Mechanizmy reakcji chemicznych w chemii organicznej. Rodzaje reakcji chemicznych w chemii organicznej - Hipermarket Wiedzy

>> Chemia: Rodzaje reakcji chemicznych w chemii organicznej

Reakcje substancji organicznych można formalnie podzielić na cztery główne typy: substytucja, addycja, eliminacja (eliminacja) i przegrupowanie (izomeryzacja). Jest oczywiste, że całej różnorodności reakcji związków organicznych nie da się sprowadzić do ram proponowanej klasyfikacji (np. reakcje spalania). Jednak taka klasyfikacja pomoże ustalić analogie z klasyfikacjami reakcji zachodzących między substancjami nieorganicznymi, które już znasz z chemii nieorganicznej.

Z reguły główny związek organiczny biorący udział w reakcji nazywany jest substratem, a drugi składnik reakcji jest warunkowo uważany za odczynnik.

Reakcje podstawienia

Reakcje, które powodują zastąpienie jednego atomu lub grupy atomów w oryginalnej cząsteczce (substracie) innymi atomami lub grupami atomów, nazywane są reakcjami podstawienia.

Reakcje podstawienia obejmują związki nasycone i aromatyczne, takie jak np. alkany, cykloalkany lub areny.

Podajmy przykłady takich reakcji.

Treść lekcji podsumowanie lekcji wsparcie ramka prezentacja lekcji metody akceleracyjne technologie interaktywne Ćwiczyć zadania i ćwiczenia samokontrola warsztaty, szkolenia, case'y, questy praca domowa pytania do dyskusji pytania retoryczne od studentów Ilustracje audio, wideoklipy i multimedia zdjęcia, obrazki grafika, tabele, schematy humor, anegdoty, żarty, komiksy, przypowieści, powiedzenia, krzyżówki, cytaty Dodatki streszczenia artykuły chipy dla dociekliwych ściągawki podręczniki podstawowe i dodatkowe słowniczek pojęć inne Doskonalenie podręczników i lekcjipoprawianie błędów w podręczniku aktualizacja fragmentu w podręczniku elementy innowacji na lekcji zastąpienie przestarzałej wiedzy nową T tylko dla nauczycieli doskonałe lekcje plan kalendarzowy na rok zalecenia metodyczne programu dyskusji Zintegrowane lekcje WYKŁAD 4
Klasyfikacja i
mechanizmy
reakcje organiczne

Plan
4.1. Klasyfikacja organiczna
reakcje
4.2. Klasyfikacja odczynników
4.3 Reakcje
(SR)
rodnik
zastąpienie
4.4. reakcje addycji elektrofilowej (AE)

4.1 Klasyfikacja reakcji organicznych

4.1 Klasyfikacja
reakcje organiczne
w kierunku
przez molekularność
Reakcje podstawienia S
Reakcje addycyjne A
Reakcje eliminacyjne
mi
Molekularny
rearanżacje
Monomolekularny
bimolekularny
Trójcząsteczkowy

Zgodnie z metodą zrywania i tworzenia wiązań

Heterolityczny
(joński)
* elektrofilowy
* nukleofilowy
Homolityczny
(rodnik)
Molekularny

Schemat zrywania wiązań chemicznych

A:B
+
W:
.
.
ALE
A:B
heterolityczny
O: B
ohm litic
A + B
cieszę się, ikala
+
+ W:
ALE
e związane jony

Schemat powstawania wiązań chemicznych

+
ALE
.
+ W:
A + B
.
ALE
W
heterolityczny
ALE
W
homolityczny.

reakcje heterolityczne
nazywany jonowym, ponieważ
towarzyszy im
tworzenie organicznych
jony wpływają do
rozpuszczalniki organiczne
Reakcje homolityczne
przepływ głównie w
faza gazowa

Reakcje heterolityczne w
uzależnienie od elektroniki
charakter atakującej cząstki
podzielony na nukleofile (symbol
N) i elektrofilowe (symbol E).
Jednocześnie przyjmuje się konwencjonalnie
jedna z oddziałujących cząstek
odczynnik i drugi substrat
na którym działa odczynnik

Substrat to cząsteczka, która
dostarcza atom węgla
tworzenie nowego połączenia
rodzaj reakcji (nukleofilowy
lub elektrofilowy) zależy od charakteru odczynnika

Odczynnik z samotnym
para elektronów,
oddziaływać z
podłoże, które ma
brak elektronów
zwany „nukleofilowym”
(kochanie, szukanie rdzenia) i
reakcje nukleofilowe

Odczynnik z deficytem elektronowym,
oddziaływać z
podłoże z nadmiarem elektronów
nazywa
„elektrofilowy” i
reakcja elektrofilowa

Nukleofilowe i
reakcje elektrofilowe są zawsze
połączone
reakcje towarzyszące
jednoczesny
(konsensualna) luka i
wiązanie nazywa się
molekularny (synchroniczny,
Zgoda)

synteza dienów

CO 2
HC
CO 2
+
HC
CO 2
CO 2
Cyklog exen

4.2. Klasyfikacja odczynników

4.2. Klasyfikacja odczynników
Do odczynników nukleofilowych
obejmują cząsteczki, które zawierają
jedno lub więcej nieudostępnionych
pary elektronów; jony, które przenoszą
ładunek ujemny (aniony);
cząsteczki z centrami
zwiększona gęstość

Odczynniki nukleofilowe

cząsteczki obojętne,
mając samotne pary
elektrony:
..
..
..
..
NH3; R - NH2; R2 - NH; R3N;
..
H2O;
..
..
R-OH;
..
..
;
R-O
R
..
aniony:
OH-; CN-; NH2-; RCOO-; RS-; Cl-;
Br-; I-; HSO3-;

Odczynniki nukleofilowe

znajomości,
zawierające centra z
zwiększona gęstość elektronowa:
C
C
;
C
C
;

Odczynniki elektrofilowe

cząsteczki obojętne,
posiadające wolną orbitę:
SO3, kwasy Lewisa (AlCl3,
SnCl4, FeBr3, BF3)
kationy: proton (H+), jony
metale (Men+), SO3H+, NO2+, NO+

Cząsteczki,
mający
centra
z
zmniejszona gęstość elektronowa:
chlorowcopochodne węglowodorów Rδ+-
Halδ-, halogeny (Cl2, Br2, I2), związki z
grupa karbonylowa:
R
C
O
;
H
R
C
O
;
R1
R
C
O
; R
Oh
C
O
;
LUB

W reakcjach chemii organicznej
zwykle odbywają się w
kilka etapów, tj. z
tworzenie półproduktu
cząstki krótko żyjące
(półprodukty): karbokationy,
karboany, rodniki

Karbokationy - pozytywne
naładowane cząstki, atom
dodatnie łożysko węglowe
opłata jest w sp2 -
hybrydyzacja.
Atom węgla z akwizycją
dodatnie zmiany ładunku
jego stan walencyjny od sp3 do
sp2, czyli energetycznie więcej
opłacalny.

Ważna cecha
ich karbokationy
zrównoważony rozwój, który
określony przez stopień
delokalizacja
ładunek dodatni

Stabilność karbokation
mieści się w linii:
trzeciorzędowy
atom C
>
wtórny
atom C
>
podstawowy
atom C

Stabilność karbokation

+
CH3 CH3
m etylowy
kation
+
CH2
etylowy
kation
CH3
CH3
+
CH
izopropylo
kation
CH3
CH3
ZWIĘKSZONA STABILNOŚĆ
+
C
CH3
tertbutylo
kation

Węglowodory - ujemne
naładowane cząstki, ładunek
co wynika z ich obecności
struktura atomu C z samotnym
para elektroniczna. W tym samym czasie atom
negatyw z węglem
ładować, może być zarówno w sp2 jak i
w hybrydyzacji sp3

Stabilność karboanionów zależy od
stopień delokalizacji negatywu
ładunek na atomie węgla. Niż ona
im wyższa, tym wyższa ich stabilność i
obniżyć ich reaktywność.
Najbardziej stabilny cykliczny
karboanion, w składzie którego
istnieje wspólny π-elektron
gęstość, w tym
4n+2 π-elektrony

anion cyklopentadienylowy

Wolne rodniki – dowolne
elektrycznie neutralny aktywny
cząstki zawierające
orbital jednoelektronowy.
Wolne rodniki mogą
mieć przypisane cząstki,
zawierające niesparowany elektron
nie tylko na atomie węgla (C ), ale
a na innych atomach: R2N· ; RO

4.3. Radykalne reakcje podstawienia (SR)

4.3. Reakcje radykalne
substytucja (SR)
Reakcje SR są charakterystyczne dla
związki alifatyczne i
serie alicykliczne. Jak
z reguły płyną
mechanizm łańcuchowy, główny
których etapy to:
inicjacja, rozwój (wzrost
łańcuch) i obwód otwarty.

Na etapie inicjacji
powstają wolne rodniki
rozpoczynając łańcuch
proces
Wolne rodniki mogą
wystąpić z powodu termicznego
lub fotochemiczny
inicjacja, a także
w wyniku reakcji OB

Radykalne reakcje podstawienia (SR)

R-H+A-A
podłoże
odczynnik
h
RA+HA
produkt
reakcje

mechanizm reakcji
substytucja radykalna (SR)
1. Inicjacja
A-A
h
.
2A

2. Rozwój łańcucha

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

3. Otwarty obwód
.
R
.
A
.
A
+
.
R
R-R
+
.
R
R-A
+
.
A
A-A

Łatwość oderwania atomu H od atomu węgla mieści się w szeregu węglowodorów

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

Rodniki bromu (Br˙) mają
wysoka selektywność: jeśli
cząsteczka ma drugorzędową i
zwłaszcza trzeciorzędowy atom węgla,
wtedy dominuje bromowanie
idzie na wyższy (średni)
atom węgla. Takie reakcje
zwany regioselektywnym
(selektywnie według miejsca
działania) reakcje

Bromowanie alkanów (regioselektywne reakcje)

H3C
CH
H
CH3 + Br2
h
H3C
CH
CH3 + HBr
Br
2-bromopropan

mechanizm reakcji
bromowanie alkanów
1. Inicjacja
Br2
h
.
2Br

2. Rozwój łańcucha
.
Br + H3C
CH
CH3
H3C
.
CH
CH3 + HBr
H
Br2 + H3C
.
CH
CH3
H3C
CH
Br
.
CH3 + Br

3. Otwarty obwód
.
.
H3C
CH3 + Br
CH
H3C
CH
CH3
Br
.
Br
H3C
.
Br2
+Br
.
.
CH+H3C
CH
CH3
CH3
H3C
CH
CH
CH3
CH3
2,3-dimetylobutan
CH3

4.4. Reakcje addycji elektrofilowej

addycja elektrofilowa (AE)
charakterystyka układów nienasyconych,
zawierające podwójne lub potrójne wiązania.
Ich nukleofilowy charakter
związki ze względu na obecność wiązania π,
który jest obszarem z
zwiększona gęstość elektronowa,
jest polaryzowalny i łatwo
załamuje się pod
odczynniki elektrofilowe

Mechanizm reakcji AE

+ X
C=C
podłoże
Y
odczynnik
X
C
+
C
-złożony
+Y
C=C
X
Y
-złożony
X
C
C
Y

Halogenacja

H
H
C=C
H
+Br
Br
H
H
C=C
H
H
Br
Br
CH2
H2C
+
Br
brom oniowy
kation
+Br
H2C
CH2
Br
1,2-d ibromoetan
H
Br

uwodornienie
H
C=C
+H2
t, Kt
C
C
H
Hydrohalogenowanie
Cl
C=C
+ HCl
C
H
C

Uwodnienie
Oh
C=C
+HOH
H
+
C
H
C

Zasada Markownikowa:
podczas interakcji
Odczynniki typu HX z
asymetryczny
alkeny, wodór
łączy
bardzo
uwodorniony Władimir
Markownikow
atom węgla
(1837 – 1904)

Hydrohalogenowanie alkenów
Reguła Morkovnikova
CH3 CH = CH2 + HCl
CH3
CH
Cl
2-chloropropan
CH3

mechanizm reakcji
hydrohalogenacja
CH3
CH3
+
+
CH
CH3
CH2
+
CH2
CH = CH2 + H
CH3
CH3
CH
Cl
CH3
+Cl
-

Schemat reakcji hydratacji alkenu

Schemat reakcji hydratacji
alkeny
+
H2C = CH2 + H2O
H
H3C
CH2
Oh
etanol

Mechanizm reakcji nawodnienia
alkeny
..
+
+HOH
..
+
H C = CH + H
H C CH
2
2
H3C
3
CH2
+
O
H
+
-H
zwrócić
katalizator
H
kation oksonium
2
H3C
CH2
Oh

klasyczna zasada
Markovnikova jest idealna
dotyczy tylko
alkeny, w przypadku ich
potrzebne pochodne
weź pod uwagę mechanizm
reakcje i stabilność
formowane półprodukty

Mechanizm reakcji hydratacji nienasyconych kwasów karboksylowych wobec zasady Morkovnikova

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

..
HOH
..
O
R
CH
+
O
H
H
CH2
C
O
R
-H+
CH
CH2
C
Och wróć
katalizator
Oh
Oh
-hydroksykwas

Ten rodzaj nawodnienia w
vivo jest częścią procesu
β-utlenianie nienasyconych
kwasy tłuszczowe w organizmie

Powiązane systemy
(alkadieny)
termodynamicznie najbardziej
stabilny, tak często
występują w naturze.
Reakcje AE z takimi dienami
przystąp do formowania dwóch
produkty
1,4- i 1,2-nasadki

Reakcje AE w szeregu alkadienów

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

Reakcje AE w szeregu alkadienów Mechanizm reakcji

+
H3C
H2C=CH
CH = CH2 + H+
Mechanizm reakcji hydratacji H3C
pochodne acetylenu
H3C
C
+
CH+H
H3C
+
C=CH2
..
+HOH
..

Mechanizm reakcji nawodnienia
pochodne acetylenu
H3C
C=CH2
+
O
H
-H+
H3C
C=CH2
Oh
H

Klasyfikacja reakcji Według liczby substancji początkowych i końcowych: 1. Przystąpienie 2. Eliminacja (eliminacja) 3. Zastąpienie

Klasyfikacja reakcji Według mechanizmu zrywania wiązań: 1. Rodniki homolityczne (rodnikowe) 2. Jony heterolityczne (jonowe)

Mechanizm reakcji Mechanizm - szczegółowy opis reakcji chemicznej etapami, wskazując produkty pośrednie i cząstki. Schemat reakcji: Mechanizm reakcji:

Klasyfikacja reakcji według rodzaju odczynników 1. Rodnik Rodnik to chemicznie aktywna cząstka z niesparowanym elektronem. 2. Elektrofil Elektrofil to cząstka lub cząsteczka z niedoborem elektronów i atomem z niedoborem elektronów. 3. Nukleofil Nukleofil to anion lub obojętna cząsteczka, która ma atom z niewspólną parą elektronów.

Rodzaje wiązań chemicznych w substancjach organicznych Główny typ wiązania to wiązanie kowalencyjne (rzadziej jonowe) Wiązanie Sigma (σ-): Wiązanie Pi (-)

ALKANE - węglowodory alifatyczne (tłuste) "Alifatos" - olej, tłuszcz (grecki). Cn. H 2 n+2 Limit, węglowodory nasycone

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

Atomowy model orbitalny cząsteczki metanu W cząsteczce metanu atom węgla nie ma już orbitali S i P! Jego 4 hybrydowe orbitale SP 3, które są równoważne pod względem energii i kształtu, tworzą 4 wiązania z orbitalami S atomu wodoru. H H 4 -obligacje

Reakcja azotowania Konowałow Dmitrij Pietrowicz (1856-1928) 1880. Pierwsza udana próba wskrzeszenia „chemicznych zmarłych”, które uważano za alkany. Znalazłem warunki do nitrowania alkanów. Ryż. Źródło: http: //obrazy. Yandex. ru.

Właściwości chemiczne I. Reakcje z rozerwaniem wiązań C-H (reakcje podstawienia): 1. halogenowanie 2. nitrowanie 3. sulfochlorowanie II. Reakcje z zerwaniem wiązań C-C: 1. spalanie 2. pękanie 3. izomeryzacja

Jak znaleźć chemika? Jeśli chcesz znaleźć chemika, zapytaj, co to jest kret i niezjonizowany. A jeśli zacznie mówić o zwierzętach futerkowych i organizacji pracy, spokojnie odejdź. Prozaik, popularyzator nauki Izaak Asimow (1920–1992) Fot. Źródło: http: //obrazy. Yandex. ru.

1. Reakcja halogenowania Chlorowanie: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Bromowanie: RH + Br 2 hv RBr + HBr Na przykład chlorowanie metanu: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

Etapy mechanizmu wolnorodnikowego Schemat reakcji: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Mechanizm reakcji: I. Inicjacja łańcucha - etap powstawania wolnych rodników. Cl Cl 2 Cl Rodnik jest aktywną cząstką, inicjatorem reakcji. – – Scena wymaga energii w postaci ogrzewania lub oświetlenia. Kolejne kroki mogą przebiegać w ciemności, bez ogrzewania.

Etapy mechanizmu wolnorodnikowego II. Głównym etapem jest wzrost łańcucha. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Etap może obejmować kilka podetapów, z których każdy tworzy nowy rodnik, ale nie H !!! Na II, głównym etapie, koniecznie powstaje główny produkt!

Etapy mechanizmu wolnorodnikowego III. Zakończenie łańcucha to rekombinacja rodników. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Dowolne dwa rodniki łączą się.

Selektywność substytucji Selektywność - selektywność. Regioselektywność - selektywność w określonym obszarze reakcji. Na przykład selektywność halogenowania: 45% 3% Wniosek? 55% 97%

Selektywność halogenowania zależy od następujących czynników: Warunki reakcji. W niskich temperaturach jest bardziej selektywny. charakter halogenu. Im bardziej aktywny halogen, tym mniej selektywna reakcja. F 2 reaguje bardzo energicznie, niszcząc wiązania C-C. W tych warunkach I 2 nie reaguje z alkanami. Struktura alkanu.

Wpływ struktury alkanu na selektywność substytucyjną. Jeżeli atomy węgla w alkanie są nierówne, to podstawianie każdego z nich przebiega w różnym tempie. Stosunkowo. szybkość reakcji podstawienia atom H wtórny atom H tert. chlorowanie atomów H 1 3, 9 5, 1 bromowanie 1 82 1600 Wniosek?

Oderwanie trzeciorzędowego atomu wodoru wymaga mniej energii niż oderwanie drugorzędowego i pierwotnego! Wzór alkanu Wynik homolizy 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

Kierunek reakcji Każda reakcja przebiega głównie w kierunku tworzenia bardziej stabilnej cząstki pośredniej!

Cząstką pośrednią w reakcjach rodnikowych jest wolny rodnik. Najłatwiej tworzy się najbardziej stabilny rodnik! Szereg stabilności rodników: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Grupy alkilowe wykazują efekt elektronodonorowy, dzięki czemu stabilizują rodnik

Reakcja sulfochlorowania Schemat reakcji: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Mechanizm reakcji: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl itd. 3 2 Cl Cl 2 itd.

Reakcja D. P. Konowałowa Azotowanie według Konowałowa przeprowadza się przez działanie rozcieńczonego kwasu azotowego w temperaturze 140 o. C. Schemat reakcji: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O

Mechanizm reakcji Konowałowa HNO 3 N 2 O 4 1. N 2 O 4 2 NO 2 2. RH + NO 2 R + HNO 2 R + HNO 3 RNO 2 + OH RH + OH R + H 2 O itd. 3. Otwarty obwód.

Alkeny to nienasycone węglowodory z jednym wiązaniem C=C Cn. H 2 n C \u003d C - grupa funkcyjna alkenów

Właściwości chemiczne alkenów Charakterystyka ogólna Alkeny są reaktywną klasą związków. Wchodzą w liczne reakcje, z których większość wynika z zerwania słabszego wiązania pi. Е С-С (σ-) ~ 350 KJ/mol Е С=С (-) ~ 260 KJ/mol

Reakcje charakterystyczne Najbardziej charakterystycznym typem reakcji jest addycja. Wiązanie podwójne jest donorem elektronów, więc ma tendencję do dodawania: E - elektrofile, kationy lub rodniki

Przykłady reakcji addycji elektrofilowej 1. Dodawanie halogenów - Nie wszystkie halogeny są dodawane, ale tylko chlor i brom! – Polaryzacja obojętnej cząsteczki halogenu może wystąpić pod działaniem polarnego rozpuszczalnika lub pod działaniem podwójnego wiązania alkenu. Czerwono-brązowy roztwór bromu staje się bezbarwny

Dodawanie elektrofilowe Reakcje przebiegają w temperaturze pokojowej i nie wymagają naświetlania. Mechanizm jonowy. Schemat reakcji: XY \u003d Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O

Kompleks sigma to karbokation - cząstka z ładunkiem dodatnim na atomie węgla. Jeśli w środowisku reakcji obecne są inne aniony, mogą one również przyłączać się do karbokationu.

Na przykład dodanie bromu rozpuszczonego w wodzie. Ta jakościowa reakcja dla podwójnego wiązania C=C przebiega z odbarwieniem roztworu bromu i utworzeniem dwóch produktów:

Dodatek do niesymetrycznych alkenów Regioselektywność dodatku! Zasada Markownikowa (1869): kwasy i woda są dodawane do niesymetrycznych alkenów w taki sposób, że wodór jest dodawany do bardziej uwodornionego atomu węgla.

Markownikow Władimir Wasiliewicz (1837 - 1904) Absolwent Uniwersytetu Kazańskiego. Od 1869 - profesor Wydziału Chemii. Założyciel szkoły naukowej. Ryż. Źródło: http: //obrazy. Yandex. ru.

Wyjaśnienie reguły Markownikowa Reakcja przebiega poprzez utworzenie najbardziej stabilnej cząstki pośredniej - karbokation. pierwotna wtórna, bardziej stabilna

Szereg stabilności karbokationu: trzeciorzędowa drugorzędowa zasada metylu Markownikowa we współczesnym preparacie: dodanie protonu do alkenu następuje z utworzeniem bardziej stabilnej karbokationu.

Dodatek anty-Markovnikova CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Formalnie reakcja jest sprzeczna z regułą Markovnikova. CF 3 - podstawnik odciągający elektrony Inne środki odciągające elektrony: NO 2, SO 3 H, COOH, halogeny itp.

Dodatek anty-Markownikowa bardziej stabilny niestabilny CF 3 - akceptor elektronów, destabilizuje karbokation Reakcja tylko formalnie jest sprzeczna z regułą Markownikowa. W rzeczywistości jest posłuszny, ponieważ przechodzi przez bardziej stabilną karbokację.

Efekt nadtlenku Harash X CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X \u003d O 2, H 2 O 2, ROOR Mechanizm wolnorodnikowy: 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 jest bardziej stabilnym rodnikiem CH 3-CH -CH 2 Br + HBr CH 3-CH 2 Br + Br itd. 3. Dowolny dwa rodniki są połączone między sobą.

Addycja elektrofilowa 3. Hydratacja - dodatek wody - Reakcja przebiega w obecności katalizatorów kwasowych, najczęściej jest to kwas siarkowy. Reakcja jest zgodna z regułą Markownikowa. Tani sposób na alkohole

Na egzaminie akademik Iwan Aleksiejewicz Kablukow prosi ucznia, aby opowiedział, jak w laboratorium pozyskuje się wodór. – Merkury – odpowiada. „Jak to jest „z rtęci”? ! Zwykle mówią „z cynku”, ale z rtęci - to coś oryginalnego. Napisz reakcję. Uczeń pisze: Hg \u003d H + g I mówi: „Rtęć jest podgrzewana; rozkłada się na H i g. H to wodór, jest lekki i dlatego odlatuje, a g to przyspieszenie ziemskie, ciężkie, pozostaje. „Aby uzyskać taką odpowiedź, musisz umieścić„ pięć ”, mówi Kablukov. - Zróbmy notatkę. Tylko „piątkę” też najpierw rozgrzeję. „Trzy” odlatuje, a „dwa” pozostaje.

Dwóch chemików w laboratorium: - Wasia, włóż rękę do tej szklanki. - Upuściłem to. - Czy coś czujesz? - Nie. - Więc kwas siarkowy w innej szklance.

Węglowodory aromatyczne Aromatyczne - pachnące? ? Związki aromatyczne to benzen i substancje, które przypominają go zachowaniem chemicznym!

Wiele reakcji podstawienia otwiera drogę do uzyskania różnorodnych związków, które mają zastosowanie ekonomiczne. Ogromną rolę w nauce i przemyśle chemicznym przypisuje się substytucji elektrofilowej i nukleofilowej. W syntezie organicznej procesy te mają szereg cech, które należy wziąć pod uwagę.

różnorodność zjawisk chemicznych. Reakcje podstawienia

Zmiany chemiczne związane z przemianami substancji wyróżnia szereg cech. Ostateczne wyniki, efekty termiczne mogą być różne; niektóre procesy dobiegają końca, w innych zmianie substancji często towarzyszy wzrost lub spadek stopnia utlenienia. Klasyfikując zjawiska chemiczne według ich wyniku końcowego, zwraca się uwagę na jakościowe i ilościowe różnice między reagentami a produktami. Zgodnie z tymi cechami można wyróżnić 7 rodzajów przekształceń chemicznych, w tym podstawienie, według schematu: A-B + C A-C + B. Uproszczony zapis całej klasy zjawisk chemicznych daje wyobrażenie, że wśród substancji wyjściowych istnieje tzw. -zwana „cząstką, która zastępuje atom, jon lub grupę funkcyjną w odczynniku. Reakcja podstawienia jest typowa dla ograniczania i

Reakcje substytucji mogą wystąpić w postaci podwójnej wymiany: A-B + C-E A-C + B-E. Jednym z podgatunków jest wypieranie np. miedzi żelazem z roztworu siarczanu miedzi: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. Atomy, jony lub grupy funkcyjne mogą działać jako „atakująca” cząstka

Substytucja homolityczna (rodnik, SR)

Dzięki radykalnemu mechanizmowi zrywania wiązań kowalencyjnych, para elektronów wspólna dla różnych pierwiastków jest proporcjonalnie rozdzielona między „fragmenty” cząsteczki. Powstają wolne rodniki. Są to cząstki niestabilne, których stabilizacja następuje w wyniku kolejnych przemian. Na przykład, gdy etan otrzymuje się z metanu, pojawiają się wolne rodniki, które uczestniczą w reakcji podstawienia: CH 4 CH 3. +.H; CH3 . +.CH3 → C2H5; H + H → H2. Zerwanie wiązania homolitycznego zgodnie z podanym mechanizmem substytucji ma charakter łańcuchowy. W metanie atomy H mogą być sukcesywnie zastępowane przez chlor. Reakcja z bromem przebiega podobnie, jednak jod nie jest w stanie bezpośrednio zastąpić wodoru w alkanach, fluor reaguje z nimi zbyt energicznie.

Metoda rozszczepienia heterolitycznego

Dzięki jonowemu mechanizmowi reakcji podstawienia elektrony są nierównomiernie rozmieszczone wśród nowo powstałych cząstek. Wiążąca para elektronów przechodzi całkowicie do jednego z „fragmentów”, najczęściej do tego partnera wiązania, w kierunku którego przesunięta została ujemna gęstość w cząsteczce polarnej. Reakcje podstawienia obejmują tworzenie się alkoholu metylowego CH3OH. W bromometanie CH3Br rozszczepienie cząsteczki jest heterolityczne, a naładowane cząstki są stabilne. Metyl uzyskuje ładunek dodatni, a brom ładunek ujemny: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; CH3 + + OH - → CH3OH; Na + + Br - ↔ NaBr.

Elektrofile i nukleofile

Cząstki pozbawione elektronów i mogące je przyjąć nazywane są „elektrofilami”. Należą do nich atomy węgla związane z halogenami w haloalkanach. Nukleofile mają zwiększoną gęstość elektronów, „oddają” parę elektronów podczas tworzenia wiązania kowalencyjnego. W reakcjach substytucji nukleofile bogate w ładunki ujemne są atakowane przez pozbawione elektronów elektrofile. Zjawisko to jest związane z przemieszczeniem atomu lub innej cząstki - grupy opuszczającej. Innym rodzajem reakcji podstawienia jest atak elektrofila przez nukleofil. Czasami trudno jest rozróżnić dwa procesy, przypisać podstawienie do tego czy innego typu, ponieważ trudno jest dokładnie określić, która z cząsteczek jest substratem, a która odczynnikiem. Zwykle w takich przypadkach brane są pod uwagę następujące czynniki:

• charakter grupy opuszczającej;
• reaktywność nukleofilowa;
• charakter rozpuszczalnika;
• struktura części alkilowej.

Substytucja nukleofilowa (SN)

W procesie interakcji w cząsteczce organicznej obserwuje się wzrost polaryzacji. W równaniach częściowy ładunek dodatni lub ujemny jest oznaczony literą alfabetu greckiego. Polaryzacja wiązania umożliwia ocenę charakteru jego zerwania i dalszego zachowania się „fragmentów” cząsteczki. Na przykład atom węgla w jodometanie ma częściowy ładunek dodatni i jest centrum elektrofilowym. Przyciąga tę część dipola wody, w której znajduje się tlen, w którym znajduje się nadmiar elektronów. Gdy elektrofil oddziałuje z odczynnikiem nukleofilowym, powstaje metanol: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Reakcje substytucji nukleofilowej zachodzą przy udziale jonu naładowanego ujemnie lub cząsteczki posiadającej wolną parę elektronów, która nie bierze udziału w tworzeniu wiązania chemicznego. Aktywny udział jodometanu w reakcjach SN 2 tłumaczy się jego otwartością na atak nukleofilowy i ruchliwością jodu.

Substytucja elektrofilowa (SE)

Cząsteczka organiczna może zawierać centrum nukleofilowe, które charakteryzuje się nadmiarem gęstości elektronowej. Reaguje z odczynnikiem elektrofilowym pozbawionym ładunków ujemnych. Do takich cząstek należą atomy z wolnymi orbitalami, cząsteczki z obszarami o niskiej gęstości elektronowej. W węglu, który ma ładunek „-”, oddziałuje z dodatnią częścią dipola wody - z wodorem: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Produktem tej reakcji podstawienia elektrofilowego jest metan. W reakcjach heterolitycznych oddziałują przeciwnie naładowane centra cząsteczek organicznych, co upodabnia je do jonów w chemii substancji nieorganicznych. Nie należy zapominać, że przemianie związków organicznych rzadko towarzyszy tworzenie prawdziwych kationów i anionów.

Reakcje monomolekularne i bimolekularne

Substytucja nukleofilowa jest monomolekularna (SN1). Hydroliza ważnego produktu syntezy organicznej, chlorku trzeciorzędowego butylu, przebiega zgodnie z tym mechanizmem. Pierwszy etap jest powolny, wiąże się ze stopniową dysocjacją na kation karbonowy i anion chlorkowy. Drugi etap jest szybszy, jon węgla reaguje z wodą. podstawienie halogenu w alkanie grupą hydroksylową i otrzymanie pierwszorzędowego alkoholu: (CH 3) 3 C-Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ; (CH3)3C + + H2O → (CH3)3C-OH + H+. Jednoetapowa hydroliza pierwotnych i wtórnych halogenków alkilowych charakteryzuje się jednoczesnym zniszczeniem wiązania węglowego z halogenem i utworzeniem pary C–OH. Jest to mechanizm nukleofilowej substytucji dwucząsteczkowej (SN2).

Mechanizm substytucji heterolitycznej

Mechanizm substytucji jest związany z przeniesieniem elektronu, tworzeniem kompleksów pośrednich. Reakcja przebiega tym szybciej, tym łatwiej jest wytworzyć charakterystyczne dla niej produkty pośrednie. Często proces przebiega w kilku kierunkach jednocześnie. Zaletę uzyskuje się zwykle dzięki temu, że wykorzystuje się cząstki, które wymagają najmniejszych nakładów energetycznych na ich utworzenie. Na przykład obecność wiązania podwójnego zwiększa prawdopodobieństwo pojawienia się kationu allilowego CH2=CH—CH2 + , w porównaniu z jonem CH3 + . Przyczyna leży w gęstości elektronowej wiązania wielokrotnego, co wpływa na delokalizację ładunku dodatniego rozproszonego w cząsteczce.

Reakcje podstawienia benzenu

Grupą, dla której charakterystyczna jest substytucja elektrofilowa, są areny. Pierścień benzenowy jest wygodnym celem ataku elektrofilowego. Proces rozpoczyna się polaryzacją wiązania w drugim reagentze, w wyniku czego powstaje elektrofil sąsiadujący z chmurą elektronową pierścienia benzenowego. Rezultatem jest kompleks przejściowy. Nadal nie ma pełnowartościowego wiązania cząstki elektrofilowej z jednym z atomów węgla, przyciąga ją cały ładunek ujemny „aromatycznej szóstki” elektronów. W trzecim etapie procesu elektrofil i jeden atom węgla pierścienia są połączone wspólną parą elektronów (wiązanie kowalencyjne). Ale w tym przypadku „aromatyczna szóstka” zostaje zniszczona, co jest niekorzystne z punktu widzenia osiągnięcia stabilnego zrównoważonego stanu energetycznego. Istnieje zjawisko, które można nazwać „wyrzucaniem protonów”. Następuje rozszczepienie H + , przywracany jest stabilny system wiązania, charakterystyczny dla arenów. Produkt uboczny zawiera kation wodorowy z pierścienia benzenowego i anion z kompozycji drugiego odczynnika.

Przykłady reakcji podstawienia z chemii organicznej

W przypadku alkanów szczególnie charakterystyczna jest reakcja podstawienia. Przykłady przekształceń elektrofilowych i nukleofilowych można podać dla cykloalkanów i arenów. Podobne reakcje w cząsteczkach substancji organicznych zachodzą w normalnych warunkach, ale częściej po podgrzaniu iw obecności katalizatorów. Substytucja elektrofilowa w jądrze aromatycznym jest jednym z szeroko rozpowszechnionych i dobrze zbadanych procesów. Najważniejsze reakcje tego typu to:

1. Azotowanie benzenu w obecności H 2 SO 4 - przebiega według schematu: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
2. Katalityczne halogenowanie benzenu, w szczególności chlorowanie, zgodnie z równaniem: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
3. Aromatyczny przepływ z „dymiącym” kwasem siarkowym, tworzą się kwasy benzenosulfonowe.
4. Alkilowanie polega na zastąpieniu atomu wodoru z pierścienia benzenowego alkilem.
5. Acylacja to tworzenie ketonów.
6. Formylowanie to zastąpienie wodoru grupą CHO i utworzenie aldehydów.

Reakcje podstawienia obejmują reakcje w alkanach i cykloalkanach, w których halogeny atakują dostępne wiązanie C-H. Otrzymywanie pochodnych może być związane z podstawieniem jednego, dwóch lub wszystkich atomów wodoru w węglowodorach nasyconych i cykloparafinach. Wiele haloalkanów o niskiej masie cząsteczkowej wykorzystuje się do produkcji bardziej złożonych substancji należących do różnych klas. Postęp osiągnięty w badaniach mechanizmów reakcji substytucji dał silny impuls do rozwoju syntez opartych na alkanach, cykloparafinach, arenach i chlorowcopochodnych węglowodorów.

Rodzaje reakcji chemicznych w chemii nieorganicznej i organicznej.

1. Reakcja chemiczna to proces, w którym z jednej substancji powstają inne substancje. W zależności od charakteru procesu rozróżnia się rodzaje reakcji chemicznych.

1) Zgodnie z wynikiem końcowym

2) Na podstawie wydzielania lub pochłaniania ciepła

3) W oparciu o odwracalność reakcji

4) Na podstawie zmiany stopnia utlenienia atomów tworzących reagenty

Zgodnie z końcowym wynikiem reakcje są następujące:

A) Podstawienie: RH+Cl2 → RCl+HCl

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

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

D) Rozkład: CH4 → C + 2H 2

D) Izomeryzacja

E) Wymiana

G) Połączenia

Reakcja rozkładu Proces, w którym z jednej substancji powstają dwie lub więcej innych substancji.

Reakcja wymiany nazwany procesem, w którym reagenty wymieniają się składnikami.

Reakcje podstawienia występują z udziałem substancji prostych i złożonych, w wyniku czego powstają nowe substancje proste i złożone.

W rezultacie reakcje złożone jedna nowa substancja powstaje z dwóch lub więcej substancji.

Na podstawie wydzielania lub pochłaniania ciepła reakcji można wyróżnić następujące typy:

A) egzotermiczny

B) Endotermiczny

Egzotermiczny - Są to reakcje, które uwalniają ciepło.

Endotermiczny to reakcje pochłaniające ciepło z otoczenia.

Na podstawie odwracalności reakcje są następujących typów:

A) odwracalne

B) nieodwracalne

Nazywa się reakcje, które przebiegają tylko w jednym kierunku i kończą się całkowitą konwersją początkowych reagentów w substancje końcowe nieodwracalny.

odwracalny Reakcje nazywane są tymi, które jednocześnie przebiegają w dwóch wzajemnie przeciwnych kierunkach.

Na podstawie zmiany stopnia utlenienia atomów tworzących reagenty reakcje są następujące:

A) redoks

Reakcje zachodzące ze zmianą stopnia utlenienia atomów (w którym elektrony przenoszą się z jednego atomu, cząsteczki lub jonu na inne) są nazywane redoks.

2. Zgodnie z mechanizmem reakcji dzielą się na jonowe i rodnikowe.

Reakcje jonowe- oddziaływanie między jonami w wyniku heterolitycznego zerwania wiązania chemicznego (para elektronów przechodzi w całości do jednego z „fragmentów”).

Reakcje jonowe są dwojakiego rodzaju (w zależności od rodzaju odczynnika):

A) elektrofilowy - podczas reakcji z elektrofilem.

elektrofil- ugrupowanie, które ma swobodne orbitale dla niektórych atomów lub centra o zmniejszonej gęstości elektronowej (na przykład: H +, Cl - lub AlCl 3)

B) Nukleofilowe - w trakcie interakcji z nukleofilem

Nukleofil - ujemnie naładowany jon lub cząsteczka z niewspólną parą elektronów (obecnie nie uczestnicząca w tworzeniu wiązania chemicznego).

(Przykłady: F - , Cl - , RO - , I -).

Prawdziwe procesy chemiczne, tylko w rzadkich przypadkach, można opisać prostymi mechanizmami. Szczegółowe badanie procesów chemicznych z punktu widzenia kinetyki molekularnej pokazuje, że większość z nich przebiega poprzez mechanizm łańcuchowo-rodnikowy, cechą p-tionów łańcuchowych jest tworzenie wolnych rodników na etapach pośrednich (niestabilne fragmenty cząsteczek lub atomów o krótki czas życia, wszystkie mają darmowe połączenia.

Procesy spalania, wybuchu, utleniania, reakcje fotochemiczne, reakcje biochemiczne w organizmach żywych przebiegają zgodnie z mechanizmem łańcuchowym.

Dzielnice sieciowe mają kilka etapów:

1) zarodkowanie łańcucha - etap p-tionu łańcucha, w wyniku którego z cząsteczek nasyconych wartościowością powstają wolne rodniki.

2) kontynuacja łańcucha - etap łańcucha p-tion, postępując z zachowaniem całkowitej liczby wolnych etapów.

3) zerwanie łańcucha - elementarny etap łańcuchów p-tion prowadzący do zaniku wolnych wiązań.

Istnieją rozgałęzione i nierozgałęzione reakcje łańcuchowe.

Jedną z najważniejszych koncepcji łańcucha jest długość łańcucha- średnia liczba elementarnych etapów kontynuacji łańcucha po pojawieniu się wolnego rodnika do jego zaniku.

Przykład: Synteza chlorowodoru

1) m-la CL 2 pochłania kwant energii i obraz 2 rodników: CL 2 + hv \u003d CL * + CL *

2) aktywna cząstka łączy się z m-cząsteczką H 2 tworząc kwas solny i aktywną cząstkę H 2: CL 1 + H 2 \u003d HCL + H *

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

6) H * + CL * \u003d HCL - obwód otwarty.

Mechanizm rozgałęziony:

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

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

W wodzie jest to trudniejsze - powstają rodniki OH*, O* i H*.

Reakcje zachodzące pod wpływem promieniowania jonizującego: promienie rentgenowskie, promienie katodowe i tak dalej - zwany radiochemicznym.

W wyniku oddziaływania cząsteczek z promieniowaniem obserwuje się rozpad cząsteczek z powstawaniem najbardziej reaktywnych cząsteczek.

Takie reakcje przyczyniają się do rekombinacji cząstek i tworzenia substancji z ich różnymi kombinacjami.

Przykładem jest hydrazyna N 2 H 4 - składnik paliwa rakietowego. Ostatnio podjęto próby uzyskania hydrazyny z amoniaku w wyniku ekspozycji na promienie γ:

NH3 → NH2 * + H *

2NH2 * → N2H4

Reakcje radiochemiczne, takie jak radioliza wody, są ważne dla życiowej aktywności organizmów.

Literatura:

1. Achmetow, N.S. Chemia ogólna i nieorganiczna / N.S. Achmetow. - 3. ed. - M.: Szkoła Wyższa, 2000r. - 743 s.

1. Korovin N.V. Chemia ogólna / N.V. Korovin. - M.: Szkoła Wyższa, 2006r. - 557 s.
2. Kuzmenko N.E. Krótki kurs chemii / N.E. Kuzmenko, V.V. Eremin, V.A. Popkowa. - M.: Szkoła Wyższa, 2002r. - 415 s.
3. Zajcew OS Chemia ogólna. Struktura substancji i reakcje chemiczne / OS Zajcew. – M.: Chemia, 1990.
4. Karapetyants, M.Kh. Struktura materii / M.Kh. Karapetyants, S.I. Drakin. - M .: Wyższa Szkoła, 1981.
5. Cotton F. Podstawy chemii nieorganicznej / F. Cotton, J. Wilkinson. – M.: Mir, 1981.
6. Ugaj, Ya.A. Chemia ogólna i nieorganiczna / Ya.A.Ugay. - M .: Wyższa Szkoła, 1997.