodorod atomi ko'pincha almashtiriladi; Bunga klassik aromatik almashtirish misol bo'ladi:
Nukleofil almashtirish bilan, ko'pincha vodorod atomi emas, balki boshqa atomlar almashtiriladi, masalan:
NC - + R−Br → NC−R +BR -
3.2 Qo'shilish reaktsiyalari
Qo'shilish reaktsiyalari jarayonni boshlagan turlarning turiga qarab elektrofil, nukleofil yoki radikal bo'lishi mumkin. Oddiy uglerod-uglerodli qo'sh aloqalarga ulanish odatda elektrofil yoki radikal tomonidan qo'zg'atiladi. Masalan, HBr qo'shilishi
qo'sh bog'lanishning H+ proton yoki Br· radikalining hujumi bilan boshlanishi mumkin.
3.3 Eliminatsiya reaktsiyalari
Eliminatsiya reaktsiyalari asosan qo'shilish reaktsiyalarining teskarisidir; Bunday reaksiyaning eng keng tarqalgan turi alkenlarni hosil qilish uchun qo'shni uglerod atomlaridan vodorod atomi va boshqa atom yoki guruhni yo'q qilishdir:
3.4 Qayta tartibga solish reaksiyalari
Qayta tuzilishlar kationlar, anionlar yoki radikallar bo'lgan oraliq moddalar orqali ham sodir bo'lishi mumkin; ko'pincha bu reaktsiyalar karbokationlar yoki boshqa elektron yetishmaydigan zarrachalar hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi. Qayta tartibga solish uglerod skeletini sezilarli darajada qayta tashkil etishni o'z ichiga olishi mumkin. Bunday reaktsiyalardagi haqiqiy qayta tashkil etish bosqichi ko'pincha barqaror yakuniy mahsulot hosil bo'lishiga olib keladigan almashtirish, qo'shish yoki yo'q qilish bosqichlari bilan kechadi.
Kimyoviy reaksiyaning bosqichma-bosqich batafsil tavsifi mexanizm deyiladi. Elektron nuqtai nazardan, kimyoviy reaksiya mexanizmi deganda molekulalardagi kovalent bog'lanishlarni uzish usuli va reaksiyaga kirishuvchi moddalar reaksiya mahsulotiga aylanishdan oldin o'tadigan holatlar ketma-ketligi tushuniladi.
4.1 Erkin radikal reaksiyalar
Erkin radikal reaktsiyalar - bu juftlanmagan elektronlarga ega bo'lgan molekulalar ishtirok etadigan kimyoviy jarayonlar. Erkin radikal reaktsiyalarning ba'zi jihatlari boshqa turdagi reaktsiyalarga nisbatan o'ziga xosdir. Asosiy farq shundaki, ko'plab erkin radikal reaktsiyalar zanjirli reaktsiyalardir. Bu shuni anglatadiki, bitta reaktiv turni yaratish bilan boshlangan takroriy jarayon orqali ko'plab molekulalar mahsulotga aylanadigan mexanizm mavjud. Oddiy misol quyidagi gipotetik mexanizm yordamida tasvirlangan:
Reaksiya oraliq mahsuloti, bu holda A· hosil bo'ladigan bosqichga boshlash deyiladi. Bu bosqich yuqori haroratlarda, UV yoki peroksidlar ta'sirida, qutbsiz erituvchilarda sodir bo'ladi. Ushbu misoldagi keyingi to'rtta tenglama ikkita reaktsiyaning ketma-ketligini takrorlaydi; ular zanjirning rivojlanish bosqichini ifodalaydi. Zanjirli reaktsiyalar zanjirning uzunligi bilan tavsiflanadi, bu boshlanish bosqichidagi rivojlanish bosqichlari soniga to'g'ri keladi. Ikkinchi bosqich birikmaning bir vaqtning o'zida sintezi va transformatsiyalar zanjirini davom ettiradigan yangi radikal hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi. Oxirgi bosqich zanjirni tugatish bosqichi bo'lib, unda zanjir rivojlanishi uchun zarur bo'lgan oraliq reaktsiyalardan biri yo'q qilingan har qanday reaktsiya kiradi. Zanjirni tugatish bosqichlari qanchalik ko'p bo'lsa, zanjir uzunligi shunchalik qisqaroq bo'ladi.
Erkin radikal reaksiyalar: 1) yorug'likda, yuqori haroratda yoki boshqa moddalarning parchalanishida hosil bo'ladigan radikallar ishtirokida; 2) erkin radikallar bilan oson reaksiyaga kirishadigan moddalar tomonidan inhibe qilinadi; 3) qutbsiz erituvchilarda yoki bug 'fazasida paydo bo'ladi; 4) reaksiya boshlanishidan oldin ko'pincha avtokatalitik va induksiya davriga ega; 5) kinetik jihatdan ular zanjirli.
Alkanlar uchun radikal almashinish reaksiyalari, alkenlar va alkinlar uchun esa radikal qoʻshilish reaksiyalari xarakterlidir.
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
CH 3 -CH=CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 -CH 2 Br
CH 3 -C≡CH + HCl → CH 3 -CH=CHCl
Erkin radikallarning bir-biri bilan bog'lanishi va zanjirning uzilishi asosan reaktor devorlarida sodir bo'ladi.
4.2 Ion reaksiyalari
U sodir bo'ladigan reaktsiyalar geterolitik bog'larning uzilishi va ion tipidagi oraliq zarrachalarning hosil bo'lishi ion reaksiyalari deyiladi.
Ion reaktsiyalari: 1) katalizatorlar ishtirokida (kislotalar yoki asoslar va yorug'lik yoki erkin radikallar, xususan, peroksidlarning parchalanishidan kelib chiqadigan) ta'sir qilmaydi; 2) erkin radikallarni tozalash vositalaridan ta'sirlanmaydi; 3) erituvchining tabiati reaksiyaning borishiga ta'sir qiladi; 4) bug 'fazasida kamdan-kam uchraydi; 5) kinetik jihatdan ular asosan birinchi yoki ikkinchi tartibli reaksiyalardir.
Molekulaga ta'sir qiluvchi reaktivning tabiatiga ko'ra ion reaktsiyalari quyidagilarga bo'linadi. elektrofil Va nukleofil. Nukleofil almashinish reaksiyalari alkil va arilgalogenidlarga xosdir.
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
elektrofil almashtirish - katalizatorlar ishtirokida alkanlar uchun
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH(CH 3)-CH 2 -CH 3
va arenalar.
C 6 H 6 + HNO 3 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
Alkenlarga elektrofil qo'shilish reaksiyalari xosdir
CH 3 -CH=CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 2 Br
va alkinlar,
CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl
nukleofil qo'shilish - alkinlar uchun.
CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C(OC 2 H 5) = CH 2
