Mecanismul reacțiilor. Care sunt mecanismele de reacție în chimia organică? Clasificarea reacțiilor chimice după mecanisme

Tipuri de reacții chimice în chimia anorganică și organică.

1. O reacție chimică este un proces în care alte substanțe se formează dintr-o substanță. În funcție de natura procesului, se disting tipuri de reacții chimice.

1) Conform rezultatului final

2) Pe baza degajării sau absorbției de căldură

3) Pe baza reversibilității reacției

4) Pe baza modificărilor stării de oxidare a atomilor care alcătuiesc substanțele care reacţionează

Conform rezultatului final, reacțiile sunt de următoarele tipuri:

A) Înlocuire: RH+Cl2 →RCl+HCl

B) Aderare: CH2 =CH2+Cl2 →CH2Cl-CH2Cl

B) Eliminare: CH3-CH2OH → CH2=CH2+H2O

D) Descompunere: CH4 →C+2H2

D) Izomerizare

E) Schimb

G) Conexiuni

Reacția de descompunere este un proces în care se formează alte două sau mai multe dintr-o substanță.

Reacția de schimb este un proces în care substanţele care reacţionează îşi schimbă părţile constitutive.

Reacții de substituție apar cu participarea unor substanțe simple și complexe, în urma cărora se formează noi substanțe simple și complexe.

Ca urmare reacții compuse din două sau mai multe substanţe se formează una nouă.

Pe baza eliberării sau absorbției de căldură, reacțiile sunt de următoarele tipuri:

A) exotermic

B) Endotermic

exotermic - Acestea sunt reacții care apar odată cu degajarea de căldură.

Endotermic- Acestea sunt reacții care apar odată cu absorbția căldurii din mediu.

Pe baza reversibilității, reacțiile sunt de următoarele tipuri:

A) Reversibilă

B) ireversibilă

Se numesc reacțiile care au loc într-o singură direcție și se termină cu conversia completă a reactanților inițiali în substanțele finale ireversibil.

Reversibil Reacțiile care apar simultan în două direcții reciproc opuse se numesc.

Pe baza modificărilor stării de oxidare a atomilor care alcătuiesc substanțele care reacţionează, reacțiile sunt de următoarele tipuri:

A) Redox

Reacțiile care apar cu modificarea stării de oxidare a atomilor (în care electronii se transferă de la un atom, moleculă sau ion la altul) se numesc redox.

2. După mecanismul de reacție, reacțiile sunt împărțite în ionice și radicale.

Reacții ionice– interacțiunea dintre ioni ca urmare a rupturii heterolitice a unei legături chimice (o pereche de electroni merge în întregime la unul dintre „fragmente”).

Reacțiile ionice sunt de două tipuri (în funcție de tipul de reactiv):

A) electrofil - în timpul unei reacții cu un electrofil.

Electrofil– un grup care are orbitali liberi sau centri cu densitate electronică redusă la unii atomi (de exemplu: H +, Cl - sau AlCl 3)

B) Nucleofil - în timpul interacțiunii cu un nucleofil

nucleofil - un ion sau o moleculă încărcată negativ cu o pereche de electroni singuratică (nu este implicată în prezent în formarea unei legături chimice).

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

Procesele chimice reale pot fi descrise doar rar prin mecanisme simple. O examinare detaliată a proceselor chimice din punct de vedere cinetic molecular arată că cele mai multe dintre ele se desfășoară de-a lungul unui mecanism în lanț radical, particularitatea reacțiilor în lanț este formarea de radicali liberi în stadii intermediare (fragmente instabile de molecule sau atomi cu o durată de viață scurtă; , toate au comunicații gratuite.

Procesele de ardere, explozie, oxidare, reacții fotochimice și reacții biochimice în organismele vii au loc printr-un mecanism în lanț.

Sistemele în lanț au mai multe etape:

1) nuclearea în lanț - etapa reacțiilor în lanț, ca urmare a căreia radicalii liberi apar din moleculele saturate cu valență.

2) continuarea lanțului - treapta lanțului de circuit, procedând cu menținerea numărului total de trepte libere.

3) ruptura de lanț - etapa elementară a unui lanț de procese care duc la dispariția legăturilor libere.

Există reacții în lanț ramificate și neramificate.

Unul dintre cele mai importante concepte ale lanțului este Lungimea lanțului- numărul mediu de etape elementare de continuare a lanțului după apariția unui radical liber până la dispariția acestuia.

Exemplu: Sinteza clorurii de hidrogen

1) CL 2 absoarbe o cantitate de energie și imaginea radicalului 2: CL 2 +hv=CL * +CL *

2) particula activă se combină cu molecula m H2 pentru a forma acid clorhidric și particula activă H2: CL 1 + H 2 = HCL + H *

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

6)H * +CL * =HCL - circuit deschis.

Mecanism ramificat:

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

În apă este mai complicat - se formează radicalii OH*, O* și radicalul H*.

Reacții care apar sub influența radiațiilor ionizante: raze X, raze catodice și așa mai departe - se numesc radiochimic.

Ca urmare a interacțiunii moleculelor cu radiația, se observă dezintegrarea moleculelor cu formarea celor mai reactive particule.

Astfel de reacții favorizează recombinarea particulelor și formarea de substanțe cu diferite combinații ale acestora.

Un exemplu este hidrazina N 2 H 4 - o componentă a combustibilului pentru rachete. Recent, s-au făcut încercări de a obține hidrazină din amoniac ca urmare a expunerii la razele γ:

NH 3 → NH 2 * + H*

2NH2 *→ N2H4

Reacțiile radiochimice, de exemplu radioliza apei, sunt importante pentru viața organismelor.

Literatură:

1. Akhmetov, N.S. Chimie generală și anorganică / N.S. Akhmetov. – ed. a 3-a. – M.: Şcoala superioară, 2000. – 743 p.

Korovin N.V. Chimie generală / N.V. Korovin. – M.: Liceu, 2006. – 557 p.
Kuzmenko N.E. Curs scurt de chimie / N.E. Kuzmenko, V.V. Eremin, V.A. Popkov. – M.: Liceu, 2002. – 415 p.
Zaitsev, O.S. Chimie generală. Structura substanțelor și reacții chimice / O.S. – M.: Chimie, 1990.
Karapetyants, M.Kh. Structura materiei / M.Kh. Karapetyants, S.I. Drakin. – M.: Liceu, 1981.
Cotton F. Fundamentals of anorganic chemistry / F. Cotton, J. Wilkinson. – M.: Mir, 1981.
Ugay, Ya.A. Chimie generală și anorganică / Ya.A.Ugai. – M.: Liceu, 1997.

Mecanisme ale reacțiilor organice

Numele parametrului	Sens
Subiect articol:	Mecanisme ale reacțiilor organice
Rubrica (categoria tematica)	Educaţie

Clasificarea reacțiilor

Există patru tipuri principale de reacții la care participă compușii organici: substituție (deplasare), adăugare, eliminare (eliminare), rearanjamente.

3.1 Reacții de substituție

În primul tip de reacție, substituția are loc de obicei la un atom de carbon, dar atomul substituit trebuie să fie un atom de hidrogen sau un alt atom sau grup de atomi. În timpul substituției electrofile, atomul de hidrogen este cel mai adesea înlocuit; Un exemplu este substituția aromatică clasică:

Cu substituția nucleofilă, nu atomul de hidrogen este cel mai adesea înlocuit, ci alți atomi, de exemplu:

NC - + R−Br → NC−R +BR -

3.2 Reacții de adiție

Reacțiile de adiție pot fi, de asemenea, electrofile, nucleofile sau radicale în funcție de tipul de specie care inițiază procesul. Atașarea la duble legături obișnuite carbon-carbon este de obicei indusă de un electrofil sau radical. De exemplu, adăugarea de HBr

poate începe cu un atac al dublei legături de către protonul H+ sau radicalul Br·.

3.3 Reacții de eliminare

Reacțiile de eliminare sunt, în esență, inversul reacțiilor de adiție; Cel mai comun tip de astfel de reacție este eliminarea unui atom de hidrogen și a unui alt atom sau grup din atomii de carbon vecini pentru a forma alchene:

3.4 Reacții de rearanjare

Rearanjamentele pot apărea și prin compuși intermediari care sunt cationi, anioni sau radicali; Cel mai adesea, aceste reacții apar cu formarea de carbocationi sau alte particule cu deficit de electroni. Rearanjamentele pot implica o restructurare semnificativă a scheletului de carbon. Etapa de rearanjare în sine în astfel de reacții este adesea urmată de etape de substituție, adăugare sau eliminare, conducând la formarea unui produs final stabil.

O descriere detaliată a unei reacții chimice pe etape este de obicei numită mecanism. Din punct de vedere electronic, mecanismul unei reacții chimice este înțeles ca metoda de rupere a legăturilor covalente din molecule și succesiunea stărilor prin care trec substanțele care reacţionează înainte de a deveni produse de reacţie.

4.1 Reacții cu radicali liberi

Reacțiile radicalilor liberi sunt procese chimice la care iau parte molecule cu electroni nepereche. Anumite aspecte ale reacțiilor cu radicali liberi sunt unice în comparație cu alte tipuri de reacții. Principala diferență este că multe reacții ale radicalilor liberi sunt reacții în lanț. Aceasta înseamnă că există un mecanism prin care multe molecule sunt convertite într-un produs printr-un proces repetat inițiat prin crearea unei singure specii reactive. Un exemplu tipic este ilustrat folosind următorul mecanism ipotetic:

Etapa în care este generată intermediarul de reacție, în acest caz A·, se numește de obicei inițiere. Această etapă are loc la temperaturi ridicate, sub influența UV sau a peroxizilor, în solvenți nepolari. Următoarele patru ecuații din acest exemplu repetă secvența a două reacții; ele reprezintă faza de dezvoltare a lanţului. Reacțiile în lanț sunt caracterizate de lungimea lanțului, care corespunde numărului de etape de dezvoltare per stadiu de inițiere. A doua etapă are loc cu sinteza simultană a compusului și formarea unui nou radical, care continuă lanțul de transformări. Ultima etapă este etapa de terminare a lanțului, care implică orice reacție în care unul dintre intermediarii de reacție necesari progresiei lanțului este distrus. Cu cât sunt mai multe etape de terminare a lanțului, cu atât lungimea lanțului devine mai scurtă.

Reacțiile cu radicali liberi apar: 1) la lumină, la temperaturi ridicate sau în prezența radicalilor care se formează în timpul descompunerii altor substanțe; 2) inhibat de substante care reactioneaza usor cu radicalii liberi; 3) apar în solvenți nepolari sau în faza de vapori; 4) au adesea o perioadă autocatalitică și de inducție înainte de începerea reacției; 5) cinetic sunt în lanț.

Reacțiile de substituție radicală sunt caracteristice alcanilor, iar reacțiile de adiție radicală sunt caracteristice alchenelor și alchinelor.

CH4 + CI2 → CH3CI + HCI

CH3-CH=CH2 + HBr → CH3-CH2-CH2Br

CH3-C≡CH + HCI → CH3-CH=CHCI

Legătura radicalilor liberi între ei și terminarea lanțului are loc în principal pe pereții reactorului.

4.2 Reacții ionice

Reacții în care apare heterolitic ruperea legăturilor și formarea particulelor intermediare de tip ionic se numesc reacții ionice.

Reacțiile ionice apar: 1) în prezența catalizatorilor (acizi sau baze și nu sunt afectate de lumină sau radicali liberi, în special cei care decurg din descompunerea peroxizilor); 2) nu sunt afectate de captatorii de radicali liberi; 3) natura solventului influențează cursul reacției; 4) apar rar în faza de vapori; 5)cinetic sunt în principal reacții de ordinul întâi sau de ordinul doi.

Pe baza naturii reactivului care acționează asupra moleculei, reacțiile ionice sunt împărțite în electrofilăȘi nucleofil. Reacțiile de substituție nucleofilă sunt caracteristice halogenurilor de alchil și arii,

CH3CI + H20 → CH3OH + HCI

C6H5-CI + H20 → C6H5-OH + HCI

C2H5OH + HCI → C2H5CI + H2O

C2H5NH2 + CH3CI → CH3-NH-C2H5 + HCI

substituție electrofilă – pentru alcani în prezența catalizatorilor

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH(CH3)-CH2-CH3

și arene.

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

Reacțiile de adiție electrofile sunt caracteristice alchenelor

CH3-CH=CH2 + Br2 → CH3-CHBr-CH2Br

și alchine,

CH≡CH + CI2 → CHCI=CHCI

adiție nucleofilă – pentru alchine.

CH3-C≡CH + C2H5OH + NaOH → CH3-C(OC2H5) = CH2

Mecanisme ale reacțiilor organice - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Mecanisme ale reacțiilor organice” 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

Reacții de adaos

Astfel de reacții sunt tipice pentru compușii organici care conțin legături multiple (duble sau triple). Reacțiile de acest tip includ reacții de adăugare de halogeni, halogenuri de hidrogen și apă la alchene și alchine

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

Reacții de eliminare

Acestea sunt reacții care duc la formarea de legături multiple. La eliminarea halogenurilor de hidrogen și a apei se observă o anumită selectivitate a reacției, descrisă de regula lui Zaitsev, conform căreia un atom de hidrogen este eliminat din atomul de carbon la care există mai puțini atomi de hidrogen. Exemplu de reacție

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

Polimerizare și policondensare

n(CH 2 =CHCl)  (-CH 2 -CHCl)n

Redox

Cea mai intensă dintre reacțiile oxidative este arderea, o reacție caracteristică tuturor claselor de compuși organici. În acest caz, în funcție de condițiile de ardere, carbonul este oxidat în C (funingine), CO sau CO 2, iar hidrogenul este transformat în apă. Cu toate acestea, pentru chimiștii organici, reacțiile de oxidare efectuate în condiții mult mai blânde decât arderea sunt de mare interes. Agenți oxidanți utilizați: soluții de Br2 în apă sau Cl2 în CCl 4 ; KMnO4 în apă sau acid diluat; oxid de cupru; hidroxizi de argint (I) sau cupru (II) proaspăt precipitați.

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

Esterificare (și reacția sa de hidroliză inversă)

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

Cicloadiția

Y R Y-R

‖ + ‖ → ǀ ǀ

R Y R-Y

‖ + →

11. Clasificarea reacțiilor organice după mecanism. Exemple.

Mecanismul de reacție implică o descriere detaliată pas cu pas a reacțiilor chimice. În același timp, se stabilește ce legături covalente sunt rupte, în ce ordine și în ce fel. Formarea de noi legături în timpul procesului de reacție este de asemenea descrisă cu atenție. Când luați în considerare mecanismul de reacție, în primul rând, acordați atenție metodei de rupere a legăturii covalente din molecula care reacţionează. Există două astfel de moduri - homolitic și heterolitic.

Reacții radicale se procedează prin scindarea homolitică (radicală) a unei legături covalente:

Legăturile covalente nepolare sau cu polar scăzut (C–C, N–N, C–H) suferă clivaj radical la temperaturi ridicate sau sub influența luminii. Carbonul din radicalul CH 3 are 7 electroni exteriori (în loc de un înveliș octet stabil în CH 4). Radicalii sunt instabili; au tendința de a capta electronul lipsă (până la o pereche sau până la un octet). Una dintre modalitățile de a forma produse stabile este dimerizarea (combinația a doi radicali):

CH3 + CH3CH3 : CH 3,

N + N N : N.

Reacții radicale - acestea sunt, de exemplu, reacțiile de clorurare, bromurare și nitrare a alcanilor:

Reacții ionice apar cu clivajul legăturii heterolitice. În acest caz, se formează intermediar ionii organici de scurtă durată - carbocationi și carbanioni - cu sarcină pe atomul de carbon. În reacțiile ionice, perechea de electroni de legătură nu este separată, ci trece în întregime la unul dintre atomi, transformându-l într-un anion:

Legăturile puternic polare (H–O, C–O) și ușor polarizabile (C–Br, C–I) sunt predispuse la clivaj heterolitic.

Distinge reacții nucleofile (nucleofil– căutând nucleul, un loc cu lipsă de electroni) și reacții electrofile (electrofil– cautarea electronilor). Afirmația că o anumită reacție este nucleofilă sau electrofilă se referă întotdeauna la reactiv. Reactiv– o substanță care participă la reacție cu o structură mai simplă. Substratul– o substanță inițială cu o structură mai complexă. Grup ieșitor este un ion înlocuibil care a fost legat de carbon. Produs de reacție– substanță nouă care conține carbon (scrisă în partea dreaptă a ecuației reacției).

LA reactivi nucleofili(nucleofilii) includ ioni încărcați negativ, compuși cu perechi singure de electroni, compuși cu legături duble carbon-carbon. LA reactivi electrofili(electrofilii) includ ioni încărcați pozitiv, compuși cu învelișuri de electroni neumplute (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), compuși cu grupări carbonil, halogeni. Electrofilii sunt orice atom, moleculă sau ion capabil să adauge o pereche de electroni în procesul de formare a unei noi legături. Forța motrice a reacțiilor ionice este interacțiunea ionilor încărcați opus sau a fragmentelor de molecule diferite cu o sarcină parțială (+ și –).

Reacțiile substanțelor organice pot fi împărțite oficial în patru tipuri principale: substituție, adăugare, eliminare (eliminare) și rearanjare (izomerizare). Este evident că întreaga varietate de reacții ale compușilor organici nu poate fi redusă la clasificarea propusă (de exemplu, reacții de ardere). Cu toate acestea, o astfel de clasificare va ajuta la stabilirea analogiilor cu reacțiile care apar între substanțele anorganice care vă sunt deja familiare.

De obicei, principalul compus organic implicat în reacție este numit substrat, iar cealaltă componentă de reacție este considerată în mod convențional ca reactiv.

Reacții de substituție

Reacții de substituție- sunt reactii care au ca rezultat inlocuirea unui atom sau grup de atomi din molecula (substrat) originala cu alti atomi sau grupe de atomi.

Reacțiile de substituție implică compuși saturați și aromatici precum alcanii, cicloalcanii sau arenele. Să dăm exemple de astfel de reacții.

Sub influența luminii, atomii de hidrogen dintr-o moleculă de metan pot fi înlocuiți cu atomi de halogen, de exemplu, cu atomi de clor:

Un alt exemplu de înlocuire a hidrogenului cu halogen este conversia benzenului în bromobenzen:

Ecuația pentru această reacție poate fi scrisă diferit:

Cu această formă de scriere, reactivii, catalizatorul și condițiile de reacție sunt scrise deasupra săgeții, iar produșii anorganici de reacție sunt înscriși sub ea.

Ca urmare a reacțiilor substituțiile în substanțe organice se formează nu simple și complexe substanțe, ca în chimia anorganică, și două substanțe complexe.

Reacții de adaos

Reacții de adaos- acestea sunt reacții în urma cărora două sau mai multe molecule de substanțe care reacţionează se combină într-una singură.

Compușii nesaturați, cum ar fi alchenele sau alchinele, suferă reacții de adiție. În funcție de moleculă care acționează ca reactiv, se disting hidrogenarea (sau reducerea), halogenarea, hidrohalogenarea, hidratarea și alte reacții de adiție. Fiecare dintre ele necesită anumite condiții.

1.Hidrogenare- reacția de adăugare a unei molecule de hidrogen printr-o legătură multiplă:

2. Hidrohalogenare- reacție de adiție cu halogenură de hidrogen (clorurare):

3. Halogenare- reacție de adiție cu halogen:

4.Polimerizare- un tip special de reacție de adiție în care moleculele unei substanțe cu o greutate moleculară mică se combină între ele pentru a forma molecule ale unei substanțe cu o greutate moleculară foarte mare - macromolecule.

Reacțiile de polimerizare sunt procese de combinare a multor molecule dintr-o substanță cu greutate moleculară mică (monomer) în molecule mari (macromolecule) ale unui polimer.

Un exemplu de reacție de polimerizare este producerea de polietilenă din etilenă (etenă) sub acțiunea radiației ultraviolete și a unui inițiator de polimerizare radicalică R.

Legătura covalentă cea mai caracteristică compușilor organici se formează atunci când orbitalii atomici se suprapun și se formează perechi de electroni partajați. Ca urmare a acestui fapt, se formează un orbital comun celor doi atomi, în care se află o pereche de electroni comună. Când o legătură este ruptă, soarta acestor electroni împărtășiți poate fi diferită.

Tipuri de particule reactive

Un orbital cu un electron nepereche aparținând unui atom se poate suprapune cu un orbital al altui atom care conține și un electron nepereche. În acest caz, se formează o legătură covalentă conform mecanismului de schimb:

Mecanismul de schimb pentru formarea unei legături covalente se realizează dacă o pereche de electroni comună este formată din electroni nepereche aparținând unor atomi diferiți.

Procesul opus formării unei legături covalente prin mecanismul de schimb este clivajul legăturii, în care se pierde câte un electron pentru fiecare atom (). Ca urmare a acestui fapt, se formează două particule neîncărcate, având electroni nepereche:

Astfel de particule se numesc radicali liberi.

Radicalii liberi- atomi sau grupuri de atomi care au electroni nepereche.

Reacții cu radicali liberi- acestea sunt reacții care apar sub influența și cu participarea radicalilor liberi.

În cursul chimiei anorganice, acestea sunt reacțiile hidrogenului cu oxigenul, halogenii și reacțiile de ardere. Reacțiile de acest tip se caracterizează prin viteză mare și degajare de cantități mari de căldură.

O legătură covalentă poate fi formată și printr-un mecanism donor-acceptor. Unul dintre orbitalii unui atom (sau anion) care are o pereche de electroni singuratică se suprapune cu orbitalul neocupat al altui atom (sau cation) care are un orbital neocupat și se formează o legătură covalentă, de exemplu:

Ruperea unei legături covalente duce la formarea de particule încărcate pozitiv și negativ (); deoarece în acest caz ambii electroni dintr-o pereche de electroni comună rămân cu unul dintre atomi, celălalt atom are un orbital neumplut:

Să luăm în considerare disocierea electrolitică a acizilor:

Se poate ghici cu ușurință că o particulă având o pereche de electroni R: -, adică un ion încărcat negativ, va fi atrasă de atomi încărcați pozitiv sau de atomi pe care există cel puțin o sarcină pozitivă parțială sau efectivă.
Se numesc particulele cu perechi de electroni singure agenţi nucleofili (nucleu- „nucleu”, o parte încărcată pozitiv a unui atom), adică „prieteni” nucleului, o sarcină pozitivă.

Nucleofili(Nu) - anioni sau molecule care au o pereche singură de electroni care interacționează cu părți ale moleculelor care au o sarcină pozitivă eficientă.

Exemple de nucleofili: Cl - (ion clorură), OH - (anion hidroxid), CH 3 O - (anion metoxid), CH 3 COO - (anion acetat).

Particulele care au un orbital neumplut, dimpotrivă, vor tinde să-l umple și, prin urmare, vor fi atrase de părți ale moleculelor care au o densitate de electroni crescută, o sarcină negativă și o pereche de electroni singuratică. Sunt electrofili, „prieteni” electronului, sarcină negativă sau particule cu densitate de electroni crescută.

Electrofili- cationi sau molecule care au un orbital de electroni neumplut, tinzând să-l umple cu electroni, deoarece aceasta duce la o configurație electronică mai favorabilă a atomului.

Nicio particulă nu este un electrofil cu un orbital neumplut. De exemplu, cationii metalelor alcaline au configurația gazelor inerte și nu au tendința de a dobândi electroni, deoarece au un nivel scăzut. afinitate electronică.
Din aceasta putem concluziona că, în ciuda prezenței unui orbital neumplut, astfel de particule nu vor fi electrofile.

Mecanisme de reacție de bază

Au fost identificate trei tipuri principale de particule care reacţionează - radicali liberi, electrofili, nucleofili - şi trei tipuri corespunzătoare de mecanisme de reacţie:

radical liber;
electrofil;
zeroofilă.

Pe lângă clasificarea reacțiilor în funcție de tipul de particule care reacţionează, în chimia organică se disting patru tipuri de reacții după principiul modificării compoziției moleculelor: adăugare, substituție, detașare sau eliminare (din engleză. la înlătura- îndepărtați, despărțiți) și rearanjamente. Deoarece adăugarea și substituția pot avea loc sub influența tuturor celor trei tipuri de specii reactive, se pot distinge mai multe principalmecanismele reacțiilor.

În plus, vom lua în considerare reacțiile de eliminare care apar sub influența particulelor nucleofile - baze.
6. Eliminare:

O caracteristică distinctivă a alchenelor (hidrocarburi nesaturate) este capacitatea lor de a suferi reacții de adiție. Majoritatea acestor reacții au loc prin mecanismul de adiție electrofilă.

Hidrohalogenare (adăugarea de halogen hidrogen):

Când o halogenură de hidrogen este adăugată la o alchenă hidrogenul se adaugă celui mai hidrogenat atomul de carbon, adică atomul la care există mai mulți atomi hidrogen și halogen - până la mai puțin hidrogenat.

Clasificarea reacțiilor După numărul de substanțe inițiale și finale: 1. Adăugarea 2. Eliminarea (eliminarea) 3. Înlocuirea

Clasificarea reacțiilor După mecanismul de rupere a legăturii: 1. Radicali homolitici (radicali) 2. Ioni heterolitici (ionici)

Mecanismul de reacție Mecanismul este o descriere detaliată a unei reacții chimice în etape, indicând produse intermediare și particule. Schema de reactie: Mecanismul de reactie:

Clasificarea reacțiilor după tipul de reactivi 1. Radicalul Un radical este o particulă activă chimic cu un electron nepereche. 2. Electrofilul Electrofil este o particulă sau o moleculă cu deficit de electroni cu un atom deficient de electroni. 3. Nucleofil Nucleofil este un anion sau moleculă neutră având un atom cu o pereche de electroni singuratică.

Tipuri de legături chimice în substanțele organice Tipul principal de legătură este covalent (ionică mai puțin comună) Legătura Sigma (σ-): Legătura Pi (-)

ALCANI - hidrocarburi alifatice (grase) „Aliphatos” - ulei, grăsime (greacă). Cn. H 2 n+2 Hidrocarburi saturate

Serii omoloage: CH 4 - metan C 2 H 6 - etan C 3 H 8 - propan C 4 H 10 - butan C 5 H 12 - pentan etc. C 6 H 14 - hexan C 7 H 16 - heptan C 8 H 18 - octan C 9 H 20 - nonan C 10 H 22 - decan și C 390 H 782 - nonocontatrictan (1985)

Modelul atomo-orbital al moleculei de metan În molecula de metan, atomul de carbon nu mai are orbitali S- și P! Cei 4 orbitali hibrizi SP 3, egali ca energie și formă, formează 4 legături cu orbitalii S ai atomului de hidrogen. legături H H 4

Reacția de nitrare Konovalov Dmitri Petrovici (1856 -1928) 1880. Prima încercare reușită de a resuscita „morții chimici”, care erau considerați alcani. Am găsit condițiile pentru nitrarea alcanilor. Orez. Sursa: http://images. yandex. ru.

Proprietăţi chimice I. Reacţii cu ruperea legăturilor C-H (reacţii de substituţie): 1. halogenare 2. nitrare 3. sulfoclorurare II. Reacții cu ruperea legăturilor C-C: 1. ardere 2. fisurare 3. izomerizare

Cum să găsești un chimist? Dacă vrei să găsești un chimist, întreabă ce sunt moliile și neionizate. Și dacă începe să vorbească despre animalele purtătoare de blană și despre organizarea muncii, plecați calm. Scriitor de science fiction, popularizator al științei Isaac Asimov (1920–1992) Fig. Sursa: http://images. yandex. ru.

1. Reacția de halogenare Clorinare: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Bromurare: RH + Br 2 hv RBr + HBr De exemplu, clorurarea metanului: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

Etapele mecanismului radicalilor liberi Schema de reacție: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Mecanismul de reacție: I. Inițierea în lanț - etapa de generare a radicalilor liberi. Cl Cl 2 Cl Radicalul este o particulă activă, inițiatoarea unei reacții. – – Scena necesită energie sub formă de încălzire sau iluminare. Etapele ulterioare pot avea loc pe întuneric, fără încălzire.

Etapele mecanismului radicalilor liberi II. Creșterea lanțului este etapa principală. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Etapa poate include mai multe substadii, la fiecare dintre care se formează un nou radical, dar nu H!!! La etapa II, etapa principală, produsul principal se formează neapărat!

Etapele mecanismului radicalilor liberi III. Terminarea lanțului – recombinarea radicalilor. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Oricare doi radicali se combină.

Selectivitatea substituirii Selectivitate – selectivitate. Regioselectivitatea este selectivitatea într-o anumită zonă de reacții. De exemplu, selectivitatea halogenării: 45% 3% Concluzie? 55% 97%

Selectivitatea halogenării depinde de următorii factori: Condiții de reacție. La temperaturi scăzute este mai selectiv. Natura halogenului. Cu cât halogenul este mai activ, cu atât reacția este mai puțin selectivă. F 2 reacţionează foarte energic, cu distrugerea legăturilor C-C. I 2 nu reacţionează cu alcanii în aceste condiţii. Structura alcanilor.

Influența structurii alcanilor asupra selectivității substituției. Dacă atomii de carbon dintr-un alcan sunt inegali, atunci înlocuirea fiecăruia dintre ei are loc cu o rată diferită. Relativ viteza de reacție de substituție Primară. Atom de H Secundar atomul H Tert. clorurare atom de H 1 3, 9 5, 1 bromurare 1 82 1600 Concluzie?

Pentru a elimina un atom terțiar de hidrogen necesită mai puțină energie decât pentru a elimina unul secundar și unul primar! Formula alcanului Rezultat omolizei 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 (CH3)3C + H 377

Direcția reacțiilor Orice reacție are loc predominant în direcția formării unei particule intermediare mai stabile!

Particula intermediară în reacțiile radicalice este un radical liber. Cel mai stabil radical se formează cel mai ușor! Serii de stabilitate a radicalilor: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Grupările alchil prezintă un efect donator de electroni, datorită căruia stabilizează radicalul

Reacția de sulfoclorurare Schema de reacție: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Mecanismul de reacție: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl etc. .d 3. 2 Cl 2 etc.

Reacția lui Konovalov D.P Nitrarea conform lui Konovalov se realizează prin acțiunea acidului azotic diluat la o temperatură de 140 o. C. Schema de reacție: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O

Mecanismul de reacție Konovalov 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 etc. 3 .Circuit pauză.

Alchenele sunt hidrocarburi nesaturate cu o legătură C=C, Cn. H 2 n С=С – grupa functionala a alchenelor

Proprietățile chimice ale alchenelor Caracteristici generale Alchenele sunt o clasă reactivă de compuși. Ele suferă numeroase reacții, dintre care majoritatea apar prin ruperea legăturii pi mai slabe. E C-C (σ-) ~ 350 KJ/mol E C=C (-) ~ 260 KJ/mol

Reacții caracteristice Adunarea este cel mai caracteristic tip de reacție. Legătura dublă este un donor de electroni, deci tinde să adauge: E - electrofili, cationi sau radicali

Exemple de reacții de adiție electrofile 1. Adăugarea de halogeni – Nu adaugă toți halogenii, ci doar clor și brom! – Polarizarea unei molecule neutre de halogen poate avea loc sub acțiunea unui solvent polar sau sub acțiunea dublei legături a unei alchene. Soluția de brom roșu-maro devine incoloră

Adiție electrofilă Reacțiile apar la temperatura camerei și nu necesită iluminare. Mecanismul este ionic. Schema de reacție: XY = Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O

Complexul sigma este un carbocation - o particulă cu sarcină pozitivă pe atomul de carbon. Dacă în mediul de reacție sunt prezenți alți anioni, aceștia se pot alătura și carbocationului.

De exemplu, adăugarea de brom dizolvat în apă. Această reacție calitativă la legătura dublă C=C are loc cu decolorarea soluției de brom și formarea a doi produși:

Adăugarea la alchene nesimetrice Regioselectivitatea adunării! Regula lui Markovnikov (1869): acizii și apa se adaugă la alchenele nesimetrice în așa fel încât hidrogenul se adaugă la atomul de carbon mai hidrogenat.

Markovnikov Vladimir Vasilievici (1837 - 1904) Absolvent al Universității din Kazan. Din 1869 - profesor la catedra de chimie. Fondatorul unei școli științifice. Orez. Sursa: http://images. yandex. ru.

Explicația regulii lui Markovnikov Reacția are loc prin formarea celei mai stabile particule intermediare - un carbocation. primar secundar, mai stabil

Seria de stabilitate a carbocationilor: regula metilului primar terțiar secundar Markovnikov în formularea modernă: adăugarea unui proton la o alchenă are loc cu formarea unui carbocation mai stabil.

Adiție anti-Markovnikov CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Formal, reacția este împotriva regulii Markovnikov. CF 3 – substituent atrăgător de electroni Alți agenți atrăgător de electroni: NO 2, SO 3 H, COOH, halogeni etc.

Adăugarea anti-Markovnikov mai stabilă instabilă CF 3 – acceptor de electroni, destabilizaază carbocationul Reacția contravine doar formal regulii Markovnikov. De fapt, se supune acestuia, deoarece trece printr-un carbocation mai stabil.

Efectul peroxidului Kharash X CH 3 -CH=CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR Mecanismul radicalilor liberi: 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 radical mai stabil CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br, etc. 3. Oricare doi radicali se combină între voi. .

Adăugarea electrofilă 3. Hidratarea - adăugarea apei - Reacția are loc în prezența catalizatorilor acizi, cel mai adesea acid sulfuric. – Reacția se supune regulii lui Markovnikov. Mod ieftin de a obține alcool

În timpul examenului, academicianul Ivan Alekseevich Kablukov îi cere studentului să spună cum se produce hidrogenul în laborator. „De la mercur”, răspunde el. „Cum vrei să spui „făcut din mercur”? ! Se spune de obicei „făcut din zinc”, dar fabricat din mercur este ceva original. Scrieți o reacție.” Elevul scrie: Hg = H + g Și spune: „Mercurul se încălzește; se descompune în H și g. H este hidrogen, este ușor și, prin urmare, zboară, dar g este accelerația gravitației, grele, rămâne.” „Pentru un astfel de răspuns ar trebui să dai un A”, spune Kablukov. - Să luăm un carnet de recorduri. Mai întâi voi încălzi și „cinci”. „Trei” zboară, dar „doi” rămâne.”