Keemiliste reaktsioonide tüübid orgaanilises keemias - Teadmiste hüpermarket. Orgaaniliste reaktsioonide mehhanismid - asendamine, lisamine, elimineerimine Keemiliste reaktsioonide peamised liigid orgaanilises keemias
>> Keemia: orgaanilise keemia keemiliste reaktsioonide tüübid
Orgaaniliste ainete reaktsioonid võib formaalselt jagada nelja põhiliigi: asendamine, lisamine, elimineerimine (eliminatsioon) ja ümberkorraldamine (isomerisatsioon). On ilmne, et kõiki orgaaniliste ühendite reaktsioone ei saa taandada kavandatud klassifikatsiooni raamidesse (näiteks põlemisreaktsioonid). Selline klassifikatsioon aitab aga luua analoogiaid anorgaanilise keemia kursusest teile juba tuttavate anorgaaniliste ainete vahel toimuvate reaktsioonide klassifikatsioonidega.
Reeglina nimetatakse peamist reaktsioonis osalevat orgaanilist ühendit substraadiks ja reaktsiooni teist komponenti peetakse tinglikult reagendiks.
Asendusreaktsioonid
Reaktsioone, mille tulemuseks on ühe aatomi või aatomirühma asendamine algses molekulis (substraadis) teiste aatomite või aatomirühmadega, nimetatakse asendusreaktsioonideks.
Asendusreaktsioonid hõlmavad küllastunud ja aromaatseid ühendeid, nagu alkaanid, tsükloalkaanid või areenid.
Toome näiteid selliste reaktsioonide kohta.
Orgaaniliste reaktsioonide jaoks on olemas erinevad klassifikatsioonisüsteemid, mis põhinevad erinevatel tunnustel. Nende hulgas on järgmised klassifikatsioonid:
- peal reaktsiooni lõpptulemus, see tähendab substraadi struktuuri muutust;
- peal reaktsiooni mehhanismst vastavalt sideme katkemise tüübile ja reaktiivide tüübile.
Orgaanilises reaktsioonis interakteeruvad ained jagunevad reaktiiv ja substraat. Sel juhul loetakse, et reaktiiv ründab substraati.
MÄÄRATLUS
Reaktiiv- aine, mis toimib objektil - substraadil - ja põhjustab selles keemilise sideme muutuse. Reagendid jagunevad radikaalseteks, elektrofiilseteks ja nukleofiilseteks.
MÄÄRATLUS
Substraatüldiselt peetakse molekuliks, mis annab uue sideme jaoks süsinikuaatomi.
REAKTSIOONIDE KLASSIFIKATSIOON LÕPPTULEMUSE JÄRGI (MUUTUSED ALUSMISE STRUKTUURIS)
Orgaanilises keemias eristatakse vastavalt lõpptulemusele ja substraadi struktuuri muutusele nelja tüüpi reaktsioone: liitmine, asendamine, eraldamine, või kõrvaldamine(inglise keelest. kõrvaldada- eemaldada, tükeldada) ja ümberkorraldused (isomerisatsioonid)). Selline klassifikatsioon sarnaneb reaktsioonide klassifikatsiooniga anorgaanilises keemias algsete reagentide ja moodustunud ainete arvu järgi koos koostise muutumisega või ilma. Lõpptulemuse järgi klassifitseerimine põhineb formaalsetel tunnustel, kuna stöhhiomeetriline võrrand reeglina reaktsioonimehhanismi ei kajasta. Võrdleme anorgaanilise ja orgaanilise keemia reaktsioonide liike.
Reaktsiooni tüüp anorgaanilises keemias | Näide | Reaktsiooni tüüp orgaanilises keemias | Mitmekesisus ja eeskuju Reaktsioonid |
|---|---|---|---|
1. Ühendus | C l2 + H2 = 2 H Cl | Kinnitus mitme võlakirjaga | hüdrogeenimine |
Hüdrohalogeenimine
|
|||
Halogeenimine
|
|||
Niisutus
|
|||
2. Lagunemine | 2
H2
O = 2 H2
+
O2
| kõrvaldamine | Dehüdrogeenimine
|
Dehüdrohalogeenimine
|
|||
Dehalogeenimine
|
|||
Dehüdratsioon
|
|||
3. Asendamine | Zn + 2 H Cl =ZnCl2+H2 | asendamine |
|
4. Vahetus (erijuhtum – neutraliseerimine) | H2 S O4 + 2 N a O H\u003d N a 2 S O 4 + 2 H 2 O | erijuhtum - esterdamine |
|
5. Allotropiseerimine | grafiit ⇔ teemant Ppunane⇔ Pvalge Pred⇔P valge Sromb.⇔ Sveehoidla Srhombus⇔Splast. | Isomerisatsioon | Isomerisatsioon alkaanid
|
n) ilma neid teistega asendamata.
Sõltuvalt sellest, millised aatomid on eraldatud - naaber C–C või isoleeritud kahe või kolme või enama süsinikuaatomiga - C-C-C- C–, –C-C-C-C- C- võivad moodustada ühendeid koos mitu võlakirja ja või tsüklilised ühendid. Vesinikhalogeniidide eemaldamine alküülhalogeniididest või veest alkoholidest toimub Zaitsevi reegli järgi.
MÄÄRATLUS
Zaitsevi reegel: vesinikuaatom H on eraldatud kõige vähem hüdrogeenitud süsinikuaatomist.
Näiteks vesinikbromiidi molekuli eraldumine toimub naaberaatomitest leelise juuresolekul, mille käigus moodustub naatriumbromiid ja vesi.
MÄÄRATLUS
ümberrühmitamine- keemiline reaktsioon, mille tulemusena toimub molekulis aatomite omavahelise paigutuse muutus, mitmiksidemete liikumine või nende paljususe muutumine.
Ümberkorraldamist saab läbi viia molekuli aatomkoostise säilimise (isomerisatsiooni) või selle muutmisega.
MÄÄRATLUS
Isomerisatsioon- ümberkorraldusreaktsiooni erijuhtum, mis põhjustab süsiniku skeleti struktuurimuutuste tõttu keemilise ühendi muutumist isomeeriks.
Ümberkorraldamise võib läbi viia ka homolüütilise või heterolüütilise mehhanismi abil. Molekulaarseid ümberkorraldusi saab klassifitseerida erinevate kriteeriumide järgi, näiteks süsteemide küllastuse järgi, migreeruva rühma olemuse, stereospetsiifilisuse järgi jne Paljudel ümberkorraldusreaktsioonidel on spetsiifilised nimetused - Claiseni ümberkorraldus, Beckmani ümberkorraldus jne.
Isomerisatsioonireaktsioone kasutatakse laialdaselt tööstusprotsessides, näiteks nafta rafineerimisel bensiini oktaanarvu suurendamiseks. Isomerisatsiooni näide on transformatsioon n-oktaani isooktaani:
ORGAANILISTE REAKTSIOONIDE KLASSIFIKATSIOON REAGENDI TÜÜBI JÄRGI
ÜHENDAMINE
Sidemete lõhustumine orgaanilistes ühendites võib olla homolüütiline või heterolüütiline. 
MÄÄRATLUS
Homolüütilise sideme katkemine- see on selline tühimik, mille tulemusena saab iga aatom paaritu elektroni ja moodustub kaks osakest, millel on sarnane elektrooniline struktuur - vaba radikaalid.
Homolüütiline lõhe on iseloomulik mittepolaarsele või nõrgalt polaarsele sidemeid, näiteks C–C, Cl–Cl, C–H, ja nõuab palju energiat.
Tekkivad paaritu elektroniga radikaalid on väga reaktiivsed, mistõttu selliste osakeste osalusel toimuvad keemilised protsessid on sageli "ahela" iseloomuga, neid on raske kontrollida ja reaktsiooni tulemusena tekib asendusproduktide kogum. saadakse. Seega on metaani kloorimisel asendusproduktid klorometaan C H3 C l CH3Cl, diklorometaan C H2 C l2 CH2Cl2, kloroform C H C l3 CHCl3 ja süsiniktetrakloriid C C l4 CCl4. Vabade radikaalidega seotud reaktsioonid kulgevad vastavalt keemiliste sidemete moodustumise vahetusmehhanismile.
Selle sideme purunemise käigus tekkinud radikaalid põhjustavad radikaalne mehhanism reaktsiooni käik. Radikaalsed reaktsioonid toimuvad tavaliselt kõrgendatud temperatuuridel või kiirgusega (näiteks valgusega).
Oma kõrge reaktsioonivõime tõttu võivad vabad radikaalid avaldada negatiivset mõju inimkehale, hävitades rakumembraane, mõjutades DNA-d ja põhjustades enneaegset vananemist. Need protsessid on seotud peamiselt lipiidide peroksüdatsiooniga, see tähendab polüküllastumata hapete struktuuri hävitamisega, mis moodustavad rakumembraanis rasva.
MÄÄRATLUS
Heterolüütilise sideme purunemine- see on selline tühimik, milles elektronnegatiivsema aatomi juurde jääb elektronpaar ja moodustub kaks laetud osakest - ioonid: katioon (positiivne) ja anioon (negatiivne).
Keemilistes reaktsioonides täidavad need osakesed " nukleofiilid"(" phil "- gr. armunud olema) ja " elektrofiilid”, moodustades doonor-aktseptormehhanismi abil reaktsioonipartneriga keemilise sideme. Nukleofiilsed osakesed annavad elektronpaari uue sideme moodustamiseks. Teisisõnu,
MÄÄRATLUS
Nukleofiil- elektronirikas keemiline reagent, mis on võimeline interakteeruma elektronidefitsiitsete ühenditega.
Nukleofiilide näideteks on mis tahes anioonid ( C l− , I− , N O− 3 Cl−,I−,NO3− jne), samuti ühendid, millel on jagamata elektronpaar ( N H3 , H2 O NH3, H2O).
Seega võivad sideme katkemisel tekkida radikaalid ehk nukleofiilid ja elektrofiilid. Sellest lähtuvalt eristatakse kolme orgaaniliste reaktsioonide toimumise mehhanismi.
ORGAANILISTE REAKTSIOONIDE MEHHANISMID
Vabade radikaalide mehhanism: reaktsiooni käivitavad ajal tekkinud vabad radikaalid homolüütiline rebend sidemed molekulis.
Kõige tüüpilisem variant on kloori- või broomiradikaalide teke UV-kiirguse käigus.
1. Vabade radikaalide asendus
metaan broom
Ahelalgatus
ahela kasv
keti katkemine
2. Vabade radikaalide lisamine
eteen polüetüleen
Elektrofiilne mehhanism: reaktsioon algab elektrofiilsete osakestega, mis saavad selle tulemusena positiivse laengu heterolüütiline lõheühendused. Kõik elektrofiilid on Lewise happed.
Sellised osakesed moodustuvad aktiivselt Lewise happed, mis suurendavad osakese positiivset laengut. Kõige sagedamini kasutatav A l C l3 , F e C l3 , F e B r3 , Z n C l2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 toimides katalüsaatorina.
Osakese-elektrofiili ründekohaks on need molekuli osad, millel on suurenenud elektrontihedus, st mitmikside ja benseenitsükkel.
Elektrofiilsete asendusreaktsioonide üldist vormi saab väljendada võrrandiga:
1. Elektrofiilne asendus
benseen bromobenseen
2. elektrofiilne lisamine
propeen 2-bromopropaan
propüün 1,2-dikloropropeen
Asümmeetriliste küllastumata süsivesinike külge kinnitumine toimub vastavalt Markovnikovi reeglile.
MÄÄRATLUS
Markovnikovi reegel: keeruliste ainete molekulide lisamine ebasümmeetrilistele alkeenidele tingimusliku valemiga HX (kus X on halogeeniaatom või hüdroksüülrühm OH–), vesinikuaatom on seotud kõige hüdrogeenitud (sisaldab kõige rohkem vesinikuaatomeid) süsinikuaatomiga kaksikside ja X kuni kõige vähem hüdrogeenitud.
Näiteks vesinikkloriidi HCl lisamine propeeni molekulile C H3 – CH = C H2 CH3-CH=CH2.
Reaktsioon kulgeb elektrofiilse lisamise mehhanismi abil. Elektronidoonori mõju tõttu C H3 CH3-rühmad, nihkub substraadi molekulis elektrontihedus kesksele süsinikuaatomile (induktiivne efekt) ja seejärel kaksiksidemete süsteemis terminaalsele süsinikuaatomile. C H2 CH2-rühmad (mesomeerne efekt). Seega paikneb liigne negatiivne laeng täpselt sellel aatomil. Seetõttu alustab vesiniku prooton rünnakut H+ H+, mis on elektrofiilne osake. Moodustub positiivselt laetud karbeeniioon [C H3 – CH – C H3 ] + + , mille külge on kinnitatud kloorianioon C l− Cl−.
MÄÄRATLUS
Erandid Markovnikovi reeglist: liitumisreaktsioon kulgeb Markovnikovi reegli vastu, kui ühendid sisenevad reaktsiooni, milles kaksiksideme süsinikuaatomiga külgnev süsinikuaatom eemaldab osaliselt elektrontiheduse, st asendajate juuresolekul, millel on märkimisväärne elektronide väljatõmbamine. mõju (– C C l3 , – C N , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOH ja jne).
Nukleofiilne mehhanism: reaktsiooni käivitavad negatiivse laenguga nukleofiilsed osakesed, mis on tekkinud heterolüütiline lõheühendused. Kõik nukleofiilid on Lewise asutamine.
Nukleofiilsete reaktsioonide korral on reagendil (nukleofiilil) ühel aatomil vaba elektronide paar ja see on neutraalne molekul või anioon ( H a l– ,O H– , R O− , R S– , R C O O– , R– , C N – , H2 O, R O H, N H3 , RN H2 Hal–,OH–,RO–,RS–,RCOO–,R–,CN–,H2O,ROH,NH3,RNH2 ja jne).
Nukleofiil ründab substraadis olevat aatomit madalaima elektrontihedusega (st osalise või täieliku positiivse laenguga). Nukleofiilse asendusreaktsiooni esimene etapp on substraadi ioniseerimine karbokatiooni moodustamiseks. Sel juhul moodustub nukleofiili elektronpaari tõttu uus side ja vana läbib heterolüütilise lõhustamise koos järgneva katiooni elimineerimisega. Nukleofiilse reaktsiooni näide on nukleofiilne asendus (sümbol SN SN) küllastunud süsinikuaatomi juures, näiteks bromoderivaatide aluseline hüdrolüüs.
1. Nukleofiilne asendus
2. Nukleofiilne lisamine
etanaal tsüanohüdriin
allikas http://foxford.ru/wiki/himiya
Orgaanilised ühendid võivad reageerida nii üksteisega kui ka anorgaaniliste ainetega - mittemetallid, metallid, happed, alused, soolad, vesi jne. Seetõttu on nende reaktsioonid väga mitmekesised nii reageerivate ainete olemuse kui ka keemiliste ainete koostises. toimuvate transformatsioonide tüüp. Seal on palju registreeritud reaktsioonid, mis on nimetatud nende avastanud teadlaste järgi.
Reaktsioonis osalevat orgaanilise ühendi molekuli nimetatakse substraadiks.
Anorgaanilise aine (molekuli, iooni) osakest orgaanilises reaktsioonis nimetatakse reagendiks.
Näiteks:
Keemiline muundamine võib hõlmata kogu orgaanilise ühendi molekuli. Nendest reaktsioonidest on kõige laiemalt tuntud põlemine, mis viib aine muutumiseni oksiidide seguks. Neil on suur tähtsus energiasektoris, samuti jäätmete ja mürgiste ainete hävitamisel. Nii keemiateaduse kui ka praktika seisukohast pakuvad erilist huvi reaktsioonid, mis viivad mõne orgaanilise aine muundumiseni teisteks. Molekulil on alati üks või mitu reaktiivset kohta, kus toimub üks või teine transformatsioon.
Aatomit või aatomite rühma molekulis, kus toimub keemiline muundumine, nimetatakse reaktsioonikeskuseks.
Mitmeelemendilistes ainetes on reaktsioonikeskused funktsionaalsed rühmad ja süsinikuaatomid, millega need on seotud. Küllastumata süsivesinikes on reaktsioonikeskuseks süsinikuaatomid, mis on seotud mitme sidemega. Küllastunud süsivesinikes on reaktsioonikeskuseks valdavalt sekundaarsed ja tertsiaarsed süsinikuaatomid.
Orgaaniliste ühendite molekulid sisaldavad sageli mitut erineva aktiivsusega reaktsioonikeskust. Seetõttu on reeglina mitu paralleelset reaktsiooni, mis annavad erinevaid tooteid. Kiireimat reaktsiooni nimetatakse peamine.Ülejäänud reaktsioonid kõrvalmõjud. Saadud segu sisaldab suurimas koguses põhireaktsiooni produkti ja kõrvalreaktsioonide saadused on lisandid. Pärast reaktsiooni on peaaegu alati vaja põhiprodukti puhastada orgaaniliste ainete lisanditest. Pange tähele, et anorgaanilises keemias tuleb aineid tavaliselt puhastada muude keemiliste elementide ühendite lisanditest.
Juba on märgitud, et orgaanilisi reaktsioone iseloomustavad suhteliselt madalad kiirused. Seetõttu on vaja laialdaselt kasutada erinevaid reaktsioonide kiirendamise vahendeid - kuumutamist, kiiritamist, katalüüsi. Katalüsaatoritel on orgaanilises keemias suur tähtsus. Nende roll ei piirdu tohutu aja kokkuhoiuga keemilistes protsessides. Valides teatud tüüpi reaktsioone kiirendavaid katalüsaatoreid, saab sihipäraselt läbi viia üht või teist paralleelset reaktsiooni ja saada soovitud produktid. Orgaaniliste ühendite tööstuse eksisteerimise ajal on uute katalüsaatorite avastamine tehnoloogiat põhjalikult muutnud. Näiteks saadi etanooli pikka aega ainult tärklise kääritamise teel ja siis läksid nad üle selle tootmisele.
vee lisamine etüleenile. Selleks oli vaja leida hästi töötav katalüsaator.
Orgaanilises keemias toimuvad reaktsioonid klassifitseeritakse substraadi muundumise laadi järgi:
a) liitumisreaktsioonid (sümbol AGA)- orgaanilise molekuliga on seotud väike molekul (vesi, halogeen jne);
b) asendusreaktsioonid (sümbol S) - orgaanilises molekulis on aatom (aatomite rühm) segunenud teise aatomi või aatomite rühmaga;
c) lõhustamis- või eliminatsioonireaktsioonid (sümbol E)- orgaaniline molekul kaotab mõned killud, moodustades reeglina anorgaanilisi aineid;
d) krakkimine - molekuli lõhenemine kaheks või enamaks osaks, mis esindavad ka orgaanilisi ühendeid;
e) lagunemine - orgaanilise ühendi muundumine lihtaineteks ja anorgaanilisteks ühenditeks;
f) isomerisatsioon – molekuli muundumine teiseks isomeeriks;
g) polümerisatsioon - suure molekulmassiga ühendi moodustumine ühest või mitmest madala molekulmassiga ühendist;
h) polükondensatsioon - kõrgmolekulaarse ühendi moodustumine koos väikestest molekulidest (vesi, alkohol) koosneva aine samaaegse vabanemisega.
Orgaaniliste ühendite muundamise protsessides peetakse silmas kahte tüüpi keemiliste sidemete katkemist.
Homolüütilise sideme katkemine. Keemilise sideme elektronpaarist jääb igale aatomile üks elektron. Saadud osakesi, millel on paardumata elektronid, nimetatakse vabad radikaalid. Sellise osakese koostis võib olla molekul või üksik aatom. Reaktsiooni nimetatakse radikaaliks (sümbol R):
Heterolüütiline lõhustamine. Sel juhul säilitab üks aatom elektronipaari ja muutub aluseks. Seda aatomit sisaldavat osakest nimetatakse nukleofiil. Teisel aatomil, millel puudub elektronpaar, on vaba orbitaal ja see muutub happeks. Seda aatomit sisaldavat osakest nimetatakse elektrofiil:
Selle tüübi järgi puruneb n-side hooldamisel eriti kergesti
Näiteks mõni osake A, mis tõmbab ligi n-elektronipaari, moodustab ise sideme süsinikuaatomiga:
Seda interaktsiooni kujutab järgmine diagramm: 
Kui orgaanilise ühendi molekulis olev süsinikuaatom võtab vastu elektronipaari, mille see seejärel reagendile üle kannab, nimetatakse reaktsiooni elektrofiilseks ja reageerivat ainet elektrofiiliks.
Elektrofiilsete reaktsioonide sordid - lisamine A E ja asendamine S E .
Reaktsiooni järgmine etapp on sideme moodustumine C + aatomi (sellel on vaba orbitaal) ja teise aatomi vahel, millel on elektronpaar.
Kui orgaanilise ühendi molekulis olev süsinikuaatom kaotab elektronipaari ja võtab selle seejärel reagendist vastu, nimetatakse reaktsiooni nukleofiilseks ja reageerivat ainet nukleofiilseks.
Nukleofiilsete reaktsioonide variandid - Ad lisamine ja asendamine S N .
Heterolüütiline rebend ja keemiliste sidemete teke on tegelikult ühtne koordineeritud protsess: olemasoleva sideme järkjärgulise katkemisega kaasneb uue sideme teke. Koordineeritud protsessis on aktiveerimisenergia väiksem.
KÜSIMUSED JA HARJUTUSED
1. 0,105 g orgaanilise aine põletamisel tekkis 0,154 g süsihappegaasi, 0,126 g vett ja 43,29 ml lämmastikku (21 °C, 742 mm Hg). Paku välja üks aine võimalikest struktuurivalemitest.
2. C 3 H 7 X molekulis on elektronide koguarv 60. Määrake element X ja kirjutage võimalike isomeeride valemid.
3. 19,8 g ühendi C 2 H 4 X 2 kohta on 10 mol elektrone. Määrake element X ja kirjutage võimalike isomeeride valemid.
4. Gaasi maht 20 l at 22" C ja 101,7 kPa sisaldab 2,5 10 I aatomit ja selle tihedus on 1,41 g/l. Tehke järeldused selle gaasi olemuse kohta.
5. Märkige radikaal, millel on kaks isomeeri: -C2H5, -C3H7, -CH3.
6. Märkige kõrgeima keemistemperatuuriga aine: CH 3 OH, C 3 H 7 OH, C 5 H 11 OH.
7. Kirjutage C 3 H 4 isomeeride struktuurivalemid.
8. Kirjutage 2,3,4-trimetiidi-4-etüülhepteeni valem. Esitage selle aine kahe isomeeri struktuurivalemid, mis sisaldavad ühte ja kahte kvaternaarset süsinikuaatomit.
9. Kirjutage 3,3-dimetüülpentaani valem. Esitage sama arvu süsinikuaatomite arvuga tsüklilise süsivesiniku valem, millel pole mitut sidet. Kas need on isomeerid?
10. Kirjutage neljaelemendilise C 10 struktuuriga orgaanilise ühendi valem, milles täiendavate elementide aatomid asuvad 2 ja 7 süsinikuaatomi juures ning nimetuses on juur "hepta".
11. Nimetage süsiniku struktuuriga süsivesinik
12. Kirjutage ühendi struktuurivalem C 2 H X F X Cl X millel on igal süsinikuaatomil erinevad asendajad.
süsivesinikud
Süsivesinikud on ühed olulisemad ained, mis määravad tänapäevase tsivilisatsiooni eluviisi. Need on maa-, õhu- ja veetranspordi energiaallikad (energiakandjad), kodude kütmiseks. See on ka tooraine sadade kodukeemia, pakkematerjalide jms tootmiseks. Kõige selle algallikaks on nafta ja maagaas. Riikide heaolu sõltub nende reservide olemasolust. Nafta on põhjustanud rahvusvahelisi kriise.
Tuntumad süsivesinikud on metaan ja propaan, mida kasutatakse majapidamispliitides. Metaani transporditakse torude kaudu, propaani transporditakse ja hoitakse punastes silindrites. Teist süsivesinikku, ilo-butaani, mis on tavatingimustes gaasiline, võib vedelas olekus näha läbipaistvates tulemasinates. Nafta rafineerimistooted - bensiin, petrooleum, diislikütus - on erineva koostisega süsivesinike segud. Raskemate süsivesinike segud on poolvedel vaseliin ja tahke parafiin. Süsivesinike hulka kuulub ka tuntud aine, mida kasutatakse villa ja karusnaha kaitsmiseks ööliblikate eest – naftaleen. Peamised süsivesinike tüübid molekulide koostise ja struktuuri poolest on küllastunud süsivesinikud - alkaanid, tsüklilised küllastunud süsivesinikud - tsükloalkaanid, küllastumata süsivesinikud, st sisaldavad mitut sidet - alkeenid ja
alküünid, tsükliline konjugaat aromaatsed süsivesinikud - areenid. Mõnda süsivesinike homoloogset seeriat on iseloomustatud tabelis. 15.1.
Tabel 15.1. Süsivesinike homoloogne seeria
Alkaanid
Peatükk 14 sisaldab juba andmeid alkaanide struktuuri, koostise, isomeeria, nimetuste ja mõningate omaduste kohta. Tuletame meelde, et alkaanimolekulides moodustavad süsinikuaatomid vesinikuaatomite ja naabersüsinikuaatomitega tetraeedriliselt suunatud sidemeid. Selle seeria esimeses ühendis, metaanis, on süsinik seotud ainult vesinikuga. Küllastunud süsivesinike molekulides toimub pidev CH 3 lõpprühmade ja ahela üksikute lõikude sisemine pöörlemine, mille tulemusena tekivad erinevad konformatsioonid (lk 429). Alkaane iseloomustab süsiniku skeleti isomeeria. Hargnemata molekulidega ühendeid nimetatakse
normaalsed, n-alkaanid ja hargnenud - iso alkaanid. Andmed alkaanide nimetuste ja mõnede füüsikaliste omaduste kohta on toodud tabelis. 15.2.
Üksikute ainete kujul kasutatakse suures koguses alkaanide seeria nelja esimest liiget - metaani, etaani, propaani ja butaani. Teadusuuringutes kasutatakse teisi üksikuid alkaane. Suure praktilise tähtsusega on alkaanide segud, mis sisaldavad tavaliselt süsivesinikke ja muid homoloogseid seeriaid. Bensiin on üks selline segu. Seda iseloomustab keemispunkt 30-205 °С. Muud tüüpi süsivesinikkütuseid iseloomustavad ka keemisvahemikud, kuna kergete süsivesinike aurustumisel keemistemperatuur tõuseb. Kõik alkaanid on vees praktiliselt lahustumatud.
Tabel 15.2. Tavaliste alkaanide nimetused ning keemis- ja sulamistemperatuurid
ülesanne 15.1. Rühmitage alkaanid vastavalt agregatsiooni olekule temperatuuril 20 °C ja normaalsel atmosfäärirõhul (tabeli 15.2 järgi).
ülesanne 15.2. Pentaanil on kolm isomeeri järgmiste keemistemperatuuridega (°C):
Selgitage keemispunktide vähenemist nende isomeeride reas.
Kviitung.Õli on peaaegu piiramatu igasuguste alkaanide allikas, kuid üksikute ainete eraldamine sellest on üsna keeruline ülesanne. Tavalised naftasaadused on õli rektifikatsioonil (fraktsioneeriva destilleerimisel) saadud fraktsioonid, mis koosnevad suurest hulgast süsivesinikest.
Alkaanide segu saadakse kivisöe hüdrogeenimisel temperatuuril -450 0 C ja rõhul 300 atm. Selle meetodiga saab toota bensiini, kuid see on siiski kallim kui naftabensiin. Metaan moodustub süsinikmonooksiidi (P) ja vesiniku segus nikkelkatalüsaatoril:
Samas segus koobaltit sisaldavatel katalüsaatoritel saadakse nii süsivesinike segu kui ka üksikud süsivesinikud. See võib olla mitte ainult alkaanid, vaid ka tsükloalkaanid.
Üksikute alkaanide saamiseks on olemas laboratoorsed meetodid. Mõnede metallide karbiidid annavad hüdrolüüsi ajal metaani:
Halogeenalkaanid reageerivad leelismetalliga, moodustades kahekordse süsinikuaatomite arvuga süsivesinikke. See on Wurtzi reaktsioon. See läbib süsiniku ja halogeeni vahelise sideme hemolüütilise katkemise, mille käigus moodustuvad vabad radikaalid:
ülesanne 15.3. Kirjutage selle reaktsiooni üldvõrrand.
näide 15.1. 2-bromopropaani ja 1-bromopropaani segule lisati kaaliumi. Kirjutage võimalike reaktsioonide võrrandid.
LAHENDUS. Bromoalkaanide ja kaaliumi reaktsioonide käigus tekkinud radikaalid võivad omavahel kombineerida erinevates kombinatsioonides, mille tulemuseks on kolm süsivesinikku segus. Reaktsioonivõrrandid:
Orgaaniliste hapete naatriumisoolad kaotavad leelisega kuumutamisel karboksüülrühma (dekarboksülaadi) alkaani moodustumisega:
Samade soolade elektrolüüsi käigus toimub dekarboksüülimine ja ülejäänud radikaalide ühendamine üheks molekuliks:
Alkaanid tekivad küllastumata süsivesinike hüdrogeenimisel ja funktsionaalseid rühmi sisaldavate ühendite redutseerimisel:
Keemilised omadused. Piiratud süsivesinikud on kõige vähem aktiivsed orgaanilised ained. Nende algne nimi parafiinid peegeldab nõrka afiinsust (reaktiivsust) teiste ainete suhtes. Nad reageerivad reeglina mitte tavaliste molekulidega, vaid ainult vabade radikaalidega. Seetõttu toimuvad alkaanide reaktsioonid vabade radikaalide moodustumise tingimustes: kõrgel temperatuuril või kiiritamisel. Alkaanid põlevad hapniku või õhuga segunemisel ja mängivad olulist rolli kütusena.
ülesanne 15.4. Oktaanarvu põlemissoojus määratakse eriti täpselt:
Kui palju soojust eraldub 1 liitri segu põlemisel, mis koosneb võrdselt n-oktaanist ja üüloktaanist (p = = 0,6972 Alkaanid reageerivad halogeenidega radikaalse mehhanismi abil (SR). Reaktsioon algab halogeeni molekuli lagunemisega kaheks aatomiks või, nagu sageli öeldakse, kaheks vabaks radikaaliks:
Radik võtab alkaanist, näiteks metaanist, vesinikuaatomi:
Uus molekulaarne radikaal metüül H 3 C- reageerib kloori molekuliga, moodustades asendusprodukti ja samal ajal uue kloori radikaali:
Seejärel korratakse selle ahelreaktsiooni samu etappe. Iga radikaal võib põhjustada sadadest tuhandetest lülidest koosneva transformatsiooniahela. Võimalikud on ka kokkupõrked radikaalide vahel, mis viivad ahela lõppemiseni: 
Üldine ahelreaktsiooni võrrand:
ülesanne 15.5. Kui ahelreaktsioon toimub anuma mahu vähenemisel, väheneb transformatsioonide arv radikaali kohta (ahela pikkus). Andke sellele selgitus.
Reaktsioonisaadus klorometaan kuulub halogeenitud süsivesinike klassi. Segus algab klorometaani moodustumisel reaktsioon teise vesinikuaatomi asendamiseks klooriga, seejärel kolmandaga jne. Kolmandas etapis on tuntud aine kloroform CHClg, mida kasutatakse meditsiinis anesteesiaks. moodustatud. Vesiniku täieliku klooriga asendamise toode metaanis - süsiniktetrakloriid CC1 4 - klassifitseeritakse nii orgaanilisteks kui ka anorgaanilisteks aineteks. Kuid kui järgite määratlust rangelt, on see anorgaaniline ühend. Praktikas saadakse süsiniktetrakloriidi mitte metaanist, vaid süsinikdisulfiidist.
Kui metaani homoloogid on klooritud, on sekundaarsed ja tertsiaarsed süsinikuaatomid reaktiivsemad. Propaanist saadakse 1-kloropropaani ja 2-kloropropaani segu viimase suurema osaga. Teise vesinikuaatomi asendamine halogeeniga toimub valdavalt samal süsinikuaatomil:
Alkaanid reageerivad kuumutamisel lahjendatud lämmastikhappe ja lämmastikoksiidiga (IV), moodustades nitroalkaane. Nitreerimine järgib ka radikaalset mehhanismi ja seetõttu ei vaja see kontsentreeritud lämmastikhapet:
Alkaanid läbivad spetsiaalsete katalüsaatorite juuresolekul kuumutamisel mitmesuguseid muundumisi. Tavalised alkaanid isomeerivad zo-alkaanideks:
Alkaanide tööstuslikku isomerisatsiooni mootorikütuse kvaliteedi parandamiseks nimetatakse reformimine. Katalüsaatoriks on alumiiniumoksiidile sadestatud plaatinametall. Krakkimine on oluline ka nafta rafineerimisel, st alkaani molekuli jagamisel kaheks osaks - alkaaniks ja alkeeniks. Lõhustumine toimub valdavalt molekuli keskel: 
Krakkimise katalüsaatorid on alumosilikaadid.
Alkaanid, mille ahelas on kuus või enam süsinikuaatomit tsüklit tegema oksiidkatalüsaatoritel (Cr 2 0 3 / / A1 2 0 3 ), moodustades kuueliikmelise tsükli ja areenidega tsükloalkaane:
Seda reaktsiooni nimetatakse dehüdrotsüklistamine.
Kasvav praktiline tähtsus funktsionaliseerimine alkaanid, st nende muundumine funktsionaalseid rühmi (tavaliselt hapnikku) sisaldavateks ühenditeks. Butaan oksüdeeritakse happega
lorode spetsiaalse katalüsaatori osalusel, moodustades äädikhappe:
Tsükloalkaanid C n H 2n, mille tsüklis on viis või enam süsinikuaatomit, on keemiliste omaduste poolest väga sarnased mittetsükliliste alkaanidega. Neid iseloomustavad asendusreaktsioonid S R . Tsüklopropaanil C 3 H 6 ja tsüklobutaanil C 4 H 8 on vähem stabiilsed molekulid, kuna neis on C-C-C sidemete vahelised nurgad oluliselt erinevad sp 3 -süsinikule iseloomulikust normaalsest tetraeedrilisest nurgast 109,5 °. See viib sidumisenergia vähenemiseni. Halogeenide toimel katkevad tsüklid ja kinnitatakse keti otstesse:
Vesiniku reageerimisel tsüklobutaaniga moodustub normaalne butaan:
ÜLESANNE 15.6. Kas tsüklopentaani on võimalik saada 1,5-dibromopetaanist? Kui arvate, et see on võimalik, siis valige sobiv reagent ja kirjutage reaktsioonivõrrand.
Alkeenid
Süsivesinikke, mis sisaldavad vähem vesinikku kui alkaanides, kuna nende molekulides on palju sidemeid, nimetatakse piiramatu, sama hästi kui küllastumata. Kõige lihtsamad küllastumata süsivesinike homoloogsed seeriad on C n H 2n alkeenid, millel on üks kaksiksidem:
Ülejäänud kahte süsinikuaatomi valentsi kasutatakse vesiniku ja küllastunud süsivesinikradikaalide lisamiseks.
Alkeenide seeria esimene liige on eteen (etüleen) C 2 H 4 . Sellele järgneb propeen (propüleen) C 3 H 6, buteen (butüleen) C 4 H 8, penteen C 5 H 10 jne. Mõnedel kaksiksidemega radikaalidel on erinimed: vinüül CH 2 \u003d CH-, allüül CH 2 \u003d CH-CH2-.
Kaksiksidemega seotud süsinikuaatomid on sp 2 hübridisatsiooni olekus. tekivad hübriidorbitaalid σ side nende ja mittehübriidse p-orbitaali vahel - π side(joonis 15.1). Kaksiksideme koguenergia on 606 kJ / mol ja a-side moodustab umbes 347 kJ / mol ja π side- 259 kJ/mol. Kaksiksideme suurenenud tugevus väljendub süsinikuaatomite vahelise kauguse vähenemises 133 pm-ni võrreldes 154 pm-ga üksiku C-C sideme puhul.
Vaatamata formaalsele tugevusele osutub peamiseks reaktsioonikeskuseks alkeenide kaksikside. Elektrooniline paar π -sidemed moodustavad üsna hajutatud, aatomituumadest suhteliselt kaugel asuva pilve, mille tulemusena on see liikuv ja tundlik teiste aatomite mõjule (lk 442). π -Pilv nihutatakse ühele kahest süsinikuaatomist, mis
Riis. 15.1. Mitme sideme moodustumine süsinikuaatomite vahel sp 2
see kuulub alkeeni molekuli asendajate mõjul või ründava molekuli toimel. See toob kaasa alkeenide kõrge reaktsioonivõime alkaanidega võrreldes. Gaasiliste alkaanide segu ei reageeri broomveega, kuid alkeenide segu juures muutub see värvituks. Seda proovi kasutatakse alkeenide tuvastamiseks.
Alkeenidel on täiendavaid isomeeria tüüpe, mis alkaanides puuduvad: kaksiksideme positsiooniisomeeria ja ruumiline isomeeria. cis-trans isomeeria. Viimane isomeeria tüüp on tingitud erilisest sümmeetriast π -ühendused. See takistab sisemist pöörlemist molekulis ja stabiliseerib nelja asendaja paigutust C=C aatomite juures ühes tasapinnas. Kui on kaks paari erinevaid asendajaid, siis iga paari asendajate diagonaalse paigutusega saadakse trans-isomeer ja külgneva paigutusega cis-isomeer. Eteenil ja propeenil ei ole isomeere, kuid buteenil on mõlemat tüüpi isomeere:
ülesanne 15.7. Kõigil alkeenidel on sama elementaarne koostis nii massi järgi (85,71% süsinikku ja 14,29% vesinikku) kui ka aatomite arvu suhte järgi n(C): n(H) = 1:2. Kas iga alkeeni võib teiste alkeenide suhtes pidada isomeeriks?
ülesanne 15.8. Kas sp 2 süsinikuaatomite juures on kolme ja nelja erineva asendaja juuresolekul võimalikud ruumilised isomeerid?
ülesanne 15.9. Joonistage penteenisomeeride struktuurivalemid.
Kviitung. Teame juba, et alkaane saab muuta küllastumata ühenditeks. See on
kõnnib vesiniku eemaldamise (dehüdrogeenimise) ja lõhenemise tagajärjel. Butaani dehüdrogeenimine annab valdavalt buteen-2:
ülesanne 15.10. Kirjutage mõranemise reaktsioon -
Dehüdrogeenimine ja krakkimine nõuavad suhteliselt kõrgeid temperatuure. Normaalsetes tingimustes või nõrgal kuumutamisel tekivad alkeenid halogeeni derivaatidest. Kloro- ja bromoalkaanid reageerivad alkoholilahuses leelisega, eraldades halogeeni ja vesiniku kahest kõrvutiasetsevast süsinikuaatomist:
See on eliminatsioonireaktsioon (lk 441). Kui kahe naabersüsinikuaatomiga on seotud erinev arv vesinikuaatomeid, siis toimub elimineerimine Zaitsevi reegli järgi.
Eliminatsioonireaktsioonis eraldub vesinik valdavalt vähem hüdrogeenitud süsinikuaatomist.
näide 15.2. Kirjutage 2-klorobutaani eemaldamise reaktsioon.
lahendus. Zaitsevi reegli kohaselt eraldatakse vesinik 3 C aatomist:
Tsingi ja magneesiumi metallide toimel halogeenide naaberpositsiooniga dihaloalkaanidele tekivad ka alkeenid:
Keemilised omadused. Alkeenid võivad nii kõrgel temperatuuril laguneda lihtsateks aineteks kui ka polümeriseerida, muutudes kõrgmolekulaarseteks aineteks. Etüleen polümeriseeritakse väga kõrgel rõhul (-1500 atm), lisades vabade radikaalide initsiaatorina väikest kogust hapnikku. Vedelast etüleenist saadakse nendes tingimustes valge painduv mass, mis on õhukese kihina läbipaistev, - polüetüleen. See on tuntud materjal. Polümeer koosneb väga pikkadest molekulidest.
Molekulmass 20 OOO-40 OOO. Struktuurilt on see küllastunud süsivesinik, kuid hapnikuaatomid võivad paikneda molekulide otstes. Suure molekulmassiga on lõpprühmade osakaal väga väike ja nende olemust on raske kindlaks teha.
ülesanne 15.11. Mitu etüleeni molekuli sisaldub ühes polüetüleeni molekulis, mille molekulmass on 28 000?
Etüleeni polümerisatsioon toimub ka madalal rõhul spetsiaalsete Ziegler-Natta katalüsaatorite juuresolekul. Need on TiCl segud ja alumiiniumorgaanilised ühendid AlR x Cl 3-x, kus R on alküül. Katalüütilise polümerisatsiooni teel saadud polüetüleen on paremate mehaaniliste omadustega, kuid vananeb kiiremini, s.t hävib valguse ja muude tegurite mõjul. Polüetüleeni tootmine algas umbes 1955. See materjal mõjutas oluliselt igapäevaelu, sest sellest hakati valmistama pakkekotte. Teistest alkeenpolümeeridest on polüpropüleen kõige olulisem. See tekitab sitkema ja vähem läbipaistva kile kui polüetüleen. Propüleeni polümerisatsioon viiakse läbi koos
Ziegler-Natta talisaator. Saadud polümeeril on õige isotaktiline struktuur
Tulemuseks on kõrgsurve polümerisatsioon Atlandi ookean polüpropüleen CH 3 radikaalide juhusliku paigutusega. See on täiesti erinevate omadustega aine: vedelik, mille tahkestumise temperatuur on -35 ° C.
Oksüdatsioonireaktsioonid. Normaalsetes tingimustes oksüdeeruvad alkeenid kaksiksideme juures kokkupuutel kaaliumpermanganaadi ja teiste oksüdeerivate ainetega. Nõrgalt aluselises keskkonnas, glükoolid, st. kaheaatomiline alkoholid:
Happelises keskkonnas oksüdeeruvad alkeenid kuumutamisel molekuli täieliku purunemisega mööda kaksiksidet:
ülesanne 15.12. Kirjutage selle reaktsiooni võrrand.
ülesanne 15.13. Kirjutage võrrandid buteen-1 ja buteen-2 oksüdeerimiseks kaaliumpermanganaadiga happelises keskkonnas.
Etüleen oksüdeeritakse hapnikuga Ag/Al 2 O 3 katalüsaatoril, moodustades tsüklilise hapnikku sisaldava aine, mida nimetatakse etüleenoksiidiks:
See on väga oluline keemiatööstuse toode, mida toodetakse aastas miljoneid tonne. Seda kasutatakse polümeeride ja detergentide tootmiseks.
Elektrofiilse lisamise reaktsioonid. Halogeenide, vesinikhalogeniidide, vee ja paljude teiste molekulid on kaksiksideme juures alkeenidega seotud. Vaatleme lisamismehhanismi, kasutades näitena broomi. Kui Br2 molekul ründab ühte küllastumata tsentri süsinikuaatomitest, tekib elektronpaar π -side nihkub viimasele ja edasi broomile. Seega toimib broom elektrofiilse reagendina:
Tekib side broomi ja süsiniku vahel ning samal ajal katkeb side broomiaatomite vahel:
Elektronpaari kaotanud süsinikuaatomil on vaba orbitaal. Broomiioon lisatakse sellele doonor-aktseptormehhanismi abil:
Vesinikhalogeniidide lisamine läbib prootoni rünnaku etapi küllastumata süsinikule. Lisaks, nagu reaktsioonis broomiga, lisatakse halogeeni ioon:
Vee lisamise korral on prootoneid vähe (vesi on nõrk elektrolüüt) ja reaktsioon kulgeb katalüsaatorina happe juuresolekul. Etüleeni homoloogide lisamine järgib Markovnikovi reeglit.
Vesinikhalogeniidide ja vee elektrofiilse lisamise reaktsioonides küllastumata süsivesinikele moodustab vesinik valdavalt sideme kõige hüdrogeenitud süsinikuaatomiga.
näide 15.3. Kirjutage vesinikbromiidi ja propeeni liitumisreaktsioon.
Markovnikovi reegli olemus seisneb selles, et süsivesinikradikaalid on vähem elektronegatiivsed (rohkem elektrone loovutavad) asendajad kui vesinikuaatom. Seetõttu mobiilne π elektronid on nihutatud sp 2 -süsinikeks, mis ei ole seotud radikaaliga või on seotud väiksema arvu radikaalidega:
Loomulikult ründab vesinik H + süsinikuaatomit negatiivse laenguga. Samuti on see rohkem hüdrogeenitud.
Alkeenide funktsionaalsetes derivaatides võib asendamine minna vastuollu Markovnikovi reegliga, kuid kui arvestada elektrontiheduse nihet konkreetsetes molekulides, selgub alati, et vesinik on seotud süsinikuaatomiga, millel on suurenenud elektrontihedus. Vaatleme laengu jaotust 3-fluoropropeen-1-s. Elektronegatiivne fluoriaatom toimib elektrontiheduse aktseptorina. O-sidemete ahelas on elektronide paarid nihkunud fluori aatomile ja liikuvad π elektronid nihe äärepoolseimast süsinikuaatomist keskmisele:
Selle tulemusena läheb täiendus Markovnikovi reegli vastu:
Siin toimib üks peamisi aatomite vastastikuse mõju mehhanisme molekulides - induktiivne efekt:
Induktiivne efekt (±/) on elektronpaaride nihkumine o-sidemete ahelas aatomi (aatomite rühma) toimel, mille elektronegatiivsus on vesiniku suhtes suurenenud (-/) või vähenenud (+/):
Halogeeniaatomil on erinev mõju, kui see asub süsinikuaatomi juures sp2. Siin järgib lisand Markovnikovi reeglit. Sel juhul on mesomeerne Mõju. Klooriaatomi jagamata elektronpaar nihkub süsinikuaatomi poole, suurendades justkui Cl-C sideme paljusust.Selle tulemusena nihkuvad n-sideme elektronid järgmisele süsinikuaatomile, tekitades liigse elektroni tihedus sellel. Reaktsiooni käigus lisatakse sellele prooton: 
Seejärel, nagu diagrammilt näha, läheb klooriioon süsinikuaatomile, millega kloor on juba seotud. Mesomeerne efekt ilmneb ainult üksiku elektronide paari korral konjugeeritud Koos π-side, st neid eraldab ainult üks side. Kui kaksiksidemest eemaldatakse halogeen (nagu 3-fluoropropeen-1 puhul), kaob mesomeerne efekt. Induktiivne efekt on aktiivne kõikidel halogeenderivaatidel, kuid 2-kloropropeeni puhul on mesomeerne efekt tugevam kui induktiiv.
Mesomeerne (±M) mõju on nihkumine I-elektronid sp 2 -süsinikuaatomite ahelas koos võimaliku funktsionaalrühma jagamata elektronpaari osalusega.
Mesomeerne efekt võib olla nii positiivne (+M) kui ka negatiivne (-M). Halogeeni aatomitel on positiivne mesomeerne ja samal ajal negatiivne induktiivne toime. Negatiivsel mesomeersel efektil on funktsionaalsed rühmad, millel on hapnikuaatomite juures kaksiksidemed (vt allpool).
ülesanne 15.14. Kirjutage vesinikkloriidi 1-klorobuteen-1-le lisamise reaktsiooniprodukti struktuurivalem.
Oksosüntees. Suur tööstuslik tähtsus on alkeenide reaktsioonil süsinikmonooksiidi (II) ja vesinikuga. See viiakse läbi kõrgendatud temperatuuril rõhul üle 100 atm. Katalüsaatoriks on metalliline koobalt, mis moodustab CO-ga vaheühendeid. Reaktsiooniprodukt on oksoühend – aldehüüd, mis sisaldab ühe süsinikuaatomi rohkem kui algne alkeen:
Alkadieenid
Kahe kaksiksidemega süsivesinikke nimetatakse alkadieenid, ja ka lühem dieenid. Dieenide üldvalem C n H 2n-2 Dieeni süsivesinikke on kolm peamist homoloogset seeriat:
ülesanne 15.15. Märkige, millistes hübriidseisundites on süsinikuaatomid ülaltoodud dieeni süsivesinikes.
Konjugeeritud dieeni süsivesinikud on praktilise tähtsusega, kuna neid kasutatakse toorainena erinevat tüüpi kummi ja kummi tootmisel. Konjugeerimata dieenidel on alkeenide tavalised omadused. Konjugeeritud dieenidel on neli järjestikust sp 2 süsinikuaatomit. Need asuvad samal tasapinnal ja nende mittehübriidsed p-orbitaalid on orienteeritud paralleelselt (joonis 15.2). Seetõttu on kõigi naabruses asuvate p-orbitaalide vahel kattumine ja need moodustuvad π võlakirjad mitte ainult 1. vahel -
2 ja 3 -
4, aga ka 2-3 süsinikuaatomi vahel. Samal ajal peavad elektronid moodustama kaks kaheelektronilist pilve. N-elektronide erinevate olekute superpositsioon (resonants) on vahepealse sideme kordsusega üksik- ja topelt: 
Neid ühendusi nimetatakse konjugeeritud. 2-3 süsinikuaatomi vaheline side on tavalise üksiksidemega võrreldes lühenenud, mis kinnitab selle suurenenud paljusust. Madalatel temperatuuridel käituvad konjugeeritud dieenid valdavalt kahe kaksiksidemega ühenditena ja kõrgemal temperatuuril konjugeeritud sidemetega ühenditena.
Kaks kõige olulisemat dieeni - butadieen-1,3 (divinüül) ja 2-metüülbutadieen-1,3 (isopreen) - saadakse buta-
Riis. 15.2. Kattuvad p-orbitaalid dieeni molekulis
uus ja pentaan fraktsioonid, mis on maagaasi töötlemise saadused:
Butadieeni saadakse ka S. V. Lebedevi meetodil alkoholist:
Konjugeeritud dieenide elektrofiilsed liitumisreaktsioonid kulgevad omapärasel viisil. Butadieen lisab -80 °C-ni jahutamisel esimese broomi molekuli positsioonile 1,2:
See toode saadakse 80% saagisega. Ülejäänud 20% pärineb 1,4-lisandiga tootest:
Ülejäänud kaksikside paikneb teise ja kolmanda süsinikuaatomi vahel. Esiteks kinnitub broom terminaalse süsinikuaatomi külge, moodustades karbonatooni (süsiniku positiivse laenguga osake):
Liikumise käigus osutuvad n-elektronid asendiks 2, 3, seejärel 3, 4. Madalatel temperatuuridel asuvad nad sagedamini 3., 4. positsioonil ja seetõttu 1,2-. ülekaalus on lisaprodukt. Kui broomimine toimub temperatuuril 40 °C, siis saab põhiliseks 1,4-liitprodukt, mille saagis tõuseb 80%-ni ja ülejäänu on 1,2-liitprodukt.
ülesanne 15.16. Kirjutage isopreenile kõrgendatud temperatuuril broomi ja kloori järjestikuse lisamise produktid.
Butadieen ja isopreen polümeriseerivad kergesti erinevate kummide moodustamiseks. Leelismetallid, leelismetallide orgaanilised ühendid, Ziegler-Natta katalüsaatorid võivad olla polümerisatsioonikatalüsaatorid. Polümerisatsioon toimub vastavalt 1,4-liitmise tüübile. Kummi molekulid kuuluvad oma struktuuris mittekonjugeeritud polüeenide hulka, st suure hulga kaksiksidemega süsivesinikesse. Need on paindlikud molekulid, mis võivad nii venitada kui ka pallideks kõverduda. Kummi kaksiksidemetel tekib nagu cis-, ning vesinikuaatomite ja -radikaalide transpaigutus. Parimad omadused on cis-butadieen ja cis-isopreen (looduslikud) kummid. Nende struktuur on näidatud joonisel fig. 15.3. Trans-polüisopreeni (gutapertš) leidub ka looduses. Ülaltoodud valemite puhul kau-
Riis. 15.3. Mõnede kummide molekulide struktuur
Kinnitused punktiirjoonega näidatud linkide ümber, sisemine pöörlemine on võimalik. Kummid, mille molekulides on kaksiksidemega mõlemad cis-, ja rindkere konfiguratsiooni nimetatakse ebaregulaarne. Omaduste poolest jäävad need tavakummidele alla.
ülesanne 15.17. joonistage struktuur trans polübu tadieen.
ülesanne 15.18. Tuntud on kloropreenbutadieenderivaat kloropreen (2-klorobutadieen-1,3), millest saadakse kloropreenkummi. Kirjutage cis-kloropreenkummi struktuurivalem.
Kummi toodetakse kummist, mille praktiline kasutusala on ebatavaliselt lai. Suurim kogus sellest läheb veljerehvide valmistamisele. Kummi valmistamiseks segatakse kumm väävliga ja kuumutatakse. Väävliaatomid on seotud kaksiksidemetega, luues kummimolekulide vahel palju sildu. Tekib ruumiline sidemete võrgustik, mis ühendab peaaegu kõik olemasolevad kummimolekulid üheks molekuliks. Kuigi kumm lahustub süsivesinikes, saab kumm paisuda ainult siis, kui neelab lahusti süsivesinike ahelate ja väävlisildade vahele.
Alküünid
Teine homoloogne seeria on alküünid- süsinikuaatomite vahelise kolmiksidemega süsivesinikud: 
Selle seeria C n H 2n _ 2 üldvalem on sama, mis dieenide homoloogse seeria puhul. Sarja esimene liige on C 2 H 2 atsetüleen ehk süstemaatilise nomenklatuuri järgi etüün. Sarja järgmised liikmed on propüün C 3 H 4, butiin C 4 H 6, pentiin C 5 H 8 jne. Nagu alkeenid ja dieenid, on ka need küllastumata süsivesinikud, kuid selles seerias on kolmikuga seotud süsinikuaatomid
side, on sp-hübridisatsiooni seisundis. Nende hübriidorbitaalid on suunatud vastassuundades 180° nurga all ja loovad lineaarse rühmituse, mis hõlmab radikaalide vesiniku- või süsinikuaatomeid:
ülesanne 15.19. Kirjutage propüüni ja butüüni struktuurivalemid. Kas neil on isomeere?
ülesanne 15.20. Vaatleme atsetüleeni molekuli kattuvate orbitaalide skeemi (lk 188). Millised orbitaalid moodustavad süsinikuaatomite vahel n-sidemeid?
Alkeenide kolmiksidet iseloomustab energia E St = 828 kJ/mol. See on 222 kJ/mol rohkem kui alkeenide kaksiksideme energia. C=C kaugust vähendatakse 120 pm-ni. Vaatamata nii tugevale sidemele on atsetüleen ebastabiilne ja võib plahvatuslikult laguneda metaaniks ja kivisöeks:
See omadus on seletatav asjaoluga, et lagunemissaadustes väheneb vähem vastupidavate ühendite arv. π võlakirjad, mille asemel luuakse σ-sidemed metaanis ja grafiidis. Atsetüleeni ebastabiilsus on seotud suure energia vabanemisega selle põlemisel. Leegi temperatuur ulatub 3150 °C-ni. Sellest piisab terase lõikamiseks ja keevitamiseks. Atsetüleeni hoitakse ja transporditakse valgetes silindrites, milles see on atsetoonilahuses rõhul -10 atm.
Alküünidel on süsiniku skeleti isomeeria ja mitu sideme positsiooni. Ruumiline tsistrans isomeeria puudub.
ülesanne 15.21. Kirjutage kõigi võimalike kolmiksidemega C 5 H 8 isomeeride struktuurivalemid.
Kviitung. Atsetüleen moodustub kaltsiumkarbiidi hüdrolüüsil:
Teine praktiliselt oluline meetod atsetüleeni tootmiseks põhineb metaani kiirel kuumutamisel temperatuurini 1500-1600 °C. Sel juhul metaan laguneb ja samal ajal moodustub kuni 15% atsetüleeni. Gaaside segu jahutatakse kiiresti. Atsetüleen eraldatakse rõhu all olevas vees lahustamisega. Atsetüleeni mahuline lahustuvustegur on suurem kui teistel süsivesinikel: K V = 1,15 (15 ° C).
Alküünid tekivad siis, kui kahekordne dihalogeeni derivaatide kõrvaldamine:
näide 15.4. Kuidas saada butüün-2 buteen-1-st nelja sammuga?
lahendus. Kirjutame reaktsioonivõrrandid.
Keemilised omadused. Atsetüleen plahvatab temperatuuril -500 ° C või rõhul üle 20 atm, lagunedes metaani lisandiga kivisöeks ja vesinikuks. Atsetüleeni molekulid võivad ka omavahel kombineerida. CuCl juuresolekul toimub dimerisatsioon vinüülatsetüleeni moodustumisega:
ülesanne 15.22. Nimetage vinüülatsetüleen vastavalt süstemaatilisele nomenklatuurile.
Kuumutatud söel üle lasta atsetüleen trimeriseerub, moodustades benseeni:
Nõrgalt aluselises keskkonnas kaaliumpermanganaat oksüdeerib alküüne säilitades σ-sidemed süsinikuaatomite vahel:
Selles näites on reaktsiooniproduktiks kaaliumoksalaat, oksaalhappe sool. Oksüdeerimine kaaliumpermanganaadiga happelises keskkonnas viib kolmiksideme täieliku lõhustumiseni:
ÜLESANNE 15.23. Koostage võrrand butüün-2 oksüdeerimiseks kaaliumpermanganaadiga nõrgalt aluselises keskkonnas.
Vaatamata molekulide suurele küllastumatusele on elektrofiilsed liitumisreaktsioonid alküünides raskemad (aeglasemad) kui alkeenides. Alküünid lisavad järjestikku kaks halogeeni molekuli. Vesinikhalogeniidide ja vee lisamisel järgitakse Markovnikovi reeglit. Vee lisamiseks on vaja katalüsaatorit - elavhõbesulfaati happelises keskkonnas (Kucherovi reaktsioon):
Hüdroksüülrühm OH on seotud sp 2 -yvnepo maja, ebastabiilne. Elektronpaar liigub hapnikust lähima süsinikuaatomini ja prooton liigub järgmise süsinikuaatomini:
Seega on propüüni ja veega reaktsiooni lõppsaadus oksoühend atsetoon.
Vesiniku asendusreaktsioon. Sp hübridisatsiooni olekus süsinikku iseloomustab veidi suurem elektronegatiivsus kui olekus sp 2 ja sp3. Seetõttu suureneb alküünides CH-sideme polaarsus ja vesinik muutub suhteliselt liikuvaks. Alküünid reageerivad raskmetallide soolade lahustega, moodustades asendusprodukte. Atsetüleeni puhul nimetatakse neid tooteid atsetüliidid:
Kaltsiumkarbiid kuulub ka atsetüleniidide hulka (lk 364). Tuleb märkida, et leelis- ja leelismuldmetallide atsetüleniidid hüdrolüüsitakse täielikult. Atsetüliidid reageerivad süsivesinike halogeenderivaatidega, moodustades erinevaid atsetüleeni homolooge.
Reaktsiooni käigus katkevad reageerivate ainete molekulides osad keemilised sidemed ja tekivad teised. Orgaanilised reaktsioonid liigitatakse reageerivate osakeste keemiliste sidemete katkemise tüübi järgi. Neist saab eristada kahte suurt reaktsioonide rühma – radikaalset ja ioonset.
Radikaalsed reaktsioonid on protsessid, mis kaasnevad kovalentse sideme homolüütilise katkemisega. Homolüütilise rebenemise korral jagatakse sidet moodustav elektronide paar nii, et iga moodustunud osake võtab vastu ühe elektroni. Homolüütilise rebendi tulemusena moodustuvad vabad radikaalid:
Neutraalset aatomit või osakest paaritu elektroniga nimetatakse vabaks radikaaliks.
Ioonreaktsioonid on protsessid, mis toimuvad kovalentsete sidemete heterolüütilise katkemisega, kui mõlemad sideme elektronid jäävad ühele eelnevalt seotud osakestest:
Heterolüütilise sideme lõhustamise tulemusena saadakse laetud osakesed: nukleofiilsed ja elektrofiilsed.
Nukleofiilne osake (nukleofiil) on osake, mille välisel elektroonilisel tasandil on elektronide paar. Tänu elektronide paarile on nukleofiilil võimalik moodustada uus kovalentne side.
Elektrofiilne osake (elektrofiil) on osake, millel on täitmata välimine elektrooniline nivoo. Elektrofiil kujutab endast täitmata vabu orbitaale kovalentse sideme moodustamiseks tänu osakese elektronidele, millega see interakteerub.
Orgaanilises keemias vaadeldakse kõiki struktuurimuutusi reaktsioonis osaleva süsinikuaatomi (või aatomite) suhtes.
Vastavalt ülaltoodule klassifitseeritakse metaani kloorimine valguse toimel radikaalasenduseks, halogeenide lisamine alkeenidele elektrofiilseks lisamiseks ja alküülhalogeniidide hüdrolüüs nukleofiilseks asenduseks.
Kõige levinumad on järgmised toimingutüübid.
Peamised keemiliste reaktsioonide liigid
I. Asendusreaktsioonid(ühe või mitme vesinikuaatomi asendamine halogeeniaatomite või spetsiaalse rühmaga) RCH 2 X + Y → RCH 2 Y + X
II. Lisamisreaktsioonid RCH=CH2 + XY → RCHX-CH2Y
III. Lõhustamise (eliminatsiooni) reaktsioonid RCHX-CH 2 Y → RCH=CH 2 + XY
IV. Isomerisatsioonireaktsioonid (ümberkorraldused)
v. Oksüdatsioonireaktsioonid(koostoime õhuhapniku või oksüdeeriva ainega)
Seda tüüpi eespool loetletud reaktsioonid esinevad ka spetsialiseerunud ja registreeritud reaktsioonid.
Spetsialiseerunud:
1) hüdrogeenimine (koostoime vesinikuga)
2) dehüdrogeenimine (lõhustamine vesiniku molekulist)
3) halogeenimine (koostoime halogeeniga: F 2, Cl 2, Br 2, I 2)
4) dehalogeenimine (halogeeni molekulist lõhustamine)
5) hüdrohalogeenimine (koostoime vesinikhalogeniidiga)
6) dehüdrohalogeenimine (lõhustamine vesinikhalogeniidi molekulist)
7) hüdratsioon (koostoime veega pöördumatus reaktsioonis)
8) dehüdratsioon (lõhustumine veemolekulist)
9) hüdrolüüs (koostoime veega pöörduvas reaktsioonis)
10) polümerisatsioon (mitmekordselt suurendatud süsiniku skeleti saamine identsetest lihtsatest ühenditest)
11) polükondensatsioon (mitmekordselt suurendatud süsiniku skeleti saamine kahest erinevast ühendist)
12) sulfoneerimine (koostoime väävelhappega)
13) nitreerimine (koostoime lämmastikhappega)
14) lõhenemine (süsiniku skeleti vähenemine)
15) pürolüüs (keeruliste orgaaniliste ainete lagunemine lihtsamateks kõrgete temperatuuride mõjul)
16) alküülimisreaktsioon (alkaani radikaali sisestamine valemisse)
17) atsüülimisreaktsioon (-C (CH 3) O rühma sisestamine valemisse)
18) aromatiseerimisreaktsioon (areenide seeria süsivesinike moodustumine)
19) dekarboksüülimisreaktsioon (karboksüülrühma -COOH molekulist lõhustumine)
20) esterdamisreaktsioon (alkoholi reaktsioon happega või estri saamine alkoholist või karboksüülhappest)
21) "hõbepeegli" reaktsioon (koostoime hõbeoksiidi (I) ammoniaagilahusega)
Nominaalsed reaktsioonid:
1) Wurtzi reaktsioon (süsiniku karkassi pikenemine halogeenitud süsivesiniku ja aktiivse metalli interaktsiooni ajal)
2) Kucherovi reaktsioon (aldehüüdi saamine atsetüleeni reageerimisel veega)
3) Konovalovi reaktsioon (alkaani reaktsioon lahjendatud lämmastikhappega)
4) Wagneri reaktsioon (kaksiksidemega süsivesinike oksüdeerimine oksüdeeriva aine hapnikuga nõrgalt aluselises või neutraalses keskkonnas normaalsetes tingimustes)
5) Lebedevi reaktsioon (alkoholide dehüdrogeenimine ja dehüdratsioon alkadieenide tootmisel)
6) Friedel-Craftsi reaktsioon (areeni alküülimisreaktsioon kloroalkaaniga benseeni homoloogide saamiseks)
7) Zelinsky reaktsioon (benseeni saamine tsükloheksaanist dehüdrogeenimise teel)
8) Kirchhoffi reaktsioon (tärklise muundamine glükoosiks väävelhappe katalüütilise toimega)
Tunni teema: Keemiliste reaktsioonide tüübid orgaanilises keemias.
Tunni tüüp: õppetund ja uue materjali esmane kinnistamine.
Tunni eesmärgid: luua tingimused teadmiste kujunemiseks orgaaniliste ainete keemiliste reaktsioonide kulgemise tunnuste kohta nende klassifikatsiooniga tutvumisel, kinnistada reaktsioonivõrrandite kirjutamise oskust.
Tunni eesmärgid:
Õppetöö: uurida reaktsiooniliike orgaanilises keemias, tuginedes õpilaste teadmistele anorgaanilise keemia reaktsiooniliikide kohta ja nende võrdlemisest orgaanilise keemia reaktsiooniliikidega.
Arendav: soodustada loogilise mõtlemise ja intellektuaalsete oskuste arengut (analüüsida, võrrelda, luua põhjus-tagajärg seoseid).
Hariduslik: jätkata vaimse töö kultuuri kujundamist; suhtlemisoskus: kuulata ära teiste arvamus, tõestada oma seisukohta, leida kompromisse.
Õppemeetodid:verbaalne (jutt, selgitus, probleemipüstitus); visuaalne (multimeedia visuaalne abivahend); heuristilised (kirjalikud ja suulised harjutused, probleemide lahendamine, testülesanded).
Haridusvahendid:sise- ja interdistsiplinaarsete seoste rakendamine, multimeedia visuaalne abivahend (esitlus), sümboolne-graafiline tabel.
Tehnoloogia: koostööpedagoogika elemendid, õpilasekeskne õpe (pädevuspõhine õpe, inimlik-personaalne tehnoloogia, individuaalne ja diferentseeritud lähenemine), info- ja kommunikatsioonitehnoloogia, tervist säästvad haridustehnoloogiad (organisatsiooni- ja pedagoogiline tehnoloogia).
Tunni käigu lühikirjeldus.
I. Organisatsioonietapp: õpetaja ja õpilaste vastastikused tervitused; õpilaste tunniks valmisoleku kontrollimine; tähelepanu ja meeleolu organiseerimine tunniks.
Kodutööde kontrollimine.Küsimused kontrollimiseks: 1. Lõpeta laused: a) Isomeerid on ... b) Funktsionaalrühm on ... 2. Klassifitseerige näidatud ainete valemid (valemid on kaartidel) ja nimetage ühendite klassid. kuhu nad kuuluvad. 3. Tehke võimalikuks molekulaarvalemitele vastavad isomeeride lühendatud struktuurivalemid (näiteks: C 6H14, C3H6O)
Uue materjali õppimise teema ja ülesannete kajastamine; mis näitab selle praktilist tähtsust.
II. Uue materjali õppimine:
Teadmiste värskendus.(Õpetaja jutt põhineb slaidiskeemidel, mida õpilased viitemärkmeks vihikutesse üle kannavad)
Keemilised reaktsioonid on keemiateaduse põhiobjekt. (Slaid 2)
Keemiliste reaktsioonide käigus muutub üks aine teiseks.
Reaktiiv 1 + Reagent 2 = tooted (anorgaaniline keemia)
Substraat + ründereaktiiv = tooted (orgaaniline keemia)
Paljudes orgaanilistes reaktsioonides ei muutu mitte kõik molekulid, vaid nende reaktsiooniosad (funktsionaalsed rühmad, nende üksikud aatomid jne), mida nimetatakse reaktsioonikeskusteks. Substraat on aine, milles vana süsinikuaatom puruneb ja tekib uus side ning sellele mõjuvat ühendit või selle reaktiivset osakest nimetatakse reagendiks.
Anorgaanilisi reaktsioone klassifitseeritakse mitme kriteeriumi järgi: lähteainete ja saaduste arvu ja koostise järgi (ühendid, lagunemine, asendus, vahetus), termilise efekti järgi (ekso- ja endotermiline), oksüdatsiooni muutumise järgi. aatomite olek, vastavalt protsessi pöörduvusele, faasile (homo- ja heterogeenne), kasutades katalüsaatorit (katalüütiline ja mittekatalüütiline). (Slaidid 3,4)
Tunni etapi tulemuseks on ülesande täitmine õpilaste poolt (slaid 5), mis võimaldab proovile panna oma oskused keemiliste reaktsioonide võrrandite kirjutamisel, stöhhiomeetriliste kordajate järjestamisel ja anorgaaniliste reaktsioonide klassifitseerimisel. (Pakutakse ülesandeid erinevatel tasemetel)
("Aju" võimlemise harjutus kognitiivsete ja vaimsete protsesside arendamiseks - "Öökull": parandab visuaalset mälu, tähelepanu ja leevendab stressi, mis tekib pikaajalisel istumisel.)Haara parema käega oma vasakust õlast ja pigista seda, pööra vasakule nii, et vaataks tagasi, hinga sügavalt ja lükka õlad tahapoole. Nüüd vaadake üle teise õla, langetage lõug rinnale ja hingake sügavalt, lastes lihastel lõdvestuda..
Uue materjali esitlus.(Materjali esitlemise ajal teevad õpilased vihikusse märkmeid, millele õpetaja keskendub – slaiditeave)
Reaktsioonid, milles osalevad orgaanilised ühendid, järgivad samu seadusi (massi ja energia jäävuse seadus, massi mõju seadus, Hessi seadus jne) ja näitavad samu mustreid (stöhhiomeetriline, energia, kineetiline) nagu anorgaaniliste ainete reaktsioonid. (6. slaid)
Orgaanilised reaktsioonid liigitatakse tavaliselt toimumismehhanismide, suuna ja reaktsiooni lõppproduktide järgi. (Slaid 7)
Kovalentsete sidemete katkemise viis määrab reaktsioonimehhanismi tüübi. Reaktsioonimehhanismi raames saate mõista reaktsiooni etappide järjestust, näidates igas etapis moodustunud vaheosakesi. (Reaktsioonimehhanism kirjeldab selle kulgu, st reagentide elementaarsete interaktsioonide jada, mille kaudu see voolab.)
Orgaanilises keemias eristatakse kahte peamist reaktsioonimehhanismi tüüpi: radikaalne (homolüütiline) ja ioonne (heterolüütiline). (8. slaid)
Homolüütilise rebenemise korral jagatakse sidet moodustav elektronide paar nii, et iga moodustunud osake võtab vastu ühe elektroni. Homolüütilise rebendi tulemusena moodustuvad vabad radikaalid:
X:Y → X . + . Y
Neutraalset aatomit või osakest paaritu elektroniga nimetatakse vabaks radikaaliks.
Heterolüütilise sideme lõhustamise tulemusena saadakse laetud osakesed: nukleofiilsed ja elektrofiilsed.
X:Y → X + + :Y -
Nukleofiilne osake (nukleofiil) on osake, mille välisel elektroonilisel tasandil on elektronide paar. Tänu elektronide paarile on nukleofiilil võimalik moodustada uus kovalentne side.
Elektrofiilne osake (elektrofiil) on osake, millel on välisel elektroonilisel tasandil vaba orbitaal. Elektrofiil kujutab endast täitmata vabu orbitaale kovalentse sideme moodustamiseks tänu osakese elektronidele, millega see interakteerub.
Radikaalsetel reaktsioonidel on iseloomulik ahelmehhanism, mis hõlmab kolme etappi: tuuma moodustumine (algatamine), areng (kasv) ja ahela lõpetamine. (9. slaid)
Ioonreaktsioonid toimuvad keemilisi sidemeid moodustavaid elektronpaare purustamata: mõlemad elektronid lähevad aniooni moodustumisega reaktsioonisaaduse ühe aatomi orbitaalile. (Slaid 10) Kovalentse polaarse sideme heterolüütiline lagunemine viib nukleofiilide (anioonide) ja elektrofiilide (katioonide) moodustumiseni. Sõltuvalt ründava reagendi olemusest võivad reaktsioonid olla nukleofiilsed või elektrofiilsed.
Vastavalt keemilise muundamise suunale ja lõpptulemusele jagunevad orgaanilised reaktsioonid järgmisteks tüüpideks: asendamine, lisamine, elimineerimine (eliminatsioon), ümberkorraldamine (isomerisatsioon), oksüdatsioon ja redutseerimine. (11. slaid)
Asenduse all mõistetakse aatomi või aatomite rühma asendamist teise aatomi või aatomite rühmaga. Asendusreaktsiooni tulemusena moodustub kaks erinevat produkti.
R-CH2X + Y → R-CH2Y + X
Liitmisreaktsiooni all mõistetakse aatomi või aatomite rühma sisestamist küllastumata ühendi molekuli, millega kaasneb selle ühendi katkemine π-sidemetes. Interaktsiooni käigus muundatakse kaksiksidemed üksiksidedeks ja kolmiksidemed kaksiks- või üksiksidemeteks.
R-CH=CH2 + XY → RCHX-CH2Y
Probleem: millist tüüpi reaktsiooni saab klassifitseerida polümerisatsioonireaktsiooniks? Tõestage, et see kuulub teatud tüüpi reaktsioonide hulka, ja tooge näide.
Lisamisreaktsioonide hulka kuuluvad ka polümerisatsioonireaktsioonid (näiteks: polüetüleeni saamine etüleenist).
n(CH2 \u003d CH2) → (-CH2-CH2-) n
Eliminatsioonireaktsioonid ehk lõhustamine on reaktsioonid, mille käigus aatomid või nende rühmad eraldatakse orgaanilisest molekulist, moodustades mitmiksideme.
R-CHX-CH2Y → R-CH=CH2 + XY
Ümberkorraldusreaktsioonid (isomerisatsioon). Seda tüüpi reaktsioonis toimub aatomite ja nende rühmade ümberpaigutamine molekulis.
Polükondensatsioonireaktsioonid on asendusreaktsioonid, kuid neid eristatakse sageli kui orgaaniliste reaktsioonide eritüüpi, millel on spetsiifilised omadused ja suur praktiline tähtsus.
Oksüdatsiooni-redutseerimisreaktsioonidega kaasneb süsinikuaatomi oksüdatsiooniastme muutumine ühendites, kus süsinikuaatom on reaktsioonikeskus.
Oksüdatsioon on reaktsioon, mille käigus aine ühineb oksüdeeriva reagendi toimel hapnikuga (või mõne muu elektronegatiivse elemendiga, näiteks halogeeniga) või kaotab vesiniku (vee või molekulaarse vesiniku kujul). Oksüdeeriva reagendi toime (oksüdatsioon) on reaktsiooniskeemil tähistatud sümboliga [O].
[o]
CH 3 CHO → CH 3 COOH
Taastumine on oksüdatsiooni pöördreaktsioon. Redutseeriva reagendi toimel võtab ühend vastu vesinikuaatomeid või kaotab hapnikuaatomeid: redutseeriva reagendi toimet (redutseerimist) tähistab sümbol [H].
[H]
CH3COCH3 → CH3CH(OH)CH3
Hüdrogeenimine on reaktsioon, mis on redutseerimise erijuht. Vesinik lisatakse katalüsaatori juuresolekul mitmiksidemele või aromaatsele tuumale.
Õpitud materjali kinnistamiseks sooritavad õpilased kontrollülesande: slaidid 12.13.
III. Kodutöö: § 8 (harjutus 2), 9
IV. Kokkuvõtteid tehes
Järeldused: (14. slaid)
Orgaanilised reaktsioonid järgivad üldisi seadusi (massi ja energia jäävuse seadus) ja nende kulgemise üldseadusi (energia, kineetiline - näitab erinevate tegurite mõju reaktsioonikiirusele).
Neil on kõikide reaktsioonide jaoks ühised omadused, kuid neil on ka oma iseloomulikud tunnused.
Reaktsioonimehhanismi järgi jagunevad nad homolüütiliseks (vaba radikaal) ja heterolüütiliseks (elektrofiilne-nukleofiilne).
Keemilise muundamise suuna ja lõpptulemuse järgi eristatakse reaktsioone: asendamine, lisamine, elimineerimine (eliminatsioon), ümberkorraldamine (isomerisatsioon), polükondensatsioon, oksüdatsioon ja redutseerimine.
Kasutatud raamatud:UMK: O.S. Gabrielyan jt Keemia 10 M. Bustard 2013
Eelvaade:
Esitluste eelvaate kasutamiseks looge Google'i konto (konto) ja logige sisse: https://accounts.google.com
Slaidide pealdised:
Keemiliste reaktsioonide tüübid orgaanilises keemias.
Keemiline reaktsioon on ühe aine muundumine teiseks. Reaktsiooni tulemusena saadud ained erinevad lähteainetest koostise, struktuuri ja omaduste poolest. Reagent 1 + Reagent 2 = Tooted Substraat + Ründaja = Tooted Reaktiiv
Anorgaanilise keemia keemiliste reaktsioonide klassifitseerimise tunnused lähteainete ja saaduste arvu ja koostise järgi termilise efekti järgi vastavalt aatomite oksüdatsiooniastme muutumisele protsessi pöörduvuse järgi vastavalt faasile vastavalt katalüsaatori kasutamisele
Klassifikatsioon lähte- ja tekkivate ainete arvu ja koostise järgi: Ühendusreaktsioonid: A + B = AB Zn + Cl 2 = ZnCl 2 CaO + CO 2 = CaCO 3 Lagunemisreaktsioonid: AB = A + B 2H 2 O = 2H 2 + O 2 Cu (OH) 2 \u003d CuO + H 2 O Asendusreaktsioonid: AB + C \u003d A + CB CuSO 4 + Fe \u003d Cu + FeSO 4 Cr 2 O 3 + 2Al \u003d 2Cr + Al 2 O 3 Vahetusreaktsioonid: AB + CD \u003d AD + CB CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
Reaktsiooniskeemid on antud: 1. Vask(II)hüdroksiid → vask(II)oksiid + vesi 2. Baariumkloriid + naatriumsulfaat → ... 3. Vesinikkloriidhape + tsink → tsinkkloriid + vesinik 4. Fosfor(V)oksiid + vesi → ... I tase: märkige reaktsioonide liigid, kirjutage üles üks võrranditest (valikuline). II tase: märkige reaktsioonide liigid, kirjutage üles üks võrranditest, milles tooteid pole märgitud (valikuline). III tase: märkige reaktsioonide liigid ja kirjutage üles kõik võrrandid.
Reaktsioonid, milles osalevad orgaanilised ühendid, järgivad samu seadusi (massi ja energia jäävuse seadus, massi mõju seadus, Hessi seadus jne) ja näitavad samu mustreid (stöhhiomeetriline, energia, kinemaatiline) nagu anorgaanilised reaktsioonid.
Orgaanilised reaktsioonid klassifitseeritakse tavaliselt kulgemise mehhanismide järgi Reaktsioonimehhanismi all mõistetakse reaktsiooni üksikute etappide järjestust, mis näitab igas nimetatud etapis moodustunud vaheosakesi. reaktsiooni suunas ja lõppproduktid - lisamine; - lahkuminek (elimineerimine); - asendused; - ümberkorraldamine (isomerisatsioon); - oksüdatsioon; - taastumine.
Kovalentse sideme katkestamise meetod määrab reaktsioonimehhanismi tüübi: Radikaalne (homolüütiline) X:Y → X. + . Y R . (X . , . Y) - radikaalid (vabad aatomid või osakesed paaritute elektronidega, ebastabiilsed ja võimelised keemilisi muundumisi tegema) Ioonsed (heterolüütilised) X: Y → X + +: Y - X + - elektrofiilne reaktiiv (elektrofiil: armastav) elektron ) :Y - - nukleofiilne reaktiiv (nukleofiil: prootonit armastav)
Radikaalsetel reaktsioonidel on ahelmehhanism, mis hõlmab järgmisi etappe: tuuma moodustumine, areng ja ahela lõpetamine. Aheltuuma moodustumine (initsiatsioon) Cl 2 → Cl. +Cl. CH 4 + Cl ahela kasv (areng). → CH3. + H Cl CH3. + Cl2 → CH3-Cl + Cl. CH 3 ahela katkemine. +Cl. → CH3ClCH3. +CH3. → CH3-CH3CI. +Cl. →Cl2
Ioonreaktsioonid toimuvad keemilisi sidemeid moodustavaid elektronpaare purustamata: mõlemad elektronid lähevad aniooni moodustumisega reaktsioonisaaduse ühe aatomi orbitaalile. Kovalentse polaarse sideme heterolüütiline lagunemine viib nukleofiilide (anioonide) ja elektrofiilide (katioonide) moodustumiseni. CH 3 -Br + Na + OH - → CH 3 -OH + Na + Br - substraadi reagendi reaktsiooniproduktid (nukleofiil) C 6 H 5 -H + HO: NO 2 → C 6 H 5 -NO 2 + H-OH substraat reaktiivi reaktsiooni saadused (elektrofiilsed)
Klassifikatsioon suuna ja lõpptulemuse järgi Asendusreaktsioonid A-B + C → A-C + B Liitmisreaktsioonid C \u003d C + A-B → A-C-C-B Eliminatsioonireaktsioonid A-C-C-B → C \u003d C + A-B Ümberkorraldamise (isomerisatsiooni) reaktsioonidega X-A-B → A-B-X Ox kaasnevad idatsiooni- ja redutseerimisreaktsioonid süsinikuaatomi oksüdatsiooniastme muutus ühendites, kus süsinikuaatom on reaktsioonikeskus. Probleem: millist tüüpi reaktsioone võib seostada polümerisatsioonireaktsiooniga? Tõestage, et see kuulub teatud tüüpi reaktsioonide hulka, ja tooge näide.
Test. 1. Korreleerida: Keemia osa Reaktsiooni tüüp Anorgaaniline a) asendamine b) vahetus Orgaaniline c) ühendid d) lagunemine e) eliminatsioon f) isomerisatsioon g) lisamine 2. Korreleerida: Reaktsiooniskeem Reaktsiooni tüüp AB + C → AB + C a) asendamine ABC → AB + C b) ABC → DIA lisamine c) AB + C → AC + C elimineerimine d) isomerisatsioon
3. Butaan reageerib ainega, mille valem on: 1) H 2 O 2) C 3 H 8 3) Cl 2 4) HCl 4. Substraadiks kavandatud reaktsiooniskeemides on aine CH 3 -COOH (A) + C 2 H 5 -OH (B) → CH 3 COOS 2 H 5 + H 2 O CH 3 -CH 2 -OH (A) + H -Br (B) → CH3 -CH2-Br + H2O CH3-CH2-Cl (A) + Na-OH (B) → CH2 \u003d CH2 + NaCl + H2O 5. võrrandi vasak pool C 3 H 4 + 5O 2 → ... vastab paremale poolele: → C 3 H 6 + H 2 O → C 2 H 4 + H 2 O → 3CO 2 + 4H 2 O → 3CO 2 + 2H 2 O 6. Hapniku kogus, mis on vajalik 5 l metaani täielikuks põlemiseks, võrdub 1) 1 l 2) 5 l 3) 10 l 4) 15 l
Järeldused Orgaanilised reaktsioonid järgivad oma kulgemise üldseadusi ja üldseadusi. Neil on kõigi reaktsioonide jaoks ühised omadused, kuid neil on ka oma iseloomulikud tunnused. Reaktsiooni mehhanismi järgi jagunevad need vabadeks radikaalideks ja ioonseteks. Vastavalt keemilise muundamise suunale ja lõpptulemusele: asendamine, lisamine, oksüdatsioon ja redutseerimine, isomerisatsioon, eliminatsioon, polükondensatsioon jne.
