Mehanizmi kemijskih reakcij v organski kemiji. Vrste kemijskih reakcij v organski kemiji - Hipermarket znanja

>> Kemija: Vrste kemijskih reakcij v organski kemiji

Reakcije organskih snovi lahko formalno razdelimo na štiri glavne vrste: substitucija, adicija, eliminacija (eliminacija) in preureditev (izomerizacija). Očitno je, da celotne raznolikosti reakcij organskih spojin ni mogoče omejiti na okvir predlagane klasifikacije (na primer reakcije zgorevanja). Vendar bo takšna klasifikacija pomagala vzpostaviti analogije s klasifikacijami reakcij, ki potekajo med anorganskimi snovmi, ki so vam že znane iz tečaja anorganske kemije.

Praviloma se glavna organska spojina, ki sodeluje v reakciji, imenuje substrat, druga komponenta reakcije pa se pogojno šteje za reagent.

Reakcije zamenjave

Reakcije, pri katerih pride do zamenjave enega atoma ali skupine atomov v prvotni molekuli (substratu) z drugimi atomi ali skupinami atomov, se imenujejo substitucijske reakcije.

Substitucijske reakcije vključujejo nasičene in aromatske spojine, kot so na primer alkani, cikloalkani ali areni.

Naj navedemo primere takšnih reakcij.

Vsebina lekcije povzetek lekcije podpora okvir predstavitev lekcije pospeševalne metode interaktivne tehnologije Vadite naloge in vaje samopreverjanje delavnice, treningi, primeri, naloge domača naloga razprava vprašanja retorična vprašanja študentov Ilustracije avdio, video posnetke in večpredstavnost fotografije, slike grafike, tabele, sheme humor, anekdote, šale, stripovske prispodobe, izreki, križanke, citati Dodatki povzetkičlanki čipi za radovedne varalice učbeniki osnovni in dodatni slovarček izrazov drugo Izboljšanje učbenikov in poukapopravljanje napak v učbeniku posodabljanje odlomka v učbeniku elementi inovativnosti pri pouku zamenjava zastarelega znanja z novim T samo za učitelje popolne lekcije koledarski načrt za leto metodološka priporočila razpravnega programa Integrirane lekcije PREDAVANJE 4
Razvrstitev in
mehanizmov
organske reakcije

Načrtujte
4.1. Organska klasifikacija
reakcije
4.2. Razvrstitev reagentov
4.3 Reakcije
(SR)
radikalno
zamenjava
4.4 Elektrofilne adicijske reakcije (AE)

4.1 Razvrstitev organskih reakcij

4.1 Razvrstitev
organske reakcije
proti
po molekularnosti
S substitucijske reakcije
Reakcije seštevanja A
Reakcije izločanja
E
Molekularno
preureditve
Monomolekularna
Bimolekularno
trimolekularno

Po načinu lomljenja in oblikovanja vezi

Heterolitično
(ionski)
* elektrofilna
* nukleofilna
Homolitični
(radikalno)
Molekularno

Shema prekinitve kemičnih vezi

A: B
+
AT:
.
.
AMPAK
A: B
heterolitično
A: B
g ohm litični
A + B
vesela ikala
+
+ V:
AMPAK
e povezani ioni

Shema nastanka kemičnih vezi

+
AMPAK
.
+ V:
A + B
.
AMPAK
AT
heterolitično
AMPAK
AT
homolitično.

heterolitične reakcije
imenovan ionski, ker
so v spremstvu
nastajanje organskih
ioni tečejo v
organska topila
Homolitične reakcije
tečejo pretežno v
plinska faza

Heterolitične reakcije v
odvisnost od elektronike
narava napadalnega delca
razdeljen na nukleofile (simbol
N) in elektrofilni (simbol E).
Hkrati se običajno domneva
eden od medsebojno delujočih delcev
reagent in drugi substrat
na katerega deluje reagent

Substrat je molekula, ki
zagotavlja atom ogljika
vzpostavitev nove povezave
vrsta reakcije (nukleofilna
ali elektrofilni) je določen z naravo reagenta

Reagent z lonetom
elektronski par,
v interakciji z
substrat, ki ima
pomanjkanje elektronov
imenovani "nukleofilni"
(ljubeči, iščem jedro) in
nukleofilne reakcije

reagent z elektronskim primanjkljajem,
v interakciji z
substrat s presežkom elektronov
poklical
"elektrofilni" in
elektrofilna reakcija

Nukleofilna in
elektrofilne reakcije so vedno
medsebojno povezani
reakcije, ki jih spremlja
istočasno
(konsenzualna) vrzel in
lepljenje se imenuje
molekularni (sinhroni,
dogovorjeno)

sinteza diena

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

4.2. Razvrstitev reagentov

4.2. Razvrstitev reagentov
Za nukleofilne reagente
vključujejo molekule, ki vsebujejo
eno ali več nedeljenih
pari elektronov; ioni, ki prenašajo
negativni naboj (anioni);
molekule s središči
povečana gostota

Nukleofilni reagenti

nevtralne molekule,
imeti osamljene pare
elektroni:
..
..
..
..
NH3; R - NH2; R2 - NH; R3N;
..
H2O;
..
..
R-OH;
..
..
;
R-O
R
..
anioni:
OH-; CN-; NH2-; RCOO-; RS-; Cl-;
Br-; JAZ-; HSO3-;

Nukleofilni reagenti

povezave,
ki vsebujejo centre z
povečana elektronska gostota:
C
C
;
C
C
;

Elektrofilni reagenti

nevtralne molekule,
s prosto orbitalo:
SO3, Lewisove kisline (AlCl3,
SnCl4, FeBr3, BF3)
kationi: proton (H+), ioni
kovine (Men+), SO3H+, NO2+, NO+

molekule,
imeti
centrov
z
zmanjšana elektronska gostota:
halogenski derivati ​​ogljikovodikov Rδ+-
Halδ-, halogeni (Cl2, Br2, I2), spojine z
karbonilna skupina:
R
C
O
;
H
R
C
O
;
R1
R
C
O
; R
Oh
C
O
;
ALI

V reakcijah organske kemije,
običajno potekajo v
več stopenj, tj. z
nastajanje vmesnih
kratkoživi delci
(intermediati): karbokationi,
karbanioni, radikali

Karbokationi - pozitivni
nabiti delci, atom
ogljik pozitiven
polnjenje je v sp2 -
hibridizacija.
Ogljikov atom s pridobitvijo
pozitivne spremembe naboja
njegovo valenčno stanje od sp3 do
sp2, ki je energijsko več
dobičkonosna.

Pomembna lastnost
karbokationi so njihovi
trajnosti, ki
določeno z diplomo
delokalizacija
pozitiven naboj

Stabilnost karbokacije
spada v vrsto:
terciarni
atom C
>
sekundarno
atom C
>
primarni
atom C

Stabilnost karbokacije

+
CH3 CH3
m etil
kation
+
CH2
etil
kation
CH3
CH3
+
CH
izopropilij
kation
CH3
CH3
POVEČANA STABILNOST
+
C
CH3
tertbutilij
kation

Karbanioni - negativni
nabiti delci, naboj
kar je posledica prisotnosti v njih
strukturo atoma C z lone
elektronski par. Hkrati pa atom
negativna vsebnost ogljika
naboj, lahko tako v sp2 kot
pri hibridizaciji sp3

Stabilnost karbanionov je odvisna od
stopnja delokalizacije negativa
naboj na atomu ogljika. Kot ona
višje, večja je njihova stabilnost in
zmanjšajo njihovo reaktivnost.
Najbolj stabilen ciklični
karbanionov, v strukturi katerih
obstaja skupni π-elektron
gostota, vključno z
4n+2 π-elektrona

ciklopentadienil anion

Prosti radikali - kateri koli
električno nevtralno aktiven
delce, ki vsebujejo
enoelektronska orbitala.
Prosti radikali lahko
biti dodeljeni delci,
ki vsebuje neparen elektron
ne samo na ogljikov atom (C ), ampak
in na drugih atomih: R2N· ; RO

4.3. Radikalne substitucijske reakcije (SR)

4.3. Reakcije radikala
zamenjava (SR)
SR reakcije so značilne za
alifatske spojine in
aliciklične serije. kako
praviloma tečejo
verižni mehanizem, glavni
katere faze so:
začetek, razvoj (rast
veriga) in odprt tokokrog.

V začetni fazi
nastanejo prosti radikali
začetek verige
proces
Prosti radikali lahko
nastanejo zaradi toplote
ali fotokemični
iniciacijo, pa tudi
kot posledica OB reakcij

Radikalne substitucijske reakcije (SR)

R-H+A-A
substrat
reagent
h
R-A+HA
izdelek
reakcije

reakcijski mehanizem
radikalna substitucija (SR)
1. Iniciacija
A-A
h
.
2A

2. Razvoj verige

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

3. Odprto vezje
.
R
.
A
.
A
+
.
R
R-R
+
.
R
R-A
+
.
A
A-A

Enostavnost ločitve atoma H od ogljikovega atoma spada v vrsto ogljikovodikov

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

Bromovi radikali (Br˙) imajo
visoka selektivnost: če
molekula ima sekundarno in
zlasti terciarni ogljikov atom,
potem je pretežno bromiranje
gre na terciarno (sekundarno)
atom ogljika. Takšne reakcije
imenujemo regioselektivni
(selektivno po kraju
dejanja) reakcije

Bromiranje alkanov (regioselektivne reakcije)

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

reakcijski mehanizem
bromiranje alkanov
1. Iniciacija
Br2
h
.
2Br

2. Razvoj verige
.
Br + H3C
CH
CH3
H3C
.
CH
CH3 + HBr
H
Br2 + H3C
.
CH
CH3
H3C
CH
Br
.
CH3 + Br

3. Odprto vezje
.
.
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 etilbutan
CH3

4.4. Elektrofilne adicijske reakcije

Elektrofilni dodatek (AE)
značilnost nenasičenih sistemov,
ki vsebujejo dvojne ali trojne vezi.
Nukleofilna narava teh
spojine zaradi prisotnosti π-vezi,
ki je območje s
povečana elektronska gostota,
je polariziran in enostaven
pokvari pod
elektrofilni reagenti

Mehanizem reakcije AE

+ X
C=C
substrat
Y
reagent
X
C
+
C
-kompleksno
+Y
C=C
X
Y
-kompleksno
X
C
C
Y

Halogenacija

H
H
C=C
H
+Br
Br
H
H
C=C
H
H
Br
Br
CH2
H2C
+
Br
onijev brom
kation
+Br
H2C
CH2
Br
1,2-d ibromo etan
H
Br

hidrogeniranje
H
C=C
+H2
t, Kt
C
C
H
Hidrohalogenacija
Cl
C=C
+ HCl
C
H
C

Hidracija
Oh
C=C
+HOH
H
+
C
H
C

Markovnikovo pravilo:
pri interakciji
Reagenti tipa HX z
asimetrična
alkeni, vodik
pridruži
večina
hidrogenirani Vladimir
Markovnikov
atom ogljika
(1837 – 1904)

Hidrohalogeniranje alkenov
Morkovnikovo pravilo
CH3 CH = CH2 + HCl
CH3
CH
Cl
2-kloropropan
CH3

reakcijski mehanizem
hidrohalogeniranje
CH3
CH3
+
+
CH
CH3
CH2
+
CH2
CH = CH2 + H
CH3
CH3
CH
Cl
CH3
+Cl
-

Shema reakcije hidratacije alkena

Shema hidratacijske reakcije
alkeni
+
H2C = CH2 + H2O
H
H3C
CH2
Oh
etanol

Mehanizem reakcije hidratacije
alkeni
..
+
+HOH
..
+
H C = CH + H
H C CH
2
2
H3C
3
CH2
+
O
H
+
-H
vrnitev
katalizator
H
Oksonijev kation
2
H3C
CH2
Oh

klasično pravilo
Markovnikova je popolna
velja samo za
alkeni, v primeru njihovih
potrebni derivati
upoštevajte mehanizem
reakcije in stabilnost
tvorjeni intermediati

Mehanizem reakcije hidratacije nenasičenih karboksilnih kislin proti Morkovnikovemu pravilu

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
O vrni se
katalizator
Oh
Oh
-hidroksi kislina

Ta vrsta hidracije v
vivo je del procesa
β-oksidacija nenasičenih
maščobnih kislin v telesu

Povezani sistemi
(alkadieni)
termodinamično najbolj
stabilno, tako pogosto
najdemo v naravi.
Reakcije AE s takšnimi dieni
nadaljujte s tvorbo dveh
izdelki
1,4- in 1,2-nastavki

AE reakcije v seriji alkadiena

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

AE reakcije v alkadienski seriji Reakcijski mehanizem

+
H3C
H2C=CH
CH = CH2 + H+
Mehanizem reakcije hidratacije H3C
acetilenski derivati
H3C
C
+
CH+H
H3C
+
C=CH2
..
+HOH
..

Mehanizem reakcije hidratacije
acetilenski derivati
H3C
C=CH2
+
O
H
-H+
H3C
C=CH2
Oh
H

Razvrstitev reakcij glede na število začetnih in končnih snovi: 1. Pristop 2. Izločanje (eliminacija) 3. Substitucija

Razvrstitev reakcij glede na mehanizem prekinitve vezi: 1. Homolitični (radikalni) radikali 2. Heterolitični (ionski) ioni

Reakcijski mehanizem Mehanizem - podroben opis kemijske reakcije po stopnjah z navedbo vmesnih produktov in delcev. Reakcijska shema: Reakcijski mehanizem:

Razvrstitev reakcij glede na vrsto reagentov 1. Radikal Radikal je kemično aktiven delec z neparnim elektronom. 2. Elektrofilni Elektrofil je delec ali molekula s pomanjkanjem elektrona z atomom s pomanjkanjem elektrona. 3. Nukleofilni Nukleofil je anion ali nevtralna molekula, ki ima atom z nedeljenim elektronskim parom.

Vrste kemičnih vezi v organskih snoveh Glavna vrsta vezi je kovalentna (ionska je manj pogosta) Sigma vez (σ-): Pi vez (-)

ALKAN - alifatski (maščobni) ogljikovodiki "Alifatos" - olje, maščoba (grško). Cn. H 2 n+2 Meja, nasičeni ogljikovodiki

Homologna serija: 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 in C 390 H 782 - nekontaktičen (1985)

Atomski orbitalni model molekule metana V molekuli metana ogljikov atom nima več S- in P-orbital! Njegove 4 hibridne SP 3 orbitale, ki so enakovredne po energiji in obliki, tvorijo 4 vezi z S orbitalami atoma vodika. H H 4 -vezi

Reakcija nitracije Konovalov Dmitrij Petrovič (1856 -1928) 1880. Prvi uspešen poskus oživitve "kemičnih mrtvih", ki so veljali za alkane. Ugotovili so pogoje za nitriranje alkanov. riž. Vir: http: //images. yandex. ru.

Kemijske lastnosti I. Reakcije s cepljenjem C-H vezi (reakcije substitucije): 1. halogeniranje 2. nitriranje 3. sulfokloriranje II. Reakcije s pretrganjem C-C vezi: 1. zgorevanje 2. razpokanje 3. izomerizacija

Kako najti kemika? Če želite najti kemika, vprašajte, kaj sta mol in neioniziran. In če začne govoriti o kožuharjih in organizaciji dela, mirno odidite. Pisec leposlovja, popularizator znanosti Isaac Asimov (1920–1992) Fig. Vir: http: //images. yandex. ru.

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

Faze mehanizma prostih radikalov Reakcijska shema: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Reakcijski mehanizem: I. Iniciacija verige - stopnja nastanka prostih radikalov. Cl Cl 2 Cl Radikal je aktivni delec, iniciator reakcije. – – Oder zahteva energijo v obliki ogrevanja ali razsvetljave. Naslednji koraki lahko potekajo v temi, brez segrevanja.

Faze mehanizma prostih radikalov II. Glavna faza je rast verige. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Faza lahko vključuje več podstopenj, od katerih vsaka tvori nov radikal, ne pa H !!! Na II, glavni fazi, se nujno oblikuje glavni izdelek!

Faze mehanizma prostih radikalov III. Prekinitev verige je rekombinacija radikalov. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Vsaka dva radikala se združita.

Selektivnost substitucije Selektivnost - selektivnost. Regioselektivnost - selektivnost na določenem področju reakcij. Na primer, selektivnost halogeniranja: 45 % 3 % Zaključek? 55 % 97 %

Selektivnost halogeniranja je odvisna od naslednjih dejavnikov: Reakcijski pogoji. Pri nizkih temperaturah je bolj selektiven. narava halogena. Bolj aktiven je halogen, manj selektivna je reakcija. F 2 zelo močno reagira z uničenjem C-C vezi. I 2 v teh pogojih ne reagira z alkani. Struktura alkana.

Vpliv strukture alkana na substitucijsko selektivnost. Če so ogljikovi atomi v alkanu neenaki, potem zamenjava vsakega od njih poteka z različno hitrostjo. Relativno. hitrost zamenjave atom H Sekundarni atom H tert. Kloriranje atoma H 1 3, 9 5, 1 bromiranje 1 82 1600 Zaključek?

Ločitev terciarnega vodikovega atoma zahteva manj energije kot ločitev sekundarnega in primarnega! Alkanska formula Rezultat homolize 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

Smer reakcij Vsaka reakcija poteka pretežno v smeri tvorbe stabilnejšega vmesnega delca!

Vmesni delec v radikalskih reakcijah je prosti radikal. Najlažje nastane najstabilnejši radikal! Serija radikalne stabilnosti: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Alkilne skupine izkazujejo učinek darovalca elektronov, zaradi česar stabilizirajo radikal

Reakcija sulfokloriranja Reakcijska shema: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Reakcijski mehanizem: 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.

Reakcija D. P. Konovalova Nitracija po Konovalovu poteka z delovanjem razredčene dušikove kisline pri temperaturi 140 o. C. Reakcijska shema: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O

Mehanizem Konovalove reakcije HNO 3 N 2 O 4 1. N 2 O 4 2 NO 2 2. RH + NO 2 R + HNO 2 R + HNO 3 RNO 2 + OH RH + OH R + H 2 O itd. 3 .Odprto vezje.

Alkeni so nenasičeni ogljikovodiki z eno vezjo C=C Cn. H 2 n C \u003d C - funkcionalna skupina alkenov

Kemijske lastnosti alkenov Splošne značilnosti Alkeni so reaktivni razred spojin. Vstopajo v številne reakcije, od katerih je večina posledica pretrganja manj močne pi vezi. Е С-С (σ-) ~ 350 KJ/mol Е С=С (-) ~ 260 KJ/mol

Značilne reakcije Adicija je najbolj značilna vrsta reakcij. Dvojna vez je darovalec elektronov, zato se nagiba k dodajanju: E - elektrofilov, kationov ali radikalov

Primeri elektrofilnih adicijskih reakcij 1. Dodajanje halogenov - Niso dodani vsi halogeni, ampak samo klor in brom! – Polarizacija nevtralne molekule halogena lahko nastane pod delovanjem polarnega topila ali pod delovanjem dvojne vezi alkena. Rdeče-rjava raztopina broma postane brezbarvna

Reakcije elektrofilnega dodajanja potekajo pri sobni temperaturi in ne zahtevajo osvetlitve. Ionski mehanizem. Reakcijska shema: XY \u003d Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O

Sigma kompleks je karbokation - delec s pozitivnim nabojem na atomu ogljika. Če so v reakcijskem mediju prisotni drugi anioni, se lahko tudi vežejo na karbokation.

Na primer, dodatek broma, raztopljenega v vodi. Ta kvalitativna reakcija za dvojno vez C=C poteka z razbarvanjem raztopine broma in tvorbo dveh produktov:

Dodatek nesimetričnim alkenom Regioselektivnost adicije! Markovnikovo pravilo (1869): nesimetričnim alkenom se dodajajo kisline in voda tako, da se vodik veže na bolj hidrogeniran ogljikov atom.

Markovnikov Vladimir Vasiljevič (1837 - 1904) diplomiral na univerzi v Kazanu. Od 1869 - profesor na oddelku za kemijo. Ustanovitelj znanstvene šole. riž. Vir: http: //images. yandex. ru.

Razlaga Markovnikovega pravila Reakcija poteka skozi tvorbo najstabilnejšega vmesnega delca – karbokacije. primarni sekundarni, bolj stabilen

Niz stabilnosti karbokationa: terciarni sekundarni primarni metil Markovnikovo pravilo v sodobni formulaciji: dodajanje protona alkenu se pojavi s tvorbo stabilnejšega karbokationa.

Anti-Markovnikov adicija CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Formalno je reakcija v nasprotju z Markovnikovim pravilom. CF 3 - substituent za odvzem elektronov Druga sredstva za odvzem elektronov: NO 2, SO 3 H, COOH, halogeni itd.

Anti-Markovnikov dodatek bolj stabilen nestabilen CF 3 - akceptor elektronov, destabilizira karbokation Reakcija je le formalno v nasprotju z Markovnikovim pravilom. Pravzaprav uboga, saj gre skozi bolj stabilen karbokat.

Harash peroksidni učinek X CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X \u003d O 2, H 2 O 2, ROOR Mehanizem prostih radikalov: 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 je stabilnejši radikal CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br itd. 3. Vsak dva radikala sta med seboj povezana.

Elektrofilna adicija 3. Hidracija - dodajanje vode - Reakcija poteka v prisotnosti kislinskih katalizatorjev, največkrat je to žveplova kislina. Reakcija sledi Markovnikovemu pravilu. Poceni način za pridobivanje alkohola

Na izpitu akademik Ivan Aleksejevič Kablukov prosi študenta, naj pove, kako se vodik pridobiva v laboratoriju. "Merkur," odgovori. »Kako je »od živega srebra«? ! Običajno pravijo "iz cinka", vendar iz živega srebra - to je nekaj izvirnega. Napišite reakcijo. Študent piše: Hg \u003d H + g In pravi: "Živo srebro se segreje; razpade na H in g. H je vodik, je lahek in zato odleti, g je gravitacijski pospešek, težak, ostane. "Za tak odgovor morate postaviti" pet, " pravi Kablukov. - Vzemimo si zapisek. Samo "petico" bom tudi najprej ogrel. "Tri" odleti, "dva" pa ostane.

Dva kemika v laboratoriju: - Vasya, daj roko v ta kozarec. - Spustil sem ga. - Ali kaj čutiš? - Ne. - Torej žveplova kislina v drugem kozarcu.

Aromatični ogljikovodiki Aromatični - dišeči? ? Aromatične spojine so benzen in snovi, ki so mu po kemijskem obnašanju podobne!

Številne substitucijske reakcije odpirajo pot do pridobivanja različnih spojin, ki imajo ekonomsko uporabo. Ogromno vlogo v kemijski znanosti in industriji ima elektrofilna in nukleofilna substitucija. Pri organski sintezi imajo ti procesi številne značilnosti, ki jih je treba upoštevati.

različnih kemičnih pojavov. Reakcije zamenjave

Kemične spremembe, povezane s pretvorbami snovi, odlikujejo številne značilnosti. Končni rezultati, toplotni učinki so lahko različni; nekateri procesi gredo do konca, pri drugih spremembo snovi pogosto spremlja povečanje ali zmanjšanje stopnje oksidacije. Pri razvrščanju kemičnih pojavov glede na njihov končni rezultat je pozornost namenjena kvalitativnim in kvantitativnim razlikam med reaktanti in produkti. Glede na te značilnosti je mogoče razlikovati 7 vrst kemičnih transformacij, vključno s substitucijo, po shemi: A-B + C A-C + B. Poenostavljen zapis celotnega razreda kemičnih pojavov daje idejo, da je med izhodnimi snovmi tako -imenovani "delec, ki nadomesti atom, ion ali funkcionalno skupino v reagentu. Reakcija substitucije je značilna za omejevanje in

Substitucijske reakcije se lahko pojavijo v obliki dvojne izmenjave: A-B + C-E A-C + B-E. Ena od podvrst je premik, na primer, bakra z železom iz raztopine bakrovega sulfata: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. Atomi, ioni ali funkcionalne skupine lahko delujejo kot "napadajoči" delci

Nadomestni homolitik (radikal, SR)

Z radikalnim mehanizmom za prekinitev kovalentnih vezi je elektronski par, ki je skupen različnim elementom, sorazmerno razporejen med "fragmente" molekule. Nastanejo prosti radikali. To so nestabilni delci, katerih stabilizacija nastane kot posledica kasnejših transformacij. Na primer, ko se etan pridobi iz metana, se pojavijo prosti radikali, ki sodelujejo v substitucijski reakciji: CH 4 CH 3. + .H; CH 3 . + .CH3 → C2H5; H. + .H → H2. Prekinitev homolitične vezi po podanem mehanizmu substitucije je verižne narave. V metanu lahko atome H zaporedno nadomestimo s klorom. Podobno poteka reakcija z bromom, vendar jod ne more neposredno nadomestiti vodika v alkanih, fluor z njimi premočno reagira.

Metoda heterolitične cepitve

Z ionskim mehanizmom substitucijskih reakcij so elektroni med novonastalimi delci neenakomerno razporejeni. Vezni par elektronov gre v celoti na enega od "fragmentov", največkrat na tistega partnerja vezi, proti kateremu je bila premaknjena negativna gostota v polarni molekuli. Substitucijske reakcije vključujejo tvorbo metilnega alkohola CH 3 OH. V bromometanu CH3Br je cepitev molekule heterolitična, nabiti delci pa so stabilni. Metil dobi pozitiven naboj, brom pa negativni: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; CH 3 + + OH - → CH 3 OH; Na + + Br - ↔ NaBr.

Elektrofili in nukleofili

Delci, ki nimajo elektronov in jih lahko sprejmejo, se imenujejo "elektrofili". Sem spadajo ogljikovi atomi, vezani na halogene v haloalkanih. Nukleofili imajo povečano elektronsko gostoto, pri ustvarjanju kovalentne vezi "darujejo" par elektronov. V nadomestnih reakcijah nukleofile, bogate z negativnimi naboji, napadejo elektrofili, ki nimajo dovolj elektronov. Ta pojav je povezan s premikom atoma ali drugega delca - odhajajoče skupine. Druga vrsta substitucijske reakcije je napad nukleofila na elektrofil. Včasih je težko razlikovati med dvema procesoma, pripisati substitucijo eni ali drugi vrsti, saj je težko natančno določiti, katera od molekul je substrat in katera reagent. Običajno se v takih primerih upoštevajo naslednji dejavniki:

• narava odhajajoče skupine;
• nukleofilna reaktivnost;
• narava topila;
• struktura alkilnega dela.

substitucijski nukleofilni (SN)

V procesu interakcije v organski molekuli opazimo povečanje polarizacije. V enačbah je delni pozitivni ali negativni naboj označen s črko grške abecede. Polarizacija vezi omogoča presojo narave njenega pretrganja in nadaljnjega obnašanja "fragmentov" molekule. Na primer, atom ogljika v jodometanu ima delni pozitiven naboj in je elektrofilno središče. Pritegne tisti del vodnega dipola, kjer se nahaja kisik, ki ima presežek elektronov. Pri interakciji elektrofila z nukleofilnim reagentom nastane metanol: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Nukleofilne substitucijske reakcije potekajo s sodelovanjem negativno nabitega iona ali molekule, ki ima prosti elektronski par, ki ne sodeluje pri ustvarjanju kemične vezi. Aktivno sodelovanje jodometana v reakcijah SN 2 je razloženo z njegovo odprtostjo za nukleofilni napad in mobilnostjo joda.

Elektrofilna substitucija (SE)

Organska molekula lahko vsebuje nukleofilni center, za katerega je značilen presežek elektronske gostote. Reagira z elektrofilnim reagentom, ki nima negativnih nabojev. Takšni delci vključujejo atome s prostimi orbitalami, molekule z območji nizke elektronske gostote. V ogljiku, ki ima "-" naboj, sodeluje s pozitivnim delom vodnega dipola - z vodikom: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Produkt te elektrofilne substitucijske reakcije je metan. Pri heterolitičnih reakcijah medsebojno delujejo nasprotno nabiti centri organskih molekul, zaradi česar so podobni ionom v kemiji anorganskih snovi. Ne gre spregledati, da transformacijo organskih spojin le redko spremlja tvorba pravih kationov in anionov.

Monomolekularne in bimolekularne reakcije

Nukleofilna substitucija je monomolekularna (SN1). Po tem mehanizmu poteka hidroliza pomembnega produkta organske sinteze, terciarnega butil klorida. Prva faza je počasna, povezana je s postopno disociacijo na karbonijev kation in kloridni anion. Druga stopnja je hitrejša, karbonijev ion reagira z vodo. substitucija halogena v alkanu za hidroksi skupino in pridobivanje primarnega alkohola: (CH 3) 3 C-Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C-OH + H +. Za enostopenjsko hidrolizo primarnih in sekundarnih alkil halogenidov je značilno hkratno uničenje ogljikove vezi s halogenom in nastanek para C–OH. To je mehanizem nukleofilne bimolekularne substitucije (SN2).

Heterolitični substitucijski mehanizem

Mehanizem substitucije je povezan s prenosom elektronov, ustvarjanjem vmesnih kompleksov. Reakcija poteka hitreje, lažje je tvoriti zanjo značilne vmesne produkte. Pogosto gre proces v več smereh hkrati. Prednost je običajno dosežena z načinom uporabe delcev, ki zahtevajo najmanj stroškov energije za njihovo tvorbo. Na primer, prisotnost dvojne vezi poveča verjetnost pojava alilnega kationa CH2=CH—CH 2 + v primerjavi z ionom CH 3 +. Razlog je v elektronski gostoti večkratne vezi, ki vpliva na delokalizacijo pozitivnega naboja, razpršenega po molekuli.

Reakcije substitucije benzena

Skupina, za katero je značilna elektrofilna substitucija, so arene. Benzinski obroč je priročna tarča za elektrofilni napad. Proces se začne s polarizacijo vezi v drugem reaktantu, kar povzroči nastanek elektrofila, ki meji na elektronski oblak benzenskega obroča. Rezultat je prehodni kompleks. Še vedno ni polnopravne vezi elektrofilnega delca z enim od ogljikovih atomov, privlači ga celoten negativni naboj "aromatične šestice" elektronov. Na tretji stopnji procesa sta elektrofil in en ogljikov atom obroča povezana s skupnim parom elektronov (kovalentna vez). Toda v tem primeru se uniči "aromatična šestica", kar je neugodno z vidika doseganja stabilnega trajnostnega energetskega stanja. Obstaja pojav, ki ga lahko imenujemo "izmet protona". Pojavi se cepitev H +, obnovi se stabilen sistem vezi, značilen za arene. Stranski produkt vsebuje vodikov kation iz benzenskega obroča in anion iz sestave drugega reagenta.

Primeri substitucijskih reakcij iz organske kemije

Za alkane je še posebej značilna substitucijska reakcija. Za cikloalkane in arene lahko navedemo primere elektrofilnih in nukleofilnih transformacij. Podobne reakcije v molekulah organskih snovi se pojavljajo v normalnih pogojih, vendar pogosteje pri segrevanju in v prisotnosti katalizatorjev. Elektrofilna substitucija v aromatičnem jedru je eden izmed zelo razširjenih in dobro raziskanih procesov. Najpomembnejše reakcije te vrste so:

1. Nitriranje benzena v prisotnosti H 2 SO 4 - poteka po shemi: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
2. Katalitsko halogeniranje benzena, zlasti kloriranje, po enačbi: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
3. Aromatično nadaljuje z "dimlečo" žveplovo kislino, nastanejo benzensulfonske kisline.
4. Alkilacija je zamenjava vodikovega atoma iz benzenskega obroča z alkilom.
5. Acilacija je tvorba ketonov.
6. Formilacija je zamenjava vodika s skupino CHO in tvorba aldehidov.

Substitucijske reakcije vključujejo reakcije v alkanih in cikloalkanih, pri katerih halogeni napadajo razpoložljivo vez C-H. Priprava derivatov je lahko povezana s substitucijo enega, dveh ali vseh vodikovih atomov v nasičenih ogljikovodikih in cikloparafinih. Številni haloalkani z nizko molekulsko maso najdejo uporabo pri proizvodnji bolj kompleksnih snovi, ki spadajo v različne razrede. Napredek pri preučevanju mehanizmov substitucijskih reakcij je dal močan zagon razvoju sintez na osnovi alkanov, cikloparafinov, arenov in halogenskih derivatov ogljikovodikov.

Vrste kemijskih reakcij v anorganski in organski kemiji.

1. Kemična reakcija je proces, pri katerem iz ene snovi nastanejo druge snovi. Glede na naravo procesa se razlikujejo vrste kemičnih reakcij.

1) Glede na končni rezultat

2) Na podlagi sproščanja ali absorpcije toplote

3) Na podlagi reverzibilnosti reakcije

4) Na podlagi spremembe stopnje oksidacije atomov, ki sestavljajo reaktante

Glede na končni rezultat so reakcije naslednje vrste:

A) Substitucija: RH+Cl 2 → RCl+HCl

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

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

D) Razpad: CH 4 → C + 2H 2

D) Izomerizacija

E) Izmenjava

G) Povezave

Reakcija razgradnje Postopek, pri katerem iz ene snovi nastaneta dve ali več drugih snovi.

Reakcija izmenjave imenujemo proces, v katerem reaktanti izmenjujejo sestavine.

Reakcije zamenjave se pojavljajo s sodelovanjem preprostih in zapletenih snovi, posledično nastanejo nove preproste in zapletene snovi.

Kot rezultat spojine reakcije iz dveh ali več snovi nastane ena nova snov.

Glede na sproščanje ali absorpcijo reakcijske toplote obstajajo naslednje vrste:

A) eksotermno

B) Endotermni

Eksotermno - To so reakcije, ki sproščajo toploto.

Endotermno so reakcije, ki absorbirajo toploto iz okolja.

Glede na reverzibilnost so reakcije naslednje vrste:

A) reverzibilno

B) nepovratno

Reakcije, ki potekajo samo v eno smer in se končajo s popolno pretvorbo začetnih reaktantov v končne snovi, imenujemo nepovratno.

reverzibilno Reakcije imenujemo tiste, ki potekajo hkrati v dveh medsebojno nasprotnih smereh.

Glede na spremembo oksidacijskega stanja atomov, ki sestavljajo reaktante, so reakcije naslednjih vrst:

A) redoks

Reakcije, ki se pojavijo s spremembo oksidacijskega stanja atomov (pri kateri se elektroni prenašajo z enih atomov, molekul ali ionov na druge), imenujemo redoks.

2. Glede na mehanizem reakcije jih delimo na ionske in radikalne.

Ionske reakcije- interakcija med ioni kot posledica heterolitičnega pretrganja kemične vezi (par elektronov v celoti preide na enega od "fragmentov").

Ionske reakcije so dveh vrst (glede na vrsto reagenta):

A) elektrofilni - med reakcijo z elektrofilom.

elektrofil- skupina, ki ima proste orbitale za nekatere atome ali centre z zmanjšano elektronsko gostoto (na primer: H +, Cl - ali AlCl 3)

B) Nukleofilni - med interakcijo z nukleofilom

nukleofil - negativno nabit ion ali molekula z nedeljenim elektronskim parom (trenutno ne sodeluje pri tvorbi kemične vezi).

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

Prave kemične procese je le v redkih primerih mogoče opisati s preprostimi mehanizmi. Natančen pregled kemičnih procesov z molekularno-kinetičnega vidika pokaže, da večina poteka po radikalnem verižnem mehanizmu, značilnost verižnih p-cij je tvorba prostih radikalov na vmesnih stopnjah (nestabilni fragmenti molekul ali atomov z kratka življenjska doba, vsi imajo brezplačne povezave.

Procesi izgorevanja, eksplozije, oksidacije, fotokemijske reakcije, biokemične reakcije v živih organizmih potekajo po verižnem mehanizmu.

Verižna okrožja imajo več stopenj:

1) nukleacija verige - stopnja verige p-tiona, zaradi katere nastanejo prosti radikali iz valenčno nasičenih molekul.

2) nadaljevanje verige - stopnja verige p-tiona, ki nadaljuje z ohranjanjem skupnega števila prostih stopenj.

3) zlom verige - osnovna stopnja verig p-cije, ki vodi do izginotja prostih vezi.

Obstajajo razvejane in nerazvejene verižne reakcije.

Eden najpomembnejših konceptov verige je dolžina verige- povprečno število osnovnih stopenj nadaljevanja verige po pojavu prostega radikala do njegovega izginotja.

Primer: Sinteza vodikovega klorida

1) m-la CL 2 absorbira kvant energije in sliko 2 radikalov: CL 2 + hv \u003d CL * + CL *

2) aktivni delec se združi z m-molekulo H 2, ki tvori klorovodikovo kislino in aktivni delec H 2: CL 1 + H 2 \u003d HCL + H *

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

6) H * + CL * \u003d HCL - odprt tokokrog.

Razvejen mehanizem:

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

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

V vodi je težje - nastajajo OH*, O* in H* radikali.

Reakcije, ki se pojavijo pod vplivom ionizirajočega sevanja: rentgenski žarki, katodni žarki itd. imenujemo radiokemična.

Zaradi interakcije molekul s sevanjem opazimo razpad molekul s tvorbo najbolj reaktivnih delcev.

Takšne reakcije prispevajo k rekombinaciji delcev in tvorbi snovi z njihovimi različnimi kombinacijami.

Primer je hidrazin N 2 H 4 - sestavina raketnega goriva. V zadnjem času so bili narejeni poskusi pridobivanja hidrazina iz amoniaka kot posledica izpostavljenosti γ-žarkom:

NH 3 → NH 2 * + H *

2NH 2 * → N 2 H 4

Radiokemijske reakcije, kot je radioliza vode, so pomembne za vitalno aktivnost organizmov.

Literatura:

1. Ahmetov, N.S. Splošna in anorganska kemija / N.S. Ahmetov. - 3. izd. - M .: Višja šola, 2000. - 743 str.

1. Korovin N.V. Splošna kemija / N.V. Korovin. - M.: Višja šola, 2006. - 557 str.
2. Kuzmenko N.E. Kratek tečaj kemije / N.E. Kuzmenko, V.V. Eremin, V.A. Popkov. - M.: Višja šola, 2002. - 415 str.
3. Zaitsev, O.S. Splošna kemija. Struktura snovi in ​​kemijske reakcije / O.S. Zaytsev. – M.: Kemija, 1990.
4. Karapetyants, M.Kh. Struktura snovi / M.Kh. Karapetyants, S.I. Drakin. - M .: Višja šola, 1981.
5. Cotton F. Osnove anorganske kemije / F. Cotton, J. Wilkinson. – M.: Mir, 1981.
6. Ugay, Ya.A. Splošna in anorganska kemija / Ya.A.Ugay. - M .: Višja šola, 1997.