Mekanisme reaksi kimia dalam kimia organik. Jenis-jenis Reaksi Kimia dalam Kimia Organik - Knowledge Hypermarket

>> Kimia: Jenis-jenis reaksi kimia dalam kimia organik

Reaksi zat organik secara formal dapat dibagi menjadi empat jenis utama: substitusi, adisi, eliminasi (eliminasi) dan penataan ulang (isomerisasi). Jelas bahwa seluruh variasi reaksi senyawa organik tidak dapat direduksi menjadi kerangka klasifikasi yang diusulkan (misalnya, reaksi pembakaran). Namun, klasifikasi seperti itu akan membantu untuk membuat analogi dengan klasifikasi reaksi yang terjadi antara zat anorganik yang sudah Anda kenal dari kursus kimia anorganik.

Sebagai aturan, senyawa organik utama yang berpartisipasi dalam reaksi disebut substrat, dan komponen lain dari reaksi secara kondisional dianggap sebagai reagen.

Reaksi substitusi

Reaksi yang mengakibatkan penggantian satu atom atau gugus atom pada molekul asal (substrat) dengan atom atau gugus atom lain disebut reaksi substitusi.

Reaksi substitusi melibatkan senyawa jenuh dan aromatik, seperti, misalnya, alkana, sikloalkana atau arena.

Mari kita berikan contoh reaksi seperti itu.

Isi pelajaran ringkasan pelajaran mendukung bingkai pelajaran presentasi metode akselerasi teknologi interaktif Praktik tugas dan latihan ujian mandiri lokakarya, pelatihan, kasus, pencarian pekerjaan rumah pertanyaan diskusi pertanyaan retoris dari siswa Ilustrasi audio, klip video, dan multimedia foto, gambar grafik, tabel, skema humor, anekdot, lelucon, komik perumpamaan, ucapan, teka-teki silang, kutipan Add-on abstrak chip artikel untuk lembar contekan yang ingin tahu, buku teks dasar dan glosarium tambahan istilah lainnya Memperbaiki buku pelajaran dan pelajaranmengoreksi kesalahan dalam buku teks memperbarui fragmen dalam buku teks elemen inovasi dalam pelajaran menggantikan pengetahuan usang dengan yang baru T hanya untuk guru pelajaran yang sempurna rencana kalender untuk tahun rekomendasi metodologis dari program diskusi Pelajaran Terintegrasi KULIAH 4
Klasifikasi dan
mekanisme
reaksi organik

Rencana
4.1. Klasifikasi organik
reaksi
4.2. Klasifikasi reagen
4.3 Reaksi
(SR)
radikal
penggantian
4.4 Reaksi adisi elektrofilik (AE)

4.1 Klasifikasi reaksi organik

4.1 Klasifikasi
reaksi organik
menuju
berdasarkan molekularitas
reaksi substitusi S
Reaksi adisi A
Reaksi eliminasi
E
Molekuler
penataan ulang
Monomolekular
Bimolekular
Trimolekul

Menurut metode pemutusan dan pembentukan ikatan

Heterolitik
(ionik)
* elektrofilik
* nukleofilik
Homolitik
(radikal)
Molekuler

Skema pemutusan ikatan kimia

A: B
+
PADA:
.
.
TETAPI
A: B
heterolitik
A: B
g ohm litik
A + B
senang ikala
+
+ V:
TETAPI
e ion terkait

Skema pembentukan ikatan kimia

+
TETAPI
.
+ V:
A + B
.
TETAPI
PADA
heterolitik
TETAPI
PADA
homolitik.

reaksi heterolitik
disebut ion karena
mereka ditemani
pembentukan organik
ion mengalir ke
Pelarut organik
Reaksi homolitik
mengalir terutama di
fase gas

Reaksi heterolitik dalam
ketergantungan elektronik
sifat partikel yang menyerang
dibagi menjadi nukleofil (simbol
N) dan elektrofilik (simbol E).
Pada saat yang sama, diasumsikan secara konvensional
salah satu partikel yang berinteraksi
reagen dan substrat lainnya
dimana reagen bekerja

Substrat adalah molekul yang
menyediakan atom karbon
pembentukan koneksi baru
jenis reaksi (nukleofilik
atau elektrofilik) ditentukan oleh sifat reagennya

Reagen dengan tunggal
pasangan elektron,
berinteraksi dengan
substrat yang memiliki
kekurangan elektron
disebut "nukleofilik"
(mencintai, mencari inti), dan
reaksi nukleofilik

Reagen dengan defisit elektronik,
berinteraksi dengan
substrat dengan kelebihan elektron
ditelepon
"elektrofilik" dan
reaksi elektrofilik

Nukleofilik dan
reaksi elektrofilik selalu
saling berhubungan
reaksi disertai
serentak
kesenjangan (konsensual) dan
ikatan disebut
molekuler (sinkron,
sepakat)

sintesis diena

CH 2
HC
CH 2
+
HC
CH 2
CH 2
Exen sepeda

4.2. Klasifikasi reagen

4.2. Klasifikasi reagen
Untuk reagen nukleofilik
termasuk molekul yang mengandung
satu atau lebih tidak dibagikan
pasangan elektron; ion yang membawa
muatan negatif (anion);
molekul dengan pusat
peningkatan kepadatan

Reagen nukleofilik

molekul netral,
memiliki pasangan mandiri
elektron:
..
..
..
..
NH3; R - NH2; R2 - NH; R3N;
..
H2O;
..
..
R-OH;
..
..
;
R-O
R
..
anion:
OH-; CN-; NH2-; RCOO-; RS-; Cl-;
Br-; SAYA-; HSO3-;

Reagen nukleofilik

koneksi,
mengandung pusat dengan
peningkatan kerapatan elektron:
C
C
;
C
C
;

Reagen elektrofilik

molekul netral,
memiliki orbital kosong:
SO3, asam Lewis (AlCl3,
SnCl4, FeBr3, BF3)
kation: proton (H+), ion
logam (Men+), SO3H+, NO2+, NO+

molekul,
memiliki
pusat
dengan
mengurangi kerapatan elektron:
turunan halogen dari hidrokarbon Rδ+-
Halδ-, halogen (Cl2, Br2, I2), senyawa dengan
gugus karbonil:
R
C
HAI
;
H
R
C
HAI
;
R1
R
C
HAI
; R
Oh
C
HAI
;
ATAU

Dalam reaksi kimia organik,
biasanya berlangsung di
beberapa tahapan, yaitu dengan
pembentukan perantara
partikel berumur pendek
(perantara): karbokation,
karbanion, radikal

Karbokation - positif
partikel bermuatan, atom
bantalan karbon positif
muatannya dalam sp2 -
hibridisasi.
Atom karbon dengan akuisisi
perubahan muatan positif
keadaan valensinya dari sp3 ke
sp2, yang lebih energik
menguntungkan.

Karakteristik penting
karbokation adalah mereka
keberlanjutan, yang
ditentukan oleh derajat
delokalisasi
muatan positif

Stabilitas karbokation
jatuh di baris:
tersier
atom C
>
sekunder
atom C
>
utama
atom C

Stabilitas karbokation

+
CH3 CH3
m etilium
kation
+
CH2
etilium
kation
CH3
CH3
+
CH
isopropilium
kation
CH3
CH3
PENINGKATAN STABILITAS
+
C
CH3
tertbutilium
kation

Karbanion - negatif
partikel bermuatan, muatan
yang karena kehadiran di dalamnya
struktur atom C dengan elektron tunggal
pasangan elektronik. Pada saat yang sama, atom
bantalan karbon negatif
muatan, dapat berupa sp2 dan
dalam hibridisasi sp3

Stabilitas karbanion bergantung pada
tingkat delokalisasi negatif
muatan pada atom karbon. Daripada dia
semakin tinggi, semakin tinggi stabilitasnya dan
menurunkan reaktivitasnya.
Siklus paling stabil
karbanion, yang strukturnya
ada elektron yang sama
kepadatan, termasuk
4n+2 -elektron

siklopentadienil anion

Radikal bebas - apa saja
elektrik netral aktif
partikel yang mengandung
orbital satu elektron.
Radikal bebas dapat
diberikan partikel,
mengandung elektron tidak berpasangan
tidak hanya pada atom karbon (C ), tetapi
dan pada atom lain: R2N· ; RO

4.3. Reaksi substitusi radikal (SR)

4.3. Reaksi radikal
substitusi (SR)
Reaksi SR adalah karakteristik dari
senyawa alifatik dan
seri alisiklik. bagaimana
sebagai aturan, mereka mengalir
mekanisme rantai, yang utama
tahapan diantaranya adalah :
inisiasi, perkembangan (pertumbuhan)
rantai) dan sirkuit terbuka.

Pada tahap inisiasi
radikal bebas terbentuk
memulai rantai
proses
Radikal bebas dapat
terjadi karena termal
atau fotokimia
inisiasi, serta
sebagai akibat dari reaksi OB

Reaksi substitusi radikal (SR)

R-H+A-A
substrat
reagen
h
R-A+HA
produk
reaksi

mekanisme reaksi
substitusi radikal (SR)
1. Inisiasi
A A
h
.
2A

2. Pengembangan rantai

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

3. Sirkuit terbuka
.
R
.
A
.
A
+
.
R
R-R
+
.
R
R-A
+
.
A
A A

Kemudahan pelepasan atom H dari atom karbon termasuk dalam deret hidrokarbon

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

Radikal bromin (Br˙) memiliki
selektivitas tinggi: jika
molekul memiliki sekunder, dan
terutama atom karbon tersier,
maka brominasi dominan
pergi ke tersier (sekunder)
atom karbon. Reaksi seperti itu
disebut regioselektif
(pilih berdasarkan tempat
aksi) reaksi

Brominasi alkana (reaksi regioselektif)

H3C
CH
H
CH3 + Br2
h
H3C
CH
CH3 + HBr
br
2-bromopropana

mekanisme reaksi
brominasi alkana
1. Inisiasi
Br2
h
.
2Br

2. Pengembangan rantai
.
Br + H3C
CH
CH3
H3C
.
CH
CH3 + HBr
H
Br2 + H3C
.
CH
CH3
H3C
CH
br
.
CH3 + Br

3. Sirkuit terbuka
.
.
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 etilbutana
CH3

4.4. Reaksi adisi elektrofilik

Adisi elektrofilik (AE)
karakteristik sistem tak jenuh,
mengandung ikatan rangkap dua atau rangkap tiga.
Sifat nukleofilik ini
senyawa karena adanya ikatan ,
yang merupakan daerah dengan
peningkatan kerapatan elektron,
terpolarisasi dan mudah
rusak di bawah
reagen elektrofilik

Mekanisme reaksi AE

+ X
C=C
substrat
kamu
reagen
X
C
+
C
-kompleks
+Y
C=C
X
kamu
-kompleks
X
C
C
kamu

halogenasi

H
H
C=C
H
+Br
br
H
H
C=C
H
H
br
br
CH2
H2C
+
br
onium bromin
kation
+Br
H2C
CH2
br
1,2-d ibromo etana
H
br

hidrogenasi
H
C=C
+ H2
t, Kt
C
C
H
Hidrohalogenasi
Cl
C=C
+ HCl
C
H
C

Hidrasi
Oh
C=C
+HOH
H
+
C
H
C

Aturan Markovnikov:
saat berinteraksi
Reagen tipe HX dengan
asimetris
alkena, hidrogen
bergabung
paling
Vladimir . terhidrogenasi
Markovnikov
atom karbon
(1837 – 1904)

Hidrohalogenasi alkena
Aturan Morkovnikov
CH3 CH = CH2 + HCl
CH3
CH
Cl
2-kloropropana
CH3

mekanisme reaksi
hidrohalogenasi
CH3
CH3
+
+
CH
CH3
CH2
+
CH2
CH = CH2 + H
CH3
CH3
CH
Cl
CH3
+Cl
-

Skema reaksi hidrasi alkena

Skema reaksi hidrasi
alkena
+
H2C = CH2 + H2O
H
H3C
CH2
Oh
etanol

Mekanisme Reaksi Hidrasi
alkena
..
+
+HOH
..
+
H C = CH + H
H C CH
2
2
H3C
3
CH2
+
HAI
H
+
-H
kembali
katalisator
H
Kation oksonium
2
H3C
CH2
Oh

aturan klasik
Markovnikov sempurna
hanya berlaku untuk
alkena, dalam kasus mereka
turunan yang dibutuhkan
perhatikan mekanismenya
reaksi dan stabilitas
zat antara yang terbentuk

Mekanisme reaksi hidrasi asam karboksilat tak jenuh terhadap aturan Morkovnikov

R
R
CH=CH
+
CH
HAI
CH2
C
Oh
+
+ H
C
HAI
Oh
R
CH2
+
CH
C
HAI
Oh

..
HOH
..
HAI
R
CH
+
HAI
H
H
CH2
C
HAI
R
-H+
CH
CH2
C
Oh kembali
katalisator
Oh
Oh
-asam hidroksi

Jenis hidrasi ini dalam
vivo adalah bagian dari proses
-oksidasi tak jenuh
asam lemak dalam tubuh

Sistem terkait
(alkadiena)
termodinamika yang paling
stabil, begitu sering
ditemukan di alam.
Reaksi AE dengan diena tersebut
lanjutkan dengan pembentukan dua
produk
1,4- dan 1,2-lampiran

Reaksi AE dalam deret alkana

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

Reaksi AE dalam mekanisme reaksi deret alkadiena

+
H3C
H2C=CH
CH = CH2 + H+
Mekanisme reaksi hidrasi H3C
turunan asetilena
H3C
C
+
CH+H
H3C
+
C=CH2
..
+HOH
..

Mekanisme Reaksi Hidrasi
turunan asetilena
H3C
C=CH2
+
HAI
H
-H+
H3C
C=CH2
Oh
H

Klasifikasi reaksi Menurut jumlah zat awal dan akhir : 1. Aksesi 2. Eliminasi (eliminasi) 3. Substitusi

Klasifikasi reaksi Menurut mekanisme pemutusan ikatan: 1. Radikal homolitik (radikal) 2. Ion heterolitik (ionik)

Mekanisme reaksi Mekanisme - deskripsi rinci tentang reaksi kimia secara bertahap, menunjukkan produk antara dan partikel. Skema reaksi: Mekanisme reaksi:

Klasifikasi reaksi menurut jenis pereaksinya 1. Radikal Radikal adalah partikel yang aktif secara kimia dengan elektron yang tidak berpasangan. 2. Elektrofilik Elektrofil adalah partikel atau molekul yang kekurangan elektron dengan atom yang kekurangan elektron. 3. Nukleofilik Nukleofil adalah anion atau molekul netral yang memiliki atom dengan pasangan elektron yang tidak digunakan bersama.

Jenis ikatan kimia dalam zat organik Jenis ikatan utama adalah kovalen (lebih jarang ionik) Ikatan sigma (σ-): Ikatan Pi (-)

ALKANE - hidrokarbon alifatik (lemak) "Alifatos" - minyak, lemak (Yunani). Cn. H 2 n+2 Batas, hidrokarbon jenuh

Deret homolog: CH 4 - metana C 2 H 6 - etana C 3 H 8 - propana C 4 H 10 - butana C 5 H 12 - pentana, dll. C 6 H 14 - heksana C 7 H 16 - heptana C 8 H 18 - oktan C 9 H 20 - nonana C 10 H 22 - dekana dan C 390 H 782 - nonocontactican (1985)

Model Orbital Atom Molekul Metana Dalam molekul metana, atom karbon tidak lagi memiliki orbital S- dan P! 4 orbital hibrida SP 3, yang setara dalam energi dan bentuk, membentuk 4 ikatan dengan orbital S atom hidrogen. H H 4 -ikatan

Reaksi nitrasi Konovalov Dmitry Petrovich (1856 -1928) 1880. Upaya pertama yang berhasil untuk menghidupkan kembali "kematian kimia", yang dianggap sebagai alkana. Menemukan kondisi untuk nitrasi alkana. Beras. Sumber: http: //gambar. yandex. ru.

Sifat kimia I. Reaksi dengan pemutusan ikatan C-H (reaksi substitusi): 1. halogenasi 2. nitrasi 3. sulfoklorinasi II. Reaksi dengan pemutusan ikatan C-C: 1. pembakaran 2. perengkahan 3. isomerisasi

Bagaimana cara menemukan ahli kimia? Jika Anda ingin mencari ahli kimia, tanyakan apa itu mol dan tidak terionisasi. Dan jika dia mulai berbicara tentang hewan berbulu dan organisasi tenaga kerja, pergilah dengan tenang. Penulis fiksi, pempopuler sains Isaac Asimov (1920–1992) Gambar. Sumber: http: //gambar. yandex. ru.

1. Reaksi halogenasi Klorinasi: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Brominasi: RH + Br 2 hv RBr + HBr Misalnya metana klorinasi: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

Tahapan mekanisme radikal bebas Skema reaksi: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Mekanisme reaksi: I. Inisiasi rantai - tahap pembentukan radikal bebas. Cl Cl 2 Cl Radikal adalah partikel aktif, inisiator reaksi. – – Panggung membutuhkan energi berupa penghangat ruangan atau penerangan. Langkah selanjutnya dapat dilanjutkan dalam gelap, tanpa pemanasan.

Tahapan mekanisme radikal bebas II. Pertumbuhan rantai adalah tahap utama. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Tahap ini dapat mencakup beberapa subtahap, yang masing-masing membentuk radikal baru, tetapi bukan H !!! Di II, panggung utama, produk utama harus dibentuk!

Tahapan mekanisme radikal bebas III. Terminasi rantai adalah rekombinasi radikal. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Setiap dua radikal bergabung.

Selektivitas substitusi Selektivitas - selektivitas. Regioselektivitas - selektivitas dalam area reaksi tertentu. Misalnya, selektivitas halogenasi: 45% 3% Kesimpulan? 55% 97%

Selektivitas halogenasi tergantung pada faktor-faktor berikut: Kondisi reaksi. Pada suhu rendah lebih selektif. sifat halogen. Semakin aktif halogen, semakin kurang selektif reaksinya. F2 bereaksi sangat kuat, dengan penghancuran ikatan C-C. I2 tidak bereaksi dengan alkana dalam kondisi ini. Struktur alkana.

Pengaruh struktur alkana terhadap selektivitas substitusi. Jika atom karbon dalam alkana tidak sama, maka substitusi untuk masing-masing atom berlangsung pada tingkat yang berbeda. Relatif. laju reaksi substitusi atom H Sekunder atom H tert. Klorinasi atom H 1 3, 9 5, 1 brominasi 1 82 1600 Kesimpulan?

Pelepasan atom hidrogen tersier membutuhkan energi lebih sedikit daripada pelepasan atom sekunder dan primer! Rumus Alkana Hasil Homolisis 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) 3 CH (CH 3) 3 C + H 377

Arah reaksi Setiap reaksi berlangsung terutama dalam arah pembentukan partikel antara yang lebih stabil!

Partikel perantara dalam reaksi radikal adalah radikal bebas. Radikal paling stabil terbentuk paling mudah! Deret stabilitas radikal: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Gugus alkil menunjukkan efek donor elektron, karena itu mereka menstabilkan radikal

Reaksi sulfoklorinasi Skema reaksi: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Mekanisme reaksi: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl dst 3 .2 Cl Cl2 dst.

Reaksi D. P. Konovalov Nitrasi menurut Konovalov dilakukan dengan aksi asam nitrat encer pada suhu 140 o. C. Skema reaksi: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O

Mekanisme reaksi 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, dll. 3. Sirkuit terbuka.

Alkena adalah hidrokarbon tak jenuh dengan satu ikatan C=C Cn. H 2 n C \u003d C - gugus fungsi alkena

Sifat kimia alkena Karakteristik umum Alkena adalah golongan senyawa yang reaktif. Mereka masuk ke dalam berbagai reaksi, yang sebagian besar disebabkan oleh pemutusan ikatan pi yang kurang kuat. -С (σ-) ~ 350 KJ/mol =С (-) ~ 260 KJ/mol

Reaksi karakteristik Adisi adalah jenis reaksi yang paling khas. Ikatan rangkap adalah donor elektron, sehingga cenderung menambahkan: E - elektrofil, kation atau radikal

Contoh reaksi adisi elektrofilik 1. Adisi halogen - Tidak semua halogen ditambahkan, tetapi hanya klorin dan bromin! – Polarisasi molekul halogen netral dapat terjadi di bawah aksi pelarut polar atau di bawah aksi ikatan rangkap alkena. Larutan merah-coklat dari brom menjadi tidak berwarna

Adisi elektrofilik Reaksi berlangsung pada suhu kamar dan tidak memerlukan penerangan. Mekanisme ionik. Skema reaksi: XY \u003d Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O

Kompleks sigma adalah karbokation - partikel dengan muatan positif pada atom karbon. Jika anion lain hadir dalam media reaksi, mereka juga dapat menempel pada karbokation.

Misalnya, penambahan bromin yang dilarutkan dalam air. Reaksi kualitatif untuk ikatan rangkap C=C ini berlanjut dengan penghilangan warna larutan bromin dan pembentukan dua produk:

Adisi pada alkena tidak simetris Regioselektivitas adisi! Aturan Markovnikov (1869): asam dan air ditambahkan ke alkena yang tidak simetris sedemikian rupa sehingga hidrogen terikat pada atom karbon yang lebih terhidrogenasi.

Markovnikov Vladimir Vasilievich (1837 - 1904) Lulusan Universitas Kazan. Sejak 1869 - Profesor Departemen Kimia. Pendiri sekolah ilmiah. Beras. Sumber: http: //gambar. yandex. ru.

Penjelasan aturan Markovnikov Reaksi berlangsung melalui pembentukan partikel antara yang paling stabil - karbokation. primer sekunder, lebih stabil

Deret stabilitas karbokation: metil primer sekunder tersier Aturan Markovnikov dalam formulasi modern: penambahan proton ke alkena terjadi dengan pembentukan karbokation yang lebih stabil.

Adisi anti-Markovnikov CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Secara formal, reaksi bertentangan dengan aturan Markovnikov. CF 3 - substituen penarik elektron Agen penarik elektron lainnya: NO 2, SO 3 H, COOH, halogen, dll.

Adisi anti-Markovnikov lebih stabil CF 3 - akseptor elektron tidak stabil, mendestabilisasi karbokation Reaksi hanya secara formal bertentangan dengan aturan Markovnikov. Faktanya, ia mematuhi, saat melewati karbokation yang lebih stabil.

Harash peroksida efek X CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X \u003d O 2, H 2 O 2, ROOR Mekanisme radikal bebas: 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 adalah radikal yang lebih stabil CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br, dll. 3. Apa saja dua radikal terhubung di antara Anda sendiri.

Adisi elektrofilik 3. Hidrasi - adisi air - Reaksi berlangsung dengan adanya katalis asam, paling sering adalah asam sulfat. Reaksi mematuhi aturan Markovnikov. Cara murah untuk mendapatkan alkohol

Pada ujian, Akademisi Ivan Alekseevich Kablukov meminta siswa untuk memberi tahu bagaimana hidrogen diperoleh di laboratorium. "Merkurius," jawabnya. “Bagaimana “dari merkuri”? ! Biasanya mereka mengatakan "dari seng", tetapi dari merkuri - ini adalah sesuatu yang asli. Tulis reaksi. Siswa menulis: Hg \u003d H + g Dan berkata: “Merkuri dipanaskan; terurai menjadi H dan g. H adalah hidrogen, ringan dan karenanya terbang menjauh, dan g adalah percepatan gravitasi, berat, tetap. "Untuk jawaban seperti itu, Anda harus meletakkan" lima, "kata Kablukov. - Mari kita perhatikan. Hanya "lima" saya juga akan melakukan pemanasan terlebih dahulu. "Tiga" terbang menjauh, dan "dua" tetap ada.

Dua ahli kimia di laboratorium: - Vasya, taruh tanganmu di gelas ini. - Saya menjatuhkannya. - Apakah Anda merasakan sesuatu? - Bukan. - Jadi asam sulfat di gelas lain.

Hidrokarbon aromatik Aromatik - harum? ? Senyawa aromatik adalah benzena dan zat yang mirip dengannya dalam perilaku kimia!

Banyak reaksi substitusi membuka jalan untuk memperoleh berbagai senyawa yang memiliki aplikasi ekonomi. Peran besar dalam ilmu kimia dan industri diberikan pada substitusi elektrofilik dan nukleofilik. Dalam sintesis organik, proses ini memiliki sejumlah fitur yang harus diperhitungkan.

berbagai fenomena kimia. Reaksi substitusi

Perubahan kimia yang terkait dengan transformasi zat dibedakan oleh sejumlah fitur. Hasil akhir, efek termal mungkin berbeda; beberapa proses berakhir, di lain perubahan zat sering disertai dengan peningkatan atau penurunan tingkat oksidasi. Ketika mengklasifikasikan fenomena kimia menurut hasil akhirnya, perhatian diberikan pada perbedaan kualitatif dan kuantitatif antara reaktan dan produk. Menurut fitur ini, 7 jenis transformasi kimia dapat dibedakan, termasuk substitusi, mengikuti skema: A-B + C A-C + B. Catatan yang disederhanakan dari seluruh kelas fenomena kimia memberikan gambaran bahwa di antara zat awal ada yang -disebut "partikel yang menggantikan atom, ion, atau gugus fungsi dalam reagen. Reaksi substitusi khas untuk membatasi dan

Reaksi substitusi dapat terjadi dalam bentuk pertukaran ganda: A-B + C-E A-C + B-E. Salah satu subspesies adalah perpindahan, misalnya, tembaga dengan besi dari larutan tembaga sulfat: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. Atom, ion, atau gugus fungsi dapat bertindak sebagai partikel "menyerang"

Substitusi homolitik (radikal, SR)

Dengan mekanisme radikal untuk memutuskan ikatan kovalen, pasangan elektron yang umum untuk elemen yang berbeda didistribusikan secara proporsional di antara "fragmen" molekul. Radikal bebas terbentuk. Ini adalah partikel yang tidak stabil, stabilisasi yang terjadi sebagai akibat dari transformasi selanjutnya. Misalnya, ketika etana diperoleh dari metana, radikal bebas muncul yang berpartisipasi dalam reaksi substitusi: CH 4 CH 3. + .H; CH 3 . + .CH 3 → C2H5; H. + .H → H2. Pemutusan ikatan homolitik menurut mekanisme substitusi yang diberikan bersifat rantai. Dalam metana, atom H berturut-turut dapat digantikan oleh klorin. Reaksi dengan brom berlangsung serupa, tetapi yodium tidak dapat secara langsung menggantikan hidrogen dalam alkana, fluor bereaksi terlalu kuat dengan mereka.

Metode pembelahan heterolitik

Dengan mekanisme ionik dari reaksi substitusi, elektron terdistribusi secara tidak merata di antara partikel yang baru terbentuk. Pasangan elektron pengikat bergerak sepenuhnya ke salah satu "fragmen", paling sering, ke pasangan ikatan itu, ke arah mana kerapatan negatif dalam molekul polar bergeser. Reaksi substitusi meliputi pembentukan metil alkohol CH 3 OH. Dalam bromometana CH3Br, pembelahan molekul adalah heterolitik, dan partikel bermuatan stabil. Metil memperoleh muatan positif, dan brom memperoleh muatan negatif: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; CH 3 + + OH - → CH 3 OH; Na + + Br - NaBr.

Elektrofil dan nukleofil

Partikel yang kekurangan elektron dan dapat menerimanya disebut "elektrofil". Ini termasuk atom karbon yang terikat pada halogen dalam haloalkana. Nukleofil memiliki kerapatan elektron yang meningkat, mereka "menyumbangkan" sepasang elektron saat membuat ikatan kovalen. Dalam reaksi substitusi, nukleofil yang kaya muatan negatif diserang oleh elektrofil yang kekurangan elektron. Fenomena ini dikaitkan dengan perpindahan atom atau partikel lain - gugus pergi. Jenis lain dari reaksi substitusi adalah serangan elektrofil oleh nukleofil. Kadang-kadang sulit untuk membedakan antara dua proses, untuk menghubungkan substitusi ke satu jenis atau lainnya, karena sulit untuk menentukan dengan tepat molekul mana yang merupakan substrat dan mana yang merupakan reagen. Biasanya dalam kasus seperti itu, faktor-faktor berikut diperhitungkan:

• sifat kelompok yang pergi;
• reaktivitas nukleofil;
• sifat pelarut;
• struktur bagian alkil.

Substitusi nukleofilik (SN)

Dalam proses interaksi dalam molekul organik, peningkatan polarisasi diamati. Dalam persamaan, muatan positif atau negatif parsial ditandai dengan huruf alfabet Yunani. Polarisasi ikatan memungkinkan untuk menilai sifat putusnya dan perilaku lebih lanjut dari "fragmen" molekul. Misalnya, atom karbon dalam iodometana memiliki muatan positif parsial dan merupakan pusat elektrofilik. Ini menarik bagian dari dipol air di mana oksigen, yang memiliki kelebihan elektron, berada. Ketika elektrofil berinteraksi dengan reagen nukleofilik, metanol terbentuk: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Reaksi substitusi nukleofilik terjadi dengan partisipasi ion bermuatan negatif atau molekul yang memiliki pasangan elektron bebas yang tidak terlibat dalam pembentukan ikatan kimia. Partisipasi aktif iodometana dalam reaksi SN 2 dijelaskan oleh keterbukaannya terhadap serangan nukleofilik dan mobilitas yodium.

Substitusi elektrofilik (SE)

Molekul organik mungkin mengandung pusat nukleofilik, yang ditandai dengan kelebihan kerapatan elektron. Bereaksi dengan reagen elektrofilik yang tidak memiliki muatan negatif. Partikel tersebut termasuk atom dengan orbital bebas, molekul dengan area kerapatan elektron rendah. Dalam karbon, yang memiliki muatan “-”, berinteraksi dengan bagian positif dari dipol air - dengan hidrogen: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Produk dari reaksi substitusi elektrofilik ini adalah metana. Dalam reaksi heterolitik, pusat molekul organik bermuatan berlawanan berinteraksi, yang membuatnya mirip dengan ion dalam kimia zat anorganik. Tidak boleh diabaikan bahwa transformasi senyawa organik jarang disertai dengan pembentukan kation dan anion sejati.

Reaksi monomolekul dan bimolekul

Substitusi nukleofilik adalah monomolekul (SN1). Hidrolisis produk penting sintesis organik, butil klorida tersier, berlangsung menurut mekanisme ini. Tahap pertama lambat, ini terkait dengan disosiasi bertahap menjadi kation karbonium dan anion klorida. Tahap kedua lebih cepat, ion karbonium bereaksi dengan air. substitusi halogen dalam alkana untuk gugus hidroksi dan memperoleh alkohol primer: (CH 3) 3 C-Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C-OH + H +. Hidrolisis satu tahap alkil halida primer dan sekunder ditandai dengan penghancuran simultan ikatan karbon dengan halogen dan pembentukan pasangan C-OH. Ini adalah mekanisme substitusi bimolekuler nukleofilik (SN2).

Mekanisme substitusi heterolitik

Mekanisme substitusi dikaitkan dengan transfer elektron, penciptaan kompleks perantara. Reaksi berlangsung lebih cepat, semakin mudah untuk membentuk karakteristik produk antara itu. Seringkali proses berjalan dalam beberapa arah pada waktu yang sama. Keuntungan biasanya diperoleh dengan cara menggunakan partikel yang membutuhkan biaya energi paling sedikit untuk pembentukannya. Misalnya, adanya ikatan rangkap meningkatkan kemungkinan munculnya kation alil CH2=CH—CH 2 + , dibandingkan dengan ion CH 3 + . Alasannya terletak pada kerapatan elektron dari ikatan rangkap, yang mempengaruhi delokalisasi muatan positif yang tersebar di seluruh molekul.

Reaksi substitusi benzena

Gugus yang karakteristik substitusi elektrofiliknya adalah arena. Cincin benzena adalah target yang nyaman untuk serangan elektrofilik. Prosesnya dimulai dengan polarisasi ikatan pada reaktan kedua, menghasilkan pembentukan elektrofil yang berdekatan dengan awan elektron cincin benzena. Hasilnya adalah kompleks transisi. Masih belum ada ikatan penuh dari partikel elektrofilik dengan salah satu atom karbon; ia tertarik ke seluruh muatan negatif dari "enam aromatik" elektron. Pada tahap ketiga dari proses, elektrofil dan satu atom karbon dari cincin dihubungkan oleh pasangan elektron yang sama (ikatan kovalen). Tetapi dalam kasus ini, "enam aromatik" dihancurkan, yang tidak menguntungkan dari sudut pandang pencapaian kondisi energi berkelanjutan yang stabil. Ada fenomena yang bisa disebut "pengeluaran proton". Ada pemisahan H + , sistem ikatan yang stabil, karakteristik arena, dipulihkan. Produk sampingan mengandung kation hidrogen dari cincin benzena dan anion dari komposisi reagen kedua.

Contoh reaksi substitusi dari kimia organik

Untuk alkana, reaksi substitusi sangat khas. Contoh transformasi elektrofilik dan nukleofilik dapat diberikan untuk sikloalkana dan arena. Reaksi serupa dalam molekul zat organik terjadi dalam kondisi normal, tetapi lebih sering ketika dipanaskan dan dengan adanya katalis. Substitusi elektrofilik dalam inti aromatik adalah salah satu proses yang tersebar luas dan dipelajari dengan baik. Reaksi yang paling penting dari jenis ini adalah:

1. Nitrasi benzena dengan adanya H 2 SO 4 - berjalan sesuai dengan skema: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
2. Halogenasi katalitik pada benzena, khususnya klorinasi, menurut persamaan: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
3. Hasil aromatik dengan asam sulfat "berasap", asam benzenasulfonat terbentuk.
4. Alkilasi adalah penggantian atom hidrogen dari cincin benzena dengan alkil.
5. Asilasi adalah pembentukan keton.
6. Formilasi adalah penggantian hidrogen dengan gugus CHO dan pembentukan aldehida.

Reaksi substitusi meliputi reaksi pada alkana dan sikloalkana, di mana halogen menyerang ikatan C-H yang tersedia. Pembuatan turunan dapat dikaitkan dengan substitusi satu, dua atau semua atom hidrogen dalam hidrokarbon jenuh dan sikloparafin. Banyak haloalkana dengan berat molekul rendah digunakan dalam produksi zat yang lebih kompleks yang termasuk dalam kelas yang berbeda. Kemajuan yang dicapai dalam mempelajari mekanisme reaksi substitusi memberikan dorongan kuat untuk pengembangan sintesis berdasarkan alkana, sikloparafin, arena, dan turunan halogen dari hidrokarbon.

Jenis-jenis reaksi kimia dalam kimia anorganik dan organik.

1. Reaksi kimia adalah proses pembentukan zat lain dari satu zat. Tergantung pada sifat prosesnya, jenis reaksi kimia dibedakan.

1) Menurut hasil akhir

2) Atas dasar pelepasan atau penyerapan panas

3) Berdasarkan reversibilitas reaksi

4) Berdasarkan perubahan derajat oksidasi atom-atom penyusun reaktan

Menurut hasil akhir, reaksi adalah dari jenis berikut:

A) Substitusi: RH+Cl 2 → RCl+HCl

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

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

D) Penguraian: CH 4 → C + 2H 2

D. Isomerisasi

E) Pertukaran

G) Koneksi

Reaksi penguraian Suatu proses di mana dua atau lebih zat lain terbentuk dari satu zat.

Reaksi pertukaran disebut proses di mana reaktan bertukar konstituen.

Reaksi substitusi terjadi dengan partisipasi zat sederhana dan kompleks, sebagai akibatnya, zat sederhana dan kompleks baru terbentuk.

Hasil dari reaksi senyawa satu zat baru terbentuk dari dua zat atau lebih.

Berdasarkan pelepasan atau penyerapan panas reaksi, ada jenis berikut:

A) eksotermik

B) Endotermik

eksotermik - Ini adalah reaksi yang melepaskan panas.

endotermik adalah reaksi yang menyerap kalor dari lingkungan.

Berdasarkan reversibilitas, reaksi adalah dari jenis berikut:

A) reversibel

B) ireversibel

Reaksi yang berlangsung hanya dalam satu arah dan berakhir dengan pengubahan reaktan awal menjadi zat akhir disebut ireversibel.

reversibel Reaksi disebut reaksi yang berlangsung secara simultan dalam dua arah yang saling berlawanan.

Berdasarkan perubahan bilangan oksidasi atom-atom penyusun reaktan, jenis-jenis reaksi adalah sebagai berikut:

A) redoks

Reaksi yang terjadi dengan perubahan keadaan oksidasi atom (di mana elektron berpindah dari satu atom, molekul atau ion ke atom lain) disebut redoks.

2. Menurut mekanisme reaksi, mereka dibagi menjadi ionik dan radikal.

Reaksi ionik- interaksi antara ion sebagai akibat pecahnya ikatan kimia secara heterolitik (sepasang elektron melewati sepenuhnya ke salah satu "fragmen").

Reaksi ionik terdiri dari dua jenis (sesuai dengan jenis reagen):

A) elektrofilik - selama reaksi dengan elektrofil.

elektrofil- pengelompokan yang memiliki orbital bebas untuk beberapa atom, atau pusat dengan kerapatan elektron yang berkurang (misalnya: H +, Cl - atau AlCl 3)

B) Nukleofilik - selama interaksi dengan nukleofil

Nukleofil - ion atau molekul bermuatan negatif dengan pasangan elektron yang tidak digunakan bersama (saat ini tidak berpartisipasi dalam pembentukan ikatan kimia).

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

Proses kimia nyata, hanya dalam kasus yang jarang terjadi, dapat dijelaskan dengan mekanisme sederhana. Pemeriksaan rinci proses kimia dari sudut pandang kinetik molekuler menunjukkan bahwa sebagian besar dari mereka berlangsung melalui mekanisme rantai radikal, fitur rantai p-tion adalah pembentukan radikal bebas pada tahap perantara (fragmen molekul atau atom yang tidak stabil dengan seumur hidup pendek, semua memiliki koneksi gratis.

Menurut mekanisme rantai, proses pembakaran, ledakan, oksidasi, reaksi fotokimia, reaksi biokimia dalam organisme hidup berlangsung.

Distrik rantai memiliki beberapa tahap:

1) nukleasi rantai - tahap rantai p-tion, sebagai akibatnya radikal bebas muncul dari molekul jenuh valensi.

2) kelanjutan rantai - tahap rantai p-tion, dilanjutkan dengan pelestarian jumlah total tahap gratis.

3) pemutusan rantai - tahap dasar dari rantai p-tion yang mengarah pada hilangnya ikatan bebas.

Ada reaksi berantai bercabang dan tidak bercabang.

Salah satu konsep terpenting dari rantai adalah panjang rantai- jumlah rata-rata tahap dasar kelanjutan rantai setelah munculnya radikal bebas sampai hilangnya.

Contoh: Sintesis Hidrogen Klorida

1) m-la CL 2 menyerap kuantum energi dan gambar 2 radikal: CL 2 + hv \u003d CL * + CL *

2) partikel aktif bergabung dengan m-molekul H 2 membentuk asam klorida dan partikel aktif H 2: CL 1 + H 2 \u003d HCL + H *

3)CL 1 +H2 =HCL+CL * dll.

6) H * + CL * \u003d HCL - sirkuit terbuka.

Mekanisme bercabang:

F * + H 2 \u003d HF + H *, dll.

F * + H 2 \u003d HF + H *, dll.

Di dalam air, lebih sulit - radikal OH*, O* dan radikal H* terbentuk.

Reaksi yang terjadi di bawah pengaruh radiasi pengion: sinar-X, sinar katoda, dan sebagainya - disebut radiokimia.

Sebagai hasil dari interaksi molekul dengan radiasi, peluruhan molekul diamati dengan pembentukan partikel yang paling reaktif.

Reaksi semacam itu berkontribusi pada rekombinasi partikel, dan pembentukan zat dengan berbagai kombinasinya.

Contohnya adalah hidrazin N 2 H 4 - komponen bahan bakar roket. Baru-baru ini, upaya telah dilakukan untuk mendapatkan hidrazin dari amonia sebagai akibat dari paparan sinar-γ:

NH 3 → NH 2 * + H *

2NH 2 * → N 2 H 4

Reaksi radiokimia, seperti radiolisis air, penting untuk aktivitas vital organisme.

Literatur:

1. Akhmetov, N.S. Kimia umum dan anorganik / N.S. Akhmetov. - edisi ke-3. - M.: Sekolah Tinggi, 2000. - 743 hal.

1. Korovin N.V. Kimia umum / N.V. Korovin. - M.: Sekolah Tinggi, 2006. - 557 hal.
2. Kuzmenko N.E. Kursus singkat dalam kimia / N.E. Kuzmenko, V.V. Eremin, V.A. Popkov. - M.: Sekolah Tinggi, 2002. - 415 hal.
3. Zaitsev, O.S. kimia umum. Struktur zat dan reaksi kimia / O.S. Zaytsev. – M.: Kimia, 1990.
4. Karapetyants, M.Kh. Struktur materi / M.Kh. Karapetyants, S.I. Drakin. - L.: Sekolah Tinggi, 1981.
5. Kapas F. Dasar-dasar kimia anorganik / F. Kapas, J. Wilkinson. – M.: Mir, 1981.
6. Ugay, Ya.A. Kimia umum dan anorganik / Ya.A.Ugai. - L.: Sekolah Tinggi, 1997.