Typy chemických reakcií v organickej chémii - Znalostný hypermarket. Mechanizmy organických reakcií - substitúcia, adícia, eliminácia Hlavné typy chemických reakcií v organickej chémii
>> Chémia: Typy chemických reakcií v organickej chémii
Reakcie organických látok možno formálne rozdeliť do štyroch hlavných typov: substitúcia, adícia, eliminácia (eliminácia) a preskupenie (izomerizácia). Je zrejmé, že celú škálu reakcií organických zlúčenín nemožno redukovať na rámec navrhovanej klasifikácie (napríklad spaľovacie reakcie). Takáto klasifikácia však pomôže vytvoriť analógie s klasifikáciami reakcií, ktoré prebiehajú medzi anorganickými látkami, ktoré už poznáte z kurzu anorganickej chémie.
Hlavná organická zlúčenina zúčastňujúca sa reakcie sa spravidla nazýva substrát a druhá zložka reakcie sa podmienečne považuje za činidlo.
Substitučné reakcie
Reakcie, ktorých výsledkom je nahradenie jedného atómu alebo skupiny atómov v pôvodnej molekule (substráte) inými atómami alebo skupinami atómov, sa nazývajú substitučné reakcie.
Substitučné reakcie zahŕňajú nasýtené a aromatické zlúčeniny, ako sú napríklad alkány, cykloalkány alebo arény.
Uveďme príklady takýchto reakcií.
Existujú rôzne klasifikačné systémy pre organické reakcie, ktoré sú založené na rôznych vlastnostiach. Medzi nimi sú nasledujúce klasifikácie:
- na konečný výsledok reakcie, to znamená zmena štruktúry substrátu;
- na reakčný mechanizmus, teda podľa typu prerušenia väzby a typu činidiel.
Látky interagujúce v organickej reakcii sa delia na činidlo a substrát. V tomto prípade sa predpokladá, že činidlo napáda substrát.
DEFINÍCIA
Činidlo- látka, ktorá pôsobí na predmet - substrát - a spôsobuje v ňom zmenu chemickej väzby. Činidlá sa delia na radikálové, elektrofilné a nukleofilné.
DEFINÍCIA
Substrát sa všeobecne považuje za molekulu, ktorá poskytuje atóm uhlíka pre novú väzbu.
KLASIFIKÁCIA REAKCIÍ PODĽA KONEČNÉHO VÝSLEDKU (ZMENY V ŠTRUKTÚRE PODKLADU)
V organickej chémii sa podľa konečného výsledku a zmeny štruktúry substrátu rozlišujú štyri typy reakcií: pridanie, nahradenie, odštiepenie, alebo eliminácia(z angličtiny. eliminovať- odstrániť, odštiepiť) a preskupenia (izomerizácie)). Takáto klasifikácia je podobná klasifikácii reakcií v anorganickej chémii podľa počtu počiatočných činidiel a vytvorených látok, so zmenou alebo bez zmeny zloženia. Klasifikácia podľa konečného výsledku je založená na formálnych znakoch, pretože stechiometrická rovnica spravidla neodráža reakčný mechanizmus. Porovnajme typy reakcií v anorganickej a organickej chémii.
Typ reakcie v anorganickej chémii | Príklad | Typ reakcie v organickej chémii | Rozmanitosť a príklad Reakcie |
|---|---|---|---|
1. Spojenie | C l2 + H2 = 2 HCI | Pripojenie viacnásobnými väzbami | hydrogenácia |
Hydrohalogenácia
|
|||
Halogenácia
|
|||
Hydratácia
|
|||
2. Rozklad | 2
H2
O = 2 H2
+
O2
| eliminácia | Dehydrogenácia
|
Dehydrohalogenácia
|
|||
Dehalogenácia
|
|||
Dehydratácia
|
|||
3. Substitúcia | Zn + 2 H C1 =ZnCl2+H2 | substitúcia |
|
4. Výmena (špeciálny prípad - neutralizácia) | H2 S O4 + 2 N a O H\u003d Na2S04 + 2 H 2 O | špeciálny prípad - esterifikácia |
|
5. Alotropizácia | grafit ⇔ diamant Pčervená⇔ Pbiely Pred⇔P biela Skosoštvorec.⇔ Snádrž Srhombus⇔Splast. | Izomerizácia | Izomerizácia alkány
|
n) bez ich nahradenia inými.
Podľa toho, ktoré atómy sú odštiepené - susedné C–C alebo izolované dvoma alebo tromi alebo viacerými atómami uhlíka - C-C-C- C–, –C-C-C-C- C- môže vytvárať zlúčeniny s viacnásobné väzby a alebo cyklické zlúčeniny. Odstránenie halogenovodíkov z alkylhalogenidov alebo vody z alkoholov prebieha podľa Zaitsevovho pravidla.
DEFINÍCIA
Zaitsevovo pravidlo: atóm vodíka H sa odštiepi od najmenej hydrogenovaného atómu uhlíka.
Napríklad odštiepenie molekuly bromovodíka nastáva od susedných atómov v prítomnosti alkálie, pričom vzniká bromid sodný a voda.
DEFINÍCIA
preskupovanie- chemická reakcia, v dôsledku ktorej dochádza k zmene vzájomného usporiadania atómov v molekule, pohybu násobných väzieb alebo k zmene ich násobnosti.
Preskupenie sa môže uskutočniť so zachovaním atómového zloženia molekuly (izomerizáciou) alebo s jeho zmenou.
DEFINÍCIA
Izomerizácia- zvláštny prípad prešmykovej reakcie, vedúcej k premene chemickej zlúčeniny na izomér štrukturálnymi zmenami v uhlíkovej kostre.
Preskupenie môže byť tiež uskutočnené homolytickým alebo heterolytickým mechanizmom. Molekulárne prešmyky môžu byť klasifikované podľa rôznych kritérií, napríklad podľa nasýtenia systémov, podľa povahy migrujúcej skupiny, podľa stereošpecifickosti atď. Mnohé prešmykové reakcie majú špecifické názvy - Claisenov prešmyk, Beckmanov prešmyk atď.
Izomerizačné reakcie sú široko používané v priemyselných procesoch, ako je rafinácia ropy na zvýšenie oktánového čísla benzínu. Príkladom izomerizácie je transformácia n- oktán na izooktán:
KLASIFIKÁCIA ORGANICKÝCH REAKCIÍ PODĽA TYPU ČINIDLA
ODPOJENIE
Štiepenie väzby v organických zlúčeninách môže byť homolytické alebo heterolytické. 
DEFINÍCIA
Homolytické prerušenie väzby- je to taká medzera, v dôsledku ktorej každý atóm dostane nepárový elektrón a vytvoria sa dve častice, ktoré majú podobnú elektrónovú štruktúru - voľné radikálov.
Homolytická medzera je charakteristická pre nepolárne alebo slabo polárne väzby, napríklad C–C, Cl–Cl, C–H, a vyžaduje veľké množstvo energie.
Výsledné radikály s nespárovaným elektrónom sú vysoko reaktívne, takže chemické procesy, ktoré sa vyskytujú za účasti takýchto častíc, sú často „reťazového“ charakteru, sú ťažko kontrolovateľné a v dôsledku reakcie vzniká súbor substitučných produktov. je získané. Takže pri chlorácii metánu sú substitučnými produktmi chlórmetán C H3 C l CH3CI dichlórmetán C H2 C l2 CH2CI2 chloroform C H C l3 CHCI3 a tetrachlórmetán C C l4 CCI4. Reakcie zahŕňajúce voľné radikály prebiehajú podľa výmenného mechanizmu tvorby chemických väzieb.
Radikály vzniknuté pri tejto väzbe spôsobujú pretrhnutie radikálny mechanizmus priebeh reakcie. Radikálové reakcie zvyčajne prebiehajú pri zvýšených teplotách alebo žiarením (napríklad svetlom).
Voľné radikály môžu mať pre svoju vysokú reaktivitu negatívny vplyv na ľudský organizmus, ničia bunkové membrány, ovplyvňujú DNA a spôsobujú predčasné starnutie. Tieto procesy sú spojené predovšetkým s peroxidáciou lipidov, to znamená deštrukciou štruktúry polynenasýtených kyselín, ktoré tvoria tuk vo vnútri bunkovej membrány.
DEFINÍCIA
Rozbitie heterolytických väzieb- je to taká medzera, v ktorej pri elektronegatívnejšom atóme zostáva elektrónový pár a vznikajú dve nabité častice - ióny: katión (kladný) a anión (záporný).
Pri chemických reakciách tieto častice plnia funkcie „ nukleofily"(" phil "- z gr. byť zaľúbený) a " elektrofilov“, vytvárajúce chemickú väzbu s reakčným partnerom mechanizmom donor-akceptor. Nukleofilné častice poskytujú elektrónový pár na vytvorenie novej väzby. Inými slovami,
DEFINÍCIA
Nukleofil- chemické činidlo bohaté na elektróny schopné interakcie so zlúčeninami s nedostatkom elektrónov.
Príkladmi nukleofilov sú akékoľvek anióny ( C l− , ja− , N O− 3 Cl-,I-,NO3- atď.), ako aj zlúčeniny s nezdieľaným elektrónovým párom ( N H3 , H2 O NH3, H20).
Keď sa teda väzba preruší, môžu sa tvoriť radikály alebo nukleofily a elektrofily. Na základe toho sa rozlišujú tri mechanizmy vzniku organických reakcií.
MECHANIZMY ORGANICKÝCH REAKCIÍ
Mechanizmus voľných radikálov: reakcia je iniciovaná voľnými radikálmi vznikajúcimi počas homolytická ruptúra väzby v molekule.
Najtypickejším variantom je vznik chlórových alebo brómových radikálov pri UV žiarení.
1. Substitúcia voľnými radikálmi
metán bróm
Iniciácia reťaze
reťazový rast
pretrhnutie reťaze
2. Pridanie voľných radikálov
etén polyetylén
Elektrofilný mechanizmus: reakcia začína elektrofilnými časticami, ktoré v dôsledku toho dostanú kladný náboj heterolytická medzera spojenia. Všetky elektrofily sú Lewisove kyseliny.
Takéto častice sa aktívne tvoria pod vplyvom Lewisove kyseliny, ktoré zvyšujú kladný náboj častice. Najčastejšie používané A l C l3 , F e C l3 , F e B r3 , Zn C l2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 pôsobí ako katalyzátor.
Miestom útoku častice-elektrofilu sú tie časti molekuly, ktoré majú zvýšenú elektrónovú hustotu, teda násobnú väzbu a benzénový kruh.
Všeobecná forma elektrofilných substitučných reakcií môže byť vyjadrená rovnicou:
1. Elektrofilná substitúcia
benzén brómbenzén
2. elektrofilný prídavok
propén 2-brómpropán
propín 1,2-dichlórpropén
K asymetrickým nenasýteným uhľovodíkom dochádza v súlade s Markovnikovovým pravidlom.
DEFINÍCIA
Markovnikovovo pravidlo: adícia molekúl komplexných látok na nesymetrické alkény s podmieneným vzorcom HX (kde X je atóm halogénu alebo hydroxylová skupina OH–), atóm vodíka je naviazaný na najviac hydrogenovaný (obsahujúci najviac atómov vodíka) atóm uhlíka s dvojitá väzba a X najmenej hydrogenované.
Napríklad pridanie chlorovodíka HCl k molekule propénu C H3 - CH = C H2 CH3–CH=CH2.
Reakcia prebieha mechanizmom elektrofilnej adície. V dôsledku vplyvu donorov elektrónov C H3 CH3-skupiny, hustota elektrónov v molekule substrátu je posunutá k centrálnemu atómu uhlíka (indukčný efekt) a potom pozdĺž systému dvojitých väzieb ku koncovému atómu uhlíka C H2 CH2-skupiny (mezomérny efekt). Prebytočný záporný náboj je teda lokalizovaný presne na tomto atóme. Preto protón vodíka začína útok H+ H+, čo je elektrofilná častica. Vznikne kladne nabitý karbenový ión [C H3 – CH – C H3 ] + + , na ktorý je naviazaný anión chlóru C l− Cl-.
DEFINÍCIA
Výnimky z Markovnikovovho pravidla: adičná reakcia prebieha proti Markovnikovovmu pravidlu, ak zlúčeniny vstupujú do reakcie, v ktorej atóm uhlíka susediaci s atómom uhlíka dvojitej väzby čiastočne odoberá elektrónovú hustotu, to znamená v prítomnosti substituentov, ktoré vykazujú významný odber elektrónov účinok (- C C l3 , – C N , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOH atď.).
Nukleofilný mechanizmus: reakciu spúšťajú nukleofilné častice so záporným nábojom, ktoré vznikajú ako výsledok heterolytická medzera spojenia. Všetky nukleofily sú Lewis založenie.
Pri nukleofilných reakciách má činidlo (nukleofil) voľný elektrónový pár na jednom z atómov a je neutrálnou molekulou alebo aniónom ( H a l– ,O H– , R O− , R S– , RCO O– , R– , C N – , H2 O, ROH, N H3 , RN H2 Hal–,OH–,RO–,RS–,RCOO–,R–,CN–,H2O,ROH,NH3,RNH2 atď.).
Nukleofil napáda atóm v substráte s najnižšou elektrónovou hustotou (t. j. s čiastočným alebo úplným kladným nábojom). Prvým krokom v nukleofilnej substitučnej reakcii je ionizácia substrátu za vzniku karbokationu. V tomto prípade sa vďaka elektrónovému páru nukleofilu vytvorí nová väzba a stará podlieha heterolytickému štiepeniu s následnou elimináciou katiónu. Príkladom nukleofilnej reakcie je nukleofilná substitúcia (symbol SN SN) na nasýtenom atóme uhlíka, napríklad alkalická hydrolýza derivátov brómu.
1. Nukleofilná substitúcia
2. Nukleofilná adícia
ethanal kyanohydrín
zdroj http://foxford.ru/wiki/himiya
Organické zlúčeniny môžu reagovať ako medzi sebou, tak aj s anorganickými látkami - nekovmi, kovmi, kyselinami, zásadami, soľami, vodou a pod. typu prebiehajúcich transformácií. Je ich veľa registrovaný reakcie pomenované po vedcoch, ktorí ich objavili.
Molekula organickej zlúčeniny, ktorá sa zúčastňuje reakcie, sa nazýva substrát.
Častica anorganickej látky (molekuly, iónu) v organickej reakcii sa nazýva činidlo.
Napríklad:
Chemická transformácia môže pokryť celú molekulu organickej zlúčeniny. Z týchto reakcií je najznámejšie spaľovanie, ktoré vedie k premene látky na zmes oxidov. Veľký význam majú v energetike, ako aj pri ničení odpadov a toxických látok. Z hľadiska chemickej vedy aj praxe sú mimoriadne zaujímavé reakcie vedúce k premene niektorých organických látok na iné. Molekula má vždy jedno alebo viac reaktívnych miest, kde dochádza k jednej alebo druhej transformácii.
Atóm alebo skupina atómov v molekule, kde prebieha chemická premena, sa nazýva reakčné centrum.
Vo viacprvkových látkach sú reakčnými centrami funkčné skupiny a atómy uhlíka, s ktorými sú spojené. V nenasýtených uhľovodíkoch sú reakčným centrom atómy uhlíka viazané násobnou väzbou. V nasýtených uhľovodíkoch sú reakčným centrom prevažne sekundárne a terciárne atómy uhlíka.
Molekuly organických zlúčenín často obsahujú niekoľko reakčných centier vykazujúcich rôzne aktivity. Preto spravidla existuje niekoľko paralelných reakcií, ktoré poskytujú rôzne produkty. Najrýchlejšia reakcia je tzv hlavné. Ostatne reakcie vedľajšie účinky. Výsledná zmes obsahuje v najväčšom množstve produkt hlavnej reakcie a produktom vedľajších reakcií sú nečistoty. Po reakcii je takmer vždy potrebné vyčistiť hlavný produkt od nečistôt organických látok. Všimnite si, že v anorganickej chémii sa látky zvyčajne musia čistiť od nečistôt zlúčenín iných chemických prvkov.
Už bolo poznamenané, že organické reakcie sú charakterizované relatívne nízkou rýchlosťou. Preto je potrebné široko používať rôzne prostriedky na urýchlenie reakcií - zahrievanie, ožarovanie, katalýza. Katalyzátory majú v organickej chémii veľký význam. Ich úloha sa neobmedzuje len na obrovské úspory času pri chemických procesoch. Výberom katalyzátorov, ktoré urýchľujú určité typy reakcií, je možné cielene uskutočniť jednu alebo druhú z paralelných reakcií a získať požadované produkty. Počas existencie priemyslu organických zlúčenín objavenie nových katalyzátorov zásadne zmenilo technológiu. Napríklad etanol sa dlho získaval len fermentáciou škrobu a potom prešli na jeho výrobu.
pridanie vody k etylénu. Na to bolo potrebné nájsť dobre fungujúci katalyzátor.
Reakcie v organickej chémii sú klasifikované podľa povahy premeny substrátu:
a) adičné reakcie (symbol ALE)- malá molekula (voda, halogén atď.) je pripojená k organickej molekule;
b) substitučné reakcie (symbol S) - v organickej molekule je atóm (skupina atómov) zmiešaný s iným atómom alebo skupinou atómov;
c) štiepne alebo eliminačné reakcie (symbol E)- organická molekula stráca niektoré fragmenty, čím sa spravidla tvoria anorganické látky;
d) krakovanie - rozdelenie molekuly na dve alebo viac častí, ktoré tiež predstavujú organické zlúčeniny;
e) rozklad - premena organickej zlúčeniny na jednoduché látky a anorganické zlúčeniny;
f) izomerizácia – premena molekuly na iný izomér;
g) polymerizácia - tvorba zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou z jednej alebo viacerých zlúčenín s nízkou molekulovou hmotnosťou;
h) polykondenzácia - vznik vysokomolekulárnej zlúčeniny so súčasným uvoľňovaním látky pozostávajúcej z malých molekúl (voda, alkohol).
V procesoch transformácie organických zlúčenín prichádzajú do úvahy dva typy rozpadu chemických väzieb.
Homolytické prerušenie väzby. Z elektrónového páru chemickej väzby má každý atóm jeden elektrón. Výsledné častice s nepárovými elektrónmi sa nazývajú voľné radikály. Zloženie takejto častice môže byť molekula alebo jeden atóm. Reakcia sa nazýva radikál (symbol R):
Heterolytické štiepenie. V tomto prípade si jeden atóm zachová elektrónový pár a stane sa bázou. Častica obsahujúca tento atóm sa nazýva nukleofil.Ďalší atóm zbavený elektrónového páru má voľný orbitál a stáva sa kyselinou. Častica obsahujúca tento atóm sa nazýva elektrofil:
Podľa tohto typu sa n-väzba obzvlášť ľahko rozbije pri zachovaní
Napríklad nejaká častica A, ktorá priťahuje n-elektrónový pár, sama tvorí väzbu s atómom uhlíka:
Túto interakciu znázorňuje nasledujúci diagram: 
Ak atóm uhlíka v molekule organickej zlúčeniny prijme elektrónový pár, ktorý potom prenesie na reaktant, potom sa reakcia nazýva elektrofilná a reaktant sa nazýva elektrofil.
Odrody elektrofilných reakcií - adícia A E a substitúcia S E .
Ďalším stupňom reakcie je vytvorenie väzby medzi atómom C + (má voľný orbitál) a iným atómom, ktorý má elektrónový pár.
Ak atóm uhlíka v molekule organickej zlúčeniny stratí elektrónový pár a potom ho prijme z reaktantu, potom sa reakcia nazýva nukleofilná a reaktant sa nazýva nukleofil.
Odrody nukleofilných reakcií - adícia Ad a substitúcia S N .
Heterolytická ruptúra a tvorba chemických väzieb sú vlastne jediným koordinovaným procesom: postupné pretrhnutie existujúcej väzby je sprevádzané tvorbou novej väzby. V koordinovanom procese je aktivačná energia menšia.
OTÁZKY A CVIČENIA
1. Pri spaľovaní 0,105 g organickej hmoty vzniklo 0,154 g oxidu uhličitého, 0,126 g vody a 43,29 ml dusíka (21 °C, 742 mm Hg). Navrhnite jeden z možných štruktúrnych vzorcov látky.
2. V molekule C 3 H 7 X je celkový počet elektrónov 60. Určte prvok X a napíšte vzorce pre možné izoméry.
3. Na 19,8 g zlúčeniny C 2 H 4 X 2 pripadá 10 mol elektrónov. Identifikujte prvok X a napíšte vzorce pre možné izoméry.
4. Objem plynu 20 l pri 22 "C a 101,7 kPa obsahuje 2,5 10 I atómov a má hustotu 1,41 g/l. Vyvodiť závery o povahe tohto plynu.
5. Označte zvyšok, ktorý má dva izoméry: -C2H5, -C3H7, -CH3.
6. Označte látku s najvyššou teplotou varu: CH 3 OH, C 3 H 7 OH, C 5 H 11 OH.
7. Napíšte štruktúrne vzorce C 3 H 4 izomérov.
8. Napíšte vzorec 2,3,4-trimetit-4-etylhepténu. Uveďte štruktúrne vzorce dvoch izomérov tejto látky obsahujúcich jeden a dva kvartérne atómy uhlíka.
9. Napíšte vzorec 3,3-dimetylpentánu. Uveďte vzorec cyklického uhľovodíka bez viacnásobných väzieb s rovnakým počtom atómov uhlíka. Sú to izoméry?
10. Napíšte vzorec štvorprvkovej organickej zlúčeniny so štruktúrou C 10, v ktorej sa atómy ďalších prvkov nachádzajú na 2 a 7 atómoch uhlíka a názov obsahuje koreň "hepta".
11. Vymenujte uhľovodík s uhlíkovou štruktúrou
12. Napíšte štruktúrny vzorec zlúčeniny C2HXFXClX s rôznymi substituentmi na každom atóme uhlíka.
uhľovodíky
Uhľovodíky patria medzi najdôležitejšie látky, ktoré určujú spôsob života modernej civilizácie. Slúžia ako zdroj energie (nosiče energie) pre pozemnú, vzdušnú a vodnú dopravu, na vykurovanie domov. Je tiež surovinou na výrobu stoviek domácich chemikálií, obalových materiálov atď. Východiskovým zdrojom všetkých týchto látok je ropa a zemný plyn. Blahobyt štátov závisí od dostupnosti ich zásob. Ropa spôsobila medzinárodné krízy.
Medzi najznámejšie uhľovodíky patria metán a propán, ktoré sa používajú v kachliach pre domácnosť. Metán sa prepravuje potrubím, zatiaľ čo propán sa prepravuje a skladuje v červených valcoch. Ďalší uhľovodík, ilo-bután, ktorý je za normálnych podmienok plynný, môžeme vidieť v kvapalnom stave v priehľadných zapaľovačoch. Produkty rafinácie ropy - benzín, petrolej, motorová nafta - sú zmesi uhľovodíkov rôzneho zloženia. Zmesi ťažších uhľovodíkov sú polotekutá vazelína a tuhý parafín. Medzi uhľovodíky patrí aj známa látka používaná na ochranu vlny a srsti pred moľami – naftalén. Hlavnými typmi uhľovodíkov z hľadiska zloženia a štruktúry molekúl sú nasýtené uhľovodíky - alkány, cyklické nasýtené uhľovodíky - cykloalkány, nenasýtené uhľovodíky, t.j. obsahujúce viacnásobné väzby - alkény a
alkíny, cyklický konjugovať aromatické uhľovodíky - arény. Niektoré homologické série uhľovodíkov sú charakterizované v tabuľke. 15.1.
Tabuľka 15.1. Homológny rad uhľovodíkov
Alkány
Kapitola 14 už obsahuje údaje o štruktúre, zložení, izomérii, názvoch a niektorých vlastnostiach alkánov. Pripomeňme, že v molekulách alkánov tvoria atómy uhlíka štvorstenné väzby s atómami vodíka a susednými atómami uhlíka. V prvej zlúčenine tejto série, metáne, je uhlík viazaný iba na vodík. V molekulách nasýtených uhľovodíkov dochádza k nepretržitej vnútornej rotácii koncových skupín CH 3 a jednotlivých úsekov reťazca, v dôsledku čoho vznikajú rôzne konformácie (s. 429). Alkány sa vyznačujú izomériou uhlíkového skeletu. Zlúčeniny s nerozvetvenými molekulami sa nazývajú
normálne, n-alkány a s rozvetvenými - iso alkány. Údaje o názvoch a niektorých fyzikálnych vlastnostiach alkánov sú uvedené v tabuľke. 15.2.
Vo forme jednotlivých látok sa vo veľkom využívajú prvé štyri členy alkánového radu – metán, etán, propán a bután. Ďalšie jednotlivé alkány sa využívajú vo vedeckom výskume. Veľký praktický význam majú zmesi alkánov, ktoré zvyčajne obsahujú uhľovodíky a iné homologické rady. Jednou z takýchto zmesí je aj benzín. Vyznačuje sa bod varu 30-205 °C. Iné typy uhľovodíkových palív sú tiež charakterizované intervalmi varu, pretože ako sa z nich odparujú ľahké uhľovodíky, bod varu stúpa. Všetky alkány sú prakticky nerozpustné vo vode.
Tabuľka 15.2. Názvy a teploty varu a topenia normálnych alkánov
zadanie 15.1. Zoskupte alkány podľa stavu agregácie pri 20 °C a normálnom atmosférickom tlaku (podľa tabuľky 15.2).
zadanie 15.2. Pentán má tri izoméry s nasledujúcimi teplotami varu (°C):
Vysvetlite pokles teplôt varu v sérii týchto izomérov.
Potvrdenie. Ropa je takmer neobmedzeným zdrojom akýchkoľvek alkánov, ale izolácia jednotlivých látok z nej je pomerne náročná úloha. Bežné ropné produkty sú frakcie získané pri rektifikácii (frakčnej destilácii) ropy a pozostávajúce z veľkého počtu uhľovodíkov.
Zmes alkánov sa získa hydrogenáciou uhlia pri teplote -450 0 C a tlaku 300 atm. Touto metódou sa dá vyrobiť benzín, no stále je drahší ako benzín z ropy. Metán sa tvorí v zmesi oxidu uhoľnatého (P) a vodíka na niklovom katalyzátore:
V tej istej zmesi na katalyzátoroch obsahujúcich kobalt sa získa zmes uhľovodíkov aj jednotlivé uhľovodíky. Môžu to byť nielen alkány, ale aj cykloalkány.
Na získanie jednotlivých alkánov existujú laboratórne metódy. Karbidy niektorých kovov počas hydrolýzy poskytujú metán:
Halogénalkány reagujú s alkalickým kovom za vzniku uhľovodíkov s dvojnásobným počtom atómov uhlíka. Toto je Wurtzova reakcia. Prechádza hemolytickým prerušením väzby medzi uhlíkom a halogénom s tvorbou voľných radikálov:
zadanie 15.3. Napíšte celkovú rovnicu pre túto reakciu.
príklad 15.1. K zmesi 2-brómpropánu a 1-brómpropánu sa pridal draslík. Napíšte rovnice možných reakcií.
RIEŠENIE. Radikály vznikajúce pri reakciách brómalkánov s draslíkom sa môžu navzájom kombinovať v rôznych kombináciách, výsledkom čoho sú tri uhľovodíky v zmesi. Súhrnné reakčné rovnice:
Sodné soli organických kyselín pri zahrievaní s alkáliami strácajú karboxylovú skupinu (dekarboxylát) za vzniku alkánu:
Počas elektrolýzy tých istých solí dochádza k dekarboxylácii a spojeniu zostávajúcich radikálov do jednej molekuly:
Alkány vznikajú pri hydrogenácii nenasýtených uhľovodíkov a redukcii zlúčenín obsahujúcich funkčné skupiny:
Chemické vlastnosti. Limitné uhľovodíky sú najmenej aktívne organické látky. Ich pôvodný názov parafíny odráža slabú afinitu (reaktivitu) vo vzťahu k iným látkam. Spravidla nereagujú s bežnými molekulami, ale iba s voľnými radikálmi. Preto reakcie alkánov prebiehajú za podmienok tvorby voľných radikálov: pri vysokej teplote alebo ožiarení. Alkány horia po zmiešaní s kyslíkom alebo vzduchom a zohrávajú dôležitú úlohu ako palivo.
úloha 15.4. Spalné teplo oktánu sa určuje s osobitnou presnosťou:
Koľko tepla sa uvoľní pri spaľovaní 1 litra zmesi zloženej rovnako z n-oktánu a yl-oktánu (p = = 0,6972 Alkány reagujú s halogénmi radikálovým mechanizmom (SR). Reakcia začína rozpadom molekuly halogénu na dva atómy alebo, ako sa často hovorí, na dva voľné radikály:
Radikál odoberá atóm vodíka z alkánu, napríklad z metánu:
Nový molekulárny radikál metyl H3C- reaguje s molekulou chlóru, pričom vzniká substitučný produkt a zároveň nový radikál chlóru:
Potom sa opakujú rovnaké fázy tejto reťazovej reakcie. Každý radikál môže viesť k reťazcu transformácií stoviek tisícov článkov. Možné sú aj kolízie medzi radikálmi, ktoré vedú k ukončeniu reťazca: 
Celková rovnica reťazovej reakcie:
úloha 15.5. S zmenšovaním objemu nádoby, v ktorej prebieha reťazová reakcia, klesá počet premien na radikál (dĺžka reťazca). Uveďte vysvetlenie.
Reakčný produkt chlórmetán patrí do triedy halogénovaných uhľovodíkov. V zmesi, keď vzniká chlórmetán, začína reakcia zámeny druhého atómu vodíka za chlór, potom tretieho atď.. V treťom stupni sa pridáva známa látka chloroform CHClg, používaná v medicíne na anestéziu. tvorené. Produkt úplnej náhrady vodíka chlórom v metáne - tetrachlórmetán CC1 4 - je klasifikovaný ako organické aj anorganické látky. Ak sa však striktne držíte definície, ide o anorganickú zlúčeninu. V praxi sa chlorid uhličitý nezískava z metánu, ale zo sírouhlíka.
Keď sa homológy metánu chlórujú, sekundárne a terciárne atómy uhlíka sú reaktívnejšie. Z propánu sa získa zmes 1-chlórpropánu a 2-chlórpropánu s väčším podielom chlórpropánu. Nahradenie druhého atómu vodíka halogénom sa vyskytuje prevažne na tom istom atóme uhlíka:
Alkány reagujú pri zahrievaní so zriedenou kyselinou dusičnou a oxidom dusnatým (IV) za vzniku nitroalkánov. Nitrácia tiež sleduje radikálny mechanizmus, a preto nevyžaduje koncentrovanú kyselinu dusičnú:
Alkány podliehajú rôznym premenám pri zahrievaní v prítomnosti špeciálnych katalyzátorov. Normálne alkány izomerizujú na zo-alkány:
Priemyselná izomerizácia alkánov na zlepšenie kvality motorového paliva sa nazýva tzv reformovanie. Katalyzátorom je kovová platina nanesená na oxide hlinitom. Krakovanie je dôležité aj pre rafináciu ropy, t.j. rozdelenie molekuly alkánu na dve časti - alkán a alkén. K štiepeniu dochádza prevažne v strede molekuly: 
Katalyzátory krakovania sú hlinitokremičitany.
Alkány so šiestimi alebo viacerými atómami uhlíka v reťazci cyklizovať na oxidových katalyzátoroch (Cr 2 0 3 / /A1 2 0 3), ktoré tvoria cykloalkány so šesťčlenným kruhom a arény:
Táto reakcia sa nazýva dehydrocyklizácia.
Čoraz väčší praktický význam funkcionalizácia alkány, teda ich premena na zlúčeniny obsahujúce funkčné skupiny (zvyčajne kyslík). Bután sa oxiduje kyselinou
lorod za účasti špeciálneho katalyzátora, ktorý tvorí kyselinu octovú:
Cykloalkány C n H 2n s piatimi alebo viacerými atómami uhlíka v kruhu sú svojimi chemickými vlastnosťami veľmi podobné necyklickým alkánom. Vyznačujú sa substitučnými reakciami S R. Cyklopropán C 3 H 6 a cyklobután C 4 H 8 majú menej stabilné molekuly, pretože v nich sa uhly medzi väzbami C-C-C výrazne líšia od normálneho tetraedrického uhla 109,5 ° charakteristické pre sp 3 - uhlík. To vedie k zníženiu väzbovej energie. Pôsobením halogénov sú cykly prerušené a pripevnené na koncoch reťazca:
Keď vodík reaguje s cyklobutánom, vzniká normálny bután:
ÚLOHA 15.6. Je možné získať cyklopentán z 1,5-dibrómpentánu? Ak si myslíte, že je to možné, vyberte vhodné činidlo a napíšte reakčnú rovnicu.
Alkény
Uhľovodíky obsahujúce menej vodíka ako alkány, v dôsledku prítomnosti viacnásobných väzieb v ich molekulách, sa nazývajú neobmedzene, ako aj nenasýtené. Najjednoduchším homológnym radom nenasýtených uhľovodíkov sú CnH2n alkény s jednou dvojitou väzbou:
Ďalšie dve valencie atómov uhlíka sa používajú na pridanie vodíka a nasýtených uhľovodíkových radikálov.
Prvým členom alkénového radu je etén (etylén) C2H4. Nasleduje propén (propylén) C 3 H 6, butén (butylén) C 4 H 8, pentén C 5 H 10 atď. Niektoré radikály s dvojitou väzbou majú špeciálne názvy: vinyl CH 2 \u003d CH-, alyl CH 2 \u003d CH-CH2 -.
Atómy uhlíka spojené dvojitou väzbou sú v stave hybridizácie sp2. vznikajú hybridné orbitály σ väzba medzi nimi a nehybridným p-orbitálom - π väzba(obr. 15.1). Celková energia dvojitej väzby je 606 kJ / mol a a-väzba predstavuje asi 347 kJ / mol a π väzba- 259 kJ/mol. Zvýšená sila dvojitej väzby sa prejavuje zmenšením vzdialenosti medzi atómami uhlíka na 133 pm v porovnaní so 154 pm pre jednoduchú väzbu C-C.
Napriek formálnej sile sa ukazuje, že hlavným reakčným centrom je dvojitá väzba v alkénoch. Elektronický pár π -väzby tvoria dosť rozptýlený oblak, relatívne vzdialený od atómových jadier, v dôsledku čoho je pohyblivý a citlivý na vplyv iných atómov (s. 442). π -Oblak je posunutý na jeden z dvoch atómov uhlíka, ktorý
Ryža. 15.1. Vznik násobnej väzby medzi atómami uhlíka sp 2
patrí pod vplyvom substituentov v molekule alkénu alebo pod pôsobením atakujúcej molekuly. To vedie k vysokej reaktivite alkénov v porovnaní s alkánmi. Zmes plynných alkánov nereaguje s brómovou vodou, ale v prítomnosti prímesi alkénov sa zafarbí. Táto vzorka sa používa na detekciu alkénov.
Alkény majú ďalšie typy izomérie, ktoré v alkánoch chýbajú: izoméria polohy dvojitej väzby a priestorová cis-trans izoméria. Posledný typ izomérie je spôsobený špeciálnou symetriou π -spojenia. Zabraňuje vnútornej rotácii v molekule a stabilizuje usporiadanie štyroch substituentov na atómoch C=C v jednej rovine. Ak existujú dva páry rôznych substituentov, potom s diagonálnym usporiadaním substituentov každého páru sa získa trans izomér a so susedným usporiadaním cis izomér. Etén a propén nemajú žiadne izoméry, ale butén má oba typy izomérov:
úloha 15.7. Všetky alkény majú rovnaké elementárne zloženie ako hmotnostne (85,71 % uhlíka a 14,29 % vodíka), tak aj pomerom počtu atómov n(C): n(H) = 1:2. Môže byť každý alkén považovaný za izomér vzhľadom na iné alkény?
úloha 15.8. Sú priestorové izoméry možné v prítomnosti troch a štyroch rôznych substituentov na sp 2 atómoch uhlíka?
úloha 15.9. Nakreslite štruktúrne vzorce izomérov penténu.
Potvrdenie. Už vieme, že alkány sa dajú premeniť na nenasýtené zlúčeniny. Toto je
chodí v dôsledku odstraňovania vodíka (dehydrogenácia) a praskania. Dehydrogenáciou butánu vzniká prevažne butén-2:
úloha 15.10. Napíšte reakciu praskajúceho malku-
Dehydrogenácia a krakovanie vyžadujú relatívne vysoké teploty. Za normálnych podmienok alebo mierneho zahrievania vznikajú z halogénderivátov alkény. Chlór- a brómalkány reagujú s alkáliami v alkoholovom roztoku, pričom odštiepujú halogén a vodík z dvoch susedných atómov uhlíka:
Toto je eliminačná reakcia (s. 441). Ak je k dvom susedným atómom uhlíka pripojený iný počet atómov vodíka, eliminácia prebieha podľa Zaitsevovho pravidla.
Pri eliminačnej reakcii sa vodík prevažne odštiepi z menej hydrogenovaného atómu uhlíka.
príklad 15.2. Napíšte reakciu na odstránenie 2-chlórbutánu.
Riešenie. Podľa Zaitsevovho pravidla sa vodík oddeľuje od atómu 3 C:
Pôsobením kovov zinku a horčíka na dihalogénalkány so susednou polohou halogénov vznikajú aj alkény:
Chemické vlastnosti. Alkény sa môžu pri vysokej teplote rozkladať na jednoduché látky a polymerizovať, pričom sa menia na vysokomolekulárne látky. Etylén sa polymerizuje pri veľmi vysokom tlaku (-1500 atm) s pridaním malého množstva kyslíka ako iniciátora voľných radikálov. Z tekutého etylénu sa za týchto podmienok získa biela pružná hmota, transparentná v tenkej vrstve, - polyetylén. Ide o známy materiál. Polymér sa skladá z veľmi dlhých molekúl.
Molekulová hmotnosť 20 OOO-40 OOO. V štruktúre ide o nasýtený uhľovodík, ale atómy kyslíka môžu byť umiestnené na koncoch molekúl. Pri veľkej molekulovej hmotnosti je podiel koncových skupín veľmi malý a je ťažké určiť ich povahu.
úloha 15.11. Koľko molekúl etylénu obsahuje jedna molekula polyetylénu s molekulovou hmotnosťou 28 000?
Polymerizácia etylénu prebieha aj pri nízkom tlaku v prítomnosti špeciálnych katalyzátorov Ziegler-Natta. Sú to zmesi TiCl a organohlinitých zlúčenín AlR x Cl 3-x, kde R je alkyl. Polyetylén získaný katalytickou polymerizáciou má lepšie mechanické vlastnosti, ale rýchlejšie starne, t.j. ničí sa svetlom a inými faktormi. Výroba polyetylénu sa začala okolo roku 1955. Tento materiál výrazne ovplyvnil každodenný život, pretože sa z neho začali vyrábať obalové tašky. Z ostatných alkénových polymérov je najdôležitejší polypropylén. Vytvára tvrdší a menej priehľadný film ako polyetylén. Polymerizácia propylénu sa uskutočňuje s
Talizátor Ziegler-Natta. Výsledný polymér má správne izotaktickéštruktúru
Výsledkom je vysokotlaková polymerizácia Atlantiku polypropylén s náhodným usporiadaním radikálov CH 3 . Ide o látku s úplne inými vlastnosťami: kvapalinu s teplotou tuhnutia -35 °C.
Oxidačné reakcie. Za normálnych podmienok sa alkény oxidujú na dvojitej väzbe pri kontakte s roztokmi manganistanu draselného a iných oxidačných činidiel. V slabo alkalickom prostredí glykoly, t.j. diatomické alkoholy:
V kyslom prostredí sa pri zahrievaní alkény oxidujú s úplným roztrhnutím molekuly pozdĺž dvojitej väzby:
úloha 15.12. Napíšte rovnicu pre túto reakciu.
úloha 15.13. Napíšte rovnice pre oxidáciu buténu-1 a buténu-2 s manganistanom draselným v kyslom prostredí.
Etylén sa oxiduje kyslíkom na katalyzátore Ag/Al203 za vzniku cyklickej látky obsahujúcej kyslík nazývanej etylénoxid:
Ide o veľmi dôležitý produkt chemického priemyslu, ktorý sa ročne vyrába v množstve miliónov ton. Používa sa na výrobu polymérov a detergentov.
Reakcie elektrofilnej adície. K alkénom sú na dvojitej väzbe pripojené molekuly halogénov, halogenovodíkov, vody a mnohých ďalších. Uvažujme mechanizmus pridávania s použitím brómu ako príkladu. Keď molekula Br2 napadne jeden z atómov uhlíka nenasýteného centra, elektrónový pár π -väzba je posunutá na druhú a ďalej na bróm. Bróm teda pôsobí ako elektrofilné činidlo:
Vytvorí sa väzba medzi brómom a uhlíkom a súčasne sa preruší väzba medzi atómami brómu:
Atóm uhlíka, ktorý stratil elektrónový pár, má ponechaný voľný orbitál. Brómový ión sa k nemu pridáva donorovo-akceptorovým mechanizmom:
Prídavok halogenovodíkov prechádza štádiom ataku protónov na nenasýtený uhlík. Ďalej, ako pri reakcii s brómom, sa pridá halogénový ión:
V prípade pridania vody je málo protónov (voda je slabý elektrolyt) a reakcia prebieha v prítomnosti kyseliny ako katalyzátora. Pridávanie k etylénovým homológom sa riadi Markovnikovovým pravidlom.
Pri reakciách elektrofilnej adície halogenovodíkov a vody na nenasýtené uhľovodíky tvorí vodík prevažne väzbu s najviac hydrogenovaným atómom uhlíka.
príklad 15.3. Napíšte adičnú reakciu bromovodíka na propén.
Podstatou Markovnikovovho pravidla je, že uhľovodíkové radikály sú menej elektronegatívne (viac elektróny donorské) substituenty ako atóm vodíka. Preto mobilné π elektróny sú posunuté na sp2-uhlík, ktoré nie sú spojené s radikálom alebo sú spojené s menším počtom radikálov:
Prirodzene, vodík H + napáda atóm uhlíka so záporným nábojom. Je tiež viac hydrogenovaný.
Vo funkčných derivátoch alkénov môže byť substitúcia proti Markovnikovovmu pravidlu, ale pri zvažovaní posunu elektrónovej hustoty v konkrétnych molekulách sa vždy ukáže, že vodík je naviazaný na atóm uhlíka, ktorý má zvýšenú elektrónovú hustotu. Uvažujme distribúciu náboja v 3-fluórpropéne-1. Elektronegatívny atóm fluóru pôsobí ako akceptor elektrónovej hustoty. V reťazci o-väzieb sú elektrónové páry posunuté k atómu fluóru a sú mobilné π elektróny posun od najvzdialenejšieho k strednému atómu uhlíka:
Výsledkom je, že dodatok je v rozpore s Markovnikovovým pravidlom:
Tu pôsobí jeden z hlavných mechanizmov vzájomného ovplyvňovania atómov v molekulách - indukčný efekt:
Indukčný efekt (±/) je premiestnenie elektrónových párov v reťazci o-väzieb pôsobením atómu (skupiny atómov) so zvýšenou (-/) alebo zníženou (+/) elektronegativitou vo vzťahu k vodíku:
Atóm halogénu má iný účinok, ak sa nachádza na atóme uhlíka sp2. Tu sa adjunkcia riadi Markovnikovovým pravidlom. V tomto prípade, mezomerický Effect. Nezdieľaný elektrónový pár atómu chlóru je posunutý k atómu uhlíka, akoby sa zvyšovala multiplicita väzby Cl-C. Výsledkom je, že elektróny n-väzby sú posunuté na ďalší atóm uhlíka, čím vzniká nadbytok elektrónovej hustoty na ňom. Počas reakcie sa k nemu pridáva protón: 
Potom, ako je zrejmé z diagramu, ión chlóru prechádza na atóm uhlíka, s ktorým je už chlór viazaný. K mezomérnemu efektu dochádza iba v prípade osamelého elektrónového páru konjugovaný s π-väzba, teda sú oddelené len jednou jednoduchou väzbou. Keď sa z dvojitej väzby odstráni halogén (ako v 3-fluórpropéne-1), mezomérny efekt zmizne. Indukčný efekt je aktívny vo všetkých halogénových derivátoch, ale v prípade 2-chlórpropénu je mezomérny efekt silnejší ako indukčný.
Mezomerný (±M) efektom je posunutie ja-elektróny v reťazci sp 2 -atómov uhlíka s možnou účasťou nezdieľaného elektrónového páru funkčnej skupiny.
Mezomerický efekt môže byť pozitívny (+M) aj negatívny (-M). Atómy halogénu majú pozitívny mezomérny účinok a zároveň negatívny indukčný účinok. Negatívny mezomérny efekt má funkčné skupiny s dvojitými väzbami na atómoch kyslíka (pozri nižšie).
úloha 15.14. Napíšte štruktúrny vzorec reakčného produktu adície chlorovodíka na 1-chlórbutén-1.
Oxosyntéza. Veľký priemyselný význam má reakcia alkénov s oxidom uhoľnatým (II) a vodíkom. Uskutočňuje sa pri zvýšenej teplote a tlaku viac ako 100 atm. Katalyzátorom je kovový kobalt, ktorý tvorí medziprodukty s CO. Reakčným produktom je oxozlúčenina - aldehyd obsahujúci o jeden atóm uhlíka viac ako pôvodný alkén:
Alkadiény
Uhľovodíky s dvoma dvojitými väzbami sa nazývajú alkadiény, a tiež kratšie diény. Všeobecný vzorec diénov C n H 2n-2 Existujú tri hlavné homologické série diénových uhľovodíkov:
úloha 15.15. Uveďte, v ktorých hybridných stavoch sú atómy uhlíka v diénových uhľovodíkoch uvedených vyššie.
Najväčší praktický význam majú konjugované diénové uhľovodíky, pretože slúžia ako suroviny na výrobu rôznych druhov kaučuku a kaučuku. Nekonjugované diény majú obvyklé vlastnosti alkénov. Konjugované diény majú štyri po sebe idúce sp2 atómy uhlíka. Sú v rovnakej rovine a ich nehybridné p-orbitály sú orientované paralelne (obr. 15.2). Preto existuje prekrytie medzi všetkými susednými p-orbitálmi a sú vytvorené π väzby nielen medzi 1 -
2 a 3 -
4, ale aj medzi 2-3 atómami uhlíka. Zároveň musia elektróny vytvoriť dva dvojelektrónové oblaky. Existuje superpozícia (rezonancia) rôznych stavov n-elektrónov s multiplicitou strednej väzby medzi jednoduchým a dvojitým: 
Tieto spojenia sú tzv konjugovaný. Väzba medzi 2-3 atómami uhlíka je v porovnaní s bežnou jednoduchou väzbou skrátená, čo potvrdzuje jej zvýšenú multiplicitu. Pri nízkych teplotách sa konjugované diény správajú prevažne ako zlúčeniny s dvoma dvojitými väzbami a pri zvýšených teplotách ako zlúčeniny s konjugovanými väzbami.
Dva najdôležitejšie diény - butadién-1,3 (divinyl) a 2-metylbutadién-1,3 (izoprén) - sa získavajú z buta-
Ryža. 15.2. Prekrývajúce sa p-orbitály v molekule diénu
Nový a pentán frakcie, ktoré sú produktmi spracovania zemného plynu:
Butadién sa tiež získava metódou S. V. Lebedeva z alkoholu:
Elektrofilné adičné reakcie v konjugovaných diénoch prebiehajú zvláštnym spôsobom. Butadién, keď sa ochladí na -80 ° C, pridá prvú molekulu brómu do polohy 1,2:
Tento produkt sa získa s výťažkom 80 %. Zvyšných 20 % pochádza z produktu s prídavkom 1,4:
Zostávajúca dvojitá väzba sa nachádza medzi druhým a tretím atómom uhlíka. Najprv sa bróm naviaže na koncový atóm uhlíka a vytvorí karbonatón (častica s kladným nábojom na uhlíku):
V procese pohybu sa n-elektróny ukážu ako v polohe 2, 3, potom v polohe 3, 4. Pri nízkych teplotách častejšie obsadzujú polohu 3, 4, a teda 1,2- prevláda adičný produkt. Ak sa bromácia uskutočňuje pri teplote 40 °C, potom sa 1,4-adičný produkt stáva hlavným, jeho výťažok stúpne na 80 % a zvyšok je 1,2-adičný produkt.
úloha 15.16. Napíšte produkty postupného pridávania brómu a chlóru do izoprénu pri zvýšenej teplote.
Butadién a izoprén ľahko polymerizujú za vzniku rôznych kaučukov. Alkalické kovy, organické zlúčeniny alkalických kovov, katalyzátory Ziegler-Natta môžu slúžiť ako katalyzátory polymerizácie. Polymerizácia prebieha podľa typu 1,4-adície. Molekuly kaučuku svojou štruktúrou patria k nekonjugovaným polyénom, t.j. k uhľovodíkom s veľkým počtom dvojitých väzieb. Ide o flexibilné molekuly, ktoré sa dokážu natiahnuť aj skrútiť do guľôčok. Na dvojitých väzbách v kaučukoch vzniká ako cis-, a trans usporiadanie atómov vodíka a radikálov. Najlepšie vlastnosti majú cis-butadién a cis-izoprén (prírodné) kaučuky. Ich štruktúra je znázornená na obr. 15.3. Trans-polyizoprén (gutaperča) sa nachádza aj v prírode. Na vyššie uvedených vzorcoch kau-
Ryža. 15.3. Štruktúra molekuly niektorých kaučukov
Kliešte okolo spojov znázornených bodkovanou čiarou, je možná vnútorná rotácia. Kaučuky, v molekulách ktorých sa s dvojitými väzbami nachádza oboje cis-, a konfigurácia hrudníka sa nazývajú nepravidelný. Pokiaľ ide o vlastnosti, sú horšie ako bežné gumy.
úloha 15.17. nakreslite štruktúru trans polybu tadién.
úloha 15.18. Je známy chloroprénový butadiénový derivát chloroprén (2-chlórbutadién-1,3), z ktorého sa získava chloroprénový kaučuk. Napíšte štruktúrny vzorec cis-chloroprénového kaučuku.
Guma sa vyrába z gumy, ktorej praktické využitie je neobvykle široké. Najväčšie množstvo ide na výrobu pneumatík na kolesá. Na výrobu gumy sa guma zmieša so sírou a zahrieva sa. Atómy síry sú viazané dvojitými väzbami, čím sa vytvára mnoho mostíkov medzi molekulami gumy. Vzniká priestorová sieť väzieb, ktorá spája takmer všetky dostupné molekuly gumy do jednej molekuly. Zatiaľ čo kaučuk sa rozpúšťa v uhľovodíkoch, kaučuk môže napučať len absorbovaním rozpúšťadla do prázdnych priestorov medzi uhľovodíkovými reťazcami a sírovými mostíkmi.
alkíny
Ďalšia homologická séria je alkíny- uhľovodíky s trojitou väzbou medzi atómami uhlíka: 
Všeobecný vzorec pre túto sériu CnH2n_2 je rovnaký ako pre homologickú sériu diénov. Prvým členom série je C 2 H 2 acetylén, alebo podľa systematického názvoslovia etín. Nasledujúce členy radu propín C 3 H 4, butín C 4 H 6, pentín C 5 H 8 atď. Podobne ako alkény a diény, aj tieto sú nenasýtené uhľovodíky, ale v tomto rade sú atómy uhlíka viazané trojitým
väzba, sú v stave sp-hybridizácie. Ich hybridné orbitály sú nasmerované v opačných smeroch pod uhlom 180° a vytvárajú lineárne zoskupenie, vrátane atómov vodíka alebo uhlíka radikálov:
úloha 15.19. Napíšte štruktúrne vzorce propínu a butínu. Majú izoméry?
úloha 15.20. Zvážte schému prekrývajúcich sa orbitálov v molekule acetylénu (str. 188). Ktoré orbitály tvoria n-väzby medzi atómami uhlíka?
Trojitá väzba v alkénoch je charakterizovaná energiou E St = 828 kJ/mol. To je o 222 kJ/mol viac ako energia dvojitej väzby v alkénoch. Vzdialenosť C=C je znížená na 120 pm. Napriek prítomnosti takejto silnej väzby je acetylén nestabilný a môže sa explozívne rozložiť na metán a uhlie:
Táto vlastnosť sa vysvetľuje skutočnosťou, že v produktoch rozkladu klesá počet menej odolných zlúčenín. π väzby, namiesto ktorých sú vytvorené σ-väzby v metáne a grafite. Nestabilita acetylénu je spojená s veľkým uvoľňovaním energie pri jeho spaľovaní. Teplota plameňa dosahuje 3150 °C. Na rezanie a zváranie ocele stačí. Acetylén sa skladuje a prepravuje v bielych valcoch, v ktorých je v acetónovom roztoku pri tlaku -10 atm.
Alkíny vykazujú izomériu uhlíkového skeletu a viacnásobné polohy väzieb. Priestorový cistrany izoméria chýba.
úloha 15.21. Napíšte štruktúrne vzorce všetkých možných izomérov C 5 H 8 s trojitou väzbou.
Potvrdenie. Acetylén vzniká hydrolýzou karbidu vápnika:
Ďalší prakticky dôležitý spôsob výroby acetylénu je založený na rýchlom ohreve metánu na 1500-1600 °C. V tomto prípade sa metán rozkladá a zároveň vzniká až 15 % acetylénu. Zmes plynov sa rýchlo ochladí. Acetylén sa oddeľuje rozpustením v tlakovej vode. Objemový koeficient rozpustnosti acetylénu je väčší ako koeficient iných uhľovodíkov: KV = 1,15 (15 °C).
Alkíny vznikajú, keď dvojitý eliminácia dihalogénových derivátov:
príklad 15.4. Ako získať butín-2 z buténu-1 v štyroch krokoch?
Riešenie. Napíšeme reakčné rovnice.
Chemické vlastnosti. Acetylén exploduje pri teplote -500 °C alebo pod tlakom viac ako 20 atm, pričom sa rozkladá na uhlie a vodík s prímesou metánu. Molekuly acetylénu sa môžu tiež navzájom kombinovať. V prítomnosti CuCl dochádza k dimerizácii s tvorbou vinylacetylénu:
úloha 15.22. Pomenujte vinylacetylén podľa systematickej nomenklatúry.
Pri prechode cez zahriate drevené uhlie sa acetylén trimerizuje za vzniku benzénu:
Manganistan draselný v slabo alkalickom prostredí oxiduje alkíny s konzerváciou σ-väzby medzi atómami uhlíka:
V tomto príklade je reakčným produktom šťavelan draselný, soľ kyseliny šťaveľovej. Oxidácia manganistanom draselným v kyslom prostredí vedie k úplnému štiepeniu trojitej väzby:
ZADANIE 15.23. Napíšte rovnicu pre oxidáciu butínu-2 manganistanom draselným v mierne alkalickom prostredí.
Napriek vysokej nenasýtenosti molekúl sú elektrofilné adičné reakcie v alkínoch ťažšie (pomalšie) ako v alkénoch. Alkíny pridávajú dve halogénové molekuly do série. Pridávanie halogenovodíkov a vody sa riadi Markovnikovovým pravidlom. Na pridanie vody je potrebný katalyzátor - síran ortuťnatý v kyslom prostredí (Kucherovova reakcia):
Hydroxylová skupina OH spojená s sp 2 -yvnepo dom, nestabilný. Elektrónový pár sa presunie z kyslíka na najbližší atóm uhlíka a protón sa presunie na ďalší atóm uhlíka:
Konečným produktom reakcie propínu s vodou je teda oxozlúčenina acetón.
Substitučná reakcia vodíka. Uhlík v hybridizačnom stave sp sa vyznačuje mierne vyššou elektronegativitou ako v stavoch sp 2 a sp3. Preto sa v alkínoch zvyšuje polarita väzby C-H a vodík sa stáva relatívne mobilným. Alkíny reagujú s roztokmi solí ťažkých kovov za vzniku substitučných produktov. V prípade acetylénu sa tieto produkty nazývajú acetylidy:
Medzi acetylenidy patrí aj karbid vápnika (str. 364). Je potrebné poznamenať, že acetylénidy alkalických kovov a kovov alkalických zemín sú úplne hydrolyzované. Acetylidy reagujú s halogénovými derivátmi uhľovodíkov za vzniku rôznych homológov acetylénu.
V priebehu reakcie sa niektoré chemické väzby v molekulách reagujúcich látok prerušia a iné sa vytvoria. Organické reakcie sú klasifikované podľa typu rozpadu chemických väzieb v reagujúcich časticiach. Z nich možno rozlíšiť dve veľké skupiny reakcií – radikálové a iónové.
Radikálové reakcie sú procesy, pri ktorých dochádza k homolytickému pretrhnutiu kovalentnej väzby. Pri homolytickej ruptúre sa pár elektrónov tvoriacich väzbu rozdelí tak, že každá z vytvorených častíc dostane jeden elektrón. V dôsledku homolytického roztrhnutia sa tvoria voľné radikály:
Neutrálny atóm alebo častica s nespárovaným elektrónom sa nazýva voľný radikál.
Iónové reakcie sú procesy, ktoré sa vyskytujú pri heterolytickom štiepení kovalentných väzieb, keď oba väzbové elektróny zostávajú s jednou z predtým viazaných častíc:
V dôsledku štiepenia heterolytických väzieb sa získajú nabité častice: nukleofilné a elektrofilné.
Nukleofilná častica (nukleofil) je častica, ktorá má na vonkajšej elektrónovej úrovni pár elektrónov. Vďaka páru elektrónov je nukleofil schopný vytvoriť novú kovalentnú väzbu.
Elektrofilná častica (elektrofil) je častica, ktorá má nevyplnenú vonkajšiu elektronickú hladinu. Elektrofil predstavuje nevyplnené, prázdne orbitály na vytvorenie kovalentnej väzby v dôsledku elektrónov častice, s ktorou interaguje.
V organickej chémii sa všetky štrukturálne zmeny zvažujú vo vzťahu k atómu uhlíka (alebo atómom) zapojeným do reakcie.
V súlade s vyššie uvedeným sa chlorácia metánu pôsobením svetla klasifikuje ako radikálová substitúcia, adícia halogénov na alkény ako elektrofilná adícia a hydrolýza alkylhalogenidov ako nukleofilná substitúcia.
Nasledujúce typy akcií sú najbežnejšie.
Hlavné typy chemických reakcií
ja Substitučné reakcie(náhrada jedného alebo viacerých atómov vodíka atómami halogénu alebo špeciálnou skupinou) RCH2X + Y → RCH2Y + X
II. Adičné reakcie RCH=CH2 + XY -> RCHX-CH2Y
III. Štiepne (eliminačné) reakcie RCHX-CH2Y -> RCH=CH2 + XY
IV. Izomerizačné reakcie (preskupenia)
v. Oxidačné reakcie(interakcia so vzdušným kyslíkom alebo oxidačným činidlom)
V týchto typoch reakcií uvedených vyššie sú tiež špecializovaný a registrovaný reakcie.
Špecializovaný:
1) hydrogenácia (interakcia s vodíkom)
2) dehydrogenácia (odštiepenie z molekuly vodíka)
3) halogenácia (interakcia s halogénom: F2, Cl2, Br2, I2)
4) dehalogenácia (odštiepenie z molekuly halogénu)
5) hydrohalogenácia (interakcia s halogenovodíkom)
6) dehydrohalogenácia (odštiepenie z molekuly halogenovodíka)
7) hydratácia (interakcia s vodou v nezvratnej reakcii)
8) dehydratácia (odštiepenie z molekuly vody)
9) hydrolýza (interakcia s vodou pri reverzibilnej reakcii)
10) polymerizácia (získanie viacnásobne zväčšeného uhlíkového skeletu z rovnakých jednoduchých zlúčenín)
11) polykondenzácia (získanie viacnásobne zväčšeného uhlíkového skeletu z dvoch rôznych zlúčenín)
12) sulfonácia (interakcia s kyselinou sírovou)
13) nitrácia (interakcia s kyselinou dusičnou)
14) praskanie (redukcia uhlíkového skeletu)
15) pyrolýza (rozklad zložitých organických látok na jednoduchšie pod vplyvom vysokých teplôt)
16) alkylačná reakcia (zavedenie alkánového radikálu do vzorca)
17) acylačná reakcia (zavedenie skupiny -C (CH 3) O do vzorca)
18) aromatizačná reakcia (tvorba uhľovodíka zo série arénov)
19) dekarboxylačná reakcia (odštiepenie z molekuly karboxylovej skupiny -COOH)
20) esterifikačná reakcia (reakcia alkoholu s kyselinou alebo získanie esteru z alkoholu alebo karboxylovej kyseliny)
21) reakcia "strieborného zrkadla" (interakcia s amoniakovým roztokom oxidu strieborného (I))
Nominálne reakcie:
1) Wurtzova reakcia (predĺženie uhlíkového skeletu počas interakcie halogénovaného uhľovodíka s aktívnym kovom)
2) Kucherovova reakcia (získanie aldehydu reakciou acetylénu s vodou)
3) Konovalovova reakcia (reakcia alkánu so zriedenou kyselinou dusičnou)
4) Wagnerova reakcia (oxidácia uhľovodíkov s dvojitou väzbou kyslíkom oxidačného činidla v slabo alkalickom alebo neutrálnom prostredí za normálnych podmienok)
5) Lebedevova reakcia (dehydrogenácia a dehydratácia alkoholov pri výrobe alkadiénov)
6) Friedel-Craftsova reakcia (alkylačná reakcia arénu s chlóralkánom na získanie homológov benzénu)
7) Zelinského reakcia (získanie benzénu z cyklohexánu dehydrogenáciou)
8) Kirchhoffova reakcia (premena škrobu na glukózu za katalytického pôsobenia kyseliny sírovej)
Téma lekcie: Typy chemických reakcií v organickej chémii.
Typ lekcie: lekcia štúdia a primárneho upevňovania nového materiálu.
Ciele lekcie: vytvárať podmienky na vytváranie vedomostí o vlastnostiach toku chemických reakcií organických látok pri oboznamovaní sa s ich klasifikáciou, upevňovať schopnosť písať reakčné rovnice.
Ciele lekcie:
Vyučovanie: študovať typy reakcií v organickej chémii na základe vedomostí študentov o typoch reakcií v anorganickej chémii a ich porovnaní s typmi reakcií v organickej chémii.
Rozvíjanie: podporovať rozvoj logického myslenia a intelektuálnych schopností (analyzovať, porovnávať, vytvárať vzťahy príčina-následok).
Vzdelávacie: pokračovať vo formovaní kultúry duševnej práce; komunikačné schopnosti: počúvať názory iných ľudí, dokázať ich názor, nájsť kompromisy.
Vyučovacie metódy:slovné (príbeh, vysvetlenie, vyjadrenie problému); vizuálna (multimediálna vizuálna pomôcka); heuristické (písomné a ústne cvičenia, riešenie problémov, testové úlohy).
Prostriedky vzdelávania:realizácia vnútro- a interdisciplinárnych prepojení, multimediálna názorná pomôcka (prezentácia), symbolicko-grafická tabuľka.
Technológia: prvky kooperačnej pedagogiky, učenie zamerané na študenta (kompetenčné vzdelávanie, humánno-personálne technológie, individuálny a diferencovaný prístup), informačné a komunikačné technológie, zdravotne nezávadné vzdelávacie technológie (organizačná a pedagogická technika).
Stručný popis priebehu lekcie.
I. Organizačná fáza: vzájomné pozdravy učiteľa a žiakov; kontrola pripravenosti študentov na vyučovaciu hodinu; organizácia pozornosti a nálady na lekciu.
Kontrola domácich úloh.Otázky na overenie: 1. Dokončite vety: a) Izoméry sú ... b) Funkčná skupina je ... 2. Zaraďte naznačené vzorce látok (vzorce sú ponúkané na kartičkách) a pomenujte triedy zlúčenín do ku ktorým patria. 3. Umožnite skrátené štruktúrne vzorce izomérov zodpovedajúce molekulovým vzorcom (napríklad: C 6H14, C3H60)
Hlásenie témy a úloh štúdia nového materiálu; ukazuje jeho praktický význam.
II. Učenie nového materiálu:
Aktualizácia znalostí.(Príbeh učiteľa je založený na snímkach, ktoré si študenti prenášajú do notebookov ako referenčnú poznámku)
Chemické reakcie sú hlavným predmetom vedy chémie. (Snímka 2)
V procese chemických reakcií sa jedna látka premieňa na druhú.
Činidlo 1 + Činidlo 2 = Produkty (anorganická chémia)
Substrát + útočné činidlo = produkty (organická chémia)
Pri mnohých organických reakciách neprechádzajú zmenou všetky molekuly, ale ich reakčné časti (funkčné skupiny, ich jednotlivé atómy atď.), ktoré sa nazývajú reakčné centrá. Substrát je látka, v ktorej sa rozbije starý atóm uhlíka a vytvorí sa nová väzba a zlúčenina, ktorá naň pôsobí alebo jej reaktívna častica, sa nazýva činidlo.
Anorganické reakcie sa klasifikujú podľa niekoľkých kritérií: podľa počtu a zloženia východiskových látok a produktov (zlúčeniny, rozklad, substitúcia, výmena), podľa tepelného účinku (exo- a endotermické), podľa zmeny oxidácie stav atómov, podľa reverzibility procesu, podľa fázy (homo- a heterogénne), použitím katalyzátora (katalytického a nekatalytického). (Snímky 3, 4)
Výsledkom etapy vyučovacej hodiny je splnenie úlohy žiakmi (snímka 5), čo vám umožní otestovať si zručnosti v písaní rovníc chemických reakcií, usporiadaní stechiometrických koeficientov a klasifikácii anorganických reakcií. (Úlohy sú ponúkané na rôznych úrovniach)
(Cvičenie „mozgovej“ gymnastiky na rozvoj kognitívnych a duševných procesov – „Sova“: zlepšuje vizuálnu pamäť, pozornosť a zmierňuje stres, ktorý vzniká pri dlhodobom sedení.)Pravou rukou chyťte ľavé rameno a stlačte ho, otočte sa doľava, aby ste sa obzreli dozadu, zhlboka sa nadýchnite a zatlačte ramená dozadu. Teraz sa pozerajte cez druhé rameno, položte bradu na hruď a zhlboka sa nadýchnite, aby sa vaše svaly uvoľnili..
Prezentácia nového materiálu.(Pri prezentácii látky si žiaci robia poznámky do zošitov, na ktoré učiteľ sústreďuje pozornosť – informácie o diapozitívoch)
Reakcie organických zlúčenín sa riadia rovnakými zákonmi (zákon zachovania hmoty a energie, zákon pôsobenia hmoty, Hessov zákon atď.) a vykazujú rovnaké vzorce (stechiometrické, energetické, kinetické) ako reakcie anorganických látok. (Snímka 6)
Organické reakcie sa zvyčajne klasifikujú podľa mechanizmov výskytu, smeru a konečných produktov reakcie. (Snímka 7)
Spôsob, akým sú kovalentné väzby prerušené, určuje typ reakčného mechanizmu. Pod reakčným mechanizmom rozumieme postupnosť štádií reakcie s uvedením medziproduktových častíc vytvorených v každom z týchto štádií. (Reakčný mechanizmus opisuje svoju dráhu, t. j. postupnosť elementárnych aktov interakcie činidiel, ktorými prúdi.)
V organickej chémii sa rozlišujú dva hlavné typy reakčného mechanizmu: radikálový (homolytický) a iónový (heterolytický). (Snímka 8)
Pri homolytickej ruptúre sa pár elektrónov tvoriacich väzbu rozdelí tak, že každá z vytvorených častíc dostane jeden elektrón. V dôsledku homolytického roztrhnutia sa tvoria voľné radikály:
X:Y → X . + . Y
Neutrálny atóm alebo častica s nespárovaným elektrónom sa nazýva voľný radikál.
V dôsledku štiepenia heterolytických väzieb sa získajú nabité častice: nukleofilné a elektrofilné.
X:Y → X + + :Y -
Nukleofilná častica (nukleofil) je častica, ktorá má na vonkajšej elektrónovej úrovni pár elektrónov. Vďaka páru elektrónov je nukleofil schopný vytvoriť novú kovalentnú väzbu.
Elektrofilná častica (elektrofil) je častica, ktorá má na vonkajšej elektronickej úrovni voľný orbitál. Elektrofil predstavuje nevyplnené, prázdne orbitály na vytvorenie kovalentnej väzby v dôsledku elektrónov častice, s ktorou interaguje.
Radikálové reakcie majú charakteristický reťazový mechanizmus, ktorý zahŕňa tri stupne: nukleáciu (iniciáciu), vývoj (rast) a ukončenie reťazca. (Snímka 9)
Iónové reakcie prebiehajú bez prerušenia elektrónových párov, ktoré tvoria chemické väzby: oba elektróny idú na orbitál jedného z atómov reakčného produktu za vzniku aniónu. (Snímka 10) Heterolytický rozpad kovalentnej polárnej väzby vedie k tvorbe nukleofilov (anióny) a elektrofilov (katióny). V závislosti od povahy atakujúceho činidla môžu byť reakcie nukleofilné alebo elektrofilné.
Podľa smeru a konečného výsledku chemickej premeny sa organické reakcie delia na tieto typy: substitučná, adícia, eliminácia (eliminácia), preskupenie (izomerizácia), oxidácia a redukcia. (Snímka 11)
Substitúcia sa chápe ako nahradenie atómu alebo skupiny atómov iným atómom alebo skupinou atómov. Výsledkom substitučnej reakcie sú dva rôzne produkty.
R-CH2X + Y → R-CH2Y + X
Adičnou reakciou sa rozumie zavedenie atómu alebo skupiny atómov do molekuly nenasýtenej zlúčeniny, ktoré je sprevádzané prerušením väzieb π v tejto zlúčenine. Počas interakcie sa dvojité väzby premenia na jednoduché väzby a trojité väzby sa prevedú na dvojité alebo jednoduché väzby.
R-CH=CH2 + XY -> RCHX-CH2Y
Problém: Aký typ reakcie môžeme klasifikovať ako polymerizačnú reakciu? Dokážte, že patrí k určitému typu reakcií a uveďte príklad.
Adičné reakcie zahŕňajú aj polymerizačné reakcie (napríklad: získanie polyetylénu z etylénu).
n(CH2 \u003d CH2) → (-CH2-CH2-)n
Eliminačné reakcie alebo štiepenie sú reakcie, počas ktorých sa atómy alebo ich skupiny odštiepia z organickej molekuly za vzniku násobnej väzby.
R-CHX-CH2Y -> R-CH=CH2 + XY
Preskupovacie reakcie (izomerizácia). Pri tomto type reakcie dochádza k preskupeniu atómov a ich skupín v molekule.
Polykondenzačné reakcie sú substitučné reakcie, ale často sa rozlišujú ako špeciálny typ organických reakcií, ktoré majú špecifické vlastnosti a veľký praktický význam.
Oxidačno-redukčné reakcie sú sprevádzané zmenou stupňa oxidácie atómu uhlíka v zlúčeninách, kde je atóm uhlíka centrom reakcie.
Oxidácia je reakcia, pri ktorej sa pôsobením oxidačného činidla látka spája s kyslíkom (alebo iným elektronegatívnym prvkom, napr. halogénom) alebo stráca vodík (vo forme vody alebo molekulárneho vodíka). Pôsobenie oxidačného činidla (oxidácia) je v reakčnej schéme označené symbolom [O].
[o]
CH 3 CHO → CH 3 COOH
Regenerácia je reverzná reakcia oxidácie. Pôsobením redukčného činidla zlúčenina prijíma atómy vodíka alebo stráca atómy kyslíka: pôsobenie redukčného činidla (redukcia) je označené symbolom [H].
[H]
CH3COCH3 -> CH3CH(OH)CH3
Hydrogenácia je reakcia, ktorá je špeciálnym prípadom redukcie. Vodík sa pridáva do viacnásobnej väzby alebo aromatického jadra v prítomnosti katalyzátora.
Na upevnenie preberanej látky žiaci plnia testovú úlohu: snímky 12.13.
III. Domáca úloha: § 8 (cvičenie 2), 9
IV. Zhrnutie
Závery: (Snímka 14)
Organické reakcie sa riadia všeobecnými zákonmi (zákon zachovania hmoty a energie) a všeobecnými zákonmi ich priebehu (energetické, kinetické - odhaľujúce vplyv rôznych faktorov na rýchlosť reakcie).
Majú spoločné vlastnosti pre všetky reakcie, ale majú aj svoje charakteristické črty.
Podľa mechanizmu reakcie sa delia na homolytické (voľné radikály) a heterolytické (elektrofilno-nukleofilné).
Podľa smeru a konečného výsledku chemickej premeny sa rozlišujú reakcie: substitučná, adícia, eliminácia (eliminácia), preskupenie (izomerizácia), polykondenzácia, oxidácia a redukcia.
Použité knihy:UMK: O.S. Gabrielyan a kol. Chemistry 10 M. Drop 2013
Náhľad:
Ak chcete použiť ukážku prezentácií, vytvorte si Google účet (účet) a prihláste sa: https://accounts.google.com
Popisy snímok:
Typy chemických reakcií v organickej chémii.
Chemická reakcia je premena jednej látky na inú. Látky získané ako výsledok reakcie sa líšia od východiskových látok zložením, štruktúrou a vlastnosťami. Činidlo 1 + Činidlo 2 = Produkty Substrát + Útočník = Produkty Činidlo
Znaky klasifikácie chemických reakcií v anorganickej chémii podľa počtu a zloženia východiskových látok a produktov podľa tepelného účinku podľa zmeny stupňa oxidácie atómov podľa reverzibility procesu podľa fázy podľa na použitie katalyzátora
Klasifikácia podľa počtu a zloženia východiskových a výsledných látok: Spojovacie reakcie: A + B = AB Zn + Cl 2 = ZnCl 2 CaO + CO 2 = CaCO 3 Rozkladné reakcie: AB = A + B 2H 2 O = 2H 2 + O 2 Cu (OH) 2 \u003d CuO + H2O Substitučné reakcie: AB + C \u003d A + CB CuSO 4 + Fe \u003d Cu + FeSO 4 Cr 2 O 3 + 2Al \u003d 2Cr + Al 2 O 3 Výmenné reakcie: AB + CD \u003d AD + CB CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O NaOH + HCl = NaCl + H20
Sú uvedené reakčné schémy: 1. Hydroxid meďnatý → oxid meďnatý + voda 2. Chlorid bárnatý + síran sodný → ... 3. Kyselina chlorovodíková + zinok → chlorid zinočnatý + vodík 4. Oxid fosforečný + voda → ... Úroveň I: Označte typy reakcií, zapíšte jednu z rovníc (voliteľné). Úroveň II: Uveďte typy reakcií, zapíšte jednu z rovníc, v ktorej nie sú uvedené produkty (voliteľné). Úroveň III: Označte typy reakcií a zapíšte všetky rovnice.
Reakcie organických zlúčenín sa riadia rovnakými zákonmi (zákon zachovania hmoty a energie, zákon hmotnostného pôsobenia, Hessov zákon atď.) a vykazujú rovnaké vzorce (stechiometrické, energetické, kinematické) ako anorganické reakcie.
Organické reakcie sa zvyčajne klasifikujú podľa mechanizmov priebehu.Reakčným mechanizmom sa rozumie postupnosť jednotlivých štádií reakcie s uvedením medziproduktov vznikajúcich v každom z týchto štádií. v smere a konečných produktoch reakcie - adícia; - odštiepenie (eliminácia); - substitúcie; - preskupenie (izomerizácia); - oxidácia; - zotavenie.
Spôsob prerušenia kovalentnej väzby určuje typ reakčného mechanizmu: Radikálový (homolytický) X:Y → X. + . Y R. (X . , . Y) - radikály (voľné atómy alebo častice s nespárovanými elektrónmi, nestabilné a schopné chemických premien) Iónové (heterolytické) X: Y → X + +: Y - X + - elektrofilné činidlo (elektrofil: milujúci elektrón ):Y - - nukleofilné činidlo (nukleofil: milujúci protóny)
Radikálové reakcie majú reťazový mechanizmus vrátane štádií: nukleácia, vývoj a ukončenie reťazca. Nukleácia reťazca (iniciácia) Cl 2 → Cl. +Cl. Rast (vývoj) reťazca CH 4 + Cl. → CH3. + HCI CH3. + Cl2 -> CH3-Cl + Cl. CH 3 pretrhnutie reťaze. +Cl. → CH3CICH3. +CH3. → CH3-CH3CI. +Cl. →Cl2
Iónové reakcie prebiehajú bez prerušenia elektrónových párov, ktoré tvoria chemické väzby: oba elektróny idú na orbitál jedného z atómov reakčného produktu za vzniku aniónu. Heterolytický rozpad kovalentnej polárnej väzby vedie k tvorbe nukleofilov (aniónov) a elektrofilov (katiónov). CH 3 -Br + Na + OH - → CH 3 -OH + Na + Br - substrátové činidlo reakčné produkty (nukleofil) C 6 H 5 -H + HO: NO 2 → C 6 H 5 -NO 2 + H-OH substrát reakčné produkty činidla (elektrofil)
Klasifikácia podľa smeru a konečného výsledku Substitučné reakcie A-B + C → A-C + B Adičné reakcie C \u003d C + A-B → A-C-C-B Eliminačné reakcie A-C-C-B → C \u003d C + A-B Reakcie preusporiadania (izomerizácie) X-A-B → A-B-X Oxidačné a redukčné reakcie sú sprevádzané zmena oxidačného stavu atómu uhlíka v zlúčeninách, kde je atóm uhlíka centrom reakcie. Problém: Aký typ reakcií možno pripísať polymerizačnej reakcii? Dokážte, že patrí k určitému typu reakcií a uveďte príklad.
Test. 1. Korelát: Úsek chémie Typ reakcie Anorganická a) substitúcia b) výmena Organické c) zlúčeniny d) rozklad e) eliminácia f) izomerizácia g) adícia 2. Korelát: Reakčná schéma Typ reakcie AB + C → AB + C a) substitúcia ABC → AB + C b) pridanie ABC → DIA c) eliminácia AB + C → AC + C d) izomerizácia
3. Bután reaguje s látkou, ktorej vzorec je: 1) H 2 O 2) C 3 H 8 3) Cl 2 4) HCl 4. Substrátom v navrhovaných reakčných schémach je látka 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 + H20 CH3-CH2-Cl (A) + Na-OH (B) → CH2 \u003d CH2 + NaCl + H20 5. ľavá strana rovnice C 3 H 4 + 5O 2 → ... zodpovedá pravej strane: → 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. Množstvo kyslíka, ktoré bude potrebné na úplné spálenie 5 l metánu, sa rovná 1) 1 l 2) 5 l 3) 10 l 4) 15 l
Závery Organické reakcie sa riadia všeobecnými zákonmi a všeobecnými zákonmi ich priebehu. Majú spoločné vlastnosti pre všetky reakcie, ale majú aj svoje charakteristické črty. Podľa mechanizmu reakcie sa delia na radikálové a iónové. Podľa smeru a konečného výsledku chemickej premeny: substitúcia, adícia, oxidácia a redukcia, izomerizácia, eliminácia, polykondenzácia atď.
