Μηχανισμοί αντίδρασης στην οργανική χημεία. Χημικές αντιδράσεις στην οργανική χημεία Μηχανισμοί αντιδράσεων στην οργανική χημεία

Αντιδράσεις οργανική ύλημπορεί επίσημα να χωριστεί σε τέσσερις κύριους τύπους: αντικατάσταση, προσθήκη, εξάλειψη (εξάλειψη) και αναδιάταξη (ισομερισμός). Είναι προφανές ότι όλη η ποικιλία των αντιδράσεων ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣδεν μπορεί να περιοριστεί στην προτεινόμενη ταξινόμηση (για παράδειγμα, αντιδράσεις καύσης). Ωστόσο, μια τέτοια ταξινόμηση θα βοηθήσει να δημιουργηθούν αναλογίες με τις ήδη γνωστές σε εσάς αντιδράσεις που συμβαίνουν μεταξύ ανόργανων ουσιών.

Κατά κανόνα, η κύρια οργανική ένωση που συμμετέχει στην αντίδραση ονομάζεται υπόστρωμα, και το άλλο συστατικό της αντίδρασης θεωρείται υπό όρους ως αντιδραστήριο.

Αντιδράσεις υποκατάστασης

Αντιδράσεις υποκατάστασης- πρόκειται για αντιδράσεις που έχουν ως αποτέλεσμα την αντικατάσταση ενός ατόμου ή μιας ομάδας ατόμων στο αρχικό μόριο (υπόστρωμα) με άλλα άτομα ή ομάδες ατόμων.

Οι αντιδράσεις υποκατάστασης περιλαμβάνουν κορεσμένες και αρωματικές ενώσεις όπως αλκάνια, κυκλοαλκάνια ή αρένες. Ας δώσουμε παραδείγματα τέτοιων αντιδράσεων.

Υπό τη δράση του φωτός, τα άτομα υδρογόνου σε ένα μόριο μεθανίου μπορούν να αντικατασταθούν από άτομα αλογόνου, για παράδειγμα, από άτομα χλωρίου:

Ένα άλλο παράδειγμα αντικατάστασης του υδρογόνου με αλογόνο είναι η μετατροπή του βενζολίου σε βρωμοβενζόλιο:

Η εξίσωση αυτής της αντίδρασης μπορεί να γραφτεί διαφορετικά:

Με αυτή τη μορφή καταγραφής, τα αντιδραστήρια, ο καταλύτης, οι συνθήκες αντίδρασης γράφονται πάνω από το βέλος και τα ανόργανα προϊόντα αντίδρασης κάτω από αυτό.

Ως αποτέλεσμα αντιδράσεων Οι υποκαταστάσεις σε οργανικές ουσίες δεν σχηματίζονται απλές και πολύπλοκες ουσίες, όπως στο οργανική χημεία, και δύο σύνθετες ουσίεςένα.

Αντιδράσεις προσθήκης

Αντιδράσεις προσθήκηςείναι αντιδράσεις στις οποίες δύο ή περισσότερα μόρια αντιδρώντων συνδυάζονται σε ένα.

Οι ακόρεστες ενώσεις, όπως τα αλκένια ή τα αλκίνια, εισέρχονται σε αντιδράσεις προσθήκης. Ανάλογα με το ποιο μόριο δρα ως αντιδραστήριο, διακρίνονται οι αντιδράσεις υδρογόνωσης (ή αναγωγής), αλογόνωσης, υδροαλογόνωσης, ενυδάτωσης και άλλες αντιδράσεις προσθήκης. Κάθε ένα από αυτά απαιτεί ορισμένες προϋποθέσεις.

1.Υδρογόνωση- η αντίδραση της προσθήκης ενός μορίου υδρογόνου σε έναν πολλαπλό δεσμό:

2. Υδροαλογόνωση- αντίδραση προσθήκης υδραλογόνου (υδροχλωρίωση):

3. Αλογόνωση- αντίδραση προσθήκης αλογόνου:

4.Πολυμερισμός- ένας ειδικός τύπος αντιδράσεων προσθήκης, κατά τις οποίες μόρια μιας ουσίας με μικρό μοριακό βάρος συνδυάζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μόρια μιας ουσίας με πολύ υψηλό μοριακό βάρος - μακρομόρια.

Οι αντιδράσεις πολυμερισμού είναι οι διαδικασίες συνδυασμού πολλών μορίων μιας ουσίας χαμηλού μοριακού βάρους (μονομερούς) σε μεγάλα μόρια (μακρομόρια) ενός πολυμερούς.

Ένα παράδειγμα αντίδρασης πολυμερισμού είναι η παραγωγή πολυαιθυλενίου από αιθυλένιο (αιθένιο) υπό τη δράση της υπεριώδους ακτινοβολίας και ενός εκκινητή πολυμερισμού ριζών R.

Ο πιο χαρακτηριστικός ομοιοπολικός δεσμός των οργανικών ενώσεων σχηματίζεται όταν τα ατομικά τροχιακά επικαλύπτονται και ο σχηματισμός κοινών ζευγών ηλεκτρονίων. Ως αποτέλεσμα αυτού, σχηματίζεται ένα τροχιακό κοινό σε δύο άτομα, στο οποίο βρίσκεται ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων. Όταν ο δεσμός σπάσει, η μοίρα αυτών των κοινών ηλεκτρονίων μπορεί να είναι διαφορετική.

Τύποι αντιδρώντων σωματιδίων

Ένα τροχιακό με ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο που ανήκει σε ένα άτομο μπορεί να επικαλύπτεται με ένα τροχιακό άλλου ατόμου που περιέχει επίσης ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο. Εδώ γίνεται η εκπαίδευση ομοιοπολικό δεσμόσύμφωνα με τον μηχανισμό ανταλλαγής:

Ο μηχανισμός ανταλλαγής για το σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού πραγματοποιείται εάν ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων σχηματίζεται από ασύζευκτα ηλεκτρόνια που ανήκουν σε διαφορετικά άτομα.

Η διαδικασία αντίθετη από το σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού από τον μηχανισμό ανταλλαγής είναι η διάσπαση του δεσμού, κατά την οποία ένα ηλεκτρόνιο () πηγαίνει σε κάθε άτομο. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται δύο αφόρτιστα σωματίδια με ασύζευκτα ηλεκτρόνια:

Τέτοια σωματίδια ονομάζονται ελεύθερες ρίζες.

ελεύθερες ρίζες- άτομα ή ομάδες ατόμων με ασύζευκτα ηλεκτρόνια.

Αντιδράσεις ελεύθερων ριζώνείναι αντιδράσεις που συμβαίνουν κάτω από τη δράση και με τη συμμετοχή ελεύθερων ριζών.

Στην πορεία της ανόργανης χημείας, αυτές είναι αντιδράσεις αλληλεπίδρασης υδρογόνου με οξυγόνο, αλογόνα, αντιδράσεις καύσης. Οι αντιδράσεις αυτού του τύπου χαρακτηρίζονται από υψηλή ταχύτητα, απελευθέρωση ένας μεγάλος αριθμόςθερμότητα.

Ένας ομοιοπολικός δεσμός μπορεί επίσης να σχηματιστεί από τον μηχανισμό δότη-δέκτη. Ένα από τα τροχιακά ενός ατόμου (ή ανιόντος), το οποίο περιέχει ένα μη κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων, επικαλύπτεται με ένα μη γεμάτο τροχιακό ενός άλλου ατόμου (ή κατιόντος) που έχει ένα μη γεμάτο τροχιακό και σχηματίζεται ένας ομοιοπολικός δεσμός, για παράδειγμα:

Η διάσπαση ενός ομοιοπολικού δεσμού οδηγεί στο σχηματισμό θετικά και αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων (). δεδομένου ότι σε αυτήν την περίπτωση και τα δύο ηλεκτρόνια από ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων παραμένουν με ένα από τα άτομα, το άλλο άτομο έχει ένα μη γεμάτο τροχιακό:

Σκεφτείτε ηλεκτρολυτική διάστασηοξέα:

Μπορεί εύκολα να μαντέψει κανείς ότι ένα σωματίδιο που έχει ένα μη κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων R: -, δηλαδή ένα αρνητικά φορτισμένο ιόν, θα έλκεται από θετικά φορτισμένα άτομα ή από άτομα στα οποία υπάρχει τουλάχιστον ένα μερικό ή αποτελεσματικό θετικό φορτίο.
Τα σωματίδια με μη κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων ονομάζονται πυρηνόφιλοι παράγοντες (πυρήνας- «πυρήνας», το θετικά φορτισμένο μέρος του ατόμου), δηλαδή οι «φίλοι» του πυρήνα, ένα θετικό φορτίο.

Πυρηνόφιλοι(Αρ) - ανιόντα ή μόρια που έχουν ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων, που αλληλεπιδρούν με τις περιοχές των μορίων, στις οποίες συγκεντρώνεται το αποτελεσματικό θετικό φορτίο.

Παραδείγματα πυρηνόφιλων: Cl- (ιόν χλωρίου), OH- (ανιόν υδροξειδίου), CH3O- (ανιόν μεθοξειδίου), CH3COO- (οξικό ανιόν).

Τα σωματίδια που έχουν ένα απλήρωτο τροχιακό, αντίθετα, θα τείνουν να το γεμίσουν και, ως εκ τούτου, θα έλκονται από τις περιοχές των μορίων που έχουν αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων, αρνητικό φορτίο και μη κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων. Είναι ηλεκτρόφιλα, «φίλοι» ενός ηλεκτρονίου, ενός αρνητικού φορτίου ή σωματιδίων με αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων.

ηλεκτρόφιλα- κατιόντα ή μόρια που έχουν μη γεμιστό τροχιακό ηλεκτρονίωντείνει να το γεμίσει με ηλεκτρόνια, καθώς αυτό οδηγεί σε μια ευνοϊκότερη ηλεκτρονική διαμόρφωση του ατόμου.

Δεν είναι κάθε σωματίδιο ηλεκτρόφιλο με κενό τροχιακό. Έτσι, για παράδειγμα, τα κατιόντα μετάλλων αλκαλίων έχουν τη διαμόρφωση αδρανών αερίων και δεν τείνουν να αποκτούν ηλεκτρόνια, καθώς έχουν χαμηλή συγγένεια ηλεκτρονίων.
Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι παρά την παρουσία ενός μη γεμισμένου τροχιακού, τέτοια σωματίδια δεν θα είναι ηλεκτρόφιλα.

Κύριοι μηχανισμοί αντίδρασης

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι σωματιδίων που αντιδρούν - ελεύθερες ρίζες, ηλεκτρόφιλα, πυρηνόφιλα - και τρεις αντίστοιχοι τύποι μηχανισμών αντίδρασης:

• ελεύθερες ρίζες?
• ηλεκτροφιλικό;
• μηδενόφιλος.

Εκτός από την ταξινόμηση των αντιδράσεων ανάλογα με τον τύπο των σωματιδίων που αντιδρούν, η οργανική χημεία διακρίνει τέσσερις τύπους αντιδράσεων σύμφωνα με την αρχή της αλλαγής της σύνθεσης των μορίων: προσθήκη, αντικατάσταση, εξάλειψη ή εξάλειψη (από τα αγγλικά. προς την εξαλείφω- διαγραφή, διαχωρισμός) και ανασυγκρότηση. Δεδομένου ότι η προσθήκη και η υποκατάσταση μπορεί να συμβεί υπό τη δράση και των τριών τύπων αντιδραστικών ειδών, αρκετοί μείζωνμηχανισμούς αντίδρασης.

Επιπλέον, εξετάστε τις αντιδράσεις διάσπασης ή αποβολής που λαμβάνουν χώρα υπό την επίδραση πυρηνόφιλων σωματιδίων - βάσεων.
6. Εξάλειψη:

Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των αλκενίων (ακόρεστοι υδρογονάνθρακες) είναι η ικανότητα να εισέρχονται σε αντιδράσεις προσθήκης. Οι περισσότερες από αυτές τις αντιδράσεις προχωρούν με τον μηχανισμό της ηλεκτροφιλικής προσθήκης.

Υδροαλογόνωση (προσθήκη αλογόνου υδρογόνο):

Όταν ένα υδραλογόνο προστίθεται σε ένα αλκένιο υδρογόνο προστίθεται σε περισσότερο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα, δηλαδή το άτομο στο οποίο υπάρχουν περισσότερα άτομα υδρογόνο, και αλογόνο - έως λιγότερο υδρογονωμένο.

Υπάρχουν διαφορετικά συστήματα ταξινόμησης για οργανικές αντιδράσεις που βασίζονται σε διαφορετικά χαρακτηριστικά. Μεταξύ αυτών είναι οι ακόλουθες ταξινομήσεις:

• επί τελικό αποτέλεσμα της αντίδρασης, δηλαδή, μια αλλαγή στη δομή του υποστρώματος.
• επί μηχανισμός αντίδρασης, δηλαδή ανάλογα με το είδος της θραύσης του δεσμού και τον τύπο των αντιδραστηρίων.

Οι ουσίες που αλληλεπιδρούν σε μια οργανική αντίδραση χωρίζονται σε αντιδραστήριοκαι υπόστρωμα. Σε αυτή την περίπτωση, θεωρείται ότι το αντιδραστήριο προσβάλλει το υπόστρωμα.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Αντιδραστήριο- μια ουσία που δρα σε ένα αντικείμενο - ένα υπόστρωμα - και προκαλεί αλλαγή στον χημικό δεσμό σε αυτό. Τα αντιδραστήρια χωρίζονται σε ριζικά, ηλεκτροφιλικά και πυρηνόφιλα.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Υπόστρωμαθεωρείται γενικά ότι είναι ένα μόριο που παρέχει ένα άτομο άνθρακα για έναν νέο δεσμό.

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΟ ΤΕΛΙΚΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ (ΑΛΛΑΓΕΣ ΣΤΗ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΥΠΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ)

Στην οργανική χημεία, διακρίνονται τέσσερις τύποι αντιδράσεων ανάλογα με το τελικό αποτέλεσμα και την αλλαγή στη δομή του υποστρώματος: προσθήκη, αντικατάσταση, διάσπαση,ή εξάλειψη(από τα Αγγλικά. να εξαλείψει- αφαιρέστε, χωρίστε) και ανακατατάξεις (ισομερισμοί)). Μια τέτοια ταξινόμηση είναι παρόμοια με την ταξινόμηση των αντιδράσεων στην ανόργανη χημεία σύμφωνα με τον αριθμό των αρχικών αντιδραστηρίων και των σχηματιζόμενων ουσιών, με ή χωρίς αλλαγή στη σύνθεση. Η ταξινόμηση σύμφωνα με το τελικό αποτέλεσμα βασίζεται σε τυπικά χαρακτηριστικά, αφού η στοιχειομετρική εξίσωση, κατά κανόνα, δεν αντικατοπτρίζει τον μηχανισμό αντίδρασης. Ας συγκρίνουμε τα είδη των αντιδράσεων στην ανόργανη και οργανική χημεία.

Είδος αντίδρασης στην ανόργανη χημεία	Παράδειγμα	Είδος αντίδρασης στην οργανική χημεία	Ποικιλία και παράδειγμα Αντιδράσεις
1. Σύνδεση	ντο μεγάλο2 + H2 = 2 H C l	Προσκόλληση με πολλαπλούς δεσμούς	υδρογόνωση
			Υδροαλογόνωση
			Αλογόνωση
			Ενυδάτωση
2. Αποσύνθεση	2 H2 Ο = 2 H2 + Ο2	εξάλειψη	Αφυδρογόνωση
			Αφυδροαλογόνωση
			Αποαλογόνωση
			Αφυδάτωση
3. Αντικατάσταση	Z n + 2 H C l =ZnCl2+H2	υποκατάσταση
4. Ανταλλαγή (ειδική περίπτωση - εξουδετέρωση)	H2 μικρό Ο4 + 2 N a O H\u003d N a 2 S O 4 + 2 H 2 Ο	ειδική περίπτωση - εστεροποίηση
5. Αλλοτροποποίηση	γραφίτης ⇔ διαμάντι Πτο κόκκινο⇔ Πάσπρο Pred⇔P λευκό μικρόρόμβος.⇔ μικρόδεξαμενή Srhombus⇔Splast.	Ισομερισμός	Ισομερισμός αλκάνια

ιδ) χωρίς να τα αντικαθιστά με άλλα.

Ανάλογα με το ποια άτομα χωρίζονται - γειτονικά ντο–ντοή απομονώνεται από δύο ή τρία ή περισσότερα άτομα άνθρακα - ντο-C-C- ντο–, –ντο-C-C-C- ντο- μπορεί να σχηματίσει ενώσεις με πολλαπλούς δεσμούςκαι ή κυκλικές ενώσεις. Η απομάκρυνση των υδραλογονιδίων από τα αλκυλαλογονίδια ή του νερού από τις αλκοόλες γίνεται σύμφωνα με τον κανόνα Zaitsev.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Ο κανόνας του Ζάιτσεφ: το άτομο υδρογόνου Η χωρίζεται από το λιγότερο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα.

Για παράδειγμα, η διάσπαση ενός μορίου υδροβρωμιούχου συμβαίνει από γειτονικά άτομα παρουσία αλκαλίου, με το σχηματισμό βρωμιούχου νατρίου και νερού.

ΟΡΙΣΜΟΣ

ανασύνταξη- μια χημική αντίδραση που οδηγεί σε αλλαγή σχετική θέσηάτομα σε ένα μόριο, μετακινώντας πολλαπλούς δεσμούς ή αλλάζοντας την πολλαπλότητά τους.

Η αναδιάταξη μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη διατήρηση της ατομικής σύστασης του μορίου (ισομερισμός) ή με την αλλαγή του.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Ισομερισμός- μια ειδική περίπτωση της αντίδρασης αναδιάταξης, που οδηγεί στον μετασχηματισμό χημική ένωσησε ένα ισομερές από μια δομική αλλαγή στον σκελετό άνθρακα.

Η αναδιάταξη μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί με ομολυτικό ή ετερολυτικό μηχανισμό. Οι μοριακές αναδιατάξεις μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με διαφορετικά κριτήρια, για παράδειγμα, από τον κορεσμό των συστημάτων, από τη φύση της μεταναστευτικής ομάδας, με στερεοειδικότητα κ.λπ. Πολλές αντιδράσεις αναδιάταξης έχουν συγκεκριμένα ονόματα - αναδιάταξη Claisen, αναδιάταξη Beckman κ.λπ.

Οι αντιδράσεις ισομερισμού χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανικές διεργασίες, όπως η διύλιση λαδιού για την αύξηση του αριθμού οκτανίων της βενζίνης. Ένα παράδειγμα ισομερισμού είναι ο μετασχηματισμός n-οκτάνιο σε ισοοκτάνιο:

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΚΑΤΑ ΤΥΠΟ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΟΥ

ΑΠΟΣΥΝΔΕΣΗ

Η διάσπαση δεσμού σε οργανικές ενώσεις μπορεί να είναι ομολυτική ή ετερολυτική.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Σπάσιμο ομολυτικού δεσμού- αυτό είναι ένα τέτοιο χάσμα, ως αποτέλεσμα του οποίου κάθε άτομο λαμβάνει ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο και σχηματίζονται δύο σωματίδια που έχουν παρόμοια ηλεκτρονική δομή - δωρεάν ριζοσπάστες.

Το ομολυτικό χάσμα είναι χαρακτηριστικό του μη πολικού ή ασθενώς πολικούδεσμεύει, για παράδειγμα C–C, Cl–Cl, C–H, και απαιτεί μεγάλη ποσότητα ενέργειας.

Οι προκύπτουσες ρίζες με ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο είναι εξαιρετικά αντιδραστικές, επομένως οι χημικές διεργασίες που συμβαίνουν με τη συμμετοχή τέτοιων σωματιδίων είναι συχνά «αλυσιδωτή» φύσης, είναι δύσκολο να ελεγχθούν και ως αποτέλεσμα της αντίδρασης ένα σύνολο προϊόντων υποκατάστασης λαμβάνεται. Έτσι, στη χλωρίωση του μεθανίου, τα προϊόντα υποκατάστασης είναι το χλωρομεθάνιο ντο H3 Cl CH3Clδιχλωρομεθάνιο ντο H2 ντο μεγάλο2 CH2Cl2, χλωροφόρμιο C H C μεγάλο3 CHCl3και τετραχλωράνθρακα Γ Γ μεγάλο4 CCl4. Οι αντιδράσεις που περιλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες προχωρούν σύμφωνα με τον μηχανισμό ανταλλαγής του σχηματισμού χημικών δεσμών.

Οι ρίζες που σχηματίστηκαν κατά τη διάρκεια αυτής της ρήξης του δεσμού προκαλούν ριζοσπαστικός μηχανισμόςτην πορεία της αντίδρασης. Οι ριζικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα συνήθως σε υψηλές θερμοκρασίες ή με ακτινοβολία (όπως το φως).

Λόγω της υψηλής αντιδραστικότητάς τους, οι ελεύθερες ρίζες μπορούν να έχουν αρνητική επίδραση στον ανθρώπινο οργανισμό, καταστρέφοντας τις κυτταρικές μεμβράνες, επηρεάζοντας το DNA και προκαλώντας πρόωρη γήρανση. Αυτές οι διεργασίες συνδέονται κυρίως με την υπεροξείδωση των λιπιδίων, δηλαδή την καταστροφή της δομής των πολυακόρεστων οξέων που σχηματίζουν λίπος μέσα στην κυτταρική μεμβράνη.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Σπάσιμο ετερολυτικού δεσμού- αυτό είναι ένα τέτοιο χάσμα στο οποίο ένα ζεύγος ηλεκτρονίων παραμένει σε ένα πιο ηλεκτραρνητικό άτομο και σχηματίζονται δύο φορτισμένα σωματίδια - ιόντα: ένα κατιόν (θετικό) και ένα ανιόν (αρνητικό).

Στις χημικές αντιδράσεις, αυτά τα σωματίδια εκτελούν τις λειτουργίες του " πυρηνόφιλα"(" φιλ "- από γρ. είμαι ερωτευμένος) και " ηλεκτρόφιλα», σχηματίζοντας χημικός δεσμόςμε έναν συνεργάτη αντίδρασης στον μηχανισμό δότη-δέκτη. Τα πυρηνόφιλα σωματίδια παρέχουν ένα ζεύγος ηλεκτρονίων για το σχηματισμό ενός νέου δεσμού. Με άλλα λόγια,

ΟΡΙΣΜΟΣ

Πυρηνόφιλος- ένα πλούσιο σε ηλεκτρόνια χημικό αντιδραστήριο ικανό να αλληλεπιδρά με ενώσεις με έλλειψη ηλεκτρονίων.

Παραδείγματα πυρηνόφιλων είναι οποιαδήποτε ανιόντα ( ντο μεγάλο− , Εγώ− , Ν Ο− 3 Cl−,I−,NO3−κ.λπ.), καθώς και ενώσεις που έχουν ένα μη κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων ( Ν H3 , H2 ΟΝΗ3, Η2Ο).

Έτσι, όταν σπάσει ένας δεσμός, μπορούν να σχηματιστούν ρίζες ή πυρηνόφιλα και ηλεκτρόφιλα. Με βάση αυτό διακρίνονται τρεις μηχανισμοί για την εμφάνιση οργανικών αντιδράσεων.

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ

Μηχανισμός ελεύθερων ριζών: η αντίδραση ξεκινά από ελεύθερες ρίζες που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια ομολυτική ρήξηδεσμούς σε ένα μόριο.

Η πιο χαρακτηριστική παραλλαγή είναι ο σχηματισμός ριζών χλωρίου ή βρωμίου κατά την υπεριώδη ακτινοβολία.

1. Υποκατάσταση ελεύθερων ριζών

μεθάνιο βρώμιο

Έναρξη αλυσίδας

ανάπτυξη της αλυσίδας

σπάσιμο της αλυσίδας

2. Προσθήκη ελεύθερων ριζών

αιθενικό πολυαιθυλένιο

Ηλεκτρόφιλος μηχανισμός: η αντίδραση ξεκινά με ηλεκτροφιλικά σωματίδια, τα οποία ως αποτέλεσμα λαμβάνουν θετικό φορτίο ετερολυτικό χάσμασυνδέσεις. Όλα τα ηλεκτρόφιλα είναι οξέα Lewis.

Τέτοια σωματίδια σχηματίζονται ενεργά υπό την επίδραση του Οξέα Lewis, που αυξάνουν το θετικό φορτίο του σωματιδίου. Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο A l C μεγάλο3 , F e C μεγάλο3 , F e B r3 , Z n C μεγάλο2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2λειτουργώντας ως καταλύτης.

Ο τόπος προσβολής του σωματιδίου-ηλεκτρόφιλου είναι εκείνα τα μέρη του μορίου που έχουν αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων, δηλαδή έναν πολλαπλό δεσμό και έναν δακτύλιο βενζολίου.

Η γενική μορφή των αντιδράσεων ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης μπορεί να εκφραστεί με την εξίσωση:

1. Ηλεκτρόφιλη υποκατάσταση

βενζόλιο βρωμοβενζόλιο

2. ηλεκτρόφιλη προσθήκη

προπένιο 2-βρωμοπροπάνιο

προπίνη 1,2-διχλωροπροπένιο

Η προσκόλληση σε ασύμμετρους ακόρεστους υδρογονάνθρακες συμβαίνει σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Ο κανόνας του Markovnikov:η προσθήκη μορίων σύνθετων ουσιών σε ασύμμετρα αλκένια με τύπο υπό όρους ΗΧ (όπου Χ είναι άτομο αλογόνου ή ομάδα υδροξυλίου ΟΗ–), ένα άτομο υδρογόνου συνδέεται με το πιο υδρογονωμένο (που περιέχει τα περισσότερα άτομα υδρογόνου) άτομο άνθρακα με διπλός δεσμός και Χ στον λιγότερο υδρογονωμένο.

Για παράδειγμα, η προσθήκη υδροχλωρίου HCl σε μόριο προπενίου ντο H3 – C H = C H2 CH3–CH=CH2.

Η αντίδραση προχωρά με τον μηχανισμό της ηλεκτροφιλικής προσθήκης. Λόγω της επιρροής του δότη ηλεκτρονίων ντο H3 CH3-ομάδες, η πυκνότητα ηλεκτρονίων στο μόριο του υποστρώματος μετατοπίζεται στο κεντρικό άτομο άνθρακα (επαγωγική επίδραση) και στη συνέχεια, κατά μήκος του συστήματος των διπλών δεσμών, στο τελικό άτομο άνθρακα ντο H2 CH2-ομάδες (μεσομερικό φαινόμενο). Έτσι, το πλεονάζον αρνητικό φορτίο εντοπίζεται ακριβώς σε αυτό το άτομο. Επομένως, το πρωτόνιο υδρογόνου ξεκινά την επίθεση H+ Η+, που είναι ένα ηλεκτρόφιλο σωματίδιο. Σχηματίζεται ένα θετικά φορτισμένο ιόν καρβενίου [Γ H3 – C H − C H3 ] + + , στο οποίο είναι προσαρτημένο το ανιόν χλωρίου ντο μεγάλο− Cl−.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Εξαιρέσεις στον κανόνα του Markovnikov:η αντίδραση προσθήκης προχωρά ενάντια στον κανόνα Markovnikov, εάν οι ενώσεις εισέλθουν στην αντίδραση κατά την οποία το άτομο άνθρακα που βρίσκεται δίπλα στο άτομο άνθρακα του διπλού δεσμού αποσύρει μερικώς την πυκνότητα ηλεκτρονίων, δηλαδή παρουσία υποκαταστατών που εμφανίζουν σημαντική ανάληψη ηλεκτρονίων αποτέλεσμα (– Γ Γ μεγάλο3 , – C N , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOHκαι τα λοιπά.).

Πυρηνόφιλος μηχανισμός: η αντίδραση ξεκινά από πυρηνόφιλα σωματίδια που έχουν αρνητικό φορτίο, που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα του ετερολυτικό χάσμασυνδέσεις. Όλα τα πυρηνόφιλα είναι ίδρυση Lewis.

Στις πυρηνόφιλες αντιδράσεις, το αντιδραστήριο (πυρηνόφιλο) έχει ένα ελεύθερο ζεύγος ηλεκτρονίων σε ένα από τα άτομα και είναι ένα ουδέτερο μόριο ή ανιόν. H α μεγάλο– , Ο H– , Ρ Ο− , Ρ μικρό– , R C O Ο– , R– , C N – , H2 O , R O H , N H3 , Ρ Ν H2 Hal–,OH–,RO–,RS–,RCOO–,R–,CN–,H2O,ROH,NH3,RNH2και τα λοιπά.).

Το πυρηνόφιλο επιτίθεται στο άτομο στο υπόστρωμα με τη χαμηλότερη πυκνότητα ηλεκτρονίων (δηλαδή με μερικό ή πλήρες θετικό φορτίο). Το πρώτο βήμα στην αντίδραση πυρηνόφιλης υποκατάστασης είναι ο ιονισμός του υποστρώματος για να σχηματιστεί ένα καρβοκατιόν. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένας νέος δεσμός λόγω του ζεύγους ηλεκτρονίων του πυρηνόφιλου και ο παλιός υφίσταται ετερολυτική διάσπαση με επακόλουθη εξάλειψη του κατιόντος. Ένα παράδειγμα πυρηνόφιλης αντίδρασης είναι μια πυρηνόφιλη υποκατάσταση (σύμβολο μικρόΝ SN) σε ένα κορεσμένο άτομο άνθρακα, για παράδειγμα, αλκαλική υδρόλυση βρωμοπαραγώγων.

1. Πυρηνόφιλη υποκατάσταση

2. Πυρηνόφιλη προσθήκη

αιθανάλη κυανυδρίνη

πηγή http://foxford.ru/wiki/himiya

ΔΙΑΛΕΞΗ 4
Ταξινόμηση και
μηχανισμών
οργανικές αντιδράσεις

Σχέδιο
4.1. Βιολογική ταξινόμηση
αντιδράσεις
4.2. Ταξινόμηση αντιδραστηρίων
4.3 Αντιδράσεις
(SR)
ριζικό
αντικατάσταση
4.4 Ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις προσθήκης (ΑΕ)

4.1 Ταξινόμηση οργανικών αντιδράσεων

4.1 Ταξινόμηση
οργανικές αντιδράσεις
προς
από μοριακότητα
Αντιδράσεις υποκατάστασης S
Αντιδράσεις προσθήκης Α
Αντιδράσεις εξάλειψης
μι
Μοριακός
ανακατατάξεις
Μονομοριακός
Διμοριακή
Τριμοριακός

Σύμφωνα με τη μέθοδο θραύσης και σχηματισμού δεσμών

Ετερολυτικό
(ιωνικός)
* ηλεκτροφιλικό
* πυρηνόφιλο
Ομολυτικό
(ριζικό)
Μοριακός

Σχέδιο θραύσης χημικών δεσμών

Α:Β
+
ΣΤΟ:
.
.
ΑΛΛΑ
Α:Β
ετερολυτικό
Α: Β
g ωμ λυτικό
Α + Β
χαίρομαι ικαλα
+
+ V:
ΑΛΛΑ
ε συσχετιζόμενα ιόντα

Σχέδιο σχηματισμού χημικών δεσμών

+
ΑΛΛΑ
.
+ V:
Α + Β
.
ΑΛΛΑ
ΣΤΟ
ετερολυτικό
ΑΛΛΑ
ΣΤΟ
ομολυτική.

ετερολυτικές αντιδράσεις
ονομάζεται ιοντικό γιατί
συνοδεύονται
ο σχηματισμός οργανικών
ιόντα ρέουν μέσα
οργανικούς διαλύτες
Ομολυτικές αντιδράσεις
ρέουν κυρίως μέσα
αέρια φάση

Ετερολυτικές αντιδράσεις σε
εξάρτηση από τα ηλεκτρονικά
τη φύση του επιτιθέμενου σωματιδίου
χωρίζεται σε πυρηνόφιλα (σύμβολο
Ν) και ηλεκτροφιλικό (σύμβολο Ε).
Ταυτόχρονα, θεωρείται συμβατικά
ένα από τα αλληλεπιδρώντα σωματίδια
αντιδραστήριο και το άλλο υπόστρωμα
πάνω στο οποίο δρα το αντιδραστήριο

Ένα υπόστρωμα είναι ένα μόριο που
παρέχει ένα άτομο άνθρακα
δημιουργία μιας νέας σύνδεσης
τύπος αντίδρασης (πυρηνόφιλος
ή ηλεκτροφιλικό) καθορίζεται από τη φύση του αντιδραστηρίου

Αντιδραστήριο με μοναχικό
ζεύγος ηλεκτρονίων,
αλληλεπιδρώντας με
υπόστρωμα που έχει
έλλειψη ηλεκτρονίων
ονομάζεται "πυρηνόφιλος"
(αγαπώντας, αναζητώντας τον πυρήνα), και
πυρηνόφιλες αντιδράσεις

Αντιδραστήριο με ηλεκτρονικό έλλειμμα,
αλληλεπιδρώντας με
ένα υπόστρωμα με περίσσεια ηλεκτρονίων
που ονομάζεται
«ηλεκτρόφιλος» και
ηλεκτροφιλική αντίδραση

Πυρηνόφιλο και
ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις είναι πάντα
διασυνδεδεμένες
αντιδράσεις που συνοδεύονται από
ταυτόχρονος
(συναινετικό) κενό και
συγκόλληση ονομάζεται
μοριακό (σύγχρονο,
σύμφωνος)

σύνθεση διενίου

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

4.2. Ταξινόμηση αντιδραστηρίων

4.2. Ταξινόμηση αντιδραστηρίων
Σε πυρηνόφιλα αντιδραστήρια
περιλαμβάνουν μόρια που περιέχουν
ένα ή περισσότερα μη κοινοποιημένα
ζεύγη ηλεκτρονίων. ιόντα που μεταφέρουν
αρνητικό φορτίο (ανιόντα).
μόρια με κέντρα
αυξημένη πυκνότητα

Πυρηνόφιλα αντιδραστήρια

ουδέτερα μόρια,
έχοντας μοναχικά ζευγάρια
ηλεκτρόνια:
..
..
..
..
NH3; R - NH2; R2 - NH; R3N;
..
H2O;
..
..
R-OH;
..
..
;
R-O
R
..
ανιόντα:
OH-; CN-; NH2-; RCOO-; RS-; Cl-;
Br-; ΕΓΩ-; HSO3-;

Πυρηνόφιλα αντιδραστήρια

συνδέσεις,
που περιέχει κέντρα με
αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων:
ντο
ντο
;
ντο
ντο
;

Ηλεκτρόφιλα αντιδραστήρια

ουδέτερα μόρια,
έχοντας ένα κενό τροχιακό:
SO3, οξέα Lewis (AlCl3,
SnCl4, FeBr3, BF3)
κατιόντα: πρωτόνιο (Η+), ιόντα
μέταλλα (Άνδρες+), SO3H+, NO2+, NO+

μόρια,
έχοντας
κέντρα
Με
μειωμένη πυκνότητα ηλεκτρονίων:
παράγωγα αλογόνου υδρογονανθράκων Rδ+-
Halδ-, αλογόνα (Cl2, Br2, I2), ενώσεις με
καρβονυλ ομάδα:
R
ντο
Ο
;
H
R
ντο
Ο
;
R1
R
ντο
Ο
; R
Ω
ντο
Ο
;
Ή

Στις αντιδράσεις οργανικής χημείας,
συνήθως λαμβάνουν χώρα σε
διάφορα στάδια, δηλ. Με
ο σχηματισμός του ενδιάμεσου
βραχύβια σωματίδια
(ενδιάμεσα): καρβοκατιόντα,
carbanions, ρίζες

Καρβοκατιόντα - θετικά
φορτισμένα σωματίδια, άτομο
που φέρει άνθρακα θετικό
η χρέωση είναι σε sp2 -
παραγωγή μικτών γενών.
Άτομο άνθρακα με απόκτηση
αλλαγές θετικού φορτίου
κατάσταση σθένους από sp3 έως
sp2, που είναι ενεργειακά περισσότερο
επικερδής.

Σημαντικό χαρακτηριστικό
τα καρβοκατιόντα είναι τους
βιωσιμότητα, η οποία
καθορίζεται από το πτυχίο
μετεγκατάσταση
θετικό φορτίο

Σταθερότητα καρβοκατιόντων
πέφτει στη γραμμή:
τριτογενής
άτομο Γ
>
δευτερεύων
άτομο Γ
>
πρωταρχικός
άτομο Γ

Σταθερότητα καρβοκατιόντων

+
CH3 CH3
m αιθυλίου
κατιόν
+
CH2
αιθυλίου
κατιόν
CH3
CH3
+
CH
ισοπροπυλίου
κατιόν
CH3
CH3
ΑΥΞΗΜΕΝΗ ΣΤΑΘΕΡΟΤΗΤΑ
+
ντο
CH3
τριτβουτυλίου
κατιόν

Carbanions - αρνητικά
φορτισμένα σωματίδια, φορτίο
που οφείλεται στην παρουσία σε αυτά
δομή του ατόμου C με ένα μόνο
ηλεκτρονικό ζεύγος. Ταυτόχρονα, το άτομο
αρνητικό ρουλεμάν άνθρακα
χρέωση, μπορεί να είναι και σε sp2 και
στον υβριδισμό sp3

Η σταθερότητα των καρβανιών εξαρτάται από
βαθμός μετεγκατάστασης του αρνητικού
φορτίο στο άτομο άνθρακα. παρά εκείνη
υψηλότερη, τόσο μεγαλύτερη είναι η σταθερότητά τους και η
μειώνουν την αντιδραστικότητα τους.
Το πιο σταθερό κυκλικό
carbanions, στη δομή των οποίων
υπάρχει ένα κοινό π-ηλεκτρόνιο
πυκνότητα, συμπεριλαμβανομένων
4n+2 π-ηλεκτρόνια

ανιόν κυκλοπενταδιενυλίου

Ελεύθερες ρίζες - οποιεσδήποτε
ηλεκτρικά ουδέτερο ενεργό
σωματίδιο που περιέχει
τροχιακό ενός ηλεκτρονίου.
Οι ελεύθερες ρίζες μπορούν
να αποδοθούν σωματίδια,
που περιέχει ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο
όχι μόνο στο άτομο άνθρακα (C ), αλλά
και σε άλλα άτομα: R2N· ; RO

4.3. Αντιδράσεις ριζικής υποκατάστασης (SR)

4.3. Αντιδράσεις του ριζοσπαστικού
αντικατάσταση (SR)
Οι αντιδράσεις SR είναι χαρακτηριστικές του
ενώσεις αλειφατικών και
αλεικυκλική σειρά. Πως
κατά κανόνα ρέουν
μηχανισμός αλυσίδας, ο κύριος
τα στάδια του οποίου είναι:
έναρξη, ανάπτυξη (ανάπτυξη
αλυσίδα) και ανοιχτό κύκλωμα.

Στο στάδιο της μύησης
σχηματίζονται ελεύθερες ρίζες
ξεκινώντας μια αλυσίδα
επεξεργάζομαι, διαδικασία
Οι ελεύθερες ρίζες μπορούν
συμβαίνουν λόγω θερμικής
ή φωτοχημική
μύηση, καθώς και
ως αποτέλεσμα αντιδράσεων ΟΒ

Αντιδράσεις ριζικής υποκατάστασης (SR)

R-H+A-A
υπόστρωμα
αντιδραστήριο
η
R-A+HA
προϊόν
αντιδράσεις

μηχανισμός αντίδρασης
ριζική υποκατάσταση (SR)
1. Μύηση
Α-Α
η
.
2Α

2. Ανάπτυξη αλυσίδας

.
ΕΝΑ
.
+R-H
R+A-A
.
R
+AH
R-A+
.
ΕΝΑ

3. Ανοιχτό κύκλωμα
.
R
.
ΕΝΑ
.
ΕΝΑ
+
.
R
R-R
+
.
R
R-A
+
.
ΕΝΑ
Α-Α

Η ευκολία αποκόλλησης του ατόμου Η από το άτομο άνθρακα εμπίπτει στη σειρά των υδρογονανθράκων

CH3
CH3
H3C
ντο
CH3
H>H3C
ντο
H
H
H
H>H3C
ντο
H
H > H
ντο
H
H

Οι ρίζες βρωμίου (Br˙) έχουν
υψηλή επιλεκτικότητα: εάν
μόριο έχει ένα δευτερεύον, και
ειδικά το τριτογενές άτομο άνθρακα,
τότε η βρωμίωση είναι κατά κύριο λόγο
πηγαίνει στην τριτοβάθμια (δευτεροβάθμια)
άτομο άνθρακα. Τέτοιες αντιδράσεις
που ονομάζεται τοποεπιλεκτική
(επιλεκτικό ανά τόπο
δράσεις) αντιδράσεις

Βρωμίωση αλκανίων (τοποεκλεκτικές αντιδράσεις)

H3C
CH
H
CH3 + Br2
η
H3C
CH
CH3 + HBr
Br
2-βρωμοπροπάνιο

μηχανισμός αντίδρασης
βρωμίωση αλκανίων
1. Μύηση
Br2
η
.
2Βρ

2. Ανάπτυξη αλυσίδας
.
Br + H3C
CH
CH3
H3C
.
CH
CH3 + HBr
H
Br2 + H3C
.
CH
CH3
H3C
CH
Br
.
CH3 + Br

3. Ανοιχτό κύκλωμα
.
.
H3C
CH3 + Br
CH
H3C
CH
CH3
Br
.
Br
H3C
.
Br2
+Br
.
.
CH+H3C
CH
CH3
CH3
H3C
CH
CH
CH3
CH3
2,3-διμ αιθυλοβουτάνιο
CH3

4.4. Ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις προσθήκης

Ηλεκτρόφιλη προσθήκη (AE)
χαρακτηριστικό των ακόρεστων συστημάτων,
που περιέχει διπλούς ή τριπλούς δεσμούς.
Η πυρηνόφιλη φύση αυτών
ενώσεις λόγω της παρουσίας π-δεσμού,
που είναι μια περιοχή με
αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων,
είναι πολωτικό και εύκολα
διασπάται κάτω από
ηλεκτρόφιλα αντιδραστήρια

Μηχανισμός αντίδρασης ΑΕ

+ Χ
C=C
υπόστρωμα
Υ
αντιδραστήριο
Χ
ντο
+
ντο
-συγκρότημα
+Y
C=C
Χ
Υ
-συγκρότημα
Χ
ντο
ντο
Υ

Αλογόνωση

H
H
C=C
H
+Br
Br
H
H
C=C
H
H
Br
Br
CH2
H2C
+
Br
βρώμιο ονίου
κατιόν
+Br
H2C
CH2
Br
1,2-d ιβρώμο αιθάνιο
H
Br

υδρογόνωση
H
C=C
+ Η2
t, Kt
ντο
ντο
H
Υδροαλογόνωση
Cl
C=C
+ HCl
ντο
H
ντο

Ενυδάτωση
Ω
C=C
+HOH
H
+
ντο
H
ντο

Ο κανόνας του Markovnikov:
όταν αλληλεπιδρούν
Αντιδραστήρια τύπου HX με
ασύμμετρη
αλκένια, υδρογόνο
ενώνει
πλέον
υδρογονωμένο Βλαντιμίρ
Μαρκόβνικοφ
άτομο άνθρακα
(1837 – 1904)

Υδροαλογόνωση αλκενίων
Ο κανόνας του Μορκόβνικοφ
CH3 CH = CH2 + HCl
CH3
CH
Cl
2-χλωροπροπάνιο
CH3

μηχανισμός αντίδρασης
υδροαλογόνωση
CH3
CH3
+
+
CH
CH3
CH2
+
CH2
CH = CH2 + H
CH3
CH3
CH
Cl
CH3
+Cl
-

Σχέδιο αντίδρασης ενυδάτωσης αλκενίου

Σχέδιο της αντίδρασης ενυδάτωσης
αλκένια
+
H2C = CH2 + H2O
H
H3C
CH2
Ω
αιθανόλη

Μηχανισμός Αντίδρασης Ενυδάτωσης
αλκένια
..
+
+HOH
..
+
H C = CH + H
H C CH
2
2
H3C
3
CH2
+
Ο
H
+
-Η
ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ
καταλύτης
H
Κατιόν οξωνίου
2
H3C
CH2
Ω

κλασικός κανόνας
Η Markovnikova είναι τέλεια
ισχύει μόνο για
αλκένια, στην περίπτωση τους
απαιτούνται παράγωγα
λάβετε υπόψη τον μηχανισμό
αντιδράσεις και σταθερότητα
σχηματίζονται ενδιάμεσα

Μηχανισμός αντίδρασης ενυδάτωσης ακόρεστων καρβοξυλικών οξέων κατά του κανόνα του Morkovnikov

R
R
CH=CH
+
CH
Ο
CH2
ντο
Ω
+
+ Η
ντο
Ο
Ω
R
CH2
+
CH
ντο
Ο
Ω

..
HOH
..
Ο
R
CH
+
Ο
H
H
CH2
ντο
Ο
R
-Η+
CH
CH2
ντο
Ω επιστροφή
καταλύτης
Ω
Ω
-υδροξυ οξύ

Αυτό το είδος ενυδάτωσης σε
Το vivo είναι μέρος της διαδικασίας
β-οξείδωση ακόρεστων
λιπαρά οξέα στο σώμα

Σχετικά συστήματα
(αλκαδιένια)
θερμοδυναμικά τα περισσότερα
σταθερό, τόσο συχνά
βρίσκονται στη φύση.
Αντιδράσεις ΑΕ με τέτοιες διένες
προχωρήστε στο σχηματισμό δύο
προϊόντα
1,4- και 1,2-συνημμένα

Αντιδράσεις AE στη σειρά αλκαδιενίων

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

Αντιδράσεις AE στη σειρά αλκαδιενίων Μηχανισμός αντίδρασης

+
H3C
H2C=CH
CH = CH2 + H+
H3C Μηχανισμός αντίδρασης ενυδάτωσης
παράγωγα ακετυλενίου
H3C
ντο
+
CH+H
H3C
+
C=CH2
..
+HOH
..

Μηχανισμός Αντίδρασης Ενυδάτωσης
παράγωγα ακετυλενίου
H3C
C=CH2
+
Ο
H
-Η+
H3C
C=CH2
Ω
H

Ταξινόμηση αντιδράσεων

Υπάρχουν τέσσερις κύριοι τύποι αντιδράσεων στις οποίες συμμετέχουν οργανικές ενώσεις: υποκατάσταση (μετατόπιση), προσθήκη, απομάκρυνση (διάσπαση), αναδιάταξη.

3.1 Αντιδράσεις υποκατάστασης

Σε αντιδράσεις του πρώτου τύπου, η υποκατάσταση συμβαίνει συνήθως στο άτομο άνθρακα, αλλά το υποκατεστημένο άτομο μπορεί να είναι ένα άτομο υδρογόνου ή κάποιο άλλο άτομο ή ομάδα ατόμων. Στην ηλεκτροφιλική υποκατάσταση, ένα άτομο υδρογόνου αντικαθίσταται συχνότερα. ένα παράδειγμα είναι το κλασικό αρωματική υποκατάσταση:

Στην πυρηνόφιλη υποκατάσταση, τις περισσότερες φορές δεν αντικαθίσταται το άτομο υδρογόνου, αλλά άλλα άτομα, για παράδειγμα:

NC - + R−Br → NC−R +BR -

3.2 Αντιδράσεις προσθήκης

Οι αντιδράσεις προσθήκης μπορεί επίσης να είναι ηλεκτρόφιλες, πυρηνόφιλες ή ριζικές, ανάλογα με τον τύπο του είδους που ξεκινά τη διαδικασία. Η προσκόλληση σε συμβατικούς διπλούς δεσμούς άνθρακα-άνθρακα προκαλείται συνήθως από ένα ηλεκτρόφιλο ή μια ρίζα. Για παράδειγμα, προσθέτοντας HBr

μπορεί να ξεκινήσει με μια επίθεση στον διπλό δεσμό από το πρωτόνιο H + ή τη ρίζα Br·.

3.3 Αντιδράσεις αποβολής

Οι αντιδράσεις απομάκρυνσης είναι ουσιαστικά το αντίστροφο από τις αντιδράσεις προσθήκης. Ο πιο συνηθισμένος τύπος τέτοιας αντίδρασης είναι η εξάλειψη ενός ατόμου υδρογόνου και ενός άλλου ατόμου ή ομάδας από γειτονικά άτομα άνθρακα για να σχηματιστούν αλκένια:

3.4 Αντιδράσεις αναδιάταξης

Οι αναδιατάξεις μπορούν επίσης να συμβούν μέσω ενδιάμεσων που είναι κατιόντα, ανιόντα ή ρίζες. Τις περισσότερες φορές αυτές οι αντιδράσεις συνοδεύονται από το σχηματισμό καρβοκατιόντων ή άλλων σωματιδίων με έλλειψη ηλεκτρονίων. Οι αναδιατάξεις μπορεί να περιλαμβάνουν μια σημαντική αναδιάταξη του σκελετού άνθρακα. Το πραγματικό βήμα αναδιάταξης σε τέτοιες αντιδράσεις συχνά ακολουθείται από στάδια υποκατάστασης, προσθήκης ή εξάλειψης που οδηγούν στον σχηματισμό ενός σταθερού τελικού προϊόντος.

Μια λεπτομερής περιγραφή μιας χημικής αντίδρασης σε στάδια ονομάζεται μηχανισμός. Από ηλεκτρονική άποψη, ο μηχανισμός μιας χημικής αντίδρασης νοείται ως μια μέθοδος διάσπασης ομοιοπολικών δεσμών σε μόρια και μια ακολουθία καταστάσεων από τις οποίες περνούν οι αντιδρώντες ουσίες πριν μετατραπούν σε προϊόντα αντίδρασης.

4.1 Αντιδράσεις ελεύθερων ριζών

Οι αντιδράσεις ελεύθερων ριζών είναι χημικές διεργασίες στις οποίες συμμετέχουν μόρια με ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Ορισμένες πτυχές των αντιδράσεων ελεύθερων ριζών είναι μοναδικές σε σύγκριση με άλλους τύπους αντιδράσεων. Η κύρια διαφορά είναι ότι πολλές αντιδράσεις ελεύθερων ριζών είναι αλυσιδωτές αντιδράσεις. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει ένας μηχανισμός με τον οποίο πολλά μόρια μετατρέπονται σε προϊόν μέσω μιας επαναλαμβανόμενης διαδικασίας που ξεκινά από τη δημιουργία ενός μόνο αντιδρώντος είδους. Χαρακτηριστικό παράδειγμααπεικονίζεται από τον ακόλουθο υποθετικό μηχανισμό:

Το στάδιο στο οποίο παράγεται το ενδιάμεσο της αντίδρασης, στην περίπτωση αυτή Α·, ονομάζεται έναρξη. Αυτό το στάδιο λαμβάνει χώρα σε υψηλή θερμοκρασία, υπό τη δράση UV ή υπεροξειδίων, σε μη πολικούς διαλύτες. Στις επόμενες τέσσερις εξισώσεις αυτό το παράδειγμαεπαναλαμβάνεται η αλληλουχία δύο αντιδράσεων. αντιπροσωπεύουν τη φάση ανάπτυξης της αλυσίδας. Οι αλυσιδωτές αντιδράσεις χαρακτηρίζονται από το μήκος της αλυσίδας, το οποίο αντιστοιχεί στον αριθμό των αναπτυξιακών σταδίων ανά στάδιο έναρξης. Το δεύτερο στάδιο προχωρά με την ταυτόχρονη σύνθεση της ένωσης και το σχηματισμό μιας νέας ρίζας, η οποία συνεχίζει την αλυσίδα των μετασχηματισμών. Το τελευταίο βήμα είναι ο τερματισμός της αλυσίδας, ο οποίος περιλαμβάνει οποιαδήποτε αντίδραση που καταστρέφει ένα από τα ενδιάμεσα της αντίδρασης που είναι απαραίτητα για τη διάδοση της αλυσίδας. Όσο περισσότερα στάδια τερματισμού της αλυσίδας, τόσο μικρότερο γίνεται το μήκος της αλυσίδας.

Οι αντιδράσεις ελεύθερων ριζών προχωρούν: 1) στο φως, σε υψηλή θερμοκρασία ή παρουσία ριζών, οι οποίες σχηματίζονται κατά την αποσύνθεση άλλων ουσιών. 2) αναστέλλεται από ουσίες που αντιδρούν εύκολα με τις ελεύθερες ρίζες. 3) προχωρήστε σε μη πολικούς διαλύτες ή στη φάση ατμού. 4) έχουν συχνά μια αυτοκαταλυτική και επαγωγική περίοδο πριν από την έναρξη της αντίδρασης. 5) κινητικά είναι αλυσιδωτές.

Οι αντιδράσεις ριζικής υποκατάστασης είναι χαρακτηριστικές των αλκανίων και οι αντιδράσεις προσθήκης ριζών είναι χαρακτηριστικές των αλκενίων και των αλκινίων.

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 -CH 2 Br

CH 3 -C≡CH + HCl → CH 3 -CH=CHCl

Η σύνδεση των ελεύθερων ριζών μεταξύ τους και ο τερματισμός της αλυσίδας συμβαίνει κυρίως στα τοιχώματα του αντιδραστήρα.

4.2 Ιονικές αντιδράσεις

Οι αντιδράσεις στις οποίες ετερολυτικόΗ ρήξη των δεσμών και ο σχηματισμός ενδιάμεσων σωματιδίων ιοντικού τύπου ονομάζονται ιοντικές αντιδράσεις.

Οι ιοντικές αντιδράσεις προχωρούν: 1) παρουσία καταλυτών (οξέων ή βάσεων και δεν επηρεάζονται από το φως ή τις ελεύθερες ρίζες, ιδίως, που προκύπτουν από την αποσύνθεση υπεροξειδίων). 2) δεν επηρεάζονται από σαρωτές ελεύθερων ριζών. 3) η φύση του διαλύτη επηρεάζει την πορεία της αντίδρασης. 4) σπάνια εμφανίζονται στη φάση ατμού. 5) κινητικά είναι κυρίως αντιδράσεις πρώτης ή δεύτερης τάξης.

Ανάλογα με τη φύση του αντιδραστηρίου που δρα στο μόριο, οι ιοντικές αντιδράσεις χωρίζονται σε ηλεκτροφιλικόκαι πυρηνόφιλος. Οι αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης είναι χαρακτηριστικές των αλκυλο και αρυλο αλογονιδίων,

CH 3 Cl + H 2 O → CH 3 OH + HCl

C 6 H 5 -Cl + H 2 O → C 6 H 5 -OH + HCl

C 2 H 5 OH + HCl → C 2 H 5 Cl + H 2 O

C 2 H 5 NH 2 + CH 3 Cl → CH 3 -NH-C 2 H 5 + HCl

ηλεκτρόφιλη υποκατάσταση - για αλκάνια παρουσία καταλυτών

CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 3 → CH 3 - CH (CH 3) - CH 2 - CH 3

και αρένες.

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

Οι ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις προσθήκης είναι χαρακτηριστικές των αλκενίων

CH 3 -CH \u003d CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 2 Br

και αλκίνια

CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl

πυρηνόφιλη προσθήκη - για αλκίνια.

CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C (OC 2 H 5) = CH 2

Οι αντιδράσεις των οργανικών ουσιών μπορούν επίσημα να χωριστούν σε τέσσερις κύριους τύπους: αντικατάσταση, προσθήκη, εξάλειψη (εξάλειψη) και αναδιάταξη (ισομερισμός).

Προφανώς, ολόκληρη η ποικιλία των αντιδράσεων των οργανικών ενώσεων δεν μπορεί να περιοριστεί στην προτεινόμενη ταξινόμηση (για παράδειγμα, αντιδράσεις καύσης). Ωστόσο, μια τέτοια ταξινόμηση θα βοηθήσει να δημιουργηθούν αναλογίες με τις ήδη γνωστές σε εσάς αντιδράσεις που συμβαίνουν μεταξύ ανόργανων ουσιών.

Κατά κανόνα, η κύρια οργανική ένωση που συμμετέχει στην αντίδραση ονομάζεται υπόστρωμα, και το άλλο συστατικό της αντίδρασης θεωρείται υπό όρους ως αντιδραστήριο.

Αντιδράσεις υποκατάστασης

Αντιδράσεις υποκατάστασης- πρόκειται για αντιδράσεις που έχουν ως αποτέλεσμα την αντικατάσταση ενός ατόμου ή μιας ομάδας ατόμων στο αρχικό μόριο (υπόστρωμα) με άλλα άτομα ή ομάδες ατόμων.

Οι αντιδράσεις υποκατάστασης περιλαμβάνουν κορεσμένες και αρωματικές ενώσεις όπως αλκάνια, κυκλοαλκάνια ή αρένες. Ας δώσουμε παραδείγματα τέτοιων αντιδράσεων.

Υπό τη δράση του φωτός, τα άτομα υδρογόνου σε ένα μόριο μεθανίου μπορούν να αντικατασταθούν από άτομα αλογόνου, για παράδειγμα, από άτομα χλωρίου:

Ένα άλλο παράδειγμα αντικατάστασης του υδρογόνου με αλογόνο είναι η μετατροπή του βενζολίου σε βρωμοβενζόλιο:

Η εξίσωση αυτής της αντίδρασης μπορεί να γραφτεί διαφορετικά:

Με αυτή τη μορφή γραφής αντιδραστήρια, καταλύτης, συνθήκες αντίδρασηςγράψτε πάνω από το βέλος και ανόργανα προϊόντα αντίδρασης- κάτω από αυτό.

Αντιδράσεις προσθήκης

Αντιδράσεις προσθήκηςείναι αντιδράσεις στις οποίες δύο ή περισσότερα μόρια αντιδρώντων συνδυάζονται σε ένα.

Οι ακόρεστες ενώσεις, όπως τα αλκένια ή τα αλκίνια, εισέρχονται σε αντιδράσεις προσθήκης. Ανάλογα με το ποιο μόριο δρα ως αντιδραστήριο, διακρίνονται οι αντιδράσεις υδρογόνωσης (ή αναγωγής), αλογόνωσης, υδροαλογόνωσης, ενυδάτωσης και άλλες αντιδράσεις προσθήκης. Κάθε ένα από αυτά απαιτεί ορισμένες προϋποθέσεις.

1. υδρογόνωση- η αντίδραση της προσθήκης ενός μορίου υδρογόνου σε έναν πολλαπλό δεσμό:

2. Υδροαλογόνωση- αντίδραση προσθήκης υδραλογόνου (υδροχλωρίωση):

3. Αλογόνωση- αντίδραση προσθήκης αλογόνου:

4. Πολυμερισμός- ένας ειδικός τύπος αντιδράσεων προσθήκης, κατά τις οποίες μόρια μιας ουσίας με μικρό μοριακό βάρος συνδυάζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μόρια μιας ουσίας με πολύ υψηλό μοριακό βάρος - μακρομόρια.

αντιδράσεις πολυμερισμού- αυτές είναι οι διαδικασίες συνδυασμού πολλών μορίων μιας ουσίας χαμηλού μοριακού βάρους (μονομερούς) σε μεγάλα μόρια (μακρομόρια) ενός πολυμερούς.

Ένα παράδειγμα αντίδρασης πολυμερισμού είναι η παραγωγή πολυαιθυλενίου από αιθυλένιο (αιθένιο) υπό τη δράση υπεριώδους ακτινοβολίας και έναν εκκινητή πολυμερισμού ριζών R .

Ο πιο χαρακτηριστικός ομοιοπολικός δεσμός των οργανικών ενώσεων σχηματίζεται όταν τα ατομικά τροχιακά επικαλύπτονται και ο σχηματισμός κοινών ζευγών ηλεκτρονίων. Ως αποτέλεσμα αυτού, σχηματίζεται ένα τροχιακό κοινό σε δύο άτομα, στο οποίο βρίσκεται ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων. Όταν ο δεσμός σπάσει, η μοίρα αυτών των κοινών ηλεκτρονίων μπορεί να είναι διαφορετική.

Τύποι αντιδρώντων σωματιδίων στην οργανική χημεία

Ένα τροχιακό με ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο που ανήκει σε ένα άτομο μπορεί να επικαλύπτεται με ένα τροχιακό άλλου ατόμου που περιέχει επίσης ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο. Εδώ γίνεται η εκπαίδευση ομοιοπολικός δεσμός με μηχανισμό ανταλλαγής:

Ο μηχανισμός ανταλλαγής για το σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού πραγματοποιείται εάν ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων σχηματίζεται από ασύζευκτα ηλεκτρόνια που ανήκουν σε διαφορετικά άτομα.

Η διαδικασία αντίθετη προς το σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού από τον μηχανισμό ανταλλαγής είναι αποσύνδεσηκατά την οποία ένα ηλεκτρόνιο πηγαίνει σε κάθε άτομο. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται δύο αφόρτιστα σωματίδια με ασύζευκτα ηλεκτρόνια:

Τέτοια σωματίδια ονομάζονται ελεύθερες ρίζες.

ελεύθερες ρίζες- άτομα ή ομάδες ατόμων με ασύζευκτα ηλεκτρόνια.

Αντιδράσεις ελεύθερων ριζώνείναι αντιδράσεις που συμβαίνουν κάτω από τη δράση και με τη συμμετοχή ελεύθερων ριζών.

Στην πορεία της ανόργανης χημείας, αυτές είναι αντιδράσεις αλληλεπίδρασης υδρογόνου με οξυγόνο, αλογόνα, αντιδράσεις καύσης. Οι αντιδράσεις αυτού του τύπου χαρακτηρίζονται από υψηλή ταχύτητα, απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας.

Μπορεί επίσης να σχηματιστεί ομοιοπολικός δεσμός μηχανισμός δότη-δέκτη. Ένα από τα τροχιακά ενός ατόμου (ή ανιόντος), το οποίο περιέχει ένα μη κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων, επικαλύπτεται με ένα μη γεμάτο τροχιακό ενός άλλου ατόμου (ή κατιόντος), το οποίο έχει ένα μη γεμάτο τροχιακό, ενώ σχηματίζεται ομοιοπολικό δεσμό, για παράδειγμα:

Σπάζοντας έναν ομοιοπολικό δεσμόοδηγεί στο σχηματισμό θετικά και αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων. δεδομένου ότι σε αυτήν την περίπτωση και τα δύο ηλεκτρόνια από ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων παραμένουν με ένα από τα άτομα, το άλλο άτομο έχει ένα μη γεμάτο τροχιακό:

Σκεφτείτε ηλεκτρολυτική διάσταση οξέων:

Εύκολα μπορεί κανείς να μαντέψει ότι ένα σωματίδιο που έχει μοναχικό ζεύγος ηλεκτρονίων R: -, δηλαδή, ένα αρνητικά φορτισμένο ιόν, θα έλκεται από θετικά φορτισμένα άτομα ή από άτομα στα οποία υπάρχει τουλάχιστον ένα μερικό ή αποτελεσματικό θετικό φορτίο. Σωματίδια με Τα μεμονωμένα ζεύγη ηλεκτρονίων ονομάζονται πυρηνόφιλοι παράγοντες(πυρήνας – «πυρήνας», το θετικά φορτισμένο μέρος του ατόμου), δηλαδή οι «φίλοι» του πυρήνα, θετικό φορτίο.

Πυρηνόφιλοι(Nu) - ανιόντα ή μόρια που έχουν ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων που αλληλεπιδρούν με μέρη των μορίων στα οποία συγκεντρώνεται ένα αποτελεσματικό θετικό φορτίο.

Παραδείγματα πυρηνόφιλων: Cl- (ιόν χλωρίου), OH- (ανιόν υδροξειδίου), CH3O- (ανιόν μεθοξειδίου), CH3COO- (οξικό ανιόν).

Σωματίδια που έχουν απλήρωτο τροχιακό, αντίθετα, θα τείνει να το γεμίσει και, ως εκ τούτου, θα έλκεται από τις περιοχές των μορίων όπου υπάρχει αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων, αρνητικό φορτίο, μη κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων. Αυτοί είναι ηλεκτρόφιλα, «φίλοι» του ηλεκτρονίου, αρνητικό φορτίο ή σωματίδια με αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων.

ηλεκτρόφιλα- κατιόντα ή μόρια που έχουν ένα μη γεμάτο τροχιακό ηλεκτρονίων, που τείνουν να το γεμίζουν με ηλεκτρόνια, καθώς αυτό οδηγεί σε μια ευνοϊκότερη ηλεκτρονική διαμόρφωση του ατόμου.

Δεν είναι κάθε σωματίδιο ηλεκτρόφιλο με κενό τροχιακό. Έτσι, για παράδειγμα, τα κατιόντα αλκαλιμετάλλων έχουν τη διαμόρφωση αδρανών αερίων και δεν τείνουν να αποκτούν ηλεκτρόνια, αφού έχουν χαμηλή συγγένεια ηλεκτρονίων. Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι παρά την παρουσία ενός μη γεμισμένου τροχιακού, τέτοια σωματίδια δεν θα είναι ηλεκτρόφιλα.

Κύριοι μηχανισμοί αντίδρασης

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι σωματιδίων που αντιδρούν - ελεύθερες ρίζες, ηλεκτρόφιλα, πυρηνόφιλα- και τρεις αντίστοιχοι τύποι μηχανισμών αντίδρασης:

Ελεύθερες ρίζες;

Ηλεκτρόφιλο;

Νουλεόφιλος.

Εκτός από την ταξινόμηση των αντιδράσεων ανάλογα με τον τύπο των σωματιδίων που αντιδρούν, στην οργανική χημεία υπάρχουν τέσσερα είδη αντιδράσεωνσύμφωνα με την αρχή της αλλαγής της σύνθεσης των μορίων: ένταξη, υποκατάσταση, χωρίζοντας, ή εξάλειψη (από τα αγγλικά για εξάλειψη - αφαίρεση, διάσπαση) και ανακατατάξεις. Δεδομένου ότι η προσθήκη και η υποκατάσταση μπορούν να συμβούν υπό τη δράση και των τριών τύπων δραστικών ειδών, μπορούν να διακριθούν αρκετοί κύριοι μηχανισμοί αντίδρασης.

1. Υποκατάσταση ελεύθερων ριζών:

2. Προσθήκη ελεύθερων ριζών:

3. Ηλεκτρόφιλη υποκατάσταση:

4. Ηλεκτρόφιλη προσθήκη:

5. Πυρηνόφιλη προσθήκη:

Επιπλέον, εξετάστε τις αντιδράσεις διάσπασης ή αποβολής που λαμβάνουν χώρα υπό την επίδραση πυρηνόφιλων σωματιδίων - βάσεων.

6. Αποβολή:

Κανόνας του V. V. Markovnikov

Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των αλκενίων (ακόρεστοι υδρογονάνθρακες) είναι η ικανότητα να εισέρχονται σε αντιδράσεις προσθήκης. Οι περισσότερες από αυτές τις αντιδράσεις προχωρούν με τον μηχανισμό της ηλεκτροφιλικής προσθήκης.

Υδροαλογόνωση (προσθήκη υδραλογόνου):

Αυτή η αντίδραση υπακούει στον κανόνα του V. V. Markovnikov.

Όταν ένα υδραλογόνο προστίθεται σε ένα αλκένιο, το υδρογόνο συνδέεται με ένα περισσότερο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα, δηλαδή ένα άτομο στο οποίο υπάρχουν περισσότερα άτομα υδρογόνου, και ένα αλογόνο σε ένα λιγότερο υδρογονωμένο.

Υλικό αναφοράς για την επιτυχία του τεστ:

Περιοδικός Πίνακας

Πίνακας διαλυτότητας