Reacții chimice ionice și radicalice. Mecanisme de reacție radicală și ionică. Reacții de substituție a benzenului

>> 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

Când apar reacții chimice, unele legături se rup, iar altele se formează. Reacțiile chimice sunt împărțite în mod convențional în organice și anorganice. Reacțiile organice sunt considerate a fi reacții în care cel puțin unul dintre reactanți este un compus organic care își schimbă structura moleculară în timpul reacției. Diferența dintre reacțiile organice și cele anorganice este că, de regulă, moleculele sunt implicate în ele. Viteza unor astfel de reacții este scăzută, iar randamentul produsului este de obicei de numai 50-80%. Pentru a crește viteza de reacție, se folosesc catalizatori și se crește temperatura sau presiunea. În continuare, vom lua în considerare tipurile de reacții chimice din chimia organică.

Clasificarea după natura transformărilor chimice

• Reacții de substituție
• Reacții de adaos
• Reacția de izomerizare și rearanjare
• Reacții de oxidare
• Reacții de descompunere

Reacții de substituție

În timpul reacțiilor de substituție, un atom sau un grup de atomi din molecula inițială este înlocuit cu alți atomi sau grupuri de atomi, formând o nouă moleculă. De regulă, astfel de reacții sunt caracteristice hidrocarburilor saturate și aromatice, de exemplu:

Reacții de adaos

Când au loc reacții de adiție, din două sau mai multe molecule de substanțe se formează o moleculă a unui nou compus. Astfel de reacții sunt tipice pentru compușii nesaturați. Există reacții de hidrogenare (reducere), halogenare, hidrohalogenare, hidratare, polimerizare etc.:

1. Hidrogenarea– adăugarea unei molecule de hidrogen:

Reacția de eliminare

Ca urmare a reacțiilor de eliminare, moleculele organice pierd atomi sau grupuri de atomi și se formează o substanță nouă care conține una sau mai multe legături multiple. Reacțiile de eliminare includ reacții dehidrogenare, deshidratare, dehidrohalogenareși așa mai departe.:

Reacții de izomerizare și rearanjare

În timpul unor astfel de reacții, are loc rearanjarea intramoleculară, adică. tranziția atomilor sau a grupurilor de atomi de la o parte a moleculei la alta fără a modifica formula moleculară a substanței care participă la reacție, de exemplu:

Reacții de oxidare

Ca urmare a expunerii la un reactiv oxidant, gradul de oxidare al carbonului într-un atom, moleculă sau ion organic crește din cauza pierderii de electroni, rezultând formarea unui nou compus:

Reacții de condensare și policondensare

Constă în interacțiunea mai multor (două sau mai mulți) compuși organici cu formarea de noi legături C-C și a unui compus cu greutate moleculară mică:

Policondensarea este formarea unei molecule de polimer din monomeri care conțin grupări funcționale cu eliberarea unui compus cu greutate moleculară mică. Spre deosebire de reacțiile de polimerizare, care au ca rezultat formarea unui polimer cu o compoziție similară monomerului, ca urmare a reacțiilor de policondensare, compoziția polimerului rezultat diferă de monomerul său:

Reacții de descompunere

Acesta este procesul de descompunere a unui compus organic complex în substanțe mai puțin complexe sau simple:

C18H38 → C9H18 + C9H20

Clasificarea reacțiilor chimice după mecanisme

Apariția reacțiilor cu ruperea legăturilor covalente în compușii organici este posibilă prin două mecanisme (adică o cale care duce la ruperea unei legături vechi și formarea uneia noi) - heterolitic (ionic) și homolitic (radical).

Mecanism heterolitic (ionic).

În reacțiile care au loc conform mecanismului heterolitic, se formează particule intermediare de tip ionic cu un atom de carbon încărcat. Particulele care poartă o sarcină pozitivă se numesc carbocationi, iar cele negative se numesc carbanioni. În acest caz, nu are loc ruperea perechii de electroni comune, ci trecerea acesteia la unul dintre atomi, cu formarea unui ion:

Puternic polar, de exemplu H–O, C–O și ușor polarizabile, de exemplu, legăturile C–Br, C–I prezintă o tendință la clivaj heterolitic.

Reacțiile care au loc conform mecanismului heterolitic sunt împărțite în nucleofil şi electrofilă reactii. Un reactiv care are o pereche de electroni pentru a forma o legătură se numește nucleofil sau donator de electroni. De exemplu, HO-, RO-, CI-, RCOO-, CN-, R-, NH2, H20, NH3, C2H5OH, alchene, arene.

Un reactiv care are un înveliș de electroni neumplut și este capabil să atașeze o pereche de electroni în procesul de formare a unei noi legături Următorii cationi sunt numiți reactivi electrofili: H +, R 3 C +, AlCl 3, ZnCl 2, SO 3. , BF3, R-CI, R2C=0

Reacții de substituție nucleofilă

Caracteristică pentru halogenuri de alchil și arii:

Reacții de adiție nucleofile

Reacții de substituție electrofilă

Reacții de adiție electrofile

Homolitic (mecanism radical)

În reacțiile care decurg după mecanismul omolitic (radical), în prima etapă legătura covalentă este ruptă cu formarea de radicali. Radicalul liber rezultat acționează apoi ca un reactiv de atac. Scindarea legăturilor printr-un mecanism radical este tipică pentru legăturile covalente nepolare sau cu polar scăzut (C–C, N–N, C–H).

Distingeți între reacțiile de substituție radicală și reacțiile de adiție radicalică

Reacții de deplasare radicală

Caracteristic alcanilor

Reacții de adiție radicală

Caracteristic alchenelor și alchinelor

Astfel, am examinat principalele tipuri de reacții chimice din chimia organică

Categorii,

Anexa 1
MECANISME DE REACȚIE ÎN CHIMIE ORGANICĂ
N.V. Sviridenkova, NUST MISIS, Moscova
DE CE STUDII MECANISME DE REACȚII CHIMICE?
Care este mecanismul unei reacții chimice? Pentru a răspunde la această întrebare, luați în considerare ecuația pentru reacția de ardere a butenei:

C4H8 + 6O2 = 4CO2 + 4H2O.

Dacă reacția s-a desfășurat de fapt așa cum este descris în ecuație, atunci o moleculă de butenă ar trebui să se ciocnească de șase molecule de oxigen deodată. Cu toate acestea, acest lucru este puțin probabil să se întâmple: se știe că ciocnirea simultană a mai mult de trei particule este aproape imposibilă. Concluzia sugerează că această reacție, ca și marea majoritate a reacțiilor chimice, are loc în mai multe etape succesive. Ecuația reacției arată doar materiile prime și rezultatul final al tuturor transformărilor și nu explică în niciun fel cum produsele se formează din substanțele inițiale. Pentru a afla exact cum decurge reacția, ce etape include, ce produse intermediare se formează, este necesar să se ia în considerare mecanismul de reacție.

Asa de, mecanism de reacție este o descriere detaliată a cursului unei reacții în etape, care arată în ce ordine și cum sunt rupte legăturile chimice din moleculele care reacţionează și se formează noi legături și molecule.

Luarea în considerare a mecanismului face posibilă explicarea de ce unele reacții sunt însoțite de formarea mai multor produse, în timp ce în alte reacții se formează o singură substanță. Cunoașterea mecanismului permite chimiștilor să prezică produsele reacțiilor chimice înainte ca acestea să fie efectiv efectuate. În cele din urmă, cunoscând mecanismul de reacție, puteți controla cursul reacției: creați condiții pentru a crește viteza acesteia și a crește randamentul produsului dorit.
CONCEPTE DE BAZĂ: ELECTROFIL, NUCLEOFIL, CARBOCARE
În chimia organică, reactivii sunt împărțiți în mod tradițional în trei tipuri: nucleofil, electrofilăȘi radical. Ați întâlnit deja radicali mai devreme când studiați reacțiile de halogenare ale alcanilor. Să aruncăm o privire mai atentă la alte tipuri de reactivi.

Reactivi nucleofili sau pur și simplu nucleofili(tradus din greacă ca „iubitori de nucleu”) sunt particule cu densitate de electroni în exces, cel mai adesea încărcate negativ sau având o pereche de electroni singuratică. Nucleofilii atacă moleculele cu densitate scăzută de electroni sau reactivi încărcați pozitiv. Exemple de nucleofili sunt ionii OH-, Br-, moleculele de NH3.

Reactivi electrofili sau electrofili(tradus din greacă ca „iubitori de electroni”) sunt particule cu o lipsă de densitate de electroni. Electrofilii poartă adesea o sarcină pozitivă. Electrofilii atacă moleculele cu densitate mare de electroni sau reactivi încărcați negativ. Exemple de electrofili sunt H+, NO2+.

Un atom al unei molecule polare care poartă o sarcină pozitivă parțială poate acționa și ca un electrofil. Un exemplu este atomul de hidrogen din molecula HBr, pe care apare o sarcină pozitivă parțială din cauza deplasării perechii de legături electronice comune la atomul de brom, care are o valoare mai mare a electronegativității H δ + → Br δ - .

Reacțiile care au loc prin mecanismul ionic sunt adesea însoțite de formarea carbocationilor. Carbocation numită particulă încărcată care are un liber R-orbital pe atomul de carbon. Unul dintre atomii de carbon din carbocation poartă o sarcină pozitivă. Exemple de carbocationi includ particule CH3-CH2+, CH3-CH+-CH3. Carbocationii se formează în una dintre etapele reacțiilor de adăugare a halogenilor la alchene și a halogenurilor de hidrogen la alchene, precum și în reacțiile de substituție care implică hidrocarburi aromatice.
MECANISME DE ADUGARE LA HIDROCARBURILE NESATURATE

Adăugarea de halogeni, halogenuri de hidrogen și apă la hidrocarburi nesaturate (alchene, alchine, hidrocarburi diene) are loc prin mecanism ionic, numit adiție electrofilă.

Să luăm în considerare acest mecanism folosind exemplul reacției de adăugare a bromurii de hidrogen la o moleculă de etilenă.

În ciuda faptului că reacția de hidrobromurare este descrisă printr-o ecuație foarte simplă, mecanismul ei include mai multe etape.

Etapa 1.În prima etapă, se formează o moleculă de halogenură de hidrogen cu π -nor de electroni al unui sistem instabil cu legături duble – „ π -complex” din cauza transferului parțial π -densitatea electronilor pe atom de hidrogen purtând o sarcină pozitivă parțială.

Etapa 2. Legătura hidrogen-halogen este ruptă pentru a forma o particulă H + electrofilă și o particulă Br - nucleofilă. Electrofilul eliberat H+ se adaugă la alchenă datorită perechii de electroni a dublei legături, formând σ -complex – carbocation.

Etapa 3.În această etapă, un nucleofil încărcat negativ este adăugat carbocationului încărcat pozitiv pentru a forma produsul final de reacție.

DE CE URMEAZĂ REGULA LUI MARKOVNIKOV?
Mecanismul propus explică bine formarea predominant a unuia dintre produși în cazul adăugării de halogenuri de hidrogen la alchene nesimetrice. Să ne amintim că adăugarea de halogenuri de hidrogen respectă regula lui Markovnikov, conform căreia hidrogenul este adăugat la dubla legătură la atomul de carbon cel mai hidrogenat (adică, conectat la cel mai mare număr de atomi de hidrogen) și halogenul la cel mai puțin hidrogenat. De exemplu, atunci când bromură de hidrogen este adăugată la propenă, se formează predominant 2-brompropan:

În reacțiile de adiție electrofile la alchene nesimetrice, în a doua etapă a reacției se pot forma doi carbocationi. În continuare, reacționează cu un nucleofil, ceea ce înseamnă că mai stabil dintre ei va determina produsul de reacție.

Să luăm în considerare ce carbocationi se formează în cazul propenei și să comparăm stabilitatea acestora. Adăugarea unui proton H+ la locul unei duble legături poate duce la formarea a doi carbocationi, secundari și primari:

Particulele rezultate sunt foarte instabile deoarece atomul de carbon încărcat pozitiv din carbocation are o configurație electronică instabilă. Astfel de particule sunt stabilizate prin distribuirea (delocalizarea) încărcăturii pe cât mai mulți atomi. Donator de electroni grupările alchil, care furnizează densitate electronică atomului de carbon cu deficit de electroni, promovează și stabilizează carbocationii. Să vedem cum se întâmplă asta.

Datorită diferenței de electronegativitate a atomilor de carbon și hidrogen, pe atomul de carbon din grupa -CH 3 apare un anumit exces de densitate electronică, iar pe atomul de hidrogen, C δ- H 3 δ+, apare o oarecare deficiență. Prezența unui astfel de grup lângă un atom de carbon care poartă o sarcină pozitivă provoacă inevitabil o schimbare a densității electronilor către sarcina pozitivă. Astfel, gruparea metil acționează ca un donor, dând o parte din densitatea sa de electroni. Se spune că un astfel de grup are efect inductiv pozitiv (+ eu -efect). Cu atât mai mult donor de electroni (+ eu ) - substituenții sunt înconjurați de un carbon purtând o sarcină pozitivă, cu atât carbocationul corespunzător este mai stabil. Astfel, stabilitatea carbocationilor crește în seria:

În cazul propenei, cel mai stabil este carbocationul secundar, deoarece în el atomul de carbon încărcat pozitiv al carbocationului este stabilizat cu două + eu - efectele grupărilor metil vecine. Se formează predominant și reacționează în continuare. Carbocationul primar instabil există aparent pentru o perioadă foarte scurtă de timp, astfel încât în ​​timpul „vieții” sale nu are timp să atașeze un nucleofil și să formeze un produs de reacție.

Când ionul de bromură este adăugat la carbocationul secundar în ultima etapă, se formează 2-bromopropan:

URMEAZĂ ÎNTOTDEAUNA REGULA LUI MARKOVNIKOV?

Luarea în considerare a mecanismului reacției de hidrobromurare a propilenei ne permite să formulăm o regulă generală pentru adăugarea electrofilă: „atunci când alchenele nesimetrice interacționează cu reactivii electrofili, reacția are loc prin formarea celui mai stabil carbocation”. Aceeași regulă face posibilă explicarea formării în unele cazuri a produselor de adaos contrar regulii lui Markovnikov. Astfel, adăugarea de halogenuri de hidrogen la trifluorpropilenă procedează în mod oficial împotriva regulii lui Markovnikov:

Cum se poate obține un astfel de produs, deoarece s-a format ca urmare a adăugării de Br la carbocationul primar, și nu la secundar? Contradicția este ușor de rezolvat luând în considerare mecanismul de reacție și comparând stabilitatea particulelor intermediare formate:

Grupul -CF 3 conține trei atomi de fluor care atrag electroni, care atrag densitatea electronilor din atomul de carbon. Prin urmare, pe atomul de carbon apare o lipsă semnificativă a densității electronice. Pentru a compensa sarcina pozitivă parțială rezultată, atomul de carbon absoarbe densitatea electronică a atomilor de carbon vecini. Astfel, grupa -CF3 este atrăgătoare de electroni si spectacole efect inductiv negativ (- eu ) . În acest caz, carbocationul primar se dovedește a fi mai stabil, deoarece efectul destabilizator al grupării -CF 3 prin două legături σ slăbește. Iar carbocationul secundar, destabilizat de grupul învecinat de atragere de electroni CF 3, practic nu este format.

Prezența grupărilor atrăgătoare de electroni –NO2, -COOH, -COH etc. la dubla legătură are un efect similar asupra adiției. În acest caz, produsul de adăugare este, de asemenea, format oficial împotriva regulii Markovnikov. De exemplu, atunci când acidul clorhidric este adăugat la acidul propenoic (acrilic), se formează predominant acidul 3-cloropropanoic:

Astfel, direcția de adăugare la hidrocarburile nesaturate poate fi ușor determinată prin analiza structurii hidrocarburii. Pe scurt, acest lucru poate fi reflectat în următoarea diagramă:

Trebuie menționat că regula lui Markovnikov este îndeplinită numai dacă reacția se desfășoară prin mecanismul ionic. Când se efectuează reacții radicale, regula lui Markovnikov nu este îndeplinită. Astfel, adăugarea de bromură de hidrogen HBr în prezența peroxizilor (H 2 O 2 sau peroxizi organici) procedează împotriva regulii lui Markovnikov:

Adăugarea de peroxizi schimbă mecanismul de reacție, devine radical. Acest exemplu arată cât de important este să cunoaștem mecanismul de reacție și condițiile în care are loc. Apoi, alegând condițiile potrivite pentru reacție, o puteți dirija în funcție de mecanismul necesar în acest caz particular și puteți obține exact produsele necesare.
MECANISME DE ÎNLOCUIRE A ATOMILOR DE HIDROGEN ÎN HIDROCARBURILE AROMATICE
Prezența în molecula de benzen a unui conjugat stabil π -sistemul electronic face reacțiile de adunare aproape imposibile. Pentru benzen și derivații săi, reacțiile cele mai tipice sunt înlocuirea atomilor de hidrogen, care au loc cu menținerea aromaticității. În acest caz, inelul benzenic care conține π- electronii interacționează cu particulele electrofile. Astfel de reacții se numesc reacţii de substituţie electrofilă în seria aromatică. Acestea includ, de exemplu, halogenarea, nitrarea și alchilarea benzenului și a derivaților săi.

Toate reacțiile de substituție electrofile în hidrocarburile aromatice urmează aceeași cale ionic mecanism indiferent de natura reactivului. Mecanismul reacțiilor de substituție include mai multe etape: formarea unui agent electrofil E +, formarea π -complex, atunci σ- complex și în cele din urmă dezintegrare σ- complex pentru a forma un produs de substituție.

O particulă electrofilă E+ se formează atunci când un reactiv interacționează cu un catalizator, de exemplu, când o moleculă de halogen este expusă la clorură de aluminiu. Particula E+ rezultată interacționează cu inelul aromatic, formându-se mai întâi π -, și apoi σ- complex:

În timpul educației σ- complex, particula electrofilă E + se atașează la unul dintre atomii de carbon ai inelului benzenic σ- comunicatii. În carbocationul rezultat, sarcina pozitivă este distribuită uniform (delocalizată) între cei cinci atomi de carbon rămași.

Reacția se termină cu îndepărtarea unui proton din σ- complex. În acest caz, doi electroni σ Legăturile -CH revin la ciclu și un aromatic stabil de șase electroni π - sistemul este regenerat.

Într-o moleculă de benzen, toți cei șase atomi de carbon sunt egali. Înlocuirea unui atom de hidrogen poate avea loc cu aceeași probabilitate pentru oricare dintre ele. Cum va avea loc substituția în cazul omologilor de benzen? Să luăm ca exemplu metilbenzenul (toluenul).

Din datele experimentale se știe că substituția electrofilă în cazul toluenului are loc întotdeauna cu formarea a doi produși. Astfel, odată cu formarea are loc nitrarea toluenului P-nitrotoluen şi O-nitrotoluen:

Alte reacții de substituție electrofilă (bromurare, alchilare) se desfășoară în mod similar. De asemenea, s-a constatat că în cazul toluenului, reacțiile de substituție au loc mai rapid și în condiții mai blânde decât în ​​cazul benzenului.

Este foarte simplu să explici aceste fapte. Gruparea metil este donatoare de electroni și, ca rezultat, crește și mai mult densitatea de electroni a inelului benzenic. O creștere deosebit de puternică a densității electronilor are loc în O-Și P- poziții relativ la gruparea -CH3, ceea ce facilitează atașarea unei particule electrofile încărcate pozitiv la aceste situsuri. Prin urmare, viteza reacției de substituție crește în general și substituentul este direcționat predominant către orto- Și pereche- prevederi.

Toate reacțiile chimice sunt însoțite de ruperea unor legături și formarea altora. În principiu, reacțiile organice respectă aceleași legi ca și cele anorganice, dar au originalitate calitativă.

Astfel, în timp ce reacțiile anorganice implică de obicei ioni, reacțiile organice implică molecule.

Reacțiile decurg mult mai lent, în multe cazuri necesitând un catalizator sau selectarea condițiilor externe (temperatură, presiune).

Spre deosebire de reacțiile anorganice, care se desfășoară destul de clar, majoritatea reacțiilor organice sunt însoțite de unul sau altul număr de reacții secundare. În acest caz, randamentul produsului principal nu depășește adesea 50%, dar se întâmplă ca randamentul să fie și mai mic. Dar în unele cazuri reacția poate avea loc cantitativ, adică. cu randament 100%. Datorită faptului că compoziția produselor este ambiguă, ecuațiile reacțiilor chimice sunt rareori utilizate în chimia organică. Cel mai adesea, este scrisă o schemă de reacție care reflectă materiile prime și produsul principal al reacției, iar în loc de semnul „=” între părțile din dreapta și din stânga ale schemei, se folosește „” sau semnul de reversibilitate.

Există două abordări ale clasificării reacțiilor organice: după natura transformărilor chimice și după mecanismele de apariție a acestora.

Pe baza naturii transformărilor chimice, acestea se disting:

Reacții de înlocuire (S - din limba engleză Substitution - substituție)	Un atom sau un grup de atomi este înlocuit cu un alt atom sau grup de atomi:
Reacții de adăugare (Ad - din engleză Addition - aderare)	Din două sau mai multe molecule se formează o nouă substanță. Adunarea are loc, de regulă, prin legături multiple (duble, triple):
Reacții de eliminare (E - din engleză Eliminare - eliminare, îndepărtare)	Reacții ale derivaților de hidrocarburi în care o grupare funcțională este eliminată împreună cu atomii de hidrogen pentru a forma o legătură (dublă, triplă):
Regrupări (Rg - din engleză Re-grouping - regrouping)	Reacții intramoleculare de redistribuire a densității electronilor și a atomilor: (Favorsky regrupare).

Clasificarea reacțiilor organice în funcție de mecanismul apariției lor.

Mecanismul unei reacții chimice este calea care duce la ruperea unei legături vechi și formarea uneia noi.

Există două mecanisme de rupere a unei legături covalente:

1. Heterolitic (ionic). În acest caz, perechea de electroni de legătură este complet transferată la unul dintre atomii legați:

2. Omolitic (radical). Perechea de electroni comună este ruptă în jumătate pentru a forma două particule cu valențe libere - radicali:

Natura mecanismului de dezintegrare este determinată de tipul de particule atacatoare (reactiv). Există trei tipuri de reactivi în chimia organică.

1. Reactivi nucleofili (N - din latinescul Nucleophilic - având afinitate pentru nucleu).

Particule (atomi, grupuri, molecule neutre) care conțin exces de densitate de electroni. Ele sunt împărțite în puternice, putere medie și slabe. Puterea unui nucleofil este un concept relativ, în funcție de condițiile de reacție (polaritatea solventului). În solvenți polari nucleofili puternici: , precum și molecule neutre cu perechi de electroni singuri (în orbitali nelegați). Nucleofili de putere medie: . Nucleofili slabi: anioni ai acizilor tari - precum si fenoli si amine aromatice.

2. Reactivi electrofili (E - din latinescul Electrophilic - având afinitate pentru electroni).

Particule (atomi, grupuri, molecule neutre) care poartă o sarcină pozitivă sau un orbital liber, drept urmare au afinitate pentru particulele încărcate negativ sau o pereche de electroni. La număr electrofili puternici includ protonul, cationii metalici (în special cei cu încărcare multiplă), moleculele cu un orbital vacant pe unul dintre atomi (acizi Lewis), moleculele de acizi care conțin oxigen cu sarcini mari asupra atomului oxidat ().

Se întâmplă adesea ca o moleculă să conțină mai multe centre de reacție de diferite naturi - atât nucleofile, cât și electrofile.

3. Radicali (R).

În funcție de tipul de reactiv și de calea clivajului legăturii heterolitice în molecula de substrat, se formează diverși produși. Aceasta poate fi reprezentată în formă generală:

Reacțiile care apar după astfel de scheme se numesc reacții de substituție electrofilă (SE), deoarece reacția este în esență o deplasare, iar agentul de atac este o specie electrofilă.

Reacţiile care se desfăşoară conform unor astfel de scheme se numesc reacţii de substituţie nucleofilă (S N), deoarece reacția este în esență o deplasare, iar agentul de atac este o specie nucleofilă.

Dacă agentul de atac este un radical, atunci reacția are loc printr-un mecanism radical.

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.