Kémiai reakciók mechanizmusai a szerves kémiában. A kémiai reakciók típusai a szerves kémiában - Tudáshipermarket

>> Kémia: A kémiai reakciók típusai a szerves kémiában

A szerves anyagok reakciói formálisan négy fő típusra oszthatók: szubsztitúció, addíció, elimináció (elimináció) és átrendeződés (izomerizáció). Nyilvánvaló, hogy a szerves vegyületek reakcióinak sokfélesége nem redukálható a javasolt osztályozás keretébe (például égési reakciók). Ez a besorolás azonban segít analógiák kialakításában a szervetlen anyagok között végbemenő reakciók osztályozásával, amelyek már ismertek a szervetlen kémia során.

A reakcióban részt vevő fő szerves vegyületet általában szubsztrátumnak nevezik, a reakció másik komponensét pedig feltételesen reagensnek tekintik.

Szubsztitúciós reakciók

Azokat a reakciókat, amelyek eredményeképpen az eredeti molekulában (szubsztrátumban) egy atom vagy atomcsoport más atomokkal vagy atomcsoportokkal helyettesítődik, szubsztitúciós reakcióknak nevezzük.

A szubsztitúciós reakciók telített és aromás vegyületeket, például alkánokat, cikloalkánokat vagy aréneket foglalnak magukban.

Mondjunk példákat ilyen reakciókra.

Az óra tartalma óra összefoglalója támogatási keret óra bemutató gyorsító módszerek interaktív technológiák Gyakorlat feladatok és gyakorlatok önvizsgálat műhelyek, tréningek, esetek, küldetések házi feladat megbeszélés kérdések szónoki kérdések a tanulóktól Illusztrációk audio, videoklippek és multimédia fényképek, képek grafika, táblázatok, sémák humor, anekdoták, viccek, képregények példázatok, mondások, keresztrejtvények, idézetek Kiegészítők absztraktokat cikkek chipek érdeklődő csaló lapok tankönyvek alapvető és kiegészítő kifejezések szószedete egyéb Tankönyvek és leckék javításaa tankönyv hibáinak javítása a tankönyvi töredék frissítése innováció elemei a leckében az elavult ismeretek újakkal való helyettesítése T csak tanároknak tökéletes leckék naptári terv évre a vitaprogram módszertani ajánlásai Integrált leckék 4. ELŐADÁS
Osztályozás és
mechanizmusok
szerves reakciók

Terv
4.1. Szerves besorolás
reakciók
4.2. A reagensek osztályozása
4.3 Reakciók
(SR)
radikális
csere
4.4 Elektrofil addíciós reakciók (AE)

4.1 Szerves reakciók osztályozása

4.1 Osztályozás
szerves reakciók
felé
molekularitás szerint
S szubsztitúciós reakciók
Addíciós reakciók A
Eliminációs reakciók
E
Molekuláris
átrendezések
Monomolekuláris
Bimolekuláris
Trimolekuláris

A kötések felszakításának és kialakításának módja szerint

Heterolitikus
(ión)
* elektrofil
* nukleofil
Homolitikus
(radikális)
Molekuláris

A kémiai kötések felszakításának sémája

A:B
+
NÁL NÉL:
.
.
DE
A:B
heterolitikus
A: B
g ohm lytic
A + B
örülök ikala
+
+ V:
DE
e kapcsolódó ionok

A kémiai kötések kialakulásának sémája

+
DE
.
+ V:
A + B
.
DE
NÁL NÉL
heterolitikus
DE
NÁL NÉL
homolitikus.

heterolitikus reakciók
ionosnak nevezik, mert
kísérik őket
szerves képződését
ionok áramlanak be
szerves oldószerek
Homolitikus reakciók
túlnyomórészt beáramlik
gázfázis

Heterolitikus reakciók
függőség az elektronikustól
a támadó részecske természete
nukleofilekre osztva (szimbólum
N) és elektrofil (E szimbólum).
Ugyanakkor konvencionálisan feltételezik
az egyik kölcsönhatásban lévő részecskék
reagens és a másik szubsztrát
amelyre a reagens hat

A szubsztrát olyan molekula, amely
szénatomot biztosít
új kapcsolat kialakítása
a reakció típusa (nukleofil
vagy elektrofil) a reagens jellege határozza meg

Reagens egyedül
elektronpár,
interakcióba lépve
szubsztrát, amely rendelkezik
elektronok hiánya
"nukleofilnek" nevezik
(szeretni, a magot keresni), ill
nukleofil reakciók

Elektronikus hiányos reagens,
interakcióba lépve
egy szubsztrát elektronfelesleggel
hívott
„elektrofil” és
elektrofil reakció

Nukleofil és
elektrofil reakciók mindig
összekapcsolt
kísérő reakciók
egyidejű
(konszenzusos) szakadék és
kötést hívják
molekuláris (szinkron,
egyetért)

dién szintézis

CH 2
HC
CH 2
+
HC
CH 2
CH 2
Cyclog exen

4.2. A reagensek osztályozása

4.2. A reagensek osztályozása
Nukleofil reagensekhez
olyan molekulákat tartalmaznak, amelyek tartalmaznak
egy vagy több megosztott
elektronpárok; ionokat, amelyek hordozzák
negatív töltés (anionok);
központú molekulák
megnövekedett sűrűség

Nukleofil reagensek

semleges molekulák,
magányos párokkal
elektronok:
..
..
..
..
NH3; R-NH2; R2 - NH; R3N;
..
H2O;
..
..
R-OH;
..
..
;
R-O
R
..
anionok:
OH-; CN-; NH2-; RCOO-; RS-; Cl-;
Br-; ÉN-; HSO3-;

Nukleofil reagensek

kapcsolatok,
központokat tartalmazó
megnövekedett elektronsűrűség:
C
C
;
C
C
;

Elektrofil reagensek

semleges molekulák,
üres pályával rendelkezik:
SO3, Lewis-savak (AlCl3,
SnCl4, FeBr3, BF3)
kationok: proton (H+), ionok
fémek (Men+), SO3H+, NO2+, NO+

molekulák,
amelynek
központok
val vel
csökkentett elektronsűrűség:
szénhidrogének halogén származékai Rδ+-
Halδ-, halogének (Cl2, Br2, I2), vegyületek -val
karbonilcsoport:
R
C
O
;
H
R
C
O
;
R1
R
C
O
; R
Ó
C
O
;
VAGY

A szerves kémiai reakciókban
általában ben zajlik
több szakaszból, pl. val vel
intermedier képződése
rövid életű részecskék
(köztes termékek): karbokationok,
karbanionok, gyökök

Karbokationok – pozitívak
töltött részecskék, atom
szén csapágy pozitív
a töltés sp2-ben van -
hibridizáció.
Szénatom felvétellel
pozitív töltésváltozások
annak vegyértékállapota sp3-tól ig
sp2, ami energetikailag több
jövedelmező.

Fontos jellemző
a karbokáció az övék
fenntarthatóság, amely
foka határozza meg
delokalizáció
pozitív töltés

Karbokation stabilitás
sorba esik:
harmadlagos
C atom
>
másodlagos
C atom
>
elsődleges
C atom

Karbokation stabilitás

+
CH3 CH3
m etilium
kation
+
CH2
etilium
kation
CH3
CH3
+
CH
izopropil
kation
CH3
CH3
FOKOZOTT STABILITÁS
+
C
CH3
tercbutylium
kation

Karbanionok - negatív
töltött részecskék, töltés
ami a bennük való jelenlétnek köszönhető
a C atom szerkezete egy magányos
elektronikus pár. Ugyanakkor az atom
széncsapágy negatív
töltés, lehet sp2-ben és
sp3 hibridizációban

A karbanionok stabilitása attól függ
a negatív delokalizációjának mértéke
töltés a szénatomon. mint ő
magasabb, annál nagyobb a stabilitásuk és a
csökkentik reaktivitásukat.
A legstabilabb ciklikus
karbanionok, amelyek szerkezetében
van egy közös π-elektron
sűrűség, beleértve
4n+2 π-elektron

ciklopentadienil-anion

Szabad gyökök – bármilyen
elektromosan semleges aktív
részecskét tartalmazó
egyelektronos pálya.
A szabad gyökök képesek
részecskéket kell hozzárendelni,
párosítatlan elektront tartalmaz
nemcsak a szénatomon (C ), hanem
és más atomokon: R2N·; RO

4.3. Radikális helyettesítési reakciók (SR)

4.3. A radikális reakciói
helyettesítés (SR)
Az SR reakciók jellemzőek
vegyületek alifás és
aliciklikus sorozat. hogyan
szabály szerint folynak
lánc mechanizmus, a fő
melynek szakaszai a következők:
beindítás, fejlődés (növekedés
lánc) és nyitott áramkör.

A kezdeti szakaszban
szabad gyökök keletkeznek
láncot indítani
folyamat
A szabad gyökök képesek
hő hatására fordulnak elő
vagy fotokémiai
beavatás, valamint
OB reakciók eredményeként

Radikális helyettesítési reakciók (SR)

R-H+A-A
szubsztrát
reagens
h
R-A+HA
termék
reakciók

reakció mechanizmus
radikális szubsztitúció (SR)
1. Beavatás
A-A
h
.
2A

2. Láncfejlesztés

.
A
.
+R-H
R+A-A
.
R
+AH
R-A+
.
A

3. Nyitott áramkör
.
R
.
A
.
A
+
.
R
R-R
+
.
R
R-A
+
.
A
A-A

A H atomnak a szénatomról való könnyûsége a szénhidrogének sorába esik

CH3
CH3
H3C
C
CH3
H>H3C
C
H
H
H
H>H3C
C
H
H > H
C
H
H

A bróm gyökök (Br˙) rendelkeznek
nagy szelektivitás: ha
molekulának van egy másodlagos, és
különösen a tercier szénatom,
akkor a brómozás túlnyomórészt
felsőfokra megy (középfokú)
szénatom. Ilyen reakciók
regioszelektívnek nevezik
(hely szerint válogatva
cselekvések) reakciók

Alkánok brómozása (regioszelektív reakciók)

H3C
CH
H
CH3 + Br2
h
H3C
CH
CH3 + HBr
Br
2-bróm-propán

reakció mechanizmus
alkánok brómozása
1. Beavatás
Br2
h
.
2Br

2. Láncfejlesztés
.
Br + H3C
CH
CH3
H3C
.
CH
CH3 + HBr
H
Br2 + H3C
.
CH
CH3
H3C
CH
Br
.
CH3 + Br

3. Nyitott áramkör
.
.
H3C
CH3 + Br
CH
H3C
CH
CH3
Br
.
Br
H3C
.
Br2
+Br
.
.
CH+H3C
CH
CH3
CH3
H3C
CH
CH
CH3
CH3
2,3-dim etil-bután
CH3

4.4. Elektrofil addíciós reakciók

Elektrofil addíció (AE)
a telítetlen rendszerekre jellemző,
kettős vagy hármas kötéseket tartalmaz.
Ezek nukleofil jellege
vegyületek a π-kötés jelenléte miatt,
amely olyan területet
megnövekedett elektronsűrűség,
polarizálható és könnyen
alatt lebomlik
elektrofil reagensek

AE reakció mechanizmusa

+ X
C=C
szubsztrát
Y
reagens
x
C
+
C
-összetett
+Y
C=C
x
Y
-összetett
x
C
C
Y

Halogénezés

H
H
C=C
H
+Br
Br
H
H
C=C
H
H
Br
Br
CH2
H2C
+
Br
ónium-bróm
kation
+Br
H2C
CH2
Br
1,2-d ibróm-etán
H
Br

hidrogénezés
H
C=C
+H2
t, Kt
C
C
H
Hidrohalogénezés
Cl
C=C
+ HCl
C
H
C

Hidratáció
Ó
C=C
+HOH
H
+
C
H
C

Markovnikov szabálya:
interakció közben
HX típusú reagensekkel
aszimmetrikus
alkének, hidrogén
csatlakozik
a legtöbb
hidrogénezett Vladimir
Markovnyikov
szénatom
(1837 – 1904)

Alkének hidrohalogénezése
Morkovnikov uralma
CH3CH = CH2 + HCl
CH3
CH
Cl
2-klór-propán
CH3

reakció mechanizmus
hidrohalogénezés
CH3
CH3
+
+
CH
CH3
CH2
+
CH2
CH = CH2 + H
CH3
CH3
CH
Cl
CH3
+Cl
-

Alkén-hidratációs reakcióvázlat

A hidratációs reakció vázlata
alkének
+
H2C = CH2 + H2O
H
H3C
CH2
Ó
etanol

Hidratációs reakciómechanizmus
alkének
..
+
+HOH
..
+
H C = CH + H
H C CH
2
2
H3C
3
CH2
+
O
H
+
-H
Visszatérés
katalizátor
H
Oxónium kation
2
H3C
CH2
Ó

klasszikus szabály
Markovnikova tökéletes
csak a
alkének, azok esetében
származékokra van szükség
vegye figyelembe a mechanizmust
reakciók és stabilitás
képződött intermedierek

Telítetlen karbonsavak hidratációs reakciómechanizmusa Morkovnikov uralma ellen

R
R
CH=CH
+
CH
O
CH2
C
Ó
+
+ H
C
O
Ó
R
CH2
+
CH
C
O
Ó

..
HOH
..
O
R
CH
+
O
H
H
CH2
C
O
R
-H+
CH
CH2
C
Ó visszatérés
katalizátor
Ó
Ó
-hidroxisav

Ez a fajta hidratálás be
A vivo a folyamat része
A telítetlenek β-oxidációja
zsírsavak a szervezetben

Kapcsolódó rendszerek
(alkadiének)
termodinamikailag leginkább
stabil, olyan gyakran
megtalálhatók a természetben.
Az AE reakciói ilyen diénekekkel
folytassa a kettő kialakításával
Termékek
1,4-es és 1,2-es csatlakozókkal

AE reakciók az alkadién sorozatban

1, 4
H2C=CH
CH = CH2 + HCl
H3C
CH=CH
CH2Cl
1-klór-butén-2
1, 2
H3C
CH
Cl
3-klór-butén-1
CH=CH2

AE reakciók az alkadién sorozatban Reakciómechanizmus

+
H3C
H2C=CH
CH=CH2+H+
H3C Hidratációs reakció mechanizmusa
acetilén származékok
H3C
C
+
CH+H
H3C
+
C=CH2
..
+HOH
..

Hidratációs reakciómechanizmus
acetilén származékok
H3C
C=CH2
+
O
H
-H+
H3C
C=CH2
Ó
H

A reakciók osztályozása a kiindulási és végső anyagok száma szerint: 1. Csatlakozás 2. Elimináció (elimináció) 3. Helyettesítés

A reakciók osztályozása a kötésbontás mechanizmusa szerint: 1. Homolitikus (gyök) gyökök 2. Heterolitikus (ionos) ionok

Reakciómechanizmus Mechanizmus - egy kémiai reakció részletes leírása szakaszonként, feltüntetve a közbenső termékeket és részecskéket. Reakcióséma: Reakciómechanizmus:

A reakciók osztályozása a reagensek típusa szerint 1. Gyök A gyök kémiailag aktív részecske párosítatlan elektronnal. 2. Elektrofil Az elektrofil olyan elektronhiányos részecske vagy molekula, amelynek elektronhiányos atomja van. 3. Nukleofil A nukleofil egy anion vagy semleges molekula, amelynek egy atomja meg nem osztott elektronpárral rendelkezik.

A kémiai kötések típusai szerves anyagokban A kötések fő típusa kovalens (kevésbé elterjedt az ionos) Szigma kötés (σ-): Pi kötés (-)

ALKÁN - alifás (zsíros) szénhidrogének "Alifatos" - olaj, zsír (görög). Cn. H 2 n+2 Határérték, telített szénhidrogének

Homológ sorozat: CH 4 - metán C 2 H 6 - etán C 3 H 8 - propán C 4 H 10 - bután C 5 H 12 - pentán stb. C 6 H 14 - hexán C 7 H 16 - heptán C 8 H 18 - oktán C 9 H 20 - nonán C 10 H 22 - dekán és C 390 H 782 - nem kontaktikán (1985)

A metánmolekula atompályamodellje A metánmolekulában a szénatomnak már nincs S- és P-pályája! 4 hibrid SP 3 pályája, amelyek energiájukban és alakjukban egyenértékűek, 4 kötést alkotnak a hidrogénatom S pályáival. H H 4 -kötések

Nitrálási reakció Konovalov Dmitrij Petrovics (1856-1928) 1880. Az első sikeres kísérlet a "kémiai halottak" felélesztésére, amelyeket alkánoknak tekintettek. Megtalálta az alkánok nitrálásának feltételeit. Rizs. Forrás: http://images. yandex. ru.

Kémiai tulajdonságok I. Reakciók C-H kötések felhasadásával (szubsztitúciós reakciók): 1. halogénezés 2. nitrálás 3. szulfoklórozás II. Reakciók a C-C kötések felszakadásával: 1. égés 2. repedés 3. izomerizáció

Hogyan lehet vegyészt találni? Ha vegyészt szeretne találni, kérdezze meg, mi az a vakond és mi a nem ionizált. És ha a prémes állatokról és a munkaszervezésről kezd beszélni, nyugodtan távozzon. Szépirodalmi író, a tudomány népszerűsítője Isaac Asimov (1920–1992) Fig. Forrás: http://images. yandex. ru.

1. Halogénezési reakció Klórozás: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Brómozás: RH + Br 2 hv RBr + HBr Például metán klórozás: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

A szabadgyök-mechanizmus szakaszai Reakcióséma: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Reakciómechanizmus: I. Lánckezdés - a szabad gyökök keletkezésének szakasza. Cl Cl 2 Cl A gyök aktív részecske, a reakció iniciátora. – – A színpad energiát igényel fűtés vagy világítás formájában. A következő lépések sötétben, melegítés nélkül folytathatók.

A szabadgyökös mechanizmus szakaszai II. A lánc növekedése a fő szakasz. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl A szakasz több részszakaszból is állhat, amelyek mindegyike új gyököt alkot, de nem H !!! A II-ben, a fő színpadon szükségszerűen kialakul a fő termék!

A szabadgyökös mechanizmus szakaszai III. A láncvégződés a gyökök rekombinációja. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Bármely két gyök egyesül.

A helyettesítés szelektivitása Szelektivitás - szelektivitás. Regioszelektivitás - szelektivitás a reakciók egy bizonyos területén. Például halogénezési szelektivitás: 45% 3% Következtetés? 55% 97%

A halogénezés szelektivitása a következő tényezőktől függ: Reakciókörülmények. Alacsony hőmérsékleten szelektívebb. a halogén természete. Minél aktívabb a halogén, annál kevésbé szelektív a reakció. Az F 2 nagyon hevesen reagál, a C-C kötések megsemmisülésével. Az I2 ilyen körülmények között nem lép reakcióba alkánokkal. Az alkán szerkezete.

Az alkánszerkezet hatása a szubsztitúciós szelektivitásra. Ha az alkán szénatomjai nem egyenlőek, akkor mindegyikük helyettesítése eltérő sebességgel megy végbe. Viszonylag. helyettesítési reakció sebessége atom H Másodlagos atom H tert. H atom klórozás 1 3, 9 5, 1 brómozás 1 82 1600 Következtetés?

Egy tercier hidrogénatom leválása kevesebb energiát igényel, mint egy szekunder és primer leválás! Alkánképlet A homolízis eredménye ED, k. J / 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) 3CH(CH3)3C+H 377

A reakciók iránya Bármely reakció túlnyomórészt egy stabilabb köztes részecske képződésének irányában megy végbe!

A gyökös reakciók közbenső részecske a szabad gyök. A legstabilabb gyök keletkezik a legkönnyebben! Gyök stabilitási sorozat: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Az alkilcsoportok elektrondonor hatást fejtenek ki, aminek köszönhetően stabilizálják a gyököt

Szulfoklórozási reakció Reakcióvázlat: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Reakciómechanizmus: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl stb 3 2 Cl Cl 2 stb.

D. P. Konovalov reakciója A Konovalov szerinti nitrálást híg salétromsavval 140 o-os hőmérsékleten végezzük. C. Reakcióvázlat: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O

A Konovalov-reakció mechanizmusa 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 stb. 3. Nyitott áramkör.

Az alkének telítetlen szénhidrogének, amelyek egy C=C Cn kötéssel rendelkeznek. H 2 n C \u003d C - alkének funkciós csoportja

Az alkének kémiai tulajdonságai Általános jellemzők Az alkének a vegyületek reaktív osztályát alkotják. Számos reakcióba lépnek, amelyek többsége egy kevésbé erős pi-kötés megszakadásának köszönhető. Е С-С (σ-) ~ 350 KJ/mol Е С=С (-) ~ 260 KJ/mol

Jellemző reakciók Az addíció a reakciók legjellemzőbb típusa. A kettős kötés elektrondonor, ezért hajlamos hozzáadni: E - elektrofilek, kationok vagy gyökök

Példák elektrofil addíciós reakciókra 1. Halogének hozzáadása - Nem minden halogént adunk hozzá, csak klórt és brómot! – A semleges halogénmolekula polarizációja történhet poláris oldószer hatására vagy alkén kettős kötésének hatására. A bróm vörösesbarna oldata színtelenné válik

Elektrofil addíció A reakciók szobahőmérsékleten mennek végbe, és nem igényelnek megvilágítást. Ionos mechanizmus. Reakcióséma: XY \u003d Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O

A szigma-komplex egy karbokation - a szénatomon pozitív töltésű részecske. Ha más anionok is jelen vannak a reakcióközegben, ezek is kapcsolódhatnak a karbokationhoz.

Például vízben oldott bróm hozzáadása. Ez a kettős C=C kötés kvalitatív reakciója a brómos oldat elszíneződésével és két termék képződésével megy végbe:

Addíció aszimmetrikus alkénekhez Az addíció regioszelektivitása! Markovnikov szabálya (1869): savakat és vizet adnak az aszimmetrikus alkénekhez oly módon, hogy a hidrogént a hidrogénezettebb szénatomhoz adják.

Markovnikov Vlagyimir Vasziljevics (1837-1904) A kazanyi egyetemen végzett. 1869-től a Kémiai Tanszék professzora. A tudományos iskola alapítója. Rizs. Forrás: http://images. yandex. ru.

A Markovnikov-szabály magyarázata A reakció a legstabilabb köztes részecske, a karbokáció képződésén keresztül megy végbe. elsődleges másodlagos, stabilabb

Karbokation stabilitási sorozat: tercier szekunder primer metil Markovnikov szabálya a modern összetételben: egy proton hozzáadása egy alkénhez stabilabb karbokation képződésével történik.

Anti-Markovnikov addíció CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Formálisan a reakció ellentétes Markovnikov szabályával. CF 3 - elektronszívó szubsztituens Egyéb elektronszívó szerek: NO 2, SO 3 H, COOH, halogének stb.

Anti-Markovnikov addíció stabilabb instabil CF 3 - elektronakceptor, destabilizálja a karbokációt A reakció csak formálisan mond ellent Markovnikov szabályának. Valójában engedelmeskedik, mivel stabilabb karbokáción megy keresztül.

Kíméletlen peroxid hatás X CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X \u003d O 2, H 2 O 2, ROOR Szabad gyökök mechanizmusa: 1. H 2 O 2 2 OH + HBr H 2 O + Br 2. CH 3 -CH \u003d CH 2 + Br CH 3 -CH -CH 2 Br a CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br stb. stabilabb gyök. 3. Bármilyen két gyök kapcsolódik egymáshoz.

Elektrofil addíció 3. Hidratálás - víz hozzáadása - A reakció savkatalizátorok jelenlétében megy végbe, leggyakrabban kénsav. A reakció engedelmeskedik Markovnikov szabályának. Olcsó módja az alkohol beszerzésének

A vizsgán Ivan Alekseevich Kablukov akadémikus arra kéri a hallgatót, hogy mondja el, hogyan nyerik a hidrogént a laboratóriumban. – Merkúr – válaszolja. „Hogy van „higanytól”? ! Általában azt mondják, hogy "cinkből", de higanyból - ez valami eredeti. Írj reakciót. A tanuló ezt írja: Hg \u003d H + g És azt mondja: „A higanyt felmelegítik; H-ra és g-re bomlik. H hidrogén, könnyű, ezért elrepül, g pedig a gravitáció gyorsulása, nehéz, marad. „Egy ilyen válaszhoz meg kell adni az „ötöt” – mondja Kablukov. - Jegyezzük fel. Csak az "öt" én is bemelegítem először. "Három" elrepül, és "kettő" marad.

Két vegyész a laboratóriumban: - Vasya, tedd a kezed ebbe a pohárba. - Elejtettem. - Érzel valamit? - Nem. - Tehát kénsavat egy másik pohárba.

Aromás szénhidrogének Aromás - illatos? ? Az aromás vegyületek a benzol és olyan anyagok, amelyek kémiai viselkedésükben hasonlítanak rá!

Számos szubsztitúciós reakció nyitja meg az utat számos olyan vegyület előállításához, amelyek gazdaságosan alkalmazhatók. A vegytudományban és az iparban óriási szerepet kap az elektrofil és nukleofil szubsztitúció. A szerves szintézis során ezeknek a folyamatoknak számos olyan jellemzője van, amelyeket figyelembe kell venni.

különféle kémiai jelenségek. Szubsztitúciós reakciók

Az anyagok átalakulásával kapcsolatos kémiai változásokat számos jellemző különbözteti meg. A végeredmények, a termikus hatások eltérőek lehetnek; egyes folyamatok a végére mennek, másokban az anyagok változása gyakran az oxidáció mértékének növekedésével vagy csökkenésével jár együtt. A kémiai jelenségek végeredmény szerinti osztályozása során figyelmet fordítanak a reaktánsok és a termékek közötti minőségi és mennyiségi különbségekre. Ezen jellemzők szerint 7 féle kémiai átalakulás különböztethető meg, beleértve a szubsztitúciót is, a következő sémát követve: A-B + C A-C + B. A kémiai jelenségek egész osztályának egyszerűsített feljegyzése azt a képet ad, hogy a kiindulási anyagok között van egy ún. "Olyan részecske, amely egy atomot, iont vagy funkciós csoportot helyettesít egy reagensben. A helyettesítési reakció jellemző a korlátozó és

A szubsztitúciós reakciók kettős csere formájában történhetnek: A-B + C-E A-C + B-E. Az egyik alfaj például a réz vassal történő kiszorítása réz-szulfát oldatból: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. Az atomok, ionok vagy funkciós csoportok „támadó” részecskeként működhetnek

Helyettesítő homolitikus (gyök, SR)

A kovalens kötések megszakítására szolgáló radikális mechanizmus révén a különböző elemekben közös elektronpár arányosan oszlik el a molekula "töredékei" között. Szabad gyökök képződnek. Ezek instabil részecskék, amelyek stabilizálódása a későbbi átalakulások eredményeként következik be. Például, ha metánból etánt nyernek, szabad gyökök jelennek meg, amelyek részt vesznek a szubsztitúciós reakcióban: CH 4 CH 3. + .H; CH 3. + .CH3 → C2H5; H. + .H → H2. Az adott helyettesítési mechanizmus szerinti homolitikus kötésszakadás lánc jellegű. A metánban a H atomok egymás után klórral helyettesíthetők. A brómmal való reakció hasonlóan megy végbe, de a jód nem képes közvetlenül helyettesíteni a hidrogént az alkánokban, a fluor túl hevesen reagál velük.

Heterolitikus hasítási módszer

A szubsztitúciós reakciók ionos mechanizmusa révén az elektronok egyenetlenül oszlanak el az újonnan képződött részecskék között. A kötő elektronpár teljesen az egyik "töredékhez" megy, leggyakrabban ahhoz a kötéspartnerhez, amely felé a poláris molekulában a negatív sűrűség eltolódott. A szubsztitúciós reakciók közé tartozik a CH 3 OH metil-alkohol képződése. A bróm-metán CH3Br-ben a molekula hasítása heterolitikus, a töltött részecskék stabilak. A metil pozitív töltést, a bróm negatív töltést kap: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; CH 3 + + OH - → CH 3OH; Na + + Br - ↔ NaBr.

Elektrofilek és nukleofilek

Azokat a részecskéket, amelyekből hiányoznak az elektronok és képesek elfogadni azokat, „elektrofileknek” nevezzük. Ide tartoznak a halogén-alkánokban halogénatomokhoz kapcsolódó szénatomok. A nukleofilek elektronsűrűsége megnövekedett, kovalens kötés létrehozása során "adományoznak" egy elektronpárt. A szubsztitúciós reakciókban a negatív töltésekben gazdag nukleofileket megtámadják az elektronhiányos elektrofilek. Ez a jelenség egy atom vagy más részecske – a távozó csoport – elmozdulásával jár. A szubsztitúciós reakció másik típusa az elektrofil nukleofil támadása. Néha nehéz különbséget tenni két folyamat között, a szubsztitúciót egyik vagy másik típushoz rendelni, mivel nehéz pontosan meghatározni, hogy a molekulák közül melyik a szubsztrát és melyik a reagens. Általában ilyen esetekben a következő tényezőket veszik figyelembe:

• a távozó csoport jellege;
• nukleofil reaktivitás;
• az oldószer jellege;
• az alkilrész szerkezete.

Szubsztitúciós nukleofil (SN)

A szerves molekulában történő kölcsönhatás során a polarizáció növekedése figyelhető meg. Az egyenletekben a részleges pozitív vagy negatív töltést a görög ábécé betűivel jelöljük. A kötés polarizációja lehetővé teszi szakadásának természetének és a molekula "töredékeinek" további viselkedésének megítélését. Például a jód-metán szénatomja részlegesen pozitív töltésű, és elektrofil központ. Vonzza a vízdipólnak azt a részét, ahol az elektronfelesleggel rendelkező oxigén található. Amikor egy elektrofil kölcsönhatásba lép egy nukleofil reagenssel, metanol képződik: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. A nukleofil szubsztitúciós reakciók egy negatív töltésű ion vagy olyan molekula részvételével mennek végbe, amelynek szabad elektronpárja van, és amely nem vesz részt a kémiai kötés létrehozásában. A jód-metán aktív részvétele az SN 2 reakciókban a nukleofil támadásokra való nyitottságával és a jód mobilitásával magyarázható.

Elektrofil szubsztitúció (SE)

Egy szerves molekula tartalmazhat nukleofil centrumot, amelyet az elektronsűrűség feleslege jellemez. Reagál elektrofil reagenssel, amely nem tartalmaz negatív töltéseket. Ilyen részecskék lehetnek szabad pályával rendelkező atomok, alacsony elektronsűrűségű területekkel rendelkező molekulák. A „-” töltésű szénben kölcsönhatásba lép a vízdipólus pozitív részével - hidrogénnel: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Ennek az elektrofil szubsztitúciós reakciónak a terméke a metán. A heterolitikus reakciókban a szerves molekulák ellentétes töltésű centrumai kölcsönhatásba lépnek, ami hasonlóvá teszi őket a szervetlen anyagok kémiájában előforduló ionokhoz. Nem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy a szerves vegyületek átalakulása ritkán jár valódi kationok és anionok képződésével.

Monomolekuláris és bimolekuláris reakciók

A nukleofil szubsztitúció monomolekuláris (SN1). A szerves szintézis egyik fontos termékének, a tercier-butil-kloridnak a hidrolízise ezen mechanizmus szerint megy végbe. Az első szakasz lassú, fokozatosan karboniumkationná és kloridanionná történő disszociációval jár. A második szakasz gyorsabb, a karbóniumion reakcióba lép a vízzel. egy alkánban egy halogén helyettesítése egy hidroxilcsoporttal és egy primer alkohol előállítása: (CH 3) 3 C-Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C-OH + H +. A primer és szekunder alkil-halogenidek egylépcsős hidrolízisét a halogénnel kötött szénkötés egyidejű lebontása és a C–OH pár képződése jellemzi. Ez a nukleofil bimolekuláris szubsztitúció (SN2) mechanizmusa.

Heterolitikus szubsztitúciós mechanizmus

A helyettesítési mechanizmus elektrontranszferrel, köztes komplexek létrehozásával jár. Minél gyorsabban megy végbe a reakció, annál könnyebben képződnek rá jellemző köztes termékek. A folyamat gyakran több irányba is halad egyszerre. Az előny általában abból adódik, hogy azokat a részecskéket használják fel, amelyek előállításához a legkisebb energiaköltséget igényelnek. Például egy kettős kötés jelenléte növeli a CH2=CH—CH 2 + allilkation megjelenésének valószínűségét a CH 3 + ionhoz képest. Az ok a többszörös kötés elektronsűrűségében rejlik, ami befolyásolja a molekulában szétszórt pozitív töltés delokalizációját.

Benzol szubsztitúciós reakciók

Az a csoport, amelyre az elektrofil szubsztitúció jellemző, az arénák. A benzolgyűrű kényelmes célpont az elektrofil támadásokhoz. A folyamat a második reagensben lévő kötés polarizációjával kezdődik, aminek eredményeként a benzolgyűrű elektronfelhőjével szomszédos elektrofil képződik. Az eredmény egy átmeneti komplexum. Az elektrofil részecskének még mindig nincs teljes értékű kapcsolata az egyik szénatommal, az elektronok „aromás hatosának” teljes negatív töltése vonzza. A folyamat harmadik szakaszában az elektrofilt és a gyűrű egy szénatomját közös elektronpár köti össze (kovalens kötés). De ebben az esetben az „aromás hatos” megsemmisül, ami a stabil fenntartható energiaállapot elérése szempontjából kedvezőtlen. Létezik egy jelenség, amit „proton-ejekciónak” nevezhetünk. A H + felhasad, az arénekre jellemző stabil kötésrendszer helyreáll. A melléktermék a benzolgyűrűből származó hidrogénkationt és a második reagens összetételéből származó aniont tartalmaz.

Példák szubsztitúciós reakciókra a szerves kémiából

Az alkánokra különösen jellemző a szubsztitúciós reakció. Példák elektrofil és nukleofil transzformációkra a cikloalkánok és arének esetében. Hasonló reakciók zajlanak le a szerves anyagok molekuláiban normál körülmények között, de gyakrabban hevítéskor és katalizátorok jelenlétében. Az elektrofil szubsztitúció az aromás magban az egyik széles körben elterjedt és jól tanulmányozott folyamat. Az ilyen típusú reakciók a következők:

1. A benzol nitrálása H 2 SO 4 jelenlétében a következő séma szerint történik: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
2. A benzol katalitikus halogénezése, különösen klórozása a következő egyenlet szerint: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
3. Az aromás „füstölgő” kénsavval benzolszulfonsavak keletkeznek.
4. Az alkilezés a benzolgyűrű hidrogénatomjának alkilre való helyettesítése.
5. Az acilezés ketonok képződését jelenti.
6. A formiláció a hidrogén helyettesítése CHO csoporttal és aldehidek képződése.

A szubsztitúciós reakciók közé tartoznak az alkánokban és cikloalkánokban végbemenő reakciók, amelyekben a halogének megtámadják a rendelkezésre álló CH-kötést. A származékok előállítása telített szénhidrogénekben és cikloparaffinokban egy, kettő vagy az összes hidrogénatom helyettesítésével járhat. A kis molekulatömegű halogén-alkánok közül sokat felhasználnak különböző osztályokba tartozó összetettebb anyagok előállítására. A szubsztitúciós reakciók mechanizmusainak tanulmányozása terén elért haladás erőteljes lendületet adott az alkánokon, cikloparaffinokon, arénokon és szénhidrogének halogénszármazékain alapuló szintézisek kifejlesztéséhez.

A kémiai reakciók típusai a szervetlen és szerves kémiában.

1. A kémiai reakció olyan folyamat, amelyben egy anyagból más anyagok képződnek. A folyamat természetétől függően a kémiai reakciók típusait különböztetjük meg.

1) A végeredmény szerint

2) Hőleadás vagy -felvétel alapján

3) A reakció reverzibilitása alapján

4) A reaktánsokat alkotó atomok oxidációs fokának változása alapján

A végeredmény szerint a reakciók a következő típusúak:

A) Szubsztitúció: RH+Cl2 → RCl+HCl

B) Csatlakozás: CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 → CH 2 Cl-CH 2 Cl

C) Hasítás: CH 3 -CH 2 OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O

D) Bomlás: CH 4 → C + 2H 2

D) Izomerizáció

E) Csere

G) Csatlakozások

Bomlási reakció Olyan folyamat, amelynek során egy anyagból két vagy több másik anyag keletkezik.

Csere reakció az a folyamat, amelyben a reagensek összetevőket cserélnek.

Szubsztitúciós reakciók egyszerű és összetett anyagok részvételével fordulnak elő, ennek eredményeként új egyszerű és összetett anyagok képződnek.

Ennek eredményeként összetett reakciók két vagy több anyagból egy új anyag keletkezik.

A reakcióhő felszabadulása vagy elnyelése alapján a következő típusok különböztethetők meg:

A) exoterm

B) Endoterm

Exoterm - Ezek olyan reakciók, amelyek hőt bocsátanak ki.

Endoterm olyan reakciók, amelyek hőt vesznek fel a környezetből.

A reverzibilitás alapján a reakciók a következő típusúak:

A) visszafordítható

B) visszafordíthatatlan

Azokat a reakciókat, amelyek csak egy irányban mennek végbe, és a kezdeti reaktánsok végső anyagokká történő teljes átalakulásával végződnek, nevezzük visszafordíthatatlan.

megfordítható Reakcióknak nevezzük azokat, amelyek egyidejűleg két, egymással ellentétes irányban mennek végbe.

A reaktánsokat alkotó atomok oxidációs állapotának változása alapján a reakciók a következő típusúak:

A) redox

Az atomok oxidációs állapotának megváltozásával fellépő reakciókat (amelyek során az elektronok egyik atomról, molekuláról vagy ionról a másikra jutnak át) ún. redox.

2. A reakció mechanizmusa szerint ionosra és gyökösre osztják őket.

Ionos reakciók- ionok közötti kölcsönhatás egy kémiai kötés heterolitikus szakadása következtében (egy elektronpár teljes egészében átmegy az egyik "töredékbe").

Az ionos reakcióknak két típusa van (a reagens típusától függően):

A) elektrofil - elektrofillel való reakció során.

elektrofil- olyan csoportosítás, amely egyes atomokhoz szabad pályával rendelkezik, vagy csökkentett elektronsűrűségű centrumokkal rendelkezik (például: H +, Cl - vagy AlCl 3)

B) Nukleofil - nukleofil kölcsönhatás során

nukleofil - negatív töltésű ion vagy molekula meg nem osztott elektronpárral (jelenleg nem vesz részt kémiai kötés kialakításában).

(Példák: F - , Cl - , RO - , I -).

A valódi kémiai folyamatok, csak ritkán, egyszerű mechanizmusokkal írhatók le. A kémiai folyamatok molekuláris kinetikai szempontból részletes vizsgálata azt mutatja, hogy többségük gyöklánc-mechanizmuson keresztül megy végbe, a lánc p-ionjainak sajátossága a szabad gyökök képződése a köztes szakaszokban (instabil molekula- vagy atomfragmensek rövid élettartamú, mindegyiknek szabad kapcsolata van.

Az égés, robbanás, oxidáció, fotokémiai reakciók, biokémiai reakciók élő szervezetekben a láncmechanizmus szerint mennek végbe.

A lánckörzeteknek több szakasza van:

1) láncmagképződés - a lánc p-ciójának szakasza, amelynek eredményeként a vegyértéktel telített molekulákból szabad gyökök keletkeznek.

2) a lánc folytatása - a p-ció láncának szakasza, folytatva a szabad szakaszok teljes számának megőrzését.

3) lánctörés - a p-tion láncainak elemi szakasza, amely a szabad kötések eltűnéséhez vezet.

Léteznek elágazó és el nem ágazó láncreakciók.

A lánc egyik legfontosabb fogalma az lánc hossza- a láncfolytatás elemi szakaszainak átlagos száma a szabad gyök megjelenése után annak eltűnéséig.

Példa: Hidrogén-klorid szintézis

1) Az m-la CL 2 egy energiakvantumot és két gyök képét nyeli el: CL 2 + hv \u003d CL * + CL *

2) az aktív részecske egyesül a H 2 m-molekulával, sósavat képezve, és az aktív részecske H 2: CL 1 + H 2 \u003d HCL + H *

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

6) H * + CL * \u003d HCL - szakadt áramkör.

Elágazó mechanizmus:

F * + H 2 \u003d HF + H * stb.

F * + H 2 \u003d HF + H * stb.

Vízben nehezebb - OH*, O* gyökök és H* gyökök keletkeznek.

Ionizáló sugárzás hatására fellépő reakciók: röntgensugarak, katódsugarak stb. radiokémiainak nevezik.

A molekulák sugárzással való kölcsönhatásának eredményeként a molekulák bomlása figyelhető meg a legreaktívabb részecskék képződésével.

Az ilyen reakciók hozzájárulnak a részecskék rekombinációjához és az anyagok képződéséhez azok különféle kombinációival.

Példa erre a hidrazin N 2 H 4 - a rakéta-üzemanyag összetevője. A közelmúltban kísérletek történtek hidrazin előállítására ammóniából γ-sugárzás hatására:

NH 3 → NH 2 * + H *

2NH2* → N2H4

A radiokémiai reakciók, mint például a víz radiolízise, ​​fontosak az élőlények létfontosságú tevékenysége szempontjából.

Irodalom:

1. Akhmetov, N.S. Általános és szervetlen kémia / N.S. Akhmetov. - 3. kiadás - M .: Felsőiskola, 2000. - 743 p.

1. Korovin N.V. Általános kémia / N. V. Korovin. - M.: Felsőiskola, 2006. - 557 p.
2. Kuzmenko N.E. Egy rövid kémia tanfolyam / N.E. Kuzmenko, V.V. Eremin, V.A. Popkov. - M.: Felsőiskola, 2002. - 415 p.
3. Zaicev, O.S. Általános kémia. Az anyagok szerkezete és kémiai reakciók / O.S. Zaytsev. – M.: Kémia, 1990.
4. Karapetyants, M.Kh. Az anyag szerkezete / M.Kh. Karapetyants, S. I. Drakin. - M .: Felsőiskola, 1981.
5. Cotton F. A szervetlen kémia alapjai / F. Cotton, J. Wilkinson. – M.: Mir, 1981.
6. Ugay, Ya.A. Általános és szervetlen kémia / Ya.A.Ugai. - M .: Felsőiskola, 1997.