Mehanizam reakcija. Koji su mehanizmi reakcija u organskoj hemiji? Klasifikacija hemijskih reakcija po mehanizmima

Vrste hemijskih reakcija u neorganskoj i organskoj hemiji.

1. Hemijska reakcija je proces u kojem se iz jedne tvari formiraju druge tvari. U zavisnosti od prirode procesa, razlikuju se vrste hemijskih reakcija.

1)Prema konačnom rezultatu

2) Na osnovu oslobađanja ili apsorpcije toplote

3) Na osnovu reverzibilnosti reakcije

4) Zasnovano na promjenama u oksidacijskom stanju atoma koji čine reagirajuće tvari

Prema konačnom rezultatu, reakcije su sljedeće vrste:

A) Zamjena: RH+Cl 2 →RCl+HCl

B) Pristupanje: CH 2 =CH 2 +Cl 2 →CH 2 Cl-CH 2 Cl

B) Eliminacija: CH 3 -CH 2 OH → CH 2 =CH 2 +H 2 O

D) Raspadanje: CH 4 →C+2H 2

D) Izomerizacija

E) Razmjena

G) Veze

Reakcija razgradnje je proces u kojem se iz jedne supstance formiraju dvije ili više drugih.

Reakcija razmene je proces u kojem reagirajuće supstance izmjenjuju svoje sastavne dijelove.

Reakcije supstitucije nastaju uz sudjelovanje jednostavnih i složenih tvari, uslijed čega nastaju nove jednostavne i složene tvari.

Kao rezultat složene reakcije od dvije ili više tvari nastaje jedna nova.

Na osnovu oslobađanja ili apsorpcije topline, reakcije su sljedeće vrste:

A) Egzotermna

B) Endotermni

Egzotermno - To su reakcije koje nastaju oslobađanjem topline.

Endotermna- To su reakcije koje nastaju apsorpcijom toplote iz okoline.

Na osnovu reverzibilnosti, reakcije su sljedeće vrste:

A) Reverzibilno

B) Nepovratan

Reakcije koje se odvijaju samo u jednom smjeru i završavaju potpunom transformacijom početnih reaktanata u konačne tvari nazivaju se nepovratan.

Reverzibilno Reakcije koje se istovremeno odvijaju u dva međusobno suprotna smjera nazivaju se.

Na osnovu promjena u oksidacijskom stanju atoma koji čine reagirajuće tvari, reakcije su sljedeće vrste:

A) Redox

Reakcije koje se javljaju s promjenom oksidacijskog stanja atoma (u kojima se elektroni prenose s jednog atoma, molekula ili jona na drugi) nazivaju se redoks.

2. Prema mehanizmu reakcije, reakcije se dijele na ionske i radikalne.

Jonske reakcije– interakcija između jona kao rezultat heterolitičkog pucanja hemijske veze (par elektrona ide u potpunosti u jedan od „fragmenata“).

Jonske reakcije su dvije vrste (u zavisnosti od vrste reagensa):

A) elektrofilni - tokom reakcije sa elektrofilom.

Electrophile– grupa koja ima slobodne orbitale ili centre sa smanjenom gustinom elektrona u nekim atomima (na primjer: H +, Cl - ili AlCl 3)

B) Nukleofilni - tokom interakcije sa nukleofilom

nukleofil - negativno nabijeni ion ili molekul s usamljenim elektronskim parom (trenutno nije uključen u formiranje kemijske veze).

(Primjeri: F - , Cl - , RO - , I -).

Pravi hemijski procesi se retko mogu opisati jednostavnim mehanizmima. Detaljno ispitivanje hemijskih procesa sa molekularne kinetičke tačke gledišta pokazuje da se većina njih odvija duž radikalnog lančanog mehanizma, posebnost lančanih reakcija je formiranje slobodnih radikala u međufazama (nestabilni fragmenti molekula ili atoma sa kratkim životnim vekom; , svi imaju besplatnu komunikaciju.

Procesi sagorevanja, eksplozije, oksidacije, fotohemijske reakcije i biohemijske reakcije u živim organizmima odvijaju se lančanim mehanizmom.

Lančani sistemi imaju nekoliko faza:

1) lančana nukleacija - faza lančanih reakcija, kao rezultat kojih slobodni radikali nastaju iz molekula zasićenih valentnošću.

2) nastavak lanca - faza lanca kola, koja se odvija uz održavanje ukupnog broja slobodnih faza.

3) prekid lanca - elementarna faza lanca procesa koji dovode do nestanka slobodnih veza.

Postoje razgranate i nerazgranate lančane reakcije.

Jedan od najvažnijih koncepata lanca je dužina lanca- prosječan broj elementarnih faza nastavka lanca nakon pojave slobodnog radikala do njegovog nestanka.

Primjer: Sinteza vodonik hlorida

1) CL 2 apsorbira kvantum energije i sliku radikala 2: CL 2 +hv=CL * +CL *

2) aktivna čestica se kombinuje sa m-molekulom H 2 da bi formirala hlorovodonik i aktivnu česticu H 2: CL 1 + H 2 = HCL + H *

3)CL 1 +H 2 =HCL+CL * itd.

6)H * +CL * =HCL - otvoreni krug.

Razgranati mehanizam:

F * +H 2 =HF+H * itd.

F * +H 2 =HF+H * itd.

U vodi je složenije - nastaju OH*, O* radikali i H* radikal.

Reakcije koje se javljaju pod uticajem jonizujućeg zračenja: rendgenske zrake, katodne zrake i tako dalje - nazivaju se radiohemijskim.

Kao rezultat interakcije molekula sa zračenjem, uočava se dezintegracija molekula sa stvaranjem najreaktivnijih čestica.

Takve reakcije pospješuju rekombinaciju čestica i stvaranje tvari s različitim njihovim kombinacijama.

Primjer je hidrazin N 2 H 4 - komponenta raketnog goriva. Nedavno su napravljeni pokušaji da se dobije hidrazin iz amonijaka kao rezultat izlaganja γ-zracima:

NH 3 → NH 2 * + H*

2NH 2 *→ N 2 H 4

Radiohemijske reakcije, na primjer radioliza vode, važne su za život organizama.

književnost:

1. Ahmetov, N.S. Opća i neorganska hemija / N.S. – 3. izd. – M.: Viša škola, 2000. – 743 str.

1. Korovin N.V. Opća hemija / N.V. Korovin. – M.: Viša škola, 2006. – 557 str.
2. Kuzmenko N.E. Kratki kurs hemije / N.E. Kuzmenko, V.V.Eremin, V.A. Popkov. – M.: Viša škola, 2002. – 415 str.
3. Zaitsev, O.S. Opća hemija. Struktura supstanci i hemijske reakcije / O.S. – M.: Hemija, 1990.
4. Karapetyants, M.Kh. Struktura materije / M.Kh. Karapetjanc, S.I. Drakin. – M.: Viša škola, 1981.
5. Cotton F. Osnove neorganske hemije / F. Cotton, J. Wilkinson. – M.: Mir, 1981.
6. Ugay, Ya.A. Opća i neorganska hemija / Ya.A.Ugai. – M.: Viša škola, 1997.

Mehanizmi organskih reakcija

Naziv parametra	Značenje
Tema članka:	Mehanizmi organskih reakcija
Rubrika (tematska kategorija)	Obrazovanje

Klasifikacija reakcija

Postoje četiri glavne vrste reakcija u kojima učestvuju organska jedinjenja: supstitucija (premještanje), adicija, eliminacija (eliminacija), preuređivanje.

3.1 Reakcije supstitucije

U prvoj vrsti reakcije, supstitucija se obično događa na atomu ugljika, ali supstituirani atom mora biti atom vodika ili neki drugi atom ili grupa atoma. Tokom elektrofilne supstitucije, atom vodika se najčešće zamjenjuje; Primjer je klasična aromatična zamjena:

Kod nukleofilne supstitucije najčešće se ne zamjenjuje atom vodika, već drugi atomi, na primjer:

NC - + R−Br → NC−R +BR -

3.2 Reakcije sabiranja

Reakcije adicije također mogu biti elektrofilne, nukleofilne ili radikalne ovisno o vrsti vrste koja pokreće proces. Vezanje za uobičajene dvostruke veze ugljik-ugljik obično je izazvano elektrofilom ili radikalom. Na primjer, dodavanje HBr

može početi napadom dvostruke veze od strane H+ protona ili Br· radikala.

3.3 Reakcije eliminacije

Reakcije eliminacije su u suštini obrnute od reakcija dodavanja; Najčešći tip takve reakcije je eliminacija atoma vodika i drugog atoma ili grupe iz susjednih atoma ugljika kako bi se formirali alkeni:

3.4 Reakcije preuređenja

Preuređenje se takođe može desiti kroz međuspojna jedinjenja koja su kationi, anjoni ili radikali; Najčešće se ove reakcije javljaju sa stvaranjem karbokationa ili drugih čestica s nedostatkom elektrona. Preuređenja mogu uključivati ​​značajno restrukturiranje ugljeničnog skeleta. Sam korak preraspoređivanja u takvim reakcijama često je praćen koracima supstitucije, dodavanja ili eliminacije, što dovodi do stvaranja stabilnog konačnog proizvoda.

Detaljan opis hemijske reakcije po fazama obično se naziva mehanizam. Sa elektronske tačke gledišta, mehanizam hemijske reakcije shvata se kao metoda razbijanja kovalentnih veza u molekulima i niza stanja kroz koja reagujuće supstance prolaze pre nego što postanu produkti reakcije.

4.1 Reakcije slobodnih radikala

Reakcije slobodnih radikala su hemijski procesi u kojima učestvuju molekuli sa nesparenim elektronima. Određeni aspekti reakcija slobodnih radikala su jedinstveni u poređenju s drugim vrstama reakcija. Glavna razlika je u tome što su mnoge reakcije slobodnih radikala lančane reakcije. To znači da postoji mehanizam kojim se mnogi molekuli pretvaraju u proizvod kroz proces koji se ponavlja iniciran stvaranjem jedne reaktivne vrste. Tipičan primjer je ilustrovan korištenjem sljedećeg hipotetičkog mehanizma:

Faza u kojoj nastaje intermedijer reakcije, u ovom slučaju A·, obično se naziva inicijacijom. Ova faza se javlja na visokim temperaturama, pod uticajem UV ili peroksida, u nepolarnim rastvaračima. Sljedeće četiri jednačine u ovom primjeru ponavljaju niz od dvije reakcije; predstavljaju razvojnu fazu lanca. Lančane reakcije karakteriše dužina lanca, koja odgovara broju razvojnih faza po početnoj fazi. Druga faza se odvija uz simultanu sintezu spoja i formiranje novog radikala, koji nastavlja lanac transformacija. Posljednji korak je korak prekida lanca, koji uključuje svaku reakciju u kojoj je uništen jedan od međuprodukata reakcije neophodnih za napredovanje lanca. Što je više faza završetka lanca, dužina lanca postaje kraća.

Reakcije slobodnih radikala nastaju: 1) na svetlosti, na visokim temperaturama ili u prisustvu radikala koji nastaju pri razgradnji drugih supstanci; 2) inhibirano supstancama koje lako reaguju sa slobodnim radikalima; 3) nastaju u nepolarnim rastvaračima ili u parnoj fazi; 4) često imaju autokatalitički i indukcijski period prije početka reakcije; 5) kinetički su lančani.

Reakcije radikalne supstitucije su karakteristične za alkane, a reakcije radikalne adicije su karakteristične za alkene i alkine.

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

Povezivanje slobodnih radikala međusobno i prekid lanca događa se uglavnom na zidovima reaktora.

4.2 Jonske reakcije

Reakcije u kojima se javlja heterolitički kidanje veza i formiranje međučestica jonskog tipa nazivaju se jonske reakcije.

Jonske reakcije nastaju: 1) u prisustvu katalizatora (kiseline ili baze i nisu pod uticajem svetlosti ili slobodnih radikala, posebno onih koji nastaju razgradnjom peroksida); 2) nisu pod uticajem hvatača slobodnih radikala; 3) na tok reakcije utiče priroda rastvarača; 4) retko se javljaju u parnoj fazi; 5) kinetički su to uglavnom reakcije prvog ili drugog reda.

Na osnovu prirode reagensa koji djeluje na molekulu, ionske reakcije se dijele na elektrofilna I nukleofilna. Reakcije nukleofilne supstitucije su karakteristične za alkil i aril halogenide,

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

elektrofilna supstitucija – za alkane u prisustvu katalizatora

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

i arene.

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

Reakcije elektrofilne adicije su karakteristične za alkene

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

i alkini,

CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl

nukleofilna adicija – za alkine.

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

Mehanizmi organskih reakcija - pojam i vrste. Klasifikacija i karakteristike kategorije "Mehanizmi organskih reakcija" 2017, 2018.

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

Reakcije sabiranja

Takve reakcije su tipične za organska jedinjenja koja sadrže višestruke (dvostruke ili trostruke) veze. Reakcije ovog tipa uključuju reakcije dodavanja halogena, vodikovih halogenida i vode u alkene i alkine

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

Reakcije eliminacije

To su reakcije koje dovode do stvaranja višestrukih veza. Prilikom eliminacije halogenovodonika i vode uočava se određena selektivnost reakcije, opisana Zaitsevovim pravilom, prema kojem se atom vodika eliminira iz atoma ugljika kod kojeg ima manje atoma vodika. Primjer reakcije

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

Polimerizacija i polikondenzacija

n(CH 2 =CHCl)  (-CH 2 -CHCl)n

Redox

Najintenzivnija od oksidativnih reakcija je sagorevanje, reakcija karakteristična za sve klase organskih jedinjenja. U tom slučaju, u zavisnosti od uslova sagorevanja, ugljenik se oksidira u C (čađ), CO ili CO 2, a vodonik se pretvara u vodu. Međutim, za organske hemičare, reakcije oksidacije koje se izvode u mnogo blažim uslovima od sagorevanja su od velikog interesa. Korišćeni oksidanti: rastvori Br2 u vodi ili Cl2 u CCl 4 ; KMnO 4 u vodi ili razblaženoj kiselini; bakreni oksid; svježe istaloženi srebro(I) ili bakar(II) hidroksidi.

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

Esterifikacija (i njena reverzna reakcija hidrolize)

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

Cycloaddition

Y R Y-R

‖ + ‖ → ǀ ǀ

R Y R-Y

‖ + →

11. Klasifikacija organskih reakcija po mehanizmu. Primjeri.

Mehanizam reakcije uključuje detaljan, korak po korak, opis hemijskih reakcija. Istovremeno se utvrđuje koje su kovalentne veze prekinute, kojim redosledom i na koji način. Takođe je pažljivo opisano stvaranje novih veza tokom procesa reakcije. Prilikom razmatranja mehanizma reakcije, prije svega, obratite pažnju na metodu razbijanja kovalentne veze u reakcionom molekulu. Postoje dva takva načina - homolitičke i heterolitičke.

Radikalne reakcije nastaviti homolitičkim (radikalnim) cijepanjem kovalentne veze:

Nepolarne ili niskopolarne kovalentne veze (C–C, N–N, C–H) podležu radikalnom cepanju na visokim temperaturama ili pod uticajem svetlosti. Ugljik u CH 3 radikalu ima 7 vanjskih elektrona (umjesto stabilne oktetne ljuske u CH 4). Radikali su nestabilni, oni imaju tendenciju da zarobe elektron koji nedostaje (do par ili do okteta). Jedan od načina stvaranja stabilnih proizvoda je dimerizacija (kombinacija dva radikala):

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,

N + N N : N.

Radikalne reakcije - to su, na primjer, reakcije hloriranja, bromiranja i nitriranja alkana:

Jonske reakcije nastaju sa heterolitičkim cijepanjem veze. U ovom slučaju, kratkotrajni organski ioni - karbokationi i karbanioni - s nabojem na atomu ugljika nastaju srednje. U ionskim reakcijama, vezni elektronski par se ne razdvaja, već u potpunosti prelazi na jedan od atoma, pretvarajući ga u anion:

Jako polarne (H–O, C–O) i lako polarizabilne (C–Br, C–I) veze su sklone heterolitičkom cijepanju.

Razlikovati nukleofilne reakcije (nukleofil– traženje jezgra, mesta sa nedostatkom elektrona) i elektrofilne reakcije (elektrofil– traženje elektrona). Izjava da je određena reakcija nukleofilna ili elektrofilna uvijek se odnosi na reagens. Reagens– supstanca koja učestvuje u reakciji sa jednostavnijom strukturom. Supstrat– polazna supstanca složenije strukture. Odlazna grupa je zamjenjivi ion koji je vezan za ugljik. Proizvod reakcije– nova tvar koja sadrži ugljik (napisana na desnoj strani jednačine reakcije).

TO nukleofilni reagensi(nukleofili) uključuju negativno nabijene ione, spojeve sa usamljenim parovima elektrona, spojeve sa dvostrukim vezama ugljik-ugljik. TO elektrofilni reagensi(elektrofili) uključuju pozitivno nabijene jone, spojeve sa nepopunjenim elektronskim omotačima (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), spojeve sa karbonilnim grupama, halogene. Elektrofili su svaki atom, molekula ili ion koji može dodati par elektrona u procesu formiranja nove veze. Pokretačka sila ionskih reakcija je interakcija suprotno nabijenih jona ili fragmenata različitih molekula s djelomičnim nabojem (+ i –).

Reakcije organskih supstanci mogu se formalno podijeliti u četiri glavna tipa: zamjena, dodavanje, eliminacija (eliminacija) i preuređenje (izomerizacija). Očigledno, čitav niz reakcija organskih spojeva ne može se svesti na predloženu klasifikaciju (na primjer, reakcije sagorijevanja). Međutim, takva klasifikacija će pomoći u uspostavljanju analogija s reakcijama koje se javljaju između neorganskih supstanci koje su vam već poznate.

Obično se glavni organski spoj uključen u reakciju zove supstrat, a druga komponenta reakcije se konvencionalno smatra kao reagens.

Reakcije supstitucije

Reakcije supstitucije- to su reakcije koje rezultiraju zamjenom jednog atoma ili grupe atoma u izvornom molekulu (supstratu) drugim atomima ili grupama atoma.

Reakcije supstitucije uključuju zasićena i aromatična jedinjenja kao što su alkani, cikloalkani ili areni. Navedimo primjere takvih reakcija.

Pod utjecajem svjetlosti, atomi vodika u molekuli metana mogu se zamijeniti atomima halogena, na primjer, atomima klora:

Drugi primjer zamjene vodika halogenom je konverzija benzena u bromobenzen:

Jednačina za ovu reakciju može se napisati drugačije:

Kod ovog oblika pisanja, reagensi, katalizator i uslovi reakcije su upisani iznad strelice, a neorganski produkti reakcije ispod nje.

Kao rezultat reakcija supstitucije u organskim supstancama nastaju ne jednostavne i složene supstance, kao u neorganskoj hemiji, i dva složene supstance.

Reakcije sabiranja

Reakcije sabiranja- to su reakcije uslijed kojih se dva ili više molekula reagujućih tvari spajaju u jednu.

Nezasićena jedinjenja kao što su alkeni ili alkini prolaze kroz reakcije adicije. Ovisno o tome koja molekula djeluje kao reagens, razlikuju se hidrogenacija (ili redukcija), halogenacija, hidrohalogenacija, hidratacija i druge reakcije adicije. Svaki od njih zahtijeva određene uslove.

1.Hidrogenacija- reakcija adicije molekule vodika preko višestruke veze:

2. Hidrohalogenacija- reakcija adicije halogenovodonika (hidrokloracija):

3. Halogenacija- reakcija adicije halogena:

4.Polimerizacija- posebna vrsta reakcije adicije u kojoj se molekuli tvari male molekulske mase spajaju jedni s drugima i formiraju molekule tvari vrlo velike molekularne mase - makromolekule.

Reakcije polimerizacije su procesi spajanja mnogih molekula male molekularne tvari (monomera) u velike molekule (makromolekule) polimera.

Primjer reakcije polimerizacije je proizvodnja polietilena iz etilena (etena) pod djelovanjem ultraljubičastog zračenja i inicijatora radikalne polimerizacije R.

Kovalentna veza najkarakterističnija za organska jedinjenja nastaje kada se atomske orbitale preklapaju i formiraju zajednički elektronski parovi. Kao rezultat toga, formira se orbitala zajednička za dva atoma, u kojoj se nalazi zajednički elektronski par. Kada se veza prekine, sudbina ovih zajedničkih elektrona može biti različita.

Vrste reaktivnih čestica

Orbitala s nesparenim elektronom koji pripada jednom atomu može se preklapati s orbitalom drugog atoma koji također sadrži nespareni elektron. U ovom slučaju, kovalentna veza se formira prema mehanizmu razmjene:

Mehanizam izmjene za formiranje kovalentne veze ostvaruje se ako se od nesparenih elektrona koji pripadaju različitim atomima formira zajednički elektronski par.

Proces suprotan formiranju kovalentne veze mehanizmom razmjene je cijepanje veze, u kojem se gubi jedan elektron za svaki atom (). Kao rezultat toga, formiraju se dvije nenabijene čestice koje imaju nesparene elektrone:

Takve čestice se nazivaju slobodni radikali.

Slobodni radikali- atomi ili grupe atoma koji imaju nesparene elektrone.

Reakcije slobodnih radikala- to su reakcije koje nastaju pod uticajem i uz učešće slobodnih radikala.

U toku neorganske hemije, to su reakcije vodonika sa kiseonikom, halogeni i reakcije sagorevanja. Reakcije ovog tipa karakteriziraju velika brzina i oslobađanje velike količine topline.

Kovalentna veza se može formirati i mehanizmom donor-akceptor. Jedna od orbitala atoma (ili aniona) koja ima usamljeni par elektrona preklapa se sa nezauzetom orbitalom drugog atoma (ili kationa) koji ima nezauzetu orbitalu i formira se kovalentna veza, na primjer:

Puknuće kovalentne veze dovodi do stvaranja pozitivno i negativno nabijenih čestica (); budući da u ovom slučaju oba elektrona iz zajedničkog elektronskog para ostaju s jednim od atoma, drugi atom ima neispunjenu orbitalu:

Razmotrimo elektrolitičku disocijaciju kiselina:

Lako se može pretpostaviti da će čestica koja ima usamljeni par elektrona R: -, tj. negativno nabijeni ion, biti privučena pozitivno nabijenim atomima ili atomima na kojima postoji barem djelomični ili efektivni pozitivni naboj.
Zovu se čestice sa usamljenim parovima elektrona nukleofilnih agenasa (jezgro- "nukleus", pozitivno nabijeni dio atoma), odnosno "prijatelji" jezgra, pozitivno naelektrisanje.

Nukleofili(Nu) - anjoni ili molekuli koji imaju usamljeni par elektrona koji stupaju u interakciju s dijelovima molekula koji imaju efektivno pozitivno naelektrisanje.

Primjeri nukleofila: Cl - (hloridni jon), OH - (hidroksid anjon), CH 3 O - (metoksid anjon), CH 3 COO - (acetatni anjon).

Čestice koje imaju neispunjenu orbitalu, naprotiv, težit će da je popune i stoga će biti privučene dijelovima molekula koji imaju povećanu gustoću elektrona, negativan naboj i usamljeni elektronski par. Oni su elektrofili, "prijatelji" elektrona, negativnog naboja ili čestice sa povećanom gustinom elektrona.

Elektrofili- kationi ili molekuli koji imaju nepopunjenu elektronsku orbitalu, težeći da je popune elektronima, jer to dovodi do povoljnije elektronske konfiguracije atoma.

Nijedna čestica nije elektrofil s neispunjenom orbitalom. Na primjer, katjoni alkalnih metala imaju konfiguraciju inertnih plinova i nemaju tendenciju nakupljanja elektrona, jer imaju nisku afinitet prema elektronu.
Iz ovoga možemo zaključiti da unatoč prisutnosti neispunjene orbitale, takve čestice neće biti elektrofili.

Osnovni mehanizmi reakcije

Identificirane su tri glavne vrste reagujućih čestica - slobodni radikali, elektrofili, nukleofili - i tri odgovarajuća tipa reakcionih mehanizama:

• slobodni radikali;
• elektrofilni;
• zeroofilan.

Osim klasifikacije reakcija prema vrsti reagujućih čestica, u organskoj hemiji razlikuju se četiri tipa reakcija prema principu promjene sastava molekula: dodavanje, supstitucija, odvajanje ili eliminacija (od engl. to eliminisati- ukloniti, odvojiti) i preuređivati. Budući da se adicija i supstitucija mogu dogoditi pod utjecajem sve tri vrste reaktivnih vrsta, može se razlikovati nekoliko mainmehanizama reakcija.

Osim toga, razmotrit ćemo reakcije eliminacije koje se javljaju pod utjecajem nukleofilnih čestica - baza.
6. eliminacija:

Posebnost alkena (nezasićenih ugljikovodika) je njihova sposobnost da se podvrgnu reakcijama adicije. Većina ovih reakcija odvija se mehanizmom elektrofilne adicije.

Hidrohalogenacija (dodatak halogena vodonik):

Kada se alkenu doda halogen vodonik vodonik dodaje hidrogenizovanom atom ugljika, odnosno atom kod kojeg ima više atoma vodonik, a halogen - na manje hidrogenizovan.

Klasifikacija reakcija prema broju polaznih i konačnih supstanci: 1. Dodatak 2. Eliminacija (eliminacija) 3. Zamjena

Klasifikacija reakcija prema mehanizmu prekida veze: 1. Homolitički (radikalni) radikali 2. Heterolitički (jonski) joni

Mehanizam reakcije Mehanizam je detaljan opis hemijske reakcije u fazama, navodeći međuproizvode i čestice. Shema reakcije: Mehanizam reakcije:

Klasifikacija reakcija prema vrsti reagensa 1. Radikal Radikal je hemijski aktivna čestica sa nesparenim elektronom. 2. Elektrofilni elektrofil je čestica ili molekul s nedostatkom elektrona sa atomom s nedostatkom elektrona. 3. Nukleofilni nukleofil je anjonski ili neutralni molekul koji ima atom sa usamljenim elektronskim parom.

Vrste hemijskih veza u organskim supstancama Glavni tip veze je kovalentna (rjeđe jonska) Sigma veza (σ-): Pi veza (-)

ALKANI - alifatski (masni) ugljovodonici "Aliphatos" - ulje, mast (grč.). Cn. H 2 n+2 Zasićeni ugljovodonici

Homologne serije: CH 4 - metan C 2 H 6 - etan C 3 H 8 - propan C 4 H 10 - butan C 5 H 12 - pentan itd. C 6 H 14 - heksan C 7 H 16 - heptan C 8 H 18 - oktan C 9 H 20 - nonan C 10 H 22 - dekan i C 390 H 782 - nonokontatriktan (1985.)

Atomsko-orbitalni model molekule metana U molekuli metana, atom ugljika više nema S- i P-orbitale! Njegove 4 hibridne SP 3 orbitale, jednake energije i oblika, formiraju 4 veze sa S orbitalama atoma vodika. H H 4 veze

Reakcija nitracije Konovalov Dmitrij Petrovič (1856 -1928) 1880. Prvi uspješan pokušaj oživljavanja "hemijskih mrtvih", koji su smatrani alkanima. Našao sam uslove za nitriranje alkana. Rice. Izvor: http: //images. yandex. ru.

Hemijska svojstva I. Reakcije s kidanjem C-H veza (reakcije supstitucije): 1. halogeniranje 2. nitriranje 3. sulfohloriranje II. Reakcije sa kidanjem C-C veza: 1. sagorevanje 2. pucanje 3. izomerizacija

Kako pronaći hemičara? Ako želite da nađete hemičara, pitajte šta su moljac i nejonizovani. A ako počne pričati o životinjama koje nose krzno i ​​organizaciji rada, mirno idite. Pisac naučne fantastike, popularizator nauke Isak Asimov (1920–1992) Fig. Izvor: http: //images. yandex. ru.

1. Reakcija halogeniranja Kloriranje: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Bromiranje: RH + Br 2 hv RBr + HBr Na primjer, kloriranje metana: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

Faze mehanizma slobodnih radikala Šema reakcije: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Mehanizam reakcije: I. Inicijacija lanca - faza stvaranja slobodnih radikala. Cl Cl 2 Cl radikal je aktivna čestica, pokretač reakcije. – – Bina zahteva energiju u vidu grejanja ili osvetljenja. Naredne faze se mogu odvijati u mraku, bez grijanja.

Faze mehanizma slobodnih radikala II. Lančani rast je glavna faza. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Faza može uključivati ​​nekoliko podfaza, u svakoj od kojih se formira novi radikal, ali ne i H!!! U drugoj, glavnoj fazi, glavni proizvod se nužno formira!

Faze mehanizma slobodnih radikala III. Završetak lanca – rekombinacija radikala. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Bilo koja dva radikala se kombinuju.

Selektivnost supstitucije Selektivnost – selektivnost. Regioselektivnost je selektivnost u određenom području reakcija. Na primjer, selektivnost halogeniranja: 45% 3% Zaključak? 55% 97%

Selektivnost halogeniranja zavisi od sljedećih faktora: Uslovi reakcije. Na niskim temperaturama je selektivniji. Priroda halogena. Što je halogen aktivniji, to je reakcija manje selektivna. F 2 reaguje veoma energično, uništavanjem C-C veza. I 2 ne reaguje sa alkanima pod ovim uslovima. Struktura alkana.

Utjecaj strukture alkana na selektivnost supstitucije. Ako su atomi ugljika u alkanu nejednaki, tada se zamjena za svaki od njih događa različitom brzinom. Relativno brzina supstitucijske reakcije Primarni. H atom Sekundarni atom H Tert. Hloriranje atoma 1 3, 9 5, 1 bromiranje 1 82 1600 Zaključak?

Za uklanjanje tercijalnog atoma vodika potrebno je manje energije nego za uklanjanje sekundarnog i primarnog! Alkanska formula Rezultat homolize ED, kJ/mol CH 4 CH 3 + H 435 CH 3 - CH 3 C 2 H 5 + H 410 CH 3 CH 2 CH 3 (CH 3)2 CH + H 395 (CH 3)3 CH (CH 3)3 C + H 377

Smjer reakcija Svaka reakcija se odvija pretežno u smjeru stvaranja stabilnije međučestice!

Međučestica u radikalnim reakcijama je slobodni radikal. Najstabilniji radikal se najlakše formira! Serija stabilnosti radikala: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Alkilne grupe ispoljavaju efekat doniranja elektrona, zbog čega stabilizuju radikal

Reakcija sulfohloracije Šema reakcije: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Mehanizam reakcije: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl, itd. .d 3. 2 Cl Cl 2 itd.

Konovalova reakcija D.P. Nitracija po Konovalovu se odvija djelovanjem razrijeđene dušične kiseline na temperaturi od 140 o. C. Shema reakcije: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O

Mehanizam Konovalove reakcije HNO 3 N 2 O 4 1. N 2 O 4 2 NO 2 2. RH + NO 2 R + HNO 2 R + HNO 3 RNO 2 + OH RH + OH R + H 2 O itd. 3 .Prekid strujnog kola.

Alkeni su nezasićeni ugljovodonici sa jednom vezom C=C, Cn. H 2 n S=S – funkcionalna grupa alkena

Hemijska svojstva alkena Opšte karakteristike Alkeni su reaktivna klasa jedinjenja. Oni prolaze kroz brojne reakcije, od kojih se većina događa prekidom slabije pi veze. E C-C (σ-) ~ 350 KJ/mol E C=C (-) ~ 260 KJ/mol

Karakteristične reakcije Adicija je najkarakterističnija vrsta reakcije. Dvostruka veza je donor elektrona, pa ima tendenciju da dodaje: E - elektrofile, katjone ili radikale

Primjeri reakcija elektrofilne adicije 1. Dodavanje halogena – Ne dodaju se svi halogeni, već samo hlor i brom! – Polarizacija neutralnog molekula halogena može nastati pod dejstvom polarnog rastvarača ili pod dejstvom dvostruke veze alkena. Crveno-smeđi rastvor broma postaje bezbojan

Reakcije elektrofilnog dodavanja se javljaju na sobnoj temperaturi i ne zahtijevaju osvjetljenje. Mehanizam je jonski. Shema reakcije: XY = Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O

Sigma kompleks je karbokation - čestica s pozitivnim nabojem na atomu ugljika. Ako su u reakcionom mediju prisutni i drugi anioni, oni se također mogu pridružiti karbokationu.

Na primjer, dodavanje broma otopljenog u vodi. Ova kvalitativna reakcija na dvostruku vezu C=C javlja se promjenom boje otopine broma i formiranjem dva proizvoda:

Dodatak nesimetričnim alkenima Regioselektivnost adicije! Markovnikovo pravilo (1869): kiseline i voda se dodaju nesimetričnim alkenima na način da se vodonik dodaje hidrogenizovanijem atomu ugljenika.

Markovnikov Vladimir Vasiljevič (1837 - 1904) Diplomirao na Kazanskom univerzitetu. Od 1869. - profesor na odsjeku za hemiju. Osnivač naučne škole. Rice. Izvor: http: //images. yandex. ru.

Objašnjenje Markovnikovljevog pravila Reakcija se odvija kroz formiranje najstabilnije međučestice - karbokationa. primarni sekundarni, stabilniji

Niz stabilnosti karbokatjona: tercijarni sekundarni primarni metil Markovnikovo pravilo u modernoj formulaciji: dodavanje protona alkenu se dešava sa formiranjem stabilnijeg karbokationa.

Anti-Markovnikov adicija CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Formalno, reakcija je protiv Markovnikovog pravila. CF 3 – supstituent za povlačenje elektrona Ostala sredstva za povlačenje elektrona: NO 2, SO 3 H, COOH, halogeni itd.

Anti-Markovnikov adicija je stabilniji nestabilni CF 3 – akceptor elektrona, destabilizuje karbokation. Reakcija je samo formalno protiv Markovnikovog pravila. U stvari, on ga poštuje, jer prolazi kroz stabilniji karbokat.

Kharash peroksidni efekat X CH 3 -CH=CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR Mehanizam slobodnih radikala: 1. H 2 O 2 2 OH + HBr H 2 O + Br 2 CH 3 -CH=CH 2 + Br CH 3 -CH -CH 2 Br stabilniji radikal CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br, itd. 3. Bilo koja dva radikala se kombinuju između vas. .

Elektrofilna adicija 3. Hidratacija - dodavanje vode - Reakcija se odvija u prisustvu kiselih katalizatora, najčešće sumporne kiseline. – Reakcija se pokorava Markovnikovom pravilu. Jeftin način za dobijanje alkohola

Tokom ispita akademik Ivan Aleksejevič Kablukov traži od studenta da kaže kako se vodonik proizvodi u laboratoriji. „Od žive“, odgovara on. „Kako to misliš „napravljen od žive“? ! Obično kažu “od cinka”, ali od žive je nešto originalno. Napišite reakciju." Učenik piše: Hg = H + g I kaže: „Živa se zagreva; raspada se na H i g. H je vodonik, lagan je i stoga odleti, ali g je ubrzanje gravitacije, teško, ostaje.” „Za takav odgovor treba dati peticu“, kaže Kablukov. - Hajde da uzmemo knjigu rekorda. Samo ću prvo zagrijati i "peticu". “Tri” odleti, ali “dva” ostaje.”

Dva hemičara u laboratoriji: - Vasja, stavi ruku u ovu čašu. - Ispustio sam ga. - Osećaš li nešto? - Ne. - Dakle, u drugoj čaši ima sumporne kiseline.

Aromatični ugljovodonici Aromatični – mirisni? ? Aromatična jedinjenja su benzen i supstance koje po hemijskom ponašanju podsećaju na njega!