Mecanisme ale reacțiilor în chimia organică. Reacții de substituție: descriere, ecuație, exemple. Mecanismul de înlocuire heterolitică

Clasificarea reacțiilor

Există patru tipuri principale de reacții la care participă compușii organici: substituție (deplasare), adăugare, eliminare (eliminare), rearanjamente.

3.1 Reacții de substituție

În reacțiile de primul tip, substituția are loc de obicei la atomul de carbon, dar atomul substituit poate fi un atom de hidrogen sau un alt atom sau grup de atomi. În substituția electrofilă, un atom de hidrogen este cel mai adesea înlocuit; Un exemplu este substituția aromatică clasică:

Cu substituția nucleofilă, nu atomul de hidrogen este cel mai adesea înlocuit, ci alți atomi, de exemplu:

NC - + R−Br → NC−R +BR -

3.2 Reacții de adiție

Reacțiile de adiție pot fi, de asemenea, electrofile, nucleofile sau radicale, în funcție de tipul de specie care inițiază procesul. Atașarea la duble legături obișnuite carbon-carbon este de obicei indusă de un electrofil sau radical. De exemplu, adăugarea de HBr

poate începe cu un atac al dublei legături de către protonul H+ sau radicalul Br·.

3.3 Reacții de eliminare

Reacțiile de eliminare sunt, în esență, inversul reacțiilor de adiție; Cel mai comun tip de astfel de reacție este eliminarea unui atom de hidrogen și a unui alt atom sau grup din atomii de carbon vecini pentru a forma alchene:

3.4 Reacții de rearanjare

Rearanjamentele pot avea loc și prin intermediari care sunt cationi, anioni sau radicali; cel mai adesea aceste reacții apar cu formarea de carbocationi sau alte particule cu deficit de electroni. Rearanjamentele pot implica o rearanjare semnificativă a scheletului de carbon. Etapa reală de rearanjare în astfel de reacții este adesea urmată de etape de substituție, adăugare sau eliminare, conducând la formarea unui produs final stabil.

O descriere detaliată a unei reacții chimice în etape se numește mecanism. Din punct de vedere electronic, mecanismul unei reacții chimice este înțeles ca metoda de rupere a legăturilor covalente din molecule și succesiunea stărilor prin care trec substanțele care reacţionează înainte de a deveni produse de reacţie.

4.1 Reacții cu radicali liberi

Reacțiile radicalilor liberi sunt procese chimice la care iau parte molecule care au electroni nepereche. Anumite aspecte ale reacțiilor cu radicali liberi sunt unice în comparație cu alte tipuri de reacții. Principala diferență este că multe reacții ale radicalilor liberi sunt reacții în lanț. Aceasta înseamnă că există un mecanism prin care multe molecule sunt convertite într-un produs printr-un proces repetat inițiat prin crearea unei singure specii reactive. Un exemplu tipic este ilustrat folosind următorul mecanism ipotetic:

Etapa în care este generată intermediarul de reacție, în acest caz A·, se numește inițiere. Această etapă are loc la temperaturi ridicate, sub influența UV sau a peroxizilor, în solvenți nepolari. Următoarele patru ecuații din acest exemplu repetă secvența a două reacții; ele reprezintă faza de dezvoltare a lanţului. Reacțiile în lanț sunt caracterizate de lungimea lanțului, care corespunde numărului de etape de dezvoltare per stadiu de inițiere. A doua etapă are loc cu sinteza simultană a compusului și formarea unui nou radical, care continuă lanțul de transformări. Ultima etapă este etapa de terminare a lanțului, care implică orice reacție în care unul dintre intermediarii de reacție necesari progresiei lanțului este distrus. Cu cât sunt mai multe etape de terminare a lanțului, cu atât lungimea lanțului devine mai scurtă.

Reacțiile cu radicali liberi apar: 1) la lumină, la temperaturi ridicate sau în prezența radicalilor care se formează în timpul descompunerii altor substanțe; 2) inhibat de substante care reactioneaza usor cu radicalii liberi; 3) apar în solvenți nepolari sau în faza de vapori; 4) au adesea o perioadă autocatalitică și de inducție înainte de începerea reacției; 5) cinetic sunt în lanț.

Reacțiile de substituție radicală sunt caracteristice alcanilor, iar reacțiile de adiție radicală sunt caracteristice alchenelor și alchinelor.

CH4 + CI2 → CH3CI + HCI

CH3-CH=CH2 + HBr → CH3-CH2-CH2Br

CH3-C≡CH + HCI → CH3-CH=CHCI

Legătura radicalilor liberi între ei și terminarea lanțului are loc în principal pe pereții reactorului.

4.2 Reacții ionice

Reacții în care apare heterolitic ruperea legăturilor și formarea particulelor intermediare de tip ionic se numesc reacții ionice.

Reacțiile ionice apar: 1) în prezența catalizatorilor (acizi sau baze și nu sunt afectate de lumină sau radicali liberi, în special cei care decurg din descompunerea peroxizilor); 2) nu sunt afectate de captatorii de radicali liberi; 3) natura solventului influențează cursul reacției; 4) apar rar în faza de vapori; 5) cinetic, sunt în principal reacții de ordinul întâi sau de ordinul doi.

Pe baza naturii reactivului care acționează asupra moleculei, reacțiile ionice sunt împărțite în electrofilăȘi nucleofil. Reacțiile de substituție nucleofilă sunt caracteristice halogenurilor de alchil și arii,

CH3CI + H20 → CH3OH + HCI

C6H5-CI + H20 → C6H5-OH + HCI

C2H5OH + HCI → C2H5CI + H2O

C2H5NH2 + CH3CI → CH3-NH-C2H5 + HCI

substituție electrofilă – pentru alcani în prezența catalizatorilor

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH(CH3)-CH2-CH3

și arene.

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

Reacțiile de adiție electrofile sunt caracteristice alchenelor

CH3-CH=CH2 + Br2 → CH3-CHBr-CH2Br

și alchine,

CH≡CH + CI2 → CHCI=CHCI

adiție nucleofilă – pentru alchine.

CH3-C≡CH + C2H5OH + NaOH → CH3-C(OC2H5) = CH2

Mecanisme ale reacțiilor organice

Numele parametrului	Sens
Subiect articol:	Mecanisme ale reacțiilor organice
Rubrica (categoria tematica)	Educaţie

Clasificarea reacțiilor

Există patru tipuri principale de reacții la care participă compușii organici: substituție (deplasare), adăugare, eliminare (eliminare), rearanjamente.

3.1 Reacții de substituție

În reacțiile de primul tip, substituția are loc de obicei la un atom de carbon, dar atomul substituit trebuie să fie un atom de hidrogen sau un alt atom sau grup de atomi. În timpul substituției electrofile, atomul de hidrogen este cel mai adesea înlocuit; Un exemplu este substituția aromatică clasică:

Cu substituția nucleofilă, nu atomul de hidrogen este cel mai adesea înlocuit, ci alți atomi, de exemplu:

NC - + R−Br → NC−R +BR -

3.2 Reacții de adiție

Reacțiile de adiție pot fi, de asemenea, electrofile, nucleofile sau radicale în funcție de tipul de specie care inițiază procesul. Atașarea la duble legături obișnuite carbon-carbon este de obicei indusă de un electrofil sau radical. De exemplu, adăugarea de HBr

poate începe cu un atac al dublei legături de către protonul H+ sau radicalul Br·.

3.3 Reacții de eliminare

Reacțiile de eliminare sunt, în esență, inversul reacțiilor de adiție; Cel mai comun tip de astfel de reacție este eliminarea unui atom de hidrogen și a unui alt atom sau grup din atomii de carbon vecini pentru a forma alchene:

3.4 Reacții de rearanjare

Rearanjamentele pot apărea și prin compuși intermediari care sunt cationi, anioni sau radicali; Cel mai adesea, aceste reacții apar cu formarea de carbocationi sau alte particule cu deficit de electroni. Rearanjamentele pot implica o restructurare semnificativă a scheletului de carbon. Etapa de rearanjare în sine în astfel de reacții este adesea urmată de etape de substituție, adăugare sau eliminare, conducând la formarea unui produs final stabil.

O descriere detaliată a unei reacții chimice pe etape este de obicei numită mecanism. Din punct de vedere electronic, mecanismul unei reacții chimice este înțeles ca metoda de rupere a legăturilor covalente din molecule și succesiunea stărilor prin care trec substanțele care reacţionează înainte de a deveni produse de reacţie.

4.1 Reacții cu radicali liberi

Reacțiile radicalilor liberi sunt procese chimice la care iau parte molecule cu electroni nepereche. Anumite aspecte ale reacțiilor cu radicali liberi sunt unice în comparație cu alte tipuri de reacții. Principala diferență este că multe reacții ale radicalilor liberi sunt reacții în lanț. Aceasta înseamnă că există un mecanism prin care multe molecule sunt convertite într-un produs printr-un proces repetat inițiat prin crearea unei singure specii reactive. Un exemplu tipic este ilustrat folosind următorul mecanism ipotetic:

Etapa în care este generată intermediarul de reacție, în acest caz A·, se numește de obicei inițiere. Această etapă are loc la temperaturi ridicate, sub influența UV sau a peroxizilor, în solvenți nepolari. Următoarele patru ecuații din acest exemplu repetă secvența a două reacții; ele reprezintă faza de dezvoltare a lanţului. Reacțiile în lanț sunt caracterizate de lungimea lanțului, care corespunde numărului de etape de dezvoltare per stadiu de inițiere. A doua etapă are loc cu sinteza simultană a compusului și formarea unui nou radical, care continuă lanțul de transformări. Ultima etapă este etapa de terminare a lanțului, care implică orice reacție în care unul dintre intermediarii de reacție necesari progresiei lanțului este distrus. Cu cât sunt mai multe etape de terminare a lanțului, cu atât lungimea lanțului devine mai scurtă.

Reacțiile cu radicali liberi apar: 1) la lumină, la temperaturi ridicate sau în prezența radicalilor care se formează în timpul descompunerii altor substanțe; 2) inhibat de substante care reactioneaza usor cu radicalii liberi; 3) apar în solvenți nepolari sau în faza de vapori; 4) au adesea o perioadă autocatalitică și de inducție înainte de începerea reacției; 5) cinetic sunt în lanț.

Reacțiile de substituție radicală sunt caracteristice alcanilor, iar reacțiile de adiție radicală sunt caracteristice alchenelor și alchinelor.

CH4 + CI2 → CH3CI + HCI

CH3-CH=CH2 + HBr → CH3-CH2-CH2Br

CH3-C≡CH + HCI → CH3-CH=CHCI

Legătura radicalilor liberi între ei și terminarea lanțului are loc în principal pe pereții reactorului.

4.2 Reacții ionice

Reacții în care apare heterolitic ruperea legăturilor și formarea particulelor intermediare de tip ionic se numesc reacții ionice.

Reacțiile ionice apar: 1) în prezența catalizatorilor (acizi sau baze și nu sunt afectate de lumină sau radicali liberi, în special cei care decurg din descompunerea peroxizilor); 2) nu sunt afectate de captatorii de radicali liberi; 3) natura solventului influențează cursul reacției; 4) apar rar în faza de vapori; 5)cinetic sunt în principal reacții de ordinul întâi sau de ordinul doi.

Pe baza naturii reactivului care acționează asupra moleculei, reacțiile ionice sunt împărțite în electrofilăȘi nucleofil. Reacțiile de substituție nucleofilă sunt caracteristice halogenurilor de alchil și arii,

CH3CI + H20 → CH3OH + HCI

C6H5-CI + H20 → C6H5-OH + HCI

C2H5OH + HCI → C2H5CI + H2O

C2H5NH2 + CH3CI → CH3-NH-C2H5 + HCI

substituție electrofilă – pentru alcani în prezența catalizatorilor

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH(CH3)-CH2-CH3

și arene.

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

Reacțiile de adiție electrofile sunt caracteristice alchenelor

CH3-CH=CH2 + Br2 → CH3-CHBr-CH2Br

și alchine,

CH≡CH + CI2 → CHCI=CHCI

adiție nucleofilă – pentru alchine.

CH3-C≡CH + C2H5OH + NaOH → CH3-C(OC2H5) = CH2

Mecanisme ale reacțiilor organice - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Mecanisme ale reacțiilor organice” 2017, 2018.

Orientări pentru munca independentă a studenților din anul I la chimie biologică și bioorganică

(modulul 1)

Aprobat

Consiliul Academic al Universității

Harkov KhNMU

Tipuri și mecanisme de bază ale reacțiilor în chimia organică: Metoda. decret. pentru elevii anului I / comp. A.O. Syrovaya, L.G. Shapoval, V.N. Petyunina, E.R. Grabovetskaya, V.A. Makarov, S.V. Andreeva, S.A. Nakonechnaya, L.V. Lukyanova, R.O. Bachinsky, S.N. Kozub, T.S. Tishakova, O.L. Levashova, N.V. Kopoteva, N.N. Chalenko. – Harkov: KhNMU, 2014. – P. 32.

Alcătuit de: A.O. Syrovaya, L.G. Shapoval, V.N. Petyunina, E.R. Grabovetskaya, V.A. Makarov, S.V. Andreeva, L.V. Lukyanova, S.A. Nakonechnaya, R.O. Bachinsky, S.N. Kozub, T.S. Tishakova, O.L. Levashova, N.V. Kopoteva, N.N. Chalenko

Tema I: clasificarea reacţiilor chimice.

REACTIVITATEA ALCANELOR, ALCHENELOR, ARENELOR, ALCOOLILOR, FENOLOR, AMINELOR, ALDEHIDELOR, CETONELOR ȘI ACIZILOR CARBOXILICI

Caracteristicile motivaționale ale subiectului

Studierea acestei teme stă la baza înțelegerii unora dintre reacțiile biochimice care au loc în timpul procesului metabolic în organism (peroxidarea lipidelor, formarea hidroxiacizilor din cei nesaturați în ciclul Krebs etc.), precum și pentru înțelegerea mecanismului unor astfel de reacții în sinteza medicamentelor și analogilor compuși naturali.

Scopul de învățare

Să fie capabil să prezică capacitatea principalelor clase de compuși organici de a intra în reacții homolitice și heterolitice în funcție de structura lor electronică și de efectele electronice ale substituenților.

1. REACȚII RADICALE ȘI ELECTROFILE (REACTIVITATEA HIDROCARBURILOR)

Întrebări țintă educațională

1. Să fie capabil să descrie mecanismele următoarelor reacții:

Substituția radicală - R S

Conexiune electrofilă - A E

Substituția electrofilă - S E

2. Să fie capabil să explice influența substituenților asupra reactivității în timpul interacțiunilor electrofile bazate pe efecte electronice.

De bază

1. Structura atomului de carbon. Tipuri de hibridizare a orbitalilor săi electronici.

2. Structura, lungimea și energia legăturilor - și -.

3. Conformaţiile ciclohexanului.

4. Împerechere. Sisteme conjugate deschise și închise (aromatice).

5. Efectele electronice ale substituenților.

6. Starea de tranziție. Structura electronică a carbocationului. Intermediari - și -complexe.

Nav practicski

1. Aflați să determinați posibilitatea ruperii unei legături covalente, tipul și mecanismul reacției.

2. Să fie capabil să efectueze experimental reacții de bromurare a compușilor cu duble legături și a compușilor aromatici.

Întrebări de control

1. Dați mecanismul reacției de hidrogenare a etilenei.

2. Descrieţi mecanismul reacţiei de hidratare a acidului propenoic. Explicați rolul catalizei acide.

3. Scrieți ecuația pentru reacția de nitrare a toluenului (metilbenzen). Prin ce mecanism are loc această reacție?

4. Explicați efectul de dezactivare și orientare al grupării nitro din molecula de nitrobenzen folosind exemplul reacției de bromurare.

Sarcini educaționale și algoritmi pentru rezolvarea acestora

Sarcina nr. 1. Descrieți mecanismul de reacție pentru bromurarea izobutanului și ciclopentanului la iradierea cu lumină.

Algoritm de rezolvare . Moleculele de izobutan și ciclopentan constau din atomi de carbon hibridizați sp 3. Legăturile C - C din moleculele lor sunt nepolare, iar legăturile C - H sunt polare scăzute. Aceste legături sunt destul de ușor supuse clivajului homolitic cu formarea de radicali liberi - particule care au electroni nepereche. Astfel, în moleculele acestor substanțe trebuie să apară o reacție de substituție radicalică - o reacție R S sau o reacție în lanț.

Etapele oricărei reacții R S sunt: ​​inițierea, creșterea și terminarea lanțului.

Inițierea este procesul de formare a radicalilor liberi la temperatură ridicată sau iradiere ultravioletă:

Creșterea lanțului are loc datorită interacțiunii unui radical liber foarte reactiv  Br cu o legătură C - H cu polar scăzut într-o moleculă de ciclopentan cu formarea unui nou radical ciclopentil:

Radicalul ciclopentil interacționează cu o nouă moleculă de brom, determinând clivajul omolitic a legăturii din ea și formând bromociclopentan și un nou radical de brom:

Radicalul liber de brom atacă noua moleculă de ciclopentan. Astfel, etapa de creștere în lanț se repetă de multe ori, adică are loc o reacție în lanț. Terminarea lanțului completează reacția în lanț prin combinarea diferiților radicali:

Deoarece toți atomii de carbon din molecula de ciclopentan sunt egali, se formează doar monociclobromopentan.

În izobutan, legăturile C-H nu sunt echivalente. Ele diferă prin energia de disociere homolitică și stabilitatea radicalilor liberi formați. Se știe că energia clivajului legăturii C-H crește de la atomul de carbon terțiar la cel primar. Stabilitatea radicalilor liberi scade în aceeași ordine. De aceea, în molecula de izobutan, reacția de bromurare are loc regioselectiv - la atomul de carbon terțiar:

Trebuie subliniat că, pentru radicalul de clor mai activ, regioselectivitatea nu este pe deplin observată. În timpul clorării, atomii de hidrogen de la orice atom de carbon pot fi supuși substituției, dar conținutul de produs de substituție la carbonul terțiar va fi cel mai mare.

Sarcina nr. 2. Folosind acidul oleic ca exemplu, descrieți mecanismul reacției de peroxidare a lipidelor care are loc în timpul bolii de radiații ca urmare a deteriorării membranelor celulare. Ce substanțe acționează ca antioxidanți în corpul nostru?

Algoritm de rezolvare. Un exemplu de reacție radicală este peroxidarea lipidelor, în care acizii grași nesaturați, care fac parte din membranele celulare, sunt expuși la radicali. În timpul iradierii radioactive, moleculele de apă se pot dezintegra în radicali. Radicalii hidroxil atacă o moleculă de acid nesaturată la grupa metilen adiacentă dublei legături. În acest caz, se formează un radical, stabilizat datorită participării electronului nepereche la conjugarea cu electronii legăturilor . În continuare, radicalul organic interacționează cu o moleculă de oxigen diradical pentru a forma hidroperoxizi instabili, care se descompun pentru a forma aldehide, care sunt oxidate în acizi - produșii finali ai reacției. Consecința oxidării peroxidului este distrugerea membranelor celulare:

Efectul inhibitor al vitaminei E (tocoferol) în organism se datorează capacității sale de a lega radicalii liberi care se formează în celule:

În radicalul fenoxid care se formează, electronul nepereche este conjugat cu norul de electroni  al inelului aromatic, ceea ce duce la stabilitatea sa relativă.

Sarcina nr. 3. Indicați mecanismul reacției de bromurare a etilenei.

Algoritm de rezolvare. Pentru compușii care constau din atomi de carbon în stare de sp 2 - sau sp-hibridare, reacțiile tipice sunt cele care apar odată cu ruperea legăturilor , adică reacțiile de adiție. Aceste reacții pot avea loc printr-un mecanism radical sau ionic în funcție de natura reactivului, polaritatea solventului, temperatură etc. Reacțiile ionice apar sub acțiunea fie a reactanților electrofili, care au afinitate pentru un electron, fie a reactivilor nucleofili. , care își donează electronii. Reactivii electrofili pot fi cationi și compuși care au atomi cu învelișuri de electroni neumplute. Cel mai simplu reactiv electrofil este un proton. Reactivii nucleofili sunt anioni sau compuși cu atomi care au perechi de electroni neîmpărțiți.

Pentru alchene - compuși care au un atom de carbon sp 2 - sau sp-hibridizat, reacțiile de adiție electrofilă - reacțiile A E - sunt tipice. În solvenții polari, în absența luminii solare, reacția de halogenare are loc printr-un mecanism ionic cu formarea de carbocationi:

Sub influența legăturii π din etilenă, molecula de brom este polarizată pentru a forma un complex π instabil, care se transformă într-un carbocation. În ea, bromul este legat de carbon printr-o legătură π. Procesul este finalizat prin interacțiunea anionului brom cu acest carbocation pentru a forma produsul final de reacție, dibrometan.

Sarcina nr. 4 . Folosind exemplul reacției de hidratare a propenei, justificați regula lui Markovnikov.

Algoritm de rezolvare. Deoarece molecula de apă este un reactiv nucleofil, adăugarea sa la dubla legătură fără catalizator este imposibilă. Acizii acționează ca catalizatori în astfel de reacții. Formarea carbocationilor are loc la adăugarea unui proton acid când legătura π este ruptă:

O moleculă de apă este atașată de carbocationul care se formează datorită electronilor perechi ai atomului de oxigen. Se formează un derivat alchil stabil al oxoniului, care se stabilizează odată cu eliberarea unui proton. Produsul de reacție este sec-propanol (propan-2-ol).

În reacția de hidratare, se adaugă un proton conform regulii lui Markovnikov la un atom de carbon mai hidrogenat, deoarece, datorită efectului inductiv pozitiv al grupării CH3, densitatea electronilor este deplasată la acest atom. În plus, carbocationul terțiar format prin adăugarea unui proton este mai stabil decât cel primar (influența a două grupări alchil).

Sarcina nr. 5. Justificați posibilitatea formării 1,3-dibromopropanului în timpul bromării ciclopropanului.

Algoritm de rezolvare. Moleculele care sunt inele cu trei sau patru membri (ciclopropan și ciclobutan) prezintă proprietățile compușilor nesaturați, deoarece starea electronică a legăturilor lor „banane” seamănă cu o legătură π. Prin urmare, ca și compușii nesaturați, ei suferă reacții de adiție cu ruperea inelului:

Sarcina nr. 6. Descrieți reacția bromurii de hidrogen cu 1,3 butadienă. Ce este special la această reacție?

Algoritm de rezolvare. Când bromura de hidrogen reacţionează cu 1,3 butadienă, se formează produsele 1,2 adiţie (1) şi 1,4 adiţie (2):

Formarea produsului (2) se datorează prezenței în sistemul conjugat a unui nor de electroni π comun întregii molecule, în urma căruia acesta intră într-o reacție de adiție electrofilă (reacție A E -) sub forma unei întreg bloc:

Sarcina nr. 7. Descrieți mecanismul reacției de bromurare a benzenului.

Algoritm de rezolvare. Pentru compușii aromatici care conțin un sistem electronic conjugat închis și care, prin urmare, au o rezistență semnificativă, reacțiile de substituție electrofilă sunt caracteristice. Prezența densității electronice crescute pe ambele părți ale inelului îl protejează de atacul reactanților nucleofili și, invers, facilitează posibilitatea atacului de către cationi și alți reactivi electrofili.

Interacțiunea benzenului cu halogenii are loc în prezența catalizatorilor - AlCl 3, FeCl 3 (așa-numiții acizi Lewis). Ele provoacă polarizarea moleculei de halogen, după care atacă electronii π ai inelului benzenic:

π-complex σ-complex

Inițial, se formează un complex π, care se transformă încet într-un complex σ, în care bromul formează o legătură covalentă cu unul dintre atomii de carbon în detrimentul a doi dintre cei șase electroni ai inelului aromatic. Cei patru electroni π care rămân sunt distribuiți uniform între cei cinci atomi ai inelului de carbon; Complexul σ este o structură mai puțin favorabilă din cauza pierderii aromaticității, care este restabilită prin eliberarea unui proton.

Reacțiile de substituție electrofilă în compușii aromatici includ, de asemenea, sulfonarea și nitrarea. Rolul unui agent de nitrare este îndeplinit de cationul nitroil - NO 2+, care se formează prin interacțiunea acizilor sulfuric și azotic concentrați (amestec de nitrare); iar rolul agentului de sulfonare este cationul SO3H+ sau oxidul de sulf (IV), dacă sulfonarea este efectuată cu oleum.

Algoritm de rezolvare. Activitatea compușilor în reacțiile SE depinde de densitatea electronilor din nucleul aromatic (relație directă). În acest sens, reactivitatea substanțelor ar trebui luată în considerare în legătură cu efectele electronice ale substituenților și heteroatomilor.

Gruparea amino din anilină prezintă un efect +M, în urma căruia densitatea de electroni în inelul benzenic crește și cea mai mare concentrație a acesteia este observată în pozițiile orto și para. Reacția progresează mai ușor.

Gruparea nitro din nitrobenzen are efecte -I și -M, prin urmare dezactivează inelul benzenic în pozițiile orto și para. Deoarece interacțiunea electrofilului are loc la locul cu cea mai mare densitate de electroni, în acest caz se formează meta-izomeri. Astfel, substituenții donatori de electroni sunt orto- și para-orientanți (orientanți de primul fel și activatori ai reacțiilor SE; substituenții de atragere de electroni sunt meta-orientanți (orientanți de al doilea fel) dezactivatori ai reacțiilor SE).

În heterociclurile cu cinci membri (pirol, furan, tiofen), care aparțin sistemelor π-exces, reacțiile S E apar mai ușor decât în ​​benzen; în acest caz, poziția α este mai reactivă.

Sistemele heterociclice cu un atom de azot piridinic sunt π-deficiente, prin urmare sunt mai greu de suferit reacții de substituție electrofilă; în acest caz, electrofilul ocupă poziția β în raport cu atomul de azot.

Reacțiile substanțelor organice pot fi împărțite oficial în patru tipuri principale: substituție, adăugare, eliminare (eliminare) și rearanjare (izomerizare). Este evident că întreaga varietate de reacții ale compușilor organici nu poate fi redusă la clasificarea propusă (de exemplu, reacții de ardere). Cu toate acestea, o astfel de clasificare va ajuta la stabilirea analogiilor cu reacțiile care apar între substanțele anorganice care vă sunt deja familiare.

De obicei, principalul compus organic implicat în reacție este numit substrat, iar cealaltă componentă de reacție este considerată în mod convențional ca reactiv.

Reacții de substituție

Reacții de substituție- sunt reactii care au ca rezultat inlocuirea unui atom sau grup de atomi din molecula originala (substrat) cu alti atomi sau grupe de atomi.

Reacțiile de substituție implică compuși saturați și aromatici precum alcanii, cicloalcanii sau arenele. Să dăm exemple de astfel de reacții.

Sub influența luminii, atomii de hidrogen dintr-o moleculă de metan pot fi înlocuiți cu atomi de halogen, de exemplu, cu atomi de clor:

Un alt exemplu de înlocuire a hidrogenului cu halogen este conversia benzenului în bromobenzen:

Ecuația pentru această reacție poate fi scrisă diferit:

Cu această formă de scriere, reactivii, catalizatorul și condițiile de reacție sunt scrise deasupra săgeții, iar produșii anorganici de reacție sunt înscriși sub ea.

Ca urmare a reacțiilor substituțiile în substanțe organice se formează nu simple și complexe substanțe, ca în chimia anorganică, și două substanțe complexe.

Reacții de adaos

Reacții de adaos- acestea sunt reacții în urma cărora două sau mai multe molecule de substanțe care reacţionează se combină într-una singură.

Compușii nesaturați, cum ar fi alchenele sau alchinele, suferă reacții de adiție. În funcție de moleculă care acționează ca reactiv, se disting hidrogenarea (sau reducerea), halogenarea, hidrohalogenarea, hidratarea și alte reacții de adiție. Fiecare dintre ele necesită anumite condiții.

1.Hidrogenare- reacția de adăugare a unei molecule de hidrogen printr-o legătură multiplă:

2. Hidrohalogenare- reacție de adiție cu halogenură de hidrogen (clorurare):

3. Halogenare- reacție de adiție cu halogen:

4.Polimerizare- un tip special de reacție de adiție în care moleculele unei substanțe cu o greutate moleculară mică se combină între ele pentru a forma molecule ale unei substanțe cu o greutate moleculară foarte mare - macromolecule.

Reacțiile de polimerizare sunt procese de combinare a multor molecule dintr-o substanță cu greutate moleculară mică (monomer) în molecule mari (macromolecule) ale unui polimer.

Un exemplu de reacție de polimerizare este producerea de polietilenă din etilenă (etenă) sub acțiunea radiației ultraviolete și a unui inițiator de polimerizare radicalică R.

Legătura covalentă cea mai caracteristică compușilor organici se formează atunci când orbitalii atomici se suprapun și se formează perechi de electroni partajați. Ca urmare a acestui fapt, se formează un orbital comun celor doi atomi, în care se află o pereche de electroni comună. Când o legătură este ruptă, soarta acestor electroni împărtășiți poate fi diferită.

Tipuri de particule reactive

Un orbital cu un electron nepereche aparținând unui atom se poate suprapune cu un orbital al altui atom care conține și un electron nepereche. În acest caz, se formează o legătură covalentă conform mecanismului de schimb:

Mecanismul de schimb pentru formarea unei legături covalente se realizează dacă o pereche de electroni comună este formată din electroni nepereche aparținând unor atomi diferiți.

Procesul opus formării unei legături covalente prin mecanismul de schimb este clivajul legăturii, în care se pierde câte un electron pentru fiecare atom (). Ca urmare a acestui fapt, se formează două particule neîncărcate, având electroni nepereche:

Astfel de particule se numesc radicali liberi.

Radicalii liberi- atomi sau grupuri de atomi care au electroni nepereche.

Reacții cu radicali liberi- acestea sunt reacții care apar sub influența și cu participarea radicalilor liberi.

În cursul chimiei anorganice, acestea sunt reacțiile hidrogenului cu oxigenul, halogenii și reacțiile de ardere. Reacțiile de acest tip se caracterizează prin viteză mare și degajare de cantități mari de căldură.

O legătură covalentă poate fi formată și printr-un mecanism donor-acceptor. Unul dintre orbitalii unui atom (sau anion) care are o pereche de electroni singuratică se suprapune cu orbitalul neocupat al altui atom (sau cation) care are un orbital neocupat și se formează o legătură covalentă, de exemplu:

Ruperea unei legături covalente duce la formarea de particule încărcate pozitiv și negativ (); întrucât în ​​acest caz ambii electroni dintr-o pereche de electroni comună rămân cu unul dintre atomi, celălalt atom are un orbital neumplut:

Să luăm în considerare disocierea electrolitică a acizilor:

Se poate ghici cu ușurință că o particulă având o pereche de electroni R: -, adică un ion încărcat negativ, va fi atrasă de atomi încărcați pozitiv sau de atomi pe care există cel puțin o sarcină pozitivă parțială sau efectivă.
Se numesc particulele cu perechi singure de electroni agenţi nucleofili (nucleu- „nucleu”, o parte încărcată pozitiv a unui atom), adică „prieteni” nucleului, o sarcină pozitivă.

Nucleofili(Nu) - anioni sau molecule care au o pereche singură de electroni care interacționează cu părți ale moleculelor care au o sarcină pozitivă eficientă.

Exemple de nucleofili: Cl - (ion clorură), OH - (anion hidroxid), CH 3 O - (anion metoxid), CH 3 COO - (anion acetat).

Particulele care au un orbital neumplut, dimpotrivă, vor tinde să-l umple și, prin urmare, vor fi atrase de părți ale moleculelor care au o densitate de electroni crescută, o sarcină negativă și o pereche de electroni singuratică. Sunt electrofili, „prieteni” electronului, sarcină negativă sau particule cu densitate de electroni crescută.

Electrofilii- cationi sau molecule care au un orbital de electroni neumplut, tinzând să-l umple cu electroni, deoarece acest lucru duce la o configurație electronică mai favorabilă a atomului.

Nicio particulă nu este un electrofil cu un orbital neumplut. De exemplu, cationii metalelor alcaline au configurația gazelor inerte și nu au tendința de a dobândi electroni, deoarece au un afinitate electronică.
Din aceasta putem concluziona că, în ciuda prezenței unui orbital neumplut, astfel de particule nu vor fi electrofile.

Mecanisme de reacție de bază

Au fost identificate trei tipuri principale de particule care reacţionează - radicali liberi, electrofili, nucleofili - şi trei tipuri corespunzătoare de mecanisme de reacţie:

• radical liber;
• electrofil;
• zeroofilă.

Pe lângă clasificarea reacțiilor în funcție de tipul de particule care reacţionează, în chimia organică se disting patru tipuri de reacții după principiul modificării compoziției moleculelor: adăugare, substituție, detașare sau eliminare (din engleză. la înlătura- îndepărtați, despărțiți) și rearanjamente. Deoarece adăugarea și substituția pot avea loc sub influența tuturor celor trei tipuri de specii reactive, mai multe principalmecanismele reacțiilor.

În plus, vom lua în considerare reacțiile de eliminare care apar sub influența particulelor nucleofile - baze.
6. Eliminare:

O caracteristică distinctivă a alchenelor (hidrocarburi nesaturate) este capacitatea lor de a suferi reacții de adiție. Cele mai multe dintre aceste reacții au loc prin mecanismul de adiție electrofilă.

Hidrohalogenare (adăugarea de halogen hidrogen):

Când o halogenură de hidrogen este adăugată la o alchenă hidrogenul se adaugă celui mai hidrogenat la un atom de carbon, adică un atom la care există mai mulți atomi hidrogen și halogen - până la mai puțin hidrogenat.

>> Chimie: Tipuri de reacții chimice în chimia organică

Reacțiile substanțelor organice pot fi împărțite formal în patru tipuri principale: substituție, adăugare, eliminare (eliminare) și rearanjare (izomerizare). Este evident că întreaga varietate de reacții ale compușilor organici nu poate fi redusă la cadrul clasificării propuse (de exemplu, reacții de ardere). Cu toate acestea, o astfel de clasificare va ajuta la stabilirea analogiilor cu clasificările reacțiilor care apar între substanțele anorganice care vă sunt deja familiare din cursul chimiei anorganice.

De obicei, principalul compus organic implicat într-o reacție se numește substrat, iar cealaltă componentă a reacției este considerată în mod convențional reactant.

Reacții de substituție

Reacțiile care au ca rezultat înlocuirea unui atom sau a unui grup de atomi din molecula originală (substrat) cu alți atomi sau grupuri de atomi se numesc reacții de substituție.

Reacțiile de substituție implică compuși saturați și aromatici, cum ar fi, de exemplu, alcani, cicloalcani sau arene.

Să dăm exemple de astfel de reacții.

Conținutul lecției notele de lecție sprijinirea metodelor de accelerare a prezentării lecției cadru tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autotestare, instruiri, cazuri, întrebări teme pentru acasă întrebări de discuție întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, poze, grafice, tabele, diagrame, umor, anecdote, glume, benzi desenate, pilde, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole trucuri pentru pătuțurile curioși manuale dicționar de bază și suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment dintr-un manual de elemente de inovație în lecție; numai pentru profesori lecții perfecte plan calendaristic pentru anul; Lecții integrate