Cheminių reakcijų rūšys organinėje chemijoje – Žinių prekybos centras. Organinių reakcijų mechanizmai – pakeitimas, pridėjimas, pašalinimas Pagrindinės cheminių reakcijų rūšys organinėje chemijoje
>> Chemija: cheminių reakcijų rūšys organinėje chemijoje
Organinių medžiagų reakcijas formaliai galima suskirstyti į keturis pagrindinius tipus: pakeitimą, pridėjimą, pašalinimą (eliminaciją) ir pertvarkymą (izomerizaciją). Akivaizdu, kad visos organinių junginių reakcijų įvairovės negalima suvesti į siūlomą klasifikaciją (pavyzdžiui, degimo reakcijos). Tačiau tokia klasifikacija padės nustatyti analogijas su reakcijų, vykstančių tarp neorganinių medžiagų, klasifikacijomis, jau žinomomis iš neorganinės chemijos kurso.
Paprastai pagrindinis organinis junginys, dalyvaujantis reakcijoje, vadinamas substratu, o kitas reakcijos komponentas sąlyginai laikomas reagentu.
Pakeitimo reakcijos
Reakcijos, kurių metu vienas atomas ar atomų grupė pradinėje molekulėje (substrate) pakeičiami kitais atomais ar atomų grupėmis, vadinamos pakeitimo reakcijomis.
Pakeitimo reakcijos apima sočiuosius ir aromatinius junginius, tokius kaip alkanai, cikloalkanai arba arenai.
Pateiksime tokių reakcijų pavyzdžių.
Yra skirtingos organinių reakcijų klasifikavimo sistemos, pagrįstos skirtingomis savybėmis. Tarp jų yra šios klasifikacijos:
- įjungta galutinis reakcijos rezultatas, tai yra substrato struktūros pasikeitimas;
- įjungta reakcijos mechanizmas, tai yra pagal jungties nutraukimo tipą ir reagentų tipą.
Medžiagos, sąveikaujančios organinėje reakcijoje, skirstomos į reagentas ir substratas. Šiuo atveju laikoma, kad reagentas atakuoja substratą.
APIBRĖŽIMAS
Reagentas– medžiaga, kuri veikia objektą – substratą – ir sukelia jame esančio cheminio ryšio pasikeitimą. Reagentai skirstomi į radikalinius, elektrofilinius ir nukleofilinius.
APIBRĖŽIMAS
Substratas paprastai laikoma molekule, kuri suteikia anglies atomą naujam ryšiui.
REAKCIJŲ KLASIFIKACIJA PAGAL GALUTINĮ REZULTATĄ (PAGRINDO STRUKTŪROS POKYČIAI)
Organinėje chemijoje pagal galutinį rezultatą ir substrato struktūros pasikeitimą išskiriami keturi reakcijų tipai: papildymas, pakeitimas, atskyrimas, arba pašalinimas(iš anglų kalbos. pašalinti- pašalinti, atskirti) ir pertvarkymai (izomerizacijos)). Tokia klasifikacija yra panaši į neorganinės chemijos reakcijų klasifikaciją pagal pradinių reagentų ir susidariusių medžiagų skaičių, su sudėties pasikeitimu arba be jo. Klasifikavimas pagal galutinį rezultatą grindžiamas formaliais požymiais, nes stechiometrinė lygtis, kaip taisyklė, neatspindi reakcijos mechanizmo. Palyginkime neorganinės ir organinės chemijos reakcijų tipus.
Reakcijos tipas neorganinėje chemijoje | Pavyzdys | Reakcijos tipas organinėje chemijoje | Įvairovė ir pavyzdys Reakcijos |
|---|---|---|---|
1. Ryšys | C l2 + H2 = 2 H Cl | Tvirtinimas keliomis jungtimis | hidrinimas |
Hidrohalogeninimas
|
|||
Halogeninimas
|
|||
Hidratacija
|
|||
2. Skilimas | 2
H2
O = 2 H2
+
O2
| pašalinimas | Dehidrogenavimas
|
Dehidrohalogeninimas
|
|||
Dehalogeninimas
|
|||
Dehidratacija
|
|||
3. Pakeitimas | Z n + 2 H C l =ZnCl2+H2 | pakeitimas |
|
4. Keitimas (ypatingas atvejis – neutralizavimas) | H2 S O4 + 2 N a O H\u003d N a 2 S O 4 + 2 H 2 O | ypatingas atvejis – esterifikacija |
|
5. Allotropizacija | grafitas ⇔ deimantas Praudona⇔ Pbaltas Pred⇔P balta Srombas.⇔ Srezervuaras Srombas⇔Splastas. | Izomerizacija | Izomerizacija alkanai
|
n) nekeičiant jų kitais.
Priklausomai nuo to, kurie atomai yra atskirti - kaimyniniai C–C arba izoliuoti dviem ar trimis ar daugiau anglies atomų - C-C-C- C–, –C-C-C-C- C- gali sudaryti junginius su kelios obligacijos ir arba cikliniai junginiai. Vandenilio halogenidai pašalinami iš alkilhalogenidų arba vanduo iš alkoholių vyksta pagal Zaicevo taisyklę.
APIBRĖŽIMAS
Zaicevo taisyklė: vandenilio atomas H yra atskirtas nuo mažiausiai hidrinto anglies atomo.
Pavyzdžiui, vandenilio bromido molekulė atsiskiria nuo gretimų atomų, esant šarmams, susidarant natrio bromidui ir vandeniui.
APIBRĖŽIMAS
pergrupavimas- cheminė reakcija, dėl kurios pasikeičia tarpusavio atomų išsidėstymas molekulėje, juda daugybiniai ryšiai arba pakinta jų daugyb.
Pertvarkymas gali būti atliekamas išsaugant molekulės atominę sudėtį (izomerizaciją) arba keičiant ją.
APIBRĖŽIMAS
Izomerizacija- ypatingas pertvarkymo reakcijos atvejis, dėl kurio cheminis junginys virsta izomeru dėl struktūrinių anglies skeleto pokyčių.
Pertvarkymas taip pat gali būti atliekamas homolitiniu arba heterolitiniu mechanizmu. Molekuliniai persitvarkymai gali būti klasifikuojami pagal skirtingus kriterijus, pavyzdžiui, pagal sistemų prisotinimą, pagal migruojančios grupės pobūdį, pagal stereospecifiškumą ir kt.. Daugelis persitvarkymo reakcijų turi specifinius pavadinimus – Claiseno persitvarkymas, Beckmano persitvarkymas ir kt.
Izomerizacijos reakcijos plačiai naudojamos pramoniniuose procesuose, tokiuose kaip naftos perdirbimas, siekiant padidinti benzino oktaninį skaičių. Izomerizacijos pavyzdys yra transformacija n nuo oktaninio iki izooktaninio skaičiaus:
ORGANINIŲ REAKCIJŲ KLASIFIKACIJA PAGAL REAGENTŲ RŪŠĮ
ATJUNGIMAS
Ryšių skilimas organiniuose junginiuose gali būti homolitinis arba heterolitinis. 
APIBRĖŽIMAS
Homolizinio ryšio nutraukimas- tai yra toks tarpas, dėl kurio kiekvienas atomas gauna nesuporuotą elektroną ir susidaro dvi dalelės, turinčios panašią elektroninę struktūrą - laisvą radikalai.
Homolizinis tarpas būdingas nepoliariniam arba silpnai poliniam jungiasi, pavyzdžiui, C–C, Cl–Cl, C–H, ir reikalauja daug energijos.
Susidarę radikalai su nesuporuotu elektronu yra labai reaktyvūs, todėl cheminiai procesai, vykstantys dalyvaujant tokioms dalelėms, dažnai būna „grandinio“ pobūdžio, juos sunku kontroliuoti, o dėl reakcijos susidaro pakaitinių produktų rinkinys. gaunamas. Taigi, chlorinant metaną, pakaitiniai produktai yra chlormetanas C H3 C l CH3Cl, dichlormetanas C H2 C l2 CH2Cl2, chloroformas C H C l3 CHCl3 ir anglies tetrachloridas C C l4 CCl4. Reakcijos, kuriose dalyvauja laisvieji radikalai, vyksta pagal cheminių jungčių susidarymo mainų mechanizmą.
Šio ryšio plyšimo metu susidarę radikalai sukelia radikalus mechanizmas reakcijos eiga. Radikalios reakcijos dažniausiai vyksta aukštesnėje temperatūroje arba su spinduliuote (pvz., šviesa).
Dėl didelio reaktyvumo laisvieji radikalai gali neigiamai paveikti žmogaus organizmą, ardyti ląstelių membranas, paveikti DNR ir sukelti priešlaikinį senėjimą. Šie procesai pirmiausia yra susiję su lipidų peroksidacija, tai yra polinesočiųjų rūgščių, kurios sudaro riebalus ląstelės membranos viduje, struktūros sunaikinimu.
APIBRĖŽIMAS
Heterolitinės jungties nutraukimas- tai toks tarpas, kuriame elektronų pora lieka prie labiau elektronegatyvesnio atomo ir susidaro dvi įkrautos dalelės - jonai: katijonas (teigiamas) ir anijonas (neigiamas).
Cheminėse reakcijose šios dalelės atlieka " nukleofilai"(" phil "- iš gr. būti įsimylėjusiam) ir " elektrofilai“, sudarant cheminį ryšį su reakcijos partneriu donoro-akceptoriaus mechanizmu. Nukleofilinės dalelės suteikia elektronų porą naujam ryšiui susidaryti. Kitaip tariant,
APIBRĖŽIMAS
Nukleofilas- daug elektronų turintis cheminis reagentas, galintis sąveikauti su elektronų trūkumo junginiais.
Nukleofilų pavyzdžiai yra bet kokie anijonai ( C l− , aš− , N O− 3 Cl−,I−,NO3− ir tt), taip pat junginiai, turintys nepasidalintą elektronų porą ( N H3 , H2 O NH3, H2O).
Taigi, nutrūkus ryšiui, gali susidaryti radikalai arba nukleofilai ir elektrofilai. Remiantis tuo, išskiriami trys organinių reakcijų atsiradimo mechanizmai.
ORGANINIŲ REAKCIJŲ MECHANIZMAI
Laisvųjų radikalų mechanizmas: reakciją inicijuoja laisvieji radikalai, susidarę per homolizinis plyšimas ryšiai molekulėje.
Tipiškiausias variantas yra chloro arba bromo radikalų susidarymas UV spinduliuotės metu.
1. Laisvųjų radikalų pakeitimas
metano bromo
Grandinės inicijavimas
grandinės augimas
grandinės pertrauka
2. Laisvųjų radikalų priedas
eteno polietilenas
Elektrofilinis mechanizmas: reakcija prasideda elektrofilinėmis dalelėmis, kurios dėl to gauna teigiamą krūvį heterolizinis tarpas jungtys. Visi elektrofilai yra Lewis rūgštys.
Tokios dalelės aktyviai susidaro veikiant Lewiso rūgštys, kurios padidina teigiamą dalelės krūvį. Dažniausiai naudojamas A l C l3 , F e C l3 , F e B r3 , Z n C l2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 veikiantis kaip katalizatorius.
Dalelės-elektrofilo atakos vieta yra tos molekulės dalys, kuriose yra padidėjęs elektronų tankis, ty daugybinė jungtis ir benzeno žiedas.
Bendra elektrofilinių pakeitimo reakcijų forma gali būti išreikšta lygtimi:
1. Elektrofilinis pakaitalas
benzenas brombenzenas
2. elektrofilinis papildymas
propenas 2-brompropanas
propinas 1,2-dichlorpropenas
Prisirišimas prie asimetrinių nesočiųjų angliavandenilių vyksta pagal Markovnikovo taisyklę.
APIBRĖŽIMAS
Markovnikovo taisyklė: sudėtingų medžiagų molekulių pridėjimas prie nesimetrinių alkenų, kurių sąlyginė formulė HX (kur X yra halogeno atomas arba hidroksilo grupė OH–), vandenilio atomas yra prijungtas prie labiausiai hidrinto (turinčio daugiausia vandenilio atomų) anglies atomo su dviguba jungtis, o X – mažiausiai hidrinta.
Pavyzdžiui, vandenilio chlorido HCl pridėjimas prie propeno molekulės C H3 – CH = C H2 CH3–CH=CH2.
Reakcija vyksta elektrofilinio pridėjimo mechanizmu. Dėl elektronų donoro įtakos C H3 CH3-grupes, elektronų tankis substrato molekulėje perkeliamas į centrinį anglies atomą (indukcinis efektas), o po to pagal dvigubų jungčių sistemą į galinį anglies atomą. C H2 CH2-grupes (mezomerinis efektas). Taigi perteklinis neigiamas krūvis yra lokalizuotas būtent šiame atome. Todėl vandenilio protonas pradeda ataką H+ H+, kuri yra elektrofilinė dalelė. Susidaro teigiamai įkrautas karbeno jonas [C H3 – C H – C H3 ] + + , prie kurio prijungtas chloro anijonas C l− Cl−.
APIBRĖŽIMAS
Markovnikovo taisyklės išimtys: sudėjimo reakcija vyksta pagal Markovnikovo taisyklę, jei junginiai patenka į reakciją, kurioje anglies atomas, esantis greta dvigubos jungties anglies atomo, iš dalies pašalina elektronų tankį, tai yra, esant pakaitams, kurie pasižymi dideliu elektronų pasitraukimu. poveikis (– C C l3 , – C N , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOH ir pan.).
Nukleofilinis mechanizmas: reakciją pradeda neigiamą krūvį turinčios nukleofilinės dalelės, susidariusios dėl heterolizinis tarpas jungtys. Visi nukleofilai yra Lewiso įkūrimas.
Nukleofilinėse reakcijose reagentas (nukleofilas) turi laisvą elektronų porą viename iš atomų ir yra neutrali molekulė arba anijonas ( H a l– , O H– , R O− , R S– , R C O O– , R– , C N – , H2 O, R O H, N H3 , R N H2 Hal–,OH–,RO–,RS–,RCOO–,R–,CN–,H2O,ROH,NH3,RNH2 ir pan.).
Nukleofilas atakuoja substrate esantį atomą su mažiausiu elektronų tankiu (t.y. su daliniu arba visišku teigiamu krūviu). Pirmasis nukleofilinės pakaitos reakcijos žingsnis yra substrato jonizavimas, kad susidarytų karbokacija. Šiuo atveju dėl nukleofilo elektronų poros susidaro nauja jungtis, o senoji atlieka heterolitinį skilimą, vėliau pašalinant katijoną. Nukleofilinės reakcijos pavyzdys yra nukleofilinis pakaitalas (simbolis SN SN) prie sočiojo anglies atomo, pavyzdžiui, šarminė bromo darinių hidrolizė.
1. Nukleofilinis pakaitalas
2. Nukleofilinis papildymas
etanolis cianohidrinas
šaltinis http://foxford.ru/wiki/himiya
Organiniai junginiai gali reaguoti tiek tarpusavyje, tiek su neorganinėmis medžiagomis – nemetalais, metalais, rūgštimis, bazėmis, druskomis, vandeniu ir kt. Todėl jų reakcijos būna labai įvairios ir reaguojančių medžiagų prigimtimi, ir vykstančių transformacijų tipas. Yra daug registruotas reakcijos, pavadintos jas atradusių mokslininkų vardu.
Reakcijoje dalyvaujanti organinio junginio molekulė vadinama substratu.
Neorganinės medžiagos (molekulės, jono) dalelė organinėje reakcijoje vadinama reagentu.
Pavyzdžiui:
Cheminė transformacija gali apimti visą organinio junginio molekulę. Iš šių reakcijų labiausiai žinomas degimas, dėl kurio medžiaga virsta oksidų mišiniu. Jie turi didelę reikšmę energetikos sektoriuje, taip pat naikinant atliekas ir toksines medžiagas. Tiek chemijos mokslo, tiek praktikos požiūriu ypač įdomios reakcijos, dėl kurių kai kurios organinės medžiagos virsta kitomis. Molekulėje visada yra viena ar daugiau reaktyvių vietų, kuriose vyksta vienokios ar kitokios transformacijos.
Atomas arba atomų grupė molekulėje, kurioje vyksta cheminė transformacija, vadinami reakcijos centru.
Daugiaelementėse medžiagose reakcijos centrai yra funkcinės grupės ir anglies atomai, su kuriais jie yra susiję. Nesočiųjų angliavandenilių reakcijos centras yra anglies atomai, sujungti daugybine jungtimi. Sočiųjų angliavandenilių reakcijos centre vyrauja antriniai ir tretiniai anglies atomai.
Organinių junginių molekulėse dažnai yra keli reakcijos centrai, pasižymintys skirtingu aktyvumu. Todėl, kaip taisyklė, yra keletas lygiagrečių reakcijų, kurios suteikia skirtingus produktus. Greičiausia reakcija vadinama pagrindinis. Likusios reakcijos šalutiniai poveikiai. Gautame mišinyje daugiausia yra pagrindinės reakcijos produkto, o šalutinių reakcijų produktai yra priemaišos. Po reakcijos beveik visada reikia išvalyti pagrindinį produktą nuo organinių medžiagų priemaišų. Atkreipkite dėmesį, kad neorganinėje chemijoje medžiagos paprastai turi būti išvalytos nuo kitų cheminių elementų junginių priemaišų.
Jau buvo pažymėta, kad organinėms reakcijoms būdingas palyginti mažas greitis. Todėl būtina plačiai naudoti įvairias reakcijų pagreitinimo priemones – kaitinimą, švitinimą, katalizę. Katalizatoriai yra labai svarbūs organinėje chemijoje. Jų vaidmuo neapsiriboja didžiuliu laiko taupymu cheminiuose procesuose. Pasirinkus katalizatorius, greitinančius tam tikro tipo reakcijas, galima tikslingai vykdyti vieną ar kitą lygiagrečią reakciją ir gauti norimus produktus. Per organinių junginių pramonės egzistavimą naujų katalizatorių atradimas iš esmės pakeitė technologijas. Pavyzdžiui, etanolis ilgą laiką buvo gaunamas tik fermentuojant krakmolą, o tada perėjo prie jo gamybos.
vandens pridėjimas prie etileno. Norėdami tai padaryti, reikėjo rasti gerai veikiantį katalizatorių.
Organinės chemijos reakcijos klasifikuojamos pagal substrato virsmo pobūdį:
a) sudėjimo reakcijos (simbolis BET)- prie organinės molekulės yra prijungta maža molekulė (vanduo, halogenas ir kt.);
b) pakeitimo reakcijos (simbolis S) - organinėje molekulėje atomas (atomų grupė) susimaišęs su kitu atomu ar atomų grupe;
c) skilimo arba pašalinimo reakcijos (simbolis E)- organinė molekulė praranda kai kuriuos fragmentus, sudarydama, kaip taisyklė, neorganines medžiagas;
d) krekingas – molekulės padalijimas į dvi ar daugiau dalių, taip pat atstovaujančių organiniams junginiams;
e) skilimas – organinio junginio pavertimas paprastomis medžiagomis ir neorganiniais junginiais;
f) izomerizacija – molekulės pavertimas kitu izomeru;
g) polimerizacija – didelės molekulinės masės junginio susidarymas iš vieno ar kelių mažos molekulinės masės junginių;
h) polikondensacija - didelės molekulinės masės junginio susidarymas, tuo pačiu metu išleidžiant medžiagą, susidedančią iš mažų molekulių (vanduo, alkoholis).
Organinių junginių virsmo procesuose nagrinėjami du cheminių ryšių nutraukimo tipai.
Homolitinio ryšio nutrūkimas. Iš cheminės jungties elektronų poros kiekvienam atomui lieka vienas elektronas. Gautos dalelės, turinčios nesuporuotų elektronų, vadinamos laisvieji radikalai. Tokios dalelės sudėtis gali būti molekulė arba vienas atomas. Reakcija vadinama radikaliu (simbolis R):
Heterolitinis skilimas.Šiuo atveju vienas atomas išlaiko elektronų porą ir tampa baze. Dalelė, kurioje yra šis atomas, vadinama nukleofilas. Kitas atomas, neturintis elektronų poros, turi laisvą orbitą ir tampa rūgštimi. Dalelė, kurioje yra šis atomas, vadinama elektrofilas:
Pagal šį tipą n-jungtis ypač lengvai nutrūksta prižiūrint
Pavyzdžiui, kai kuri dalelė A, pritraukianti n-elektronų porą, pati sudaro ryšį su anglies atomu:
Ši sąveika pavaizduota šioje diagramoje: 
Jei organinio junginio molekulėje esantis anglies atomas priima elektronų porą, kurią vėliau perkelia į reagentą, reakcija vadinama elektrofiline, o reagentas – elektrofilu.
Elektrofilinių reakcijų atmainos – papildymas A E ir pakeitimas S E .
Kitas reakcijos etapas yra ryšio tarp C + atomo (jis turi laisvą orbitą) ir kito atomo, turinčio elektronų porą, susidarymas.
Jei organinio junginio molekulėje esantis anglies atomas praranda elektronų porą, o paskui priima ją iš reagento, reakcija vadinama nukleofiline, o reagentas – nukleofilu.
Nukleofilinių reakcijų atmainos – pridėjimas Ad ir pakeitimas S N .
Heterolitinis plyšimas ir cheminių jungčių susidarymas iš tikrųjų yra vienas koordinuotas procesas: laipsnišką esamos jungties plyšimą lydi naujo ryšio susidarymas. Koordinuotame procese aktyvavimo energija yra mažesnė.
KLAUSIMAI IR PRATIMAS
1. Deginant 0,105 g organinių medžiagų, susidarė 0,154 g anglies dvideginio, 0,126 g vandens ir 43,29 ml azoto (21 °C, 742 mm Hg). Pasiūlykite vieną iš galimų medžiagos struktūrinių formulių.
2. C 3 H 7 X molekulėje bendras elektronų skaičius yra 60. Nustatykite elementą X ir parašykite galimų izomerų formules.
3. 19,8 g junginio C 2 H 4 X 2 yra 10 mol elektronų. Identifikuokite elementą X ir parašykite galimų izomerų formules.
4. Dujų tūris 20 l at 22" C ir 101,7 kPa yra 2,5 10 I atomų ir jo tankis yra 1,41 g/l. Padarykite išvadas apie šių dujų prigimtį.
5. Nurodykite radikalą, turintį du izomerus: -C 2 H 5 , -C 3 H 7 , -CH 3 .
6. Nurodykite medžiagą, kurios virimo temperatūra aukščiausia: CH 3 OH, C 3 H 7 OH, C 5 H 11 OH.
7. Parašykite C 3 H 4 izomerų struktūrines formules.
8. Parašykite 2,3,4-trimetito-4-etilhepteno formulę. Pateikite dviejų šios medžiagos izomerų, turinčių vieną ir du ketvirtinius anglies atomus, struktūrines formules.
9. Parašykite 3,3-dimetilpentano formulę. Pateikite ciklinio angliavandenilio formulę be kelių jungčių su tuo pačiu anglies atomų skaičiumi. Ar tai izomerai?
10. Parašykite keturių elementų C 10 struktūros organinio junginio formulę, kurioje papildomų elementų atomai išsidėstę ties 2 ir 7 anglies atomais, o pavadinime yra šaknis „hepta“.
11. Pavadinkite angliavandenilį, turintį anglies struktūrą
12. Parašykite junginio struktūrinę formulę C 2 H X F X Cl X su skirtingais pakaitais kiekviename anglies atome.
angliavandeniliai
Angliavandeniliai yra vienos iš svarbiausių medžiagų, lemiančių šiuolaikinės civilizacijos gyvenimo būdą. Jie tarnauja kaip energijos šaltinis (energijos nešėjai) sausumos, oro ir vandens transportui, namų šildymui. Tai taip pat žaliava šimtams buitinės chemijos, pakavimo medžiagų ir tt gamyboje. Pirminis viso to šaltinis yra nafta ir gamtinės dujos. Valstybių gerovė priklauso nuo jų atsargų prieinamumo. Nafta sukėlė tarptautines krizes.
Tarp žinomiausių angliavandenilių yra metanas ir propanas, kurie naudojami buitinėse krosnyse. Metanas transportuojamas vamzdžiais, o propanas transportuojamas ir laikomas raudonuose cilindruose. Dar vieną angliavandenilį ilobutaną, kuris normaliomis sąlygomis yra dujinis, galima pamatyti skysto pavidalo skaidriuose žiebtuvėliuose. Naftos perdirbimo produktai – benzinas, žibalas, dyzelinas – yra skirtingos sudėties angliavandenilių mišiniai. Sunkesnių angliavandenilių mišiniai yra pusiau skystas vazelinas ir kietas parafinas. Angliavandeniliams priskiriama ir gerai žinoma medžiaga, naudojama vilnai ir kailiui apsaugoti nuo kandžių – naftalenas. Pagrindiniai angliavandenilių tipai pagal molekulių sudėtį ir struktūrą yra sotieji angliavandeniliai - alkanai, cikliniai sotieji angliavandeniliai - cikloalkanai, nesotieji angliavandeniliai, t.y. turintys daug jungčių - alkenai ir
alkinai, cikliškas konjugatas aromatiniai angliavandeniliai - arenos. Kai kurios homologinės angliavandenilių serijos apibūdinamos lentelėje. 15.1.
Lentelė 15.1. Homologinė angliavandenilių serija
Alkanai
14 skyriuje jau yra duomenų apie alkanų struktūrą, sudėtį, izomerizmą, pavadinimus ir kai kurias savybes. Prisiminkite, kad alkano molekulėse anglies atomai sudaro tetraedriškai nukreiptus ryšius su vandenilio atomais ir kaimyniniais anglies atomais. Pirmajame šios serijos junginyje, metane, anglis jungiasi tik su vandeniliu. Sočiųjų angliavandenilių molekulėse vyksta nenutrūkstamas vidinis CH 3 galinių grupių ir atskirų grandinės atkarpų sukimasis, dėl to atsiranda skirtingos konformacijos (p. 429). Alkanams būdinga anglies skeleto izomerija. Junginiai su nešakotomis molekulėmis vadinami
normalūs, n-alkanai ir su šakotais - iso alkanai. Duomenys apie alkanų pavadinimus ir kai kurias fizines savybes pateikti lentelėje. 15.2.
Atskirų medžiagų pavidalu pirmieji keturi alkanų serijos nariai – metanas, etanas, propanas ir butanas – naudojami dideliais kiekiais. Kiti atskiri alkanai naudojami moksliniams tyrimams. Didelę praktinę reikšmę turi alkanų mišiniai, kuriuose dažniausiai yra angliavandenilių ir kitų homologinių serijų. Vienas iš tokių mišinių yra benzinas. Jai būdinga virimo taškas 30-205 °С. Kitoms angliavandenilių degalų rūšims taip pat būdingi virimo intervalai, nes iš jų garuojant lengviesiems angliavandeniliams, pakyla virimo temperatūra. Visi alkanai praktiškai netirpsta vandenyje.
Lentelė 15.2. Normalių alkanų pavadinimai ir virimo bei lydymosi taškai
užduotis 15.1. Grupuokite alkanus pagal agregacijos būseną esant 20 °C ir normaliam atmosferos slėgiui (pagal 15.2 lentelę).
užduotis 15.2. Pentanas turi tris izomerus, kurių virimo temperatūra (°C):
Paaiškinkite virimo temperatūros sumažėjimą šių izomerų serijoje.
Kvitas. Aliejus yra beveik neribotas bet kokių alkanų šaltinis, tačiau atskirų medžiagų išskyrimas iš jo yra gana sudėtinga užduotis. Paprastieji naftos produktai – tai frakcijos, gautos rektifikuojant (frakcinį distiliavimą) naftą ir susidedančios iš daugybės angliavandenilių.
Alkanų mišinys gaunamas hidrinant anglį -450 0 C temperatūroje ir 300 atm slėgyje. Šiuo metodu galima gaminti benziną, tačiau jis vis tiek yra brangesnis nei benzinas iš naftos. Metanas susidaro anglies monoksido (P) ir vandenilio mišinyje ant nikelio katalizatoriaus:
Tame pačiame mišinyje ant katalizatorių, kurių sudėtyje yra kobalto, gaunamas ir angliavandenilių mišinys, ir atskiri angliavandeniliai. Tai gali būti ne tik alkanai, bet ir cikloalkanai.
Yra laboratoriniai metodai atskiriems alkanams gauti. Kai kurių metalų karbidai hidrolizės metu suteikia metano:
Halogenalkanai reaguoja su šarminiu metalu, sudarydami angliavandenilius, turinčius dvigubai didesnį anglies atomų skaičių. Tai yra Wurtz reakcija. Jis praeina per hemolizinį anglies ir halogeno ryšio plyšimą ir susidaro laisvieji radikalai:
užduotis 15.3. Parašykite bendrą šios reakcijos lygtį.
15.1 pavyzdys. Kalio buvo pridėta į 2-brompropano ir 1-brompropano mišinį. Parašykite galimų reakcijų lygtis.
SPRENDIMAS. Bromoalkanų ir kalio reakcijose susidarę radikalai gali jungtis tarpusavyje įvairiais deriniais, todėl mišinyje susidaro trys angliavandeniliai. Reakcijų lygčių santrauka:
Organinių rūgščių natrio druskos, kaitinamos su šarmu, netenka karboksilo grupės (dekarboksilato), susidarant alkanui:
Tų pačių druskų elektrolizės metu vyksta dekarboksilinimas ir likusių radikalų susijungimas į vieną molekulę:
Alkanai susidaro hidrinant nesočiuosius angliavandenilius ir redukuojant junginius, turinčius funkcinių grupių:
Cheminės savybės. Riboti angliavandeniliai yra mažiausiai aktyvios organinės medžiagos. Jų originalus pavadinimas parafinai atspindi silpną giminingumą (reaktyvumą) kitų medžiagų atžvilgiu. Jie, kaip taisyklė, reaguoja ne su įprastomis molekulėmis, o tik su laisvaisiais radikalais. Todėl alkanų reakcijos vyksta laisvųjų radikalų susidarymo sąlygomis: aukštoje temperatūroje arba švitinant. Alkanai dega susimaišę su deguonimi arba oru ir atlieka svarbų kuro vaidmenį.
15.4 užduotis. Oktaninio skaičiaus degimo šiluma nustatoma ypač tiksliai:
Kiek šilumos išsiskirs deginant 1 litrą mišinio, kurį vienodai sudaro n-oktanas ir il-oktanas (p = = 0,6972 Alkanai reaguoja su halogenais radikaliu mechanizmu (S R). Reakcija prasideda nuo halogeno molekulės suskaidymo į du atomus arba, kaip dažnai sakoma, į du laisvuosius radikalus:
Radikalas atima vandenilio atomą iš alkano, pavyzdžiui, iš metano:
Naujasis molekulinis radikalas metilo H 3 C- reaguoja su chloro molekule, sudarydamas pakaitinį produktą ir tuo pačiu naują chloro radikalą:
Tada kartojasi tie patys šios grandininės reakcijos etapai. Kiekvienas radikalas gali sukelti šimtų tūkstančių grandžių transformacijų grandinę. Taip pat galimi radikalų susidūrimai, dėl kurių grandinė nutrūksta: 
Bendra grandininės reakcijos lygtis:
15.5 užduotis. Sumažėjus indo, kuriame vyksta grandininė reakcija, tūriui mažėja transformacijų skaičius vienam radikalui (grandinės ilgiui). Pateikite tai paaiškinimą.
Reakcijos produktas chlormetanas priklauso halogenintų angliavandenilių klasei. Mišinyje, susidarius chlormetanui, prasideda antrojo vandenilio atomo pakeitimo reakcija į chlorą, po to trečią ir tt Trečiame etape medicinoje anestezijai naudojama gerai žinoma medžiaga chloroformas CHClg. susiformavo. Visiško vandenilio pakeitimo chloru metane produktas – anglies tetrachloridas CC1 4 – klasifikuojamas kaip organinės ir neorganinės medžiagos. Bet jei griežtai laikotės apibrėžimo, tai yra neorganinis junginys. Praktiškai anglies tetrachloridas gaunamas ne iš metano, o iš anglies disulfido.
Kai metano homologai yra chlorinti, antriniai ir tretiniai anglies atomai yra aktyvesni. Iš propano gaunamas 1-chlorpropano ir 2-chlorpropano mišinys su didesne pastarojo dalimi. Antrasis vandenilio atomas pakeičiamas halogenu daugiausia tame pačiame anglies atome:
Kaitinant alkanai reaguoja su praskiesta azoto rūgštimi ir azoto oksidu (IV), sudarydami nitroalkanus. Nitravimas taip pat veikia radikaliu mechanizmu, todėl jai nereikia koncentruotos azoto rūgšties:
Alkanai patiria įvairias transformacijas, kai kaitinami, kai yra specialūs katalizatoriai. Įprasti alkanai izomerizuojasi į zoalkanus:
Pramoninė alkanų izomerizacija, siekiant pagerinti variklių degalų kokybę, vadinama reformuojantis. Katalizatorius yra platinos metalas, nusodintas ant aliuminio oksido. Krekingas svarbus ir naftos perdirbimui, t.y., alkano molekulės padalijimui į dvi dalis – alkaną ir alkeną. Skilimas vyksta daugiausia molekulės viduryje: 
Krekingo katalizatoriai yra aliumosilikatai.
Alkanai, kurių grandinėje yra šeši ar daugiau anglies atomų ciklizuoti ant oksidinių katalizatorių (Cr 2 0 3 / / A1 2 0 3), sudarydami cikloalkanus su šešių narių žiedu ir arenais:
Ši reakcija vadinama dehidrociklizacija.
Didėjanti praktinė svarba funkcionalizavimas alkanai, t.y. jų pavertimas junginiais, turinčiais funkcinių grupių (dažniausiai deguonies). Butanas oksiduojamas rūgštimi
lorode, dalyvaujant specialiam katalizatoriui, sudarant acto rūgštį:
Cikloalkanai C n H 2n, kurių žiede yra penki ar daugiau anglies atomų, cheminėmis savybėmis labai panašūs į neciklinius alkanus. Jiems būdingos pakeitimo reakcijos S R . Ciklopropanas C 3 H 6 ir ciklobutanas C 4 H 8 turi mažiau stabilias molekules, nes jose kampai tarp C-C-C ryšių labai skiriasi nuo įprasto 109,5 ° tetraedrinio kampo, būdingo sp 3 -angliui. Tai veda prie surišimo energijos sumažėjimo. Veikiant halogenams, ciklai suskaidomi ir pritvirtinami grandinės galuose:
Kai vandenilis reaguoja su ciklobutanu, susidaro normalus butanas:
15.6 UŽDUOTIS. Ar galima gauti ciklopentano iš 1,5-dibromopentano? Jei manote, kad tai įmanoma, pasirinkite tinkamą reagentą ir parašykite reakcijos lygtį.
Alkenai
Angliavandeniliai, kurių sudėtyje yra mažiau vandenilio nei alkanai, dėl daugelio jungčių jų molekulėse, vadinami neribotas, taip pat nesočiųjų. Paprasčiausia homologinė nesočiųjų angliavandenilių serija yra C n H 2n alkenai, turintys vieną dvigubą jungtį:
Kiti du anglies atomų valentai naudojami vandenilio ir sočiųjų angliavandenilių radikalams pridėti.
Pirmasis alkenų serijos narys yra etenas (etilenas) C 2 H 4 . Po jo seka propenas (propilenas) C 3 H 6, butenas (butilenas) C 4 H 8, pentenas C 5 H 10 ir kt. Kai kurie radikalai su dviguba jungtimi turi specialius pavadinimus: vinilas CH 2 \u003d CH-, alilas CH 2 \u003d CH-CH 2 -.
Anglies atomai, sujungti dviguba jungtimi, yra sp 2 hibridizacijos būsenoje. susidaro hibridinės orbitos σ ryšys tarp jų ir nehibridinės p-orbitalės - π ryšys(15.1 pav.). Bendra dvigubos jungties energija yra 606 kJ / mol, o a-jungtis sudaro apie 347 kJ / mol, ir π ryšys- 259 kJ/mol. Padidėjęs dvigubos jungties stiprumas pasireiškia atstumo tarp anglies atomų sumažėjimu iki 133 pm, palyginti su 154 pm viengubo C-C jungtimi.
Nepaisant formalaus stiprumo, būtent dviguba jungtis alkenuose yra pagrindinis reakcijos centras. Elektroninė pora π -ryšiai sudaro gana išsklaidytą debesį, gana nutolusį nuo atomo branduolių, dėl to jis yra judrus ir jautrus kitų atomų įtakai (p. 442). π -Debesis perkeliamas į vieną iš dviejų anglies atomų, kuris
Ryžiai. 15.1. Daugybinio ryšio tarp anglies atomų susidarymas sp 2
jis priklauso, veikiamas pakaitų alkeno molekulėje arba veikiant atakuojančiai molekulei. Tai lemia didelį alkenų reaktyvumą, palyginti su alkanais. Dujinių alkanų mišinys nereaguoja su bromo vandeniu, tačiau, esant alkenų priemaišai, pakinta spalva. Šis mėginys naudojamas alkenams aptikti.
Alkenai turi papildomų izomerijos tipų, kurių alkanuose nėra: dvigubos jungties padėties izomerija ir erdvinė. cis-trans izomerija. Paskutinis izomerijos tipas atsiranda dėl ypatingos simetrijos π - jungtys. Jis apsaugo nuo vidinio sukimosi molekulėje ir stabilizuoja keturių pakaitų išsidėstymą C=C atomuose vienoje plokštumoje. Jei yra dvi poros skirtingų pakaitų, tada kiekvienos poros pakaitų įstrižai išsidėsčius, gaunamas trans izomeras, o esant gretimui – cis izomeras. Etenas ir propenas neturi izomerų, bet butenas turi abiejų tipų izomerus:
15.7 užduotis. Visi alkenai turi tą pačią elementinę sudėtį tiek pagal masę (85,71% anglies ir 14,29% vandenilio), tiek pagal atomų skaičiaus santykį n(C): n(H) = 1:2. Ar kiekvienas alkenas gali būti laikomas izomeru kitų alkenų atžvilgiu?
15.8 užduotis. Ar galimi erdviniai izomerai, kai sp 2 anglies atomuose yra trys ir keturi skirtingi pakaitai?
15.9 užduotis. Nubraižykite penteno izomerų struktūrines formules.
Kvitas. Jau žinome, kad alkanai gali virsti nesočiaisiais junginiais. Tai yra
vaikšto dėl vandenilio pašalinimo (dehidrogenavimo) ir įtrūkimų. Dehidrogenuojant butaną daugiausia gaunamas butenas-2:
15.10 užduotis. Parašykite įtrūkimo reakciją-
Dehidrogenacijai ir krekingui reikalinga palyginti aukšta temperatūra. Normaliomis sąlygomis arba švelniai kaitinant alkenai susidaro iš halogeno darinių. Chloro ir bromoalkanai reaguoja su šarmu alkoholio tirpale, atskirdami halogeną ir vandenilį iš dviejų gretimų anglies atomų:
Tai yra eliminacijos reakcija (p. 441). Jei prie dviejų gretimų anglies atomų yra prijungtas skirtingas vandenilio atomų skaičius, tada pašalinimas vyksta pagal Zaicevo taisyklę.
Pašalinimo reakcijos metu vandenilis daugiausia atsiskiria nuo mažiau hidrinto anglies atomo.
15.2 pavyzdys. Parašykite 2-chlorobutano pašalinimo reakciją.
sprendimas. Pagal Zaicevo taisyklę vandenilis yra atskiriamas nuo 3 C atomo:
Cinko ir magnio metalams veikiant dihalogeniniams alkanams, turintiems greta halogenų, taip pat susidaro alkenai:
Cheminės savybės. Alkenai gali ir aukštoje temperatūroje suskaidyti į paprastas medžiagas, ir polimerizuotis, virsdami didelės molekulinės masės medžiagomis. Etilenas polimerizuojamas esant labai aukštam slėgiui (-1500 atm), pridedant nedidelį kiekį deguonies kaip laisvųjų radikalų iniciatoriaus. Iš skysto etileno tokiomis sąlygomis gaunama balta lanksti masė, skaidri plonu sluoksniu, - polietileno. Tai gerai žinoma medžiaga. Polimeras sudarytas iš labai ilgų molekulių.
Molekulinė masė 20 OOO-40 OOO. Pagal struktūrą tai yra sočiųjų angliavandenilių, tačiau deguonies atomai gali būti molekulių galuose. Esant didelei molekulinei masei, galinių grupių dalis yra labai maža ir sunku nustatyti jų pobūdį.
15.11 užduotis. Kiek etileno molekulių yra vienoje polietileno molekulėje, kurios molekulinė masė yra 28 000?
Etileno polimerizacija taip pat vyksta esant žemam slėgiui, naudojant specialius Ziegler-Natta katalizatorius. Tai yra TiCl ir organinių aliuminio junginių AlR x Cl 3-x mišiniai, kur R yra alkilas. Katalizinės polimerizacijos būdu gautas polietilenas pasižymi geresnėmis mechaninėmis savybėmis, tačiau greičiau sensta, t.y., ardo šviesos ir kitų veiksnių. Polietilenas pradėtas gaminti apie 1955 m. Ši medžiaga padarė didelę įtaką kasdieniam gyvenimui, nes iš jos pradėti gaminti pakavimo maišeliai. Iš kitų alkeno polimerų svarbiausias yra polipropilenas. Jis sukuria kietesnę ir mažiau skaidrią plėvelę nei polietilenas. Propileno polimerizacija atliekama su
Ziegler-Natta talizatorius. Gautas polimeras turi tinkamą izotaktiniai struktūra
Dėl didelio slėgio polimerizacijos Atlanto vandenynas polipropilenas su atsitiktiniu CH 3 radikalų išsidėstymu. Tai visiškai skirtingų savybių medžiaga: skystis, kurio kietėjimo temperatūra yra -35 ° C.
Oksidacijos reakcijos. Normaliomis sąlygomis alkenai oksiduojasi ties dviguba jungtimi, kai liečiasi su kalio permanganato ir kitų oksiduojančių medžiagų tirpalais. Silpnai šarminėje aplinkoje, glikoliai, t.y. dviatominis alkoholiai:
Rūgščioje aplinkoje, kaitinant, alkenai oksiduojasi, visiškai plyšus molekulei išilgai dvigubos jungties:
15.12 užduotis. Parašykite šios reakcijos lygtį.
15.13 užduotis. Parašykite buteno-1 ir buteno-2 oksidacijos kalio permanganatu rūgščioje terpėje lygtis.
Etilenas oksiduojamas deguonimi ant Ag/Al 2 O 3 katalizatoriaus, kad susidarytų ciklinė deguonies turinti medžiaga, vadinama etileno oksidu:
Tai labai svarbus chemijos pramonės produktas, kurio kasmet pagaminama milijonai tonų. Jis naudojamas polimerų ir ploviklių gamybai.
Elektrofilinio prisijungimo reakcijos. Halogenų, vandenilio halogenidų, vandens ir daugelio kitų molekulės yra prijungtos prie alkenų dviguba jungtimi. Kaip pavyzdį panagrinėkime papildymo mechanizmą naudojant bromą. Kai Br 2 molekulė atakuoja vieną iš nesočiojo centro anglies atomų, elektronų pora π -ryšis perkeliamas į pastarąjį, o toliau į bromą. Taigi bromas veikia kaip elektrofilinis reagentas:
Susidaro ryšys tarp bromo ir anglies, o kartu nutrūksta ryšys tarp bromo atomų:
Anglies atomas, praradęs elektronų porą, turi laisvą orbitalę. Bromo jonas į jį pridedamas donoro-akceptoriaus mechanizmu:
Vandenilio halogenidų pridėjimas praeina protonų atakos prieš nesočią anglį stadiją. Be to, kaip ir reakcijoje su bromu, pridedamas halogeno jonas:
Pridedant vandens, protonų yra nedaug (vanduo yra silpnas elektrolitas), o reakcija vyksta esant rūgštims kaip katalizatoriui. Etileno homologai pridedami pagal Markovnikovo taisyklę.
Elektrofilinio vandenilio halogenidų ir vandens pridėjimo prie nesočiųjų angliavandenilių reakcijose vandenilis daugiausia sudaro ryšį su labiausiai hidrinto anglies atomu.
15.3 pavyzdys. Parašykite vandenilio bromido prisijungimo prie propeno reakciją.
Markovnikovo taisyklės esmė ta, kad angliavandenilių radikalai yra mažiau elektronneigiami (daugiau elektronus dovanojantys) pakaitalai nei vandenilio atomas. Todėl mobilus π elektronai yra perkeltos į sp 2 -anglį, nesusijusios su radikalu arba susietos su mažesniu radikalų skaičiumi:
Natūralu, kad vandenilis H + atakuoja anglies atomą su neigiamu krūviu. Jis taip pat labiau hidrinamas.
Funkciniuose alkenų dariniuose pakeitimas gali prieštarauti Markovnikovo taisyklei, tačiau, įvertinus elektronų tankio poslinkį konkrečiose molekulėse, visada paaiškėja, kad vandenilis yra prijungtas prie anglies atomo, kurio elektronų tankis yra padidėjęs. Panagrinėkime krūvio pasiskirstymą 3-fluorpropene-1. Elektronegatyvus fluoro atomas veikia kaip elektronų tankio akceptorius. O jungčių grandinėje elektronų poros pasislenka į fluoro atomą ir juda π elektronai poslinkis iš tolimiausio į vidurinį anglies atomą:
Dėl to papildymas prieštarauja Markovnikovo taisyklei:
Čia veikia vienas pagrindinių atomų tarpusavio įtakos molekulėse mechanizmų – indukcinis efektas:
Indukcinis efektas (±/) yra elektronų porų poslinkis o jungčių grandinėje, veikiant atomui (atomų grupei), kurio elektronegatyvumas yra padidėjęs (-/) arba sumažėjęs (+/) vandenilio atžvilgiu:
Halogeno atomas turi kitokį poveikį, jei jis yra prie anglies atomo sp2.Čia priedas vadovaujasi Markovnikovo taisykle. Šiuo atveju, mezomerinis Efektas. Nepasidalijusi chloro atomo elektronų pora pasislenka į anglies atomą, tarsi padidinant Cl-C jungties daugumą.Todėl n-jungties elektronai perkeliami į kitą anglies atomą, sukuriant perteklinį ryšį. elektronų tankis ant jo. Reakcijos metu prie jo pridedamas protonas: 
Tada, kaip matyti iš diagramos, chloro jonas patenka į anglies atomą, su kuriuo chloras jau buvo susietas. Mezomerinis efektas atsiranda tik tuo atveju, jei elektronų pora yra vieniša konjuguotas Su π-jungtis, t.y., juos skiria tik viena viena jungtis. Iš dvigubos jungties pašalinus halogeną (kaip 3-fluorpropeno-1 atveju), mezomerinis efektas išnyksta. Indukcinis poveikis yra aktyvus visuose halogeno dariniuose, tačiau 2-chlorpropeno atveju mezomerinis poveikis yra stipresnis nei indukcinis.
Mezomerinis (±M) poveikis yra poslinkis aš-elektronai sp 2 -anglies atomų grandinėje su galimu funkcinės grupės nepasidalinta elektronų pora.
Mezomerinis efektas gali būti ir teigiamas (+M), ir neigiamas (-M). Halogeno atomai turi teigiamą mezomerinį poveikį ir tuo pačiu neigiamą indukcinį poveikį. Neigiamas mezomerinis efektas turi funkcines grupes su dvigubomis jungtimis prie deguonies atomų (žr. toliau).
15.14 užduotis. Parašykite vandenilio chlorido pridėjimo prie 1-chlorbuteno-1 reakcijos produkto struktūrinę formulę.
Oksosintezė. Didelę pramoninę reikšmę turi alkenų reakcija su anglies monoksidu (II) ir vandeniliu. Jis atliekamas aukštesnėje temperatūroje, esant didesniam nei 100 atm slėgiui. Katalizatorius yra metalinis kobaltas, kuris sudaro tarpinius junginius su CO. Reakcijos produktas yra okso junginys - aldehidas, turintis vienu anglies atomu daugiau nei pradinis alkenas:
Alkadienai
Angliavandeniliai su dviem dvigubomis jungtimis vadinami alkadienai, ir taip pat trumpesnis dienų. Bendroji dienų formulė C n H 2n-2 Yra trys pagrindinės homologinės dienų angliavandenilių serijos:
15.15 užduotis. Nurodykite, kokios hibridinės būsenos yra anglies atomai aukščiau pateiktuose dieniniuose angliavandeniliuose.
Konjuguoti dieniniai angliavandeniliai turi didžiausią praktinę reikšmę, nes jie naudojami kaip žaliava gaminant įvairių rūšių kaučiuką ir kaučiuką. Nekonjuguoti dienai turi įprastų alkenų savybių. Konjuguoti dienai turi keturis iš eilės sp 2 anglies atomus. Jos yra toje pačioje plokštumoje, o jų nehibridinės p-orbitalės orientuotos lygiagrečiai (15.2 pav.). Todėl yra sutapimas tarp visų gretimų p-orbitalių ir susidaro π obligacijos ne tik tarp 1 -
2 ir 3 -
4, bet ir tarp 2-3 anglies atomų. Tuo pačiu metu elektronai turi sudaryti du dviejų elektronų debesis. Yra skirtingų n-elektronų būsenų superpozicija (rezonansas) su tarpiniu ryšiu tarp viengubo ir dvigubo: 
Šios jungtys vadinamos konjuguotas. Ryšys tarp 2-3 anglies atomų yra sutrumpintas, palyginti su įprasta vienguba jungtimi, o tai patvirtina jo padidėjusį daugialypumą. Žemoje temperatūroje konjuguoti dienai daugiausia veikia kaip junginiai su dviem dvigubomis jungtimis, o aukštesnėje temperatūroje - kaip junginiai su konjuguotomis jungtimis.
Du svarbiausi dienai – butadienas-1,3 (divinilas) ir 2-metilbutadienas-1,3 (izoprenas) – gaunami iš buta-
Ryžiai. 15.2. Perdengiančios p-orbitalės dieno molekulėje
naujas ir pentanas frakcijos, kurios yra gamtinių dujų perdirbimo produktai:
Butadienas taip pat gaunamas S. V. Lebedevo metodu iš alkoholio:
Elektrofilinės prisijungimo reakcijos konjuguotuose dienuose vyksta savotiškai. Butadienas, atvėsęs iki -80 ° C, prideda pirmąją bromo molekulę į 1,2 padėtį:
Šis produktas gaunamas 80 % išeiga. Likę 20% gaunami iš 1,4 papildomo produkto:
Likusi dviguba jungtis yra tarp antrojo ir trečiojo anglies atomų. Pirma, bromas prisijungia prie galinio anglies atomo, sudarydamas karbonatoną (dalelę su teigiamu anglies krūviu):
Judėjimo procese n-elektronai pasirodo esantys 2, 3 padėtyje, vėliau 3, 4. Esant žemai temperatūrai, jie dažniau užima 3, 4 padėtį, taigi ir 1,2- vyrauja papildomas produktas. Jei bromuojama 40 °C temperatūroje, tai 1,4-addityvinis produktas tampa pagrindiniu, jo išeiga pakyla iki 80%, o likusi dalis yra 1,2-addityvinis produktas.
15.16 užduotis. Parašykite nuoseklaus bromo ir chloro pridėjimo prie izopreno aukštesnėje temperatūroje produktus.
Butadienas ir izoprenas lengvai polimerizuojasi, sudarydami įvairius kaučiukus. Šarminiai metalai, organiniai šarminių metalų junginiai, Ziegler-Natta katalizatoriai gali būti naudojami kaip polimerizacijos katalizatoriai. Polimerizacija vyksta pagal 1,4 priedų tipą. Gumos molekulės savo struktūroje priklauso nekonjuguotiems polienams, t.y. angliavandeniliams, turintiems daug dvigubų jungčių. Tai lanksčios molekulės, kurios gali ir ištempti, ir susisukti į kamuoliukus. Dėl dvigubų jungčių gumose atsiranda kaip cis-, o vandenilio atomų ir radikalų trans-išdėstymas. Geriausios savybės yra cis-butadieno ir cis-izopreno (natūralūs) kaučiukai. Jų struktūra parodyta fig. 15.3. Transpoliizoprenas (gutaperča) taip pat randamas gamtoje. Pagal aukščiau pateiktas formules, kau-
Ryžiai. 15.3. Kai kurių kaučiukų molekulinė struktūra
Užsikimšimai aplink nuorodas, pažymėtas punktyrine linija, galimas vidinis sukimasis. Gumos, kurių molekulėse su dvigubomis jungtimis yra ir viena, ir kita cis-, ir krūtinės ląstos konfigūracija vadinama netaisyklingos. Pagal savybes jie nusileidžia įprastoms gumoms.
15.17 užduotis. nubrėžti struktūrą trans polibu tadienė.
15.18 užduotis. Žinomas chloropreno butadieno darinys chloroprenas (2-chlorobutadienas-1,3), iš kurio gaunama chloropreno kaučiukas. Parašykite cis-chloropreno kaučiuko struktūrinę formulę.
Guma gaminama iš gumos, kurios praktinis pritaikymas neįprastai platus. Daugiausia jo tenka ratų padangų gamybai. Gaminant kaučiuką, guma sumaišoma su siera ir kaitinama. Sieros atomai yra prijungti dvigubomis jungtimis, sukuriant daug tiltų tarp gumos molekulių. Susidaro erdvinis ryšių tinklas, kuris sujungia beveik visas turimas gumos molekules į vieną molekulę. Nors kaučiukas ištirpsta angliavandeniliuose, kaučiukas gali išsipūsti tik absorbuodamas tirpiklį į tuščias erdves tarp angliavandenilių grandinių ir sieros tiltelių.
Alkinai
Kita homologinė serija yra alkinai- angliavandeniliai su triguba jungtimi tarp anglies atomų: 
Šios serijos C n H 2n _ 2 bendroji formulė yra tokia pati kaip ir homologinės dienų serijos. Pirmasis serijos narys yra C 2 H 2 acetilenas arba, pagal sisteminę nomenklatūrą, etinas. Šie serijos nariai yra propinas C 3 H 4, butinas C 4 H 6, pentinas C 5 H 8 ir kt. Kaip ir alkenai ir dienai, tai taip pat yra nesotieji angliavandeniliai, tačiau šioje serijoje anglies atomai yra surišti trigubu
ryšys, yra sp-hibridizacijos būsenos. Jų hibridinės orbitos yra nukreiptos priešingomis kryptimis 180° kampu ir sukuria linijinę grupę, įskaitant radikalų vandenilio arba anglies atomus:
15.19 užduotis. Parašykite propino ir butino struktūrines formules. Ar jie turi izomerų?
užduotis 15.20. Apsvarstykite acetileno molekulės sutampančių orbitalių schemą (p. 188). Kokios orbitos sudaro n-jungtis tarp anglies atomų?
Triguboji jungtis alkenuose pasižymi energija E St = 828 kJ/mol. Tai yra 222 kJ/mol daugiau nei dvigubos jungties alkenuose energija. C=C atstumas sumažinamas iki 120 pm. Nepaisant tokio stipraus ryšio, acetilenas yra nestabilus ir gali sprogti į metaną ir anglį:
Ši savybė paaiškinama tuo, kad skilimo produktuose mažėja mažiau patvarių junginių. π obligacijos, vietoj kurių sukuriami σ-obligacijos metane ir grafite. Acetileno nestabilumas yra susijęs su dideliu energijos išsiskyrimu jo degimo metu. Liepsnos temperatūra siekia 3150 °C. To pakanka plieno pjovimui ir suvirinimui. Acetilenas laikomas ir gabenamas baltuose balionuose, kuriuose yra acetono tirpale, esant -10 atm slėgiui.
Alkinai pasižymi anglies skeleto izomerija ir daugybe jungčių pozicijų. Erdvinė cistrans izomerijos nėra.
15.21 užduotis. Parašykite visų galimų C 5 H 8 izomerų su trigubu ryšiu struktūrines formules.
Kvitas. Acetilenas susidaro hidrolizės būdu kalcio karbidui:
Kitas praktiškai svarbus acetileno gamybos būdas yra greitas metano kaitinimas iki 1500-1600 °C. Tokiu atveju metanas suyra ir tuo pačiu susidaro iki 15% acetileno. Dujų mišinys greitai atšaldomas. Acetilenas atskiriamas ištirpinant suslėgtame vandenyje. Acetileno tūrinis tirpumo koeficientas yra didesnis nei kitų angliavandenilių: K V = 1,15 (15 °C).
Alkinai susidaro, kai dvigubai dihalogeno darinių pašalinimas:
15.4 pavyzdys. Kaip keturiais žingsniais gauti butiną-2 iš buteno-1?
sprendimas. Parašykime reakcijų lygtis.
Cheminės savybės. Acetilenas sprogsta esant -500 ° C temperatūrai arba esant didesniam nei 20 atm slėgiui, su metano priemaiša skyla į anglį ir vandenilį. Acetileno molekulės taip pat gali jungtis viena su kita. Esant CuCl, susidaro dimerizacija ir susidaro vinilacetilenas:
15.22 užduotis. Pavadinkite vinilacetileną pagal sisteminę nomenklatūrą.
Kai acetilenas patenka per įkaitintą anglį, jis trimerizuojasi ir susidaro benzenas:
Kalio permanganatas silpnai šarminėje terpėje išsaugodamas oksiduoja alkinus σ-obligacijos tarp anglies atomų:
Šiame pavyzdyje reakcijos produktas yra kalio oksalatas, oksalo rūgšties druska. Oksidacija kalio permanganatu rūgščioje aplinkoje sukelia visišką trigubos jungties skilimą:
UŽDUOTIS 15.23. Parašykite butino-2 oksidacijos kalio permanganatu lygtį silpnai šarminėje terpėje.
Nepaisant didelio molekulių neprisotinimo, elektrofilinės prisijungimo reakcijos alkinuose yra sunkesnės (lėtesnės) nei alkenuose. Alkinai nuosekliai prideda dvi halogeno molekules. Vandenilio halogenidai ir vanduo pridedami pagal Markovnikovo taisyklę. Norint įpilti vandens, reikalingas katalizatorius - gyvsidabrio sulfatas rūgščioje aplinkoje (Kucherovo reakcija):
Hidroksilo grupė OH, susijusi su sp 2 -yvnepo namas, nestabilus. Elektronų pora juda iš deguonies į artimiausią anglies atomą, o protonas pereina į kitą anglies atomą:
Taigi galutinis propino reakcijos su vandeniu produktas yra okso junginys acetonas.
Vandenilio pakeitimo reakcija. Sp hibridizacijos būsenos anglis pasižymi šiek tiek didesniu elektronegatyvumu nei būsenose sp 2 ir sp3. Todėl alkinuose padidėja CH jungties poliškumas, o vandenilis tampa santykinai judrus. Alkinai reaguoja su sunkiųjų metalų druskų tirpalais, sudarydami pakaitinius produktus. Acetileno atveju šie produktai vadinami acetilidai:
Acetilenidams priklauso ir kalcio karbidas (p. 364). Reikėtų pažymėti, kad šarminių ir šarminių žemės metalų acetilenidai yra visiškai hidrolizuoti. Acetilidai reaguoja su angliavandenilių halogeno dariniais, sudarydami įvairius acetileno homologus.
Vykstant reakcijai reaguojančių medžiagų molekulėse nutrūksta vieni cheminiai ryšiai, susidaro kiti. Organinės reakcijos klasifikuojamos pagal cheminių jungčių nutrūkimo tipą reaguojančiose dalelėse. Iš jų galima išskirti dvi dideles reakcijų grupes – radikaliąją ir joninę.
Radikalios reakcijos yra procesai, vykstantys su homolitiniu kovalentinio ryšio plyšimu. Homolitinio plyšimo metu ryšį sudaranti elektronų pora padalijama taip, kad kiekviena iš susidariusių dalelių gautų po vieną elektroną. Dėl homolizinio plyšimo susidaro laisvieji radikalai:
Neutralus atomas arba dalelė su nesuporuotu elektronu vadinamas laisvuoju radikalu.
Joninės reakcijos yra procesai, vykstantys heterolitiškai nutrūkus kovalentiniams ryšiams, kai abu ryšio elektronai lieka su viena iš anksčiau surištų dalelių:
Dėl heterolitinio ryšio skilimo gaunamos įkrautos dalelės: nukleofilinės ir elektrofilinės.
Nukleofilinė dalelė (nukleofilas) yra dalelė, kurios išoriniame elektroniniame lygmenyje yra elektronų pora. Dėl elektronų poros nukleofilas gali sudaryti naują kovalentinį ryšį.
Elektrofilinė dalelė (elektrofilas) yra dalelė, kurios išorinis elektroninis nivelyras neužpildytas. Elektrofilas reiškia neužpildytas, laisvas orbitales kovalentiniam ryšiui susidaryti dėl dalelės, su kuria jis sąveikauja, elektronų.
Organinėje chemijoje visi struktūriniai pokyčiai laikomi reakcijoje dalyvaujančio anglies atomo (ar atomų) atžvilgiu.
Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, metano chlorinimas veikiant šviesai priskiriamas radikalų pakaitalams, halogenų pridėjimas prie alkenų – kaip elektrofilinis, o alkilhalogenidų hidrolizė – kaip nukleofilinis pakaitalas.
Labiausiai paplitę yra šie veiksmų tipai.
Pagrindinės cheminių reakcijų rūšys
aš. Pakeitimo reakcijos(vieno ar daugiau vandenilio atomų pakeitimas halogeno atomais arba specialia grupe) RCH 2 X + Y → RCH 2 Y + X
II. Papildymo reakcijos RCH=CH 2 + XY → RCHX-CH 2 Y
III. Skilimo (eliminacijos) reakcijos RCHX−CH 2 Y → RCH=CH 2 + XY
IV. Izomerizacijos reakcijos (perskirstymai)
v. Oksidacijos reakcijos(sąveika su oro deguonimi arba oksiduojančiu agentu)
Tokios pirmiau išvardytos reakcijos taip pat yra specializuotas ir registruotas reakcijos.
Specializuota:
1) hidrinimas (sąveika su vandeniliu)
2) dehidrinimas (skilimas iš vandenilio molekulės)
3) halogeninimas (sąveika su halogenu: F 2, Cl 2, Br 2, I 2)
4) dehalogeninimas (skilimas iš halogeno molekulės)
5) hidrohalogeninimas (sąveika su vandenilio halogenidu)
6) dehidrohalogeninimas (skilimas iš vandenilio halogenido molekulės)
7) hidratacija (sąveika su vandeniu negrįžtama reakcija)
8) dehidratacija (skilimas iš vandens molekulės)
9) hidrolizė (sąveika su vandeniu grįžtamosios reakcijos metu)
10) polimerizacija (daugkartinio padidinto anglies skeleto gavimas iš identiškų paprastų junginių)
11) polikondensacija (daugkartinio padidinto anglies skeleto gavimas iš dviejų skirtingų junginių)
12) sulfoninimas (sąveika su sieros rūgštimi)
13) nitrinimas (sąveika su azoto rūgštimi)
14) įtrūkimai (anglies skeleto sumažinimas)
15) pirolizė (sudėtingų organinių medžiagų skilimas į paprastesnes, veikiant aukštai temperatūrai)
16) alkilinimo reakcija (alkano radikalo įvedimas į formulę)
17) acilinimo reakcija (-C (CH 3) O grupės įvedimas į formulę)
18) aromatizacijos reakcija (arenų serijos angliavandenilio susidarymas)
19) dekarboksilinimo reakcija (skilimas iš karboksilo grupės molekulės -COOH)
20) esterinimo reakcija (alkoholio reakcija su rūgštimi arba esterio gavimas iš alkoholio ar karboksirūgšties)
21) "sidabro veidrodžio" reakcija (sąveika su sidabro oksido (I) amoniako tirpalu)
Vardinės reakcijos:
1) Wurtz reakcija (anglies karkaso pailgėjimas halogeninto angliavandenilio sąveikos su aktyviu metalu metu)
2) Kučerovo reakcija (aldehido gavimas acetilenui reaguojant su vandeniu)
3) Konovalovo reakcija (alkano reakcija su praskiesta azoto rūgštimi)
4) Vagnerio reakcija (angliavandenilių, turinčių dvigubą jungtį, oksidavimas oksiduojančio agento deguonimi silpnai šarminėje arba neutralioje terpėje normaliomis sąlygomis)
5) Lebedevo reakcija (alkoholių dehidrinimas ir dehidratacija gaminant alkadienus)
6) Friedel-Crafts reakcija (areno alkilinimo reakcija su chloralkanu, siekiant gauti benzeno homologus)
7) Zelinskio reakcija (benzeno gavimas iš cikloheksano dehidrogenavimo būdu)
8) Kirchhoffo reakcija (krakmolo pavertimas gliukoze kataliziškai veikiant sieros rūgščiai)
Pamokos tema: Cheminių reakcijų rūšys organinėje chemijoje.
Pamokos tipas: naujos medžiagos studijavimo ir pirminio įtvirtinimo pamoka.
Pamokos tikslai: sudaryti sąlygas formuotis žinioms apie cheminių reakcijų, kuriose dalyvauja organinės medžiagos, srauto ypatumus susipažįstant su jų klasifikacija, įtvirtinti gebėjimą rašyti reakcijų lygtis.
Pamokos tikslai:
Mokymas: tirti organinės chemijos reakcijų rūšis, remiantis studentų žiniomis apie neorganinės chemijos reakcijų rūšis ir jų palyginimą su organinės chemijos reakcijų rūšimis.
Ugdomas: skatinti loginio mąstymo ir intelektinių įgūdžių ugdymą (analizuoti, lyginti, nustatyti priežasties-pasekmės ryšius).
Ugdomasis: tęsti protinio darbo kultūros formavimą; bendravimo įgūdžiai: įsiklausyti į kitų nuomonę, įrodyti savo požiūrį, rasti kompromisus.
Mokymo metodai:žodinis (pasakojimas, paaiškinimas, problemos išdėstymas); vaizdinė (daugialypės terpės vaizdinė priemonė); euristiniai (pratimai raštu ir žodžiu, problemų sprendimas, testinės užduotys).
Mokymosi priemonės:vidinių ir tarpdisciplininių ryšių įgyvendinimas, multimedijos vaizdinė priemonė (prezentacija), simbolinė-grafinė lentelė.
Technologija: bendradarbiavimo pedagogikos elementai, į mokinį orientuotas mokymasis (kompetencijomis pagrįstas mokymasis, humaniškos-asmeninės technologijos, individualus ir diferencijuotas požiūris), informacinės ir komunikacijos technologijos, sveikatą tausojančios ugdymo technologijos (organizacinės ir pedagoginės technologijos).
Trumpas pamokos eigos aprašymas.
I. Organizacinis etapas: abipusiai mokytojo ir mokinių sveikinimai; mokinių pasirengimo pamokai tikrinimas; dėmesio ir nuotaikos organizavimas pamokai.
Namų darbų tikrinimas.Patikrinimo klausimai: 1. Užbaikite sakinius: a) Izomerai yra ... b) Funkcinė grupė yra ... 2. Klasifikuokite nurodytas medžiagų formules (formulės pateiktos kortelėse) ir įvardykite junginių klases. kurioms jie priklauso. 3. Padarykite galimas sutrumpintas izomerų struktūrines formules, atitinkančias molekulines formules (pvz.: C 6 H 14, C 3 H 6 O)
Pranešimas apie naujos medžiagos studijavimo temą ir užduotis; parodydamas jo praktinę reikšmę.
II. Naujos medžiagos mokymasis:
Žinių atnaujinimas.(Mokytojo pasakojimas paremtas skaidrių schemomis, kurias mokiniai perkelia į sąsiuvinius kaip informacinį užrašą)
Cheminės reakcijos yra pagrindinis chemijos mokslo objektas. (2 skaidrė)
Cheminių reakcijų procese viena medžiaga virsta kita.
1 reagentas + 2 reagentas = produktai (neorganinė chemija)
Substratas + atakos reagentas = produktai (organinė chemija)
Daugelyje organinių reakcijų keičiasi ne visos molekulės, o jų reakcijos dalys (funkcinės grupės, atskiri jų atomai ir kt.), kurios vadinamos reakcijos centrais. Substratas yra medžiaga, kurioje senasis anglies atomas suskaidomas ir susidaro naujas ryšys, o jį veikiantis junginys arba jo reaktyvioji dalelė vadinama reagentu.
Neorganinės reakcijos klasifikuojamos pagal kelis kriterijus: pagal pradinių medžiagų ir produktų skaičių ir sudėtį (junginiai, skilimas, pakeitimas, mainai), pagal terminį efektą (egzo- ir endoterminė), pagal oksidacijos pokytį. atomų būsena, pagal proceso grįžtamumą, pagal fazę (homo- ir heterogeninė), naudojant katalizatorių (katalizinį ir nekatalizinį). (3, 4 skaidrės)
Pamokos etapo rezultatas – mokinių įvykdymas užduotyje (5 skaidrė), kuri leidžia pasitikrinti savo įgūdžius rašant cheminių reakcijų lygtis, išdėstant stechiometrinius koeficientus, klasifikuojant neorganines reakcijas. (Siūlomos skirtingų lygių užduotys)
("Smegenų" gimnastikos pratimas, skirtas pažinimo ir psichiniams procesams vystyti - "Pelėda": gerina regimąją atmintį, dėmesį ir mažina stresą, kuris atsiranda ilgai sėdint.)Dešine ranka suimkite kairįjį petį ir suspauskite, pasukite į kairę taip, kad atsigręžtumėte, giliai įkvėpkite ir atstumkite pečius atgal. Dabar žiūrėdami per kitą petį, nuleiskite smakrą ant krūtinės ir giliai kvėpuokite, leisdami raumenims atsipalaiduoti..
Naujos medžiagos pristatymas.(Medžiagos pristatymo metu mokiniai į sąsiuvinius daro pastabas, į kurias mokytojas sutelkia dėmesį – skaidrės informacija)
Reakcijos, kuriose dalyvauja organiniai junginiai, paklūsta tiems patiems dėsniams (masės ir energijos tvermės dėsniams, masės veikimo dėsniams, Heso dėsniams ir kt.) ir turi tokius pat modelius (stechiometriniai, energetiniai, kinetinės) kaip ir neorganinių medžiagų reakcijos. (6 skaidrė)
Organinės reakcijos paprastai klasifikuojamos pagal atsiradimo mechanizmus, kryptį ir galutinius reakcijos produktus. (7 skaidrė)
Kovalentinių ryšių nutraukimo būdas lemia reakcijos mechanizmo tipą. Pagal reakcijos mechanizmą supraskite reakcijos etapų seką, nurodant tarpines daleles, susidariusias kiekviename iš šių etapų. (Reakcijos mechanizmas apibūdina jo kelią, t. y. elementarių reagentų, kuriais jis teka, sąveikos veiksmų seką.)
Organinėje chemijoje išskiriami du pagrindiniai reakcijos mechanizmo tipai: radikalinis (homolizinis) ir joninis (heterolizinis). (8 skaidrė)
Homolitinio plyšimo metu ryšį sudaranti elektronų pora padalijama taip, kad kiekviena iš susidariusių dalelių gautų po vieną elektroną. Dėl homolizinio plyšimo susidaro laisvieji radikalai:
X:Y → X . + . Y
Neutralus atomas arba dalelė su nesuporuotu elektronu vadinamas laisvuoju radikalu.
Dėl heterolitinio ryšio skilimo gaunamos įkrautos dalelės: nukleofilinės ir elektrofilinės.
X:Y → X + + :Y -
Nukleofilinė dalelė (nukleofilas) yra dalelė, kurios išoriniame elektroniniame lygmenyje yra elektronų pora. Dėl elektronų poros nukleofilas gali sudaryti naują kovalentinį ryšį.
Elektrofilinė dalelė (elektrofilas) yra dalelė, turinti laisvą orbitą išoriniame elektroniniame lygmenyje. Elektrofilas reiškia neužpildytas, laisvas orbitales kovalentiniam ryšiui susidaryti dėl dalelės, su kuria jis sąveikauja, elektronų.
Radikalioms reakcijoms būdingas grandinės mechanizmas, kurį sudaro trys etapai: branduolio susidarymas (iniciacija), vystymasis (augimas) ir grandinės nutraukimas. (9 skaidrė)
Joninės reakcijos vyksta nesuardant elektronų porų, kurios sudaro cheminius ryšius: abu elektronai patenka į vieno iš reakcijos produkto atomų orbitą, susidarant anijonui. (10 skaidrė) Dėl kovalentinio polinio ryšio heterolitinio skilimo susidaro nukleofilai (anijonai) ir elektrofilai (katijonai). Priklausomai nuo atakuojančio reagento pobūdžio, reakcijos gali būti nukleofilinės arba elektrofilinės.
Pagal cheminės transformacijos kryptį ir galutinį rezultatą organinės reakcijos skirstomos į šiuos tipus: pakeitimas, pridėjimas, pašalinimas (eliminacija), pertvarkymas (izomerizacija), oksidacija ir redukcija. (11 skaidrė)
Pakeitimas suprantamas kaip atomo ar atomų grupės pakeitimas kitu atomu ar atomų grupe. Dėl pakeitimo reakcijos susidaro du skirtingi produktai.
R-CH2X + Y → R-CH2Y + X
Pridėjimo reakcija suprantama kaip atomo ar atomų grupės įvedimas į nesočiojo junginio molekulę, kurį lydi šio junginio π jungčių pertrauka. Sąveikos metu dvigubi ryšiai virsta viengubaisiais, o trigubieji – dvigubais arba viengubaisiais ryšiais.
R-CH=CH2 + XY → RCHX-CH2Y
Problema: kokio tipo reakciją galime priskirti polimerizacijos reakcijai? Įrodykite, kad jis priklauso tam tikram reakcijų tipui, ir pateikite pavyzdį.
Sudėjimo reakcijos taip pat apima polimerizacijos reakcijas (pavyzdžiui: polietileno gavimas iš etileno).
n(CH2 \u003d CH2) → (-CH2-CH2-) n
Eliminacijos reakcijos arba skilimas – tai reakcijos, kurių metu atomai arba jų grupės atskeliami iš organinės molekulės, kad susidarytų daugialypė jungtis.
R-CHX-CH2Y → R-CH=CH2 + XY
Persitvarkymo reakcijos (izomerizacija). Tokio tipo reakcijos metu vyksta atomų ir jų grupių persitvarkymas molekulėje.
Polikondensacijos reakcijos yra pakeitimo reakcijos, tačiau jos dažnai išskiriamos kaip ypatingas organinių reakcijų tipas, turintis specifinių savybių ir didelę praktinę reikšmę.
Oksidacijos-redukcijos reakcijas lydi anglies atomo oksidacijos laipsnio pasikeitimas junginiuose, kur anglies atomas yra reakcijos centras.
Oksidacija – tai reakcija, kurios metu, veikiant oksiduojančiam reagentui, medžiaga susijungia su deguonimi (ar kitu elektronneigiamu elementu, pvz., halogenu) arba praranda vandenilį (vandens arba molekulinio vandenilio pavidalu). Oksiduojančio reagento veikimas (oksidacija) reakcijos schemoje žymimas simboliu [O].
[o]
CH 3 CHO → CH 3 COOH
Atkūrimas yra atvirkštinė oksidacijos reakcija. Veikiant redukuojančiam reagentui junginys priima vandenilio atomus arba praranda deguonies atomus: redukuojančio reagento veikimas (redukcija) žymimas simboliu [H].
[H]
CH3COCH3 → CH3CH(OH)CH3
Hidrinimas yra reakcija, kuri yra ypatingas redukcijos atvejis. Vandenilis pridedamas prie daugialypės jungties arba aromatinio branduolio, esant katalizatoriui.
Siekdami įtvirtinti studijuojamą medžiagą, studentai atlieka testinę užduotį: skaidrės 12.13.
III. Namų darbai: § 8 (2 pratimas), 9
IV. Apibendrinant
Išvados: (14 skaidrė)
Organinės reakcijos paklūsta bendriesiems dėsniams (masės ir energijos tvermės dėsniams) ir bendriesiems jų eigos dėsniams (energijos, kinetinės – atskleidžiančios įvairių veiksnių įtaką reakcijos greičiui).
Jie turi bendrų savybių visoms reakcijoms, tačiau turi ir savo būdingų bruožų.
Pagal reakcijos mechanizmą jos skirstomos į homolitines (laisvasis radikalas) ir heterolitines (elektrofilines-nukleofilines).
Pagal cheminio virsmo kryptį ir galutinį rezultatą išskiriamos reakcijos: pakeitimas, pridėjimas, pašalinimas (eliminacija), pertvarkymas (izomerizacija), polikondensacija, oksidacija ir redukcija.
Naudotos knygos:UMK: O.S. Gabrielyan ir kt., Chemija 10 M. Bustard, 2013 m
Peržiūra:
Norėdami naudoti pristatymų peržiūrą, susikurkite „Google“ paskyrą (paskyrą) ir prisijunkite: https://accounts.google.com
Skaidrių antraštės:
Cheminių reakcijų rūšys organinėje chemijoje.
Cheminė reakcija yra vienos medžiagos pavertimas kita. Medžiagos, gautos reakcijos metu, skiriasi nuo pradinių medžiagų sudėtimi, struktūra ir savybėmis. Reagentas 1 + Reagent 2 = Produktai Substratas + Attacker = Produktai Reagentas
Cheminių reakcijų klasifikavimo neorganinėje chemijoje požymiai pagal pradinių medžiagų ir produktų skaičių ir sudėtį pagal šiluminį efektą pagal atomų oksidacijos laipsnio kitimą pagal proceso grįžtamumą pagal fazę pagal katalizatoriaus naudojimui
Klasifikacija pagal pradinių ir gaunamų medžiagų skaičių ir sudėtį: Jungties reakcijos: A + B = AB Zn + Cl 2 = ZnCl 2 CaO + CO 2 = CaCO 3 Skilimo reakcijos: AB = A + B 2H 2 O = 2H 2 + O 2 Cu (OH) 2 \u003d CuO + H 2 O Pakeitimo reakcijos: AB + C \u003d A + CB CuSO 4 + Fe \u003d Cu + FeSO 4 Cr 2 O 3 + 2Al \u003d 2Cr + Al 2 O 3 Mainų reakcijos: AB + CD \u003d AD + CB CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
Pateikiamos reakcijos schemos: 1. Vario(II) hidroksidas → vario(II) oksidas + vanduo 2. Bario chloridas + natrio sulfatas → ... 3. Druskos rūgštis + cinkas → cinko chloridas + vandenilis 4. Fosforo(V) oksidas + vanduo → ... I lygis: nurodykite reakcijų tipus, užrašykite vieną iš lygčių (nebūtina). II lygis: nurodykite reakcijų tipus, užrašykite vieną iš lygčių, kuriose produktai nenurodyti (neprivaloma). III lygis: nurodykite reakcijų tipus ir užrašykite visas lygtis.
Reakcijos, kuriose dalyvauja organiniai junginiai, paklūsta tiems patiems dėsniams (masės ir energijos tvermės dėsniams, masės veikimo dėsniams, Hesso dėsniams ir kt.) ir turi tokius pat modelius (stechiometrinius, energetinius, kinematinį) kaip ir neorganinės reakcijos.
Organinės reakcijos paprastai klasifikuojamos pagal eigos mechanizmus.Reakcijos mechanizmas suprantamas kaip atskirų reakcijos etapų seka, nurodant tarpines daleles, susidariusias kiekvienoje iš šių stadijų. reakcijos kryptimi ir galutiniais produktais - pridėjimas; - atskyrimas (eliminacija); - pakaitalai; - pertvarkymas (izomerizacija); - oksidacija; - atsigavimas.
Kovalentinio ryšio nutraukimo būdas lemia reakcijos mechanizmo tipą: Radikalinis (homolizinis) X:Y → X. + . Y R . (X . , . Y) - radikalai (laisvi atomai arba dalelės su nesuporuotais elektronais, nestabilūs ir galintys pereiti į chemines transformacijas) Joniniai (heterolitiniai) X: Y → X + +: Y - X + - elektrofilinis reagentas (elektrofilas: mylintis elektronas) :Y - - nukleofilinis reagentas (nukleofilas: protonus mylintis)
Radikalios reakcijos turi grandininį mechanizmą, įskaitant etapus: branduolio susidarymą, vystymąsi ir grandinės nutraukimą. Grandinės branduolių susidarymas (iniciacija) Cl 2 → Cl. +Cl. CH 4 + Cl grandinės augimas (vystymasis). → CH 3 . + H Cl CH3. + Cl 2 → CH 3 -Cl + Cl. CH 3 grandinės pertrauka. +Cl. → CH 3 ClCH 3 . +CH3. → CH3-CH3Cl. +Cl. →Cl2
Joninės reakcijos vyksta nesuardant elektronų porų, kurios sudaro cheminius ryšius: abu elektronai patenka į vieno iš reakcijos produkto atomų orbitą, susidarant anijonui. Heterolitinis kovalentinio polinio ryšio skilimas sukelia nukleofilų (anijonų) ir elektrofilų (katijonų) susidarymą. CH 3 -Br + Na + OH - → CH 3 -OH + Na + Br - substrato reagento reakcijos produktai (nukleofilas) C 6 H 5 -H + HO: NO 2 → C 6 H 5 -NO 2 + H-OH substratas reagento reakcijos produktai (elektrofilai)
Klasifikavimas pagal kryptį ir galutinį rezultatą Pakeitimo reakcijos A-B + C → A-C + B Sudėjimo reakcijos C \u003d C + A-B → A-C-C-B Eliminacijos reakcijos A-C-C-B → C \u003d C + A-B Persitvarkymo (izomerizacijos) reakcijos X-A-B → A-B-X Ox lydimos ir redukcijos reakcijos anglies atomo oksidacijos būsenos pokytis junginiuose, kuriuose anglies atomas yra reakcijos centras. Problema: Kokios reakcijos gali būti priskirtos polimerizacijos reakcijai? Įrodykite, kad jis priklauso tam tikram reakcijų tipui, ir pateikite pavyzdį.
Testas. 1. Koreliuoti: Chemijos skyrius Reakcijos tipas Neorganinis a) pakeitimas b) mainai Organiniai c) junginiai d) skilimas e) pašalinimas f) izomerizacija g) pridėjimas 2. Koreliuoti: Reakcijos schema Reakcijos tipas AB + C → AB + C a) pakeitimas ABC → AB + C b) ABC → DIA pridėjimas c) AB + C → AC + C pašalinimas d) izomerizacija
3. Butanas reaguoja su medžiaga, kurios formulė yra: 1) H 2 O 2) C 3 H 8 3) Cl 2 4) HCl 4. Substratas siūlomose reakcijos schemose yra medžiaga 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 + H 2 O CH 3 -CH 2 -Cl (A) + Na-OH (B) → CH 2 \u003d CH 2 + NaCl + H 2 O 5. kairioji lygties pusė C 3 H 4 + 5O 2 → ... atitinka dešinę pusę: → 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. Deguonies kiekis, kurio prireiks visiškai sudeginti 5 l metano, lygus 1) 1 l 2) 5 l 3) 10 l 4) 15 l.
Išvados Organinės reakcijos paklūsta bendriesiems dėsniams ir bendriesiems savo eigos dėsniams. Jie turi bendrų savybių visoms reakcijoms, tačiau turi ir savo būdingų bruožų. Pagal reakcijos mechanizmą jie skirstomi į laisvuosius radikalus ir joninius. Pagal cheminės transformacijos kryptį ir galutinį rezultatą: pakeitimas, pridėjimas, oksidacija ir redukcija, izomerizacija, eliminacija, polikondensacija ir kt.
