Rodzaje reakcji chemicznych w chemii organicznej - Hipermarket wiedzy. Mechanizmy reakcji organicznych - podstawienie, dodanie, eliminacja Główne typy reakcji chemicznych w chemii organicznej
>> Chemia: Rodzaje reakcji chemicznych w chemii organicznej
Reakcje substancji organicznych można formalnie podzielić na cztery główne typy: substytucja, addycja, eliminacja (eliminacja) i przegrupowanie (izomeryzacja). Oczywiste jest, że całej różnorodności reakcji związków organicznych nie da się sprowadzić do ram proponowanej klasyfikacji (na przykład reakcje spalania). Jednak taka klasyfikacja pomoże ustalić analogie z klasyfikacjami reakcji zachodzących między substancjami nieorganicznymi, które znasz już z toku chemii nieorganicznej.
Z reguły główny związek organiczny biorący udział w reakcji nazywany jest substratem, a drugi składnik reakcji warunkowo uważany jest za odczynnik.
Reakcje podstawienia
Reakcje, które powodują zastąpienie jednego atomu lub grupy atomów w pierwotnej cząsteczce (substracie) innymi atomami lub grupami atomów, nazywane są reakcjami podstawienia.
W reakcjach podstawienia biorą udział związki nasycone i aromatyczne, takie jak np. alkany, cykloalkany czy areny.
Podajmy przykłady takich reakcji.
Istnieją różne systemy klasyfikacji reakcji organicznych, które opierają się na różnych cechach. Wśród nich są następujące klasyfikacje:
- na końcowy wynik reakcji, czyli zmiana struktury podłoża;
- na mechanizm reakcji, czyli w zależności od rodzaju zerwania wiązania i rodzaju odczynników.
Substancje oddziałujące w reakcji organicznej dzielą się na odczynnik oraz podłoże. W tym przypadku uważa się, że odczynnik atakuje podłoże.
DEFINICJA
Odczynnik- substancja działająca na przedmiot - podłoże - i powodująca w nim zmianę wiązania chemicznego. Odczynniki dzielą się na rodnikowe, elektrofilowe i nukleofilowe.
DEFINICJA
podłoże jest ogólnie uważana za cząsteczkę, która dostarcza atom węgla dla nowego wiązania.
KLASYFIKACJA REAKCJI WEDŁUG WYNIKU KOŃCOWEGO (ZMIANY W STRUKTURZE PODŁOŻA)
W chemii organicznej wyróżnia się cztery rodzaje reakcji w zależności od wyniku końcowego i zmiany struktury substratu: dodanie, podstawienie, oddzielenie, lub eliminacja(z angielskiego. wyeliminować- usunąć, oddzielić) i przegrupowania (izomerizacje)). Taka klasyfikacja jest podobna do klasyfikacji reakcji w chemii nieorganicznej według liczby początkowych reagentów i utworzonych substancji, ze zmianą składu lub bez. Klasyfikacja ze względu na wynik końcowy opiera się na cechach formalnych, ponieważ równanie stechiometryczne z reguły nie odzwierciedla mechanizmu reakcji. Porównajmy rodzaje reakcji w chemii nieorganicznej i organicznej.
Typ reakcji w chemii nieorganicznej | Przykład | Typ reakcji w chemii organicznej | Różnorodność i przykład Reakcje |
|---|---|---|---|
1. Połączenie | C l2 + H2 = 2 H C l | Przywiązanie wieloma wiązaniami | uwodornienie |
Hydrohalogenacja
|
|||
halogenowanie
|
|||
Uwodnienie
|
|||
2. Rozkład | 2
H2
O = 2 H2
+
O2
| eliminacja | Odwodornienie
|
Dehydrohalogenacja
|
|||
Dehalogenacja
|
|||
Odwodnienie
|
|||
3. Zastąpienie | Z n + 2 H. do l =ZnCl2+H2 | podstawienie |
|
4. Wymiana (przypadek szczególny - neutralizacja) | H2 S O4 + 2 N a O H\u003d N za 2 S O 4 + 2 H 2 O | przypadek szczególny - estryfikacja |
|
5. Alotropizacja | grafit ⇔ diament Pczerwony⇔ Pbiały Pred⇔P biały Sromb.⇔ Szbiornik Srhombus⇔Splast. | izomeryzacja | izomeryzacja alkany
|
n) bez zastępowania ich innymi.
W zależności od tego, które atomy są oddzielone - sąsiednie C–C lub izolowane przez dwa lub trzy lub więcej atomów węgla - C-C-C- C–, –C-C-C-C- C- mogą tworzyć związki z wiele wiązań i lub związki cykliczne. Eliminacja halogenowodorów z halogenków alkilowych lub wody z alkoholi odbywa się zgodnie z regułą Zajcewa.
DEFINICJA
rządy Zajcewa: atom wodoru H jest oddzielony od najmniej uwodornionego atomu węgla.
Na przykład rozszczepienie cząsteczki bromowodoru zachodzi od sąsiednich atomów w obecności zasady, z utworzeniem bromku sodu i wody.
DEFINICJA
przegrupowanie- reakcja chemiczna, w wyniku której następuje zmiana wzajemnego ułożenia atomów w cząsteczce, ruch wiązań wielokrotnych lub zmiana ich liczebności.
Przegrupowanie można przeprowadzić z zachowaniem składu atomowego cząsteczki (izomeryzacja) lub z jego zmianą.
DEFINICJA
izomeryzacja- szczególny przypadek reakcji przegrupowania, prowadzącej do przekształcenia związku chemicznego w izomer poprzez zmiany strukturalne w szkielecie węglowym.
Przegrupowanie można również przeprowadzić za pomocą mechanizmu homolitycznego lub heterolitycznego. Przegrupowania molekularne można klasyfikować według różnych kryteriów, na przykład nasycenia układów, charakteru grupy migrującej, stereospecyficzności itp. Wiele reakcji przegrupowania ma określone nazwy - przegrupowanie Claisena, przegrupowanie Beckmana itp.
Reakcje izomeryzacji są szeroko stosowane w procesach przemysłowych, takich jak rafinacja ropy naftowej w celu zwiększenia liczby oktanowej benzyny. Przykładem izomeryzacji jest transformacja n-oktan na izooktan:
KLASYFIKACJA REAKCJI ORGANICZNYCH WEDŁUG TYPU ODCZYNNIKA
ODŁĄCZENIE
Rozszczepianie wiązań w związkach organicznych może być homolityczne lub heterolityczne. 
DEFINICJA
Rozrywanie wiązań homolitycznych- jest to taka przerwa, w wyniku której każdy atom otrzymuje niesparowany elektron i powstają dwie cząstki o podobnej budowie elektronowej - wolne radykałowie.
Szczelina homolityczna jest charakterystyczna dla niepolarnych lub słabo polarnych wiązania, na przykład C-C, Cl-Cl, C-H i wymaga dużej ilości energii.
Powstałe rodniki z niesparowanym elektronem są wysoce reaktywne, dlatego procesy chemiczne zachodzące z udziałem takich cząstek mają często charakter „łańcuchowy”, są trudne do kontrolowania, a w wyniku reakcji powstaje zestaw produktów podstawienia jest uzyskiwany. Tak więc w chlorowaniu metanu produktami substytucji są chlorometan C H3 Kl CH3Cl, dichlorometan C H2 C l2 CH2Cl2, chloroform C H C l3 CHCl3 i czterochlorku węgla C.C l4 CCl4. Reakcje z udziałem wolnych rodników przebiegają zgodnie z wymiennym mechanizmem tworzenia wiązań chemicznych.
Rodniki powstałe podczas tego zerwania wiązania powodują radykalny mechanizm przebieg reakcji. Reakcje rodnikowe zwykle zachodzą w podwyższonej temperaturze lub z promieniowaniem (takim jak światło).
Ze względu na swoją wysoką reaktywność, wolne rodniki mogą mieć negatywny wpływ na organizm ludzki, niszcząc błony komórkowe, wpływając na DNA i powodując przedwczesne starzenie. Procesy te związane są przede wszystkim z peroksydacją lipidów, czyli niszczeniem struktury wielonienasyconych kwasów tworzących tłuszcz wewnątrz błony komórkowej.
DEFINICJA
Zrywanie wiązań heterolitycznych- jest to taka przerwa, w której para elektronów pozostaje przy bardziej elektroujemnym atomie i powstają dwie naładowane cząstki - jony: kation (dodatni) i anion (ujemny).
W reakcjach chemicznych cząstki te pełnią funkcje „ nukleofile„(„fil” – z gr. być zakochanym) oraz " elektrofile”, tworząc wiązanie chemiczne z partnerem reakcji przez mechanizm donor-akceptor. Cząstki nukleofilowe dostarczają pary elektronów do tworzenia nowego wiązania. Innymi słowy,
DEFINICJA
Nukleofil- bogaty w elektrony odczynnik chemiczny zdolny do interakcji ze związkami pozbawionymi elektronów.
Przykładami nukleofilów są dowolne aniony ( C l− , I− , N O− 3 Cl-,I-,NO3- itp.), a także związki mające nieudostępnioną parę elektronów ( N H3 , H2 O NH3,H2O).
Tak więc, gdy wiązanie jest zerwane, mogą powstać rodniki lub nukleofile i elektrofile. Na tej podstawie wyróżnia się trzy mechanizmy powstawania reakcji organicznych.
MECHANIZMY REAKCJI ORGANICZNYCH
Mechanizm wolnorodnikowy: reakcja jest inicjowana przez wolne rodniki powstające podczas pęknięcie homolityczne wiązania w cząsteczce.
Najbardziej typowym wariantem jest powstawanie rodników chloru lub bromu podczas naświetlania UV.
1. Substytucja wolnych rodników
brom metanu
Inicjacja łańcucha
wzrost łańcucha
zerwanie łańcucha
2. Dodatek wolnych rodników
eten polietylen
Mechanizm elektrofilowy: reakcja rozpoczyna się od cząstek elektrofilowych, które w rezultacie otrzymują ładunek dodatni luka heterolityczna znajomości. Wszystkie elektrofile są kwasami Lewisa.
Takie cząstki są aktywnie tworzone pod wpływem Kwasy Lewisa, które zwiększają dodatni ładunek cząstki. Najczęściej używany A l C l3 , F e C l3 , Fe B r3 , Z n C l2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 działając jako katalizator.
Miejscem ataku cząstki-elektrofilu są te części cząsteczki, które mają zwiększoną gęstość elektronową, tj. wiązanie wielokrotne i pierścień benzenowy.
Ogólną postać reakcji podstawienia elektrofilowego można wyrazić równaniem:
1. Substytucja elektrofilowa
benzen bromobenzen
2. dodatek elektrofilowy
propen 2-bromopropan
propylen 1,2-dichloropropen
Przyłączenie do asymetrycznych węglowodorów nienasyconych zachodzi zgodnie z regułą Markownikowa.
DEFINICJA
Reguła Markownikowa: dodanie cząsteczek substancji złożonych do niesymetrycznych alkenów o wzorze warunkowym HX (gdzie X oznacza atom halogenu lub grupę hydroksylową OH–), atom wodoru jest przyłączony do najbardziej uwodornionego (zawierającego najwięcej atomów wodoru) atomu węgla o podwójne wiązanie, a X do najmniej uwodornionego.
Na przykład dodanie chlorowodoru HCl do cząsteczki propenu C H3 – CH = C H2 CH3–CH=CH2.
Reakcja przebiega na zasadzie addycji elektrofilowej. Ze względu na wpływ donora elektronów C H3 CH3-grupy, gęstość elektronowa w cząsteczce substratu jest przesunięta do centralnego atomu węgla (efekt indukcyjny), a następnie wzdłuż układu wiązań podwójnych do końcowego atomu węgla C H2 CH2-grupy (efekt mezomeryczny). Zatem nadmiar ładunku ujemnego jest zlokalizowany właśnie na tym atomie. Dlatego proton wodoru rozpoczyna atak H+ H+, która jest cząstką elektrofilową. Powstaje dodatnio naładowany jon karbenu [ C H3 – C H – C H3 ] + + , do którego przyłączony jest anion chloru C l− Cl−.
DEFINICJA
Wyjątki od reguły Markownikowa: reakcja addycji przebiega niezgodnie z regułą Markownikowa, jeśli związki wchodzą w reakcję, w której atom węgla sąsiadujący z atomem węgla wiązania podwójnego częściowo wycofuje gęstość elektronową, to znaczy w obecności podstawników, które wykazują znaczny pobór elektronów efekt (– C C l3 , – C N , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOH itd.).
Mechanizm nukleofilowy: reakcja jest inicjowana przez cząstki nukleofilowe o ładunku ujemnym, powstałe w wyniku luka heterolityczna znajomości. Wszystkie nukleofile są założenie Lewisa.
W reakcjach nukleofilowych odczynnik (nukleofil) ma wolną parę elektronów na jednym z atomów i jest obojętną cząsteczką lub anionem ( H a l– , o H– , R O− , R S– , RC 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 itd.).
Nukleofil atakuje atom w podłożu o najniższej gęstości elektronowej (tj. z częściowym lub całkowitym ładunkiem dodatnim). Pierwszym etapem reakcji podstawienia nukleofilowego jest jonizacja substratu w celu utworzenia karbokationu. W tym przypadku nowe wiązanie powstaje dzięki parze elektronów nukleofila, a stare ulega rozszczepieniu heterolitycznemu z następczą eliminacją kationu. Przykładem reakcji nukleofilowej jest podstawienie nukleofilowe (symbol SN SN) przy nasyconym atomie węgla, na przykład zasadowa hydroliza pochodnych bromu.
1. Substytucja nukleofilowa
2. Dodatek nukleofilowy
etanal cyjanohydryna
źródło http://foxford.ru/wiki/himiya
Związki organiczne mogą reagować zarówno między sobą, jak i z substancjami nieorganicznymi - niemetalami, metalami, kwasami, zasadami, solami, wodą itp. Dlatego ich reakcje okazują się bardzo zróżnicowane zarówno pod względem charakteru reagujących substancji, jak i rodzaju zachodzących przekształceń. Jest wiele zarejestrowany reakcje nazwane na cześć naukowców, którzy je odkryli.
Cząsteczka związku organicznego uczestnicząca w reakcji nazywana jest substratem.
Cząstka substancji nieorganicznej (cząsteczka, jon) w reakcji organicznej nazywana jest odczynnikiem.
Na przykład:
Przemiana chemiczna może obejmować całą cząsteczkę związku organicznego. Spośród tych reakcji najbardziej znane jest spalanie, prowadzące do przekształcenia substancji w mieszaninę tlenków. Mają ogromne znaczenie w energetyce, a także przy niszczeniu odpadów i substancji toksycznych. Z punktu widzenia zarówno nauki chemicznej, jak i praktyki chemicznej, szczególnie interesujące są reakcje prowadzące do przekształcenia niektórych substancji organicznych w inne. Cząsteczka zawsze ma jedno lub więcej miejsc reaktywnych, w których zachodzi taka lub inna transformacja.
Atom lub grupa atomów w cząsteczce, w której zachodzi przemiana chemiczna, nazywana jest centrum reakcji.
W substancjach wielopierwiastkowych centrami reakcji są grupy funkcyjne i atomy węgla, z którymi są związane. W węglowodorach nienasyconych centrum reakcji stanowią atomy węgla związane wiązaniem wielokrotnym. W nasyconych węglowodorach centrum reakcji stanowią głównie drugorzędowe i trzeciorzędowe atomy węgla.
Cząsteczki związków organicznych często zawierają kilka centrów reakcji wykazujących różne aktywności. Dlatego z reguły istnieje kilka równoległych reakcji, które dają różne produkty. Najszybsza reakcja jest nazywana Główny. Reszta reakcji skutki uboczne. Powstała mieszanina zawiera w największej ilości produkt reakcji głównej, a produktami reakcji ubocznych są zanieczyszczenia. Po reakcji prawie zawsze konieczne jest oczyszczenie głównego produktu z zanieczyszczeń substancji organicznych. Należy zauważyć, że w chemii nieorganicznej substancje zwykle muszą być oczyszczone z zanieczyszczeń w postaci związków innych pierwiastków chemicznych.
Zauważono już, że reakcje organiczne charakteryzują się stosunkowo niskimi szybkościami. Dlatego konieczne jest szerokie stosowanie różnych środków przyspieszających reakcje - ogrzewanie, napromieniowanie, kataliza. Katalizatory mają ogromne znaczenie w chemii organicznej. Ich rola nie ogranicza się do ogromnej oszczędności czasu w procesach chemicznych. Wybierając katalizatory, które przyspieszają określone typy reakcji, można celowo przeprowadzić jedną lub drugą z równoległych reakcji i uzyskać pożądane produkty. Podczas istnienia przemysłu związków organicznych odkrycie nowych katalizatorów zasadniczo zmieniło technologię. Na przykład etanol otrzymywano przez długi czas tylko przez fermentację skrobi, a następnie przestawili się na jego produkcję.
dodanie wody do etylenu. Aby to zrobić, konieczne było znalezienie dobrze działającego katalizatora.
Reakcje w chemii organicznej są klasyfikowane zgodnie z charakterem przemiany substratu:
a) reakcje addycji (symbol ALE)- mała cząsteczka (woda, halogen itp.) jest przyłączona do cząsteczki organicznej;
b) reakcje podstawienia (symbol S) - w cząsteczce organicznej atom (grupa atomów) jest zmieszany z innym atomem lub grupą atomów;
c) reakcje rozszczepienia lub eliminacji (symbol MI)- cząsteczka organiczna traci pewne fragmenty, tworząc z reguły substancje nieorganiczne;
d) pękanie - rozszczepienie cząsteczki na dwie lub więcej części, również reprezentujących związki organiczne;
e) rozkład - przekształcenie związku organicznego w substancje proste i związki nieorganiczne;
f) izomeryzacja - przekształcenie cząsteczki w inny izomer;
g) polimeryzacja - tworzenie związku o dużej masie cząsteczkowej z jednego lub więcej związków o małej masie cząsteczkowej;
h) polikondensacja - tworzenie związku wielkocząsteczkowego z jednoczesnym uwalnianiem substancji składającej się z małych cząsteczek (woda, alkohol).
W procesach przemian związków organicznych rozważa się dwa rodzaje zrywania wiązań chemicznych.
Zerwanie wiązania homolitycznego. Z pary elektronów wiązania chemicznego każdemu atomowi pozostaje jeden elektron. Powstałe cząstki posiadające niesparowane elektrony to tzw wolne rodniki. Skład takiej cząstki może stanowić cząsteczka lub pojedynczy atom. Reakcję nazywamy rodnikową (symbol R):
Cięcie heterolityczne. W tym przypadku jeden atom zachowuje parę elektronów i staje się zasadą. Cząstka zawierająca ten atom nazywa się nukleofil. Kolejny atom, pozbawiony pary elektronów, ma wolny orbital i staje się kwasem. Cząstka zawierająca ten atom nazywa się elektrofil:
Zgodnie z tym typem, wiązanie n jest szczególnie łatwe do zerwania podczas utrzymywania
Na przykład pewna cząstka A, przyciągająca parę n-elektronów, sama tworzy wiązanie z atomem węgla:
Ta interakcja jest przedstawiona na poniższym diagramie: 
Jeśli atom węgla w cząsteczce związku organicznego przyjmuje parę elektronów, którą następnie przekazuje reagentowi, wówczas reakcję nazywamy elektrofilową, a reagent elektrofilem.
Odmiany reakcji elektrofilowych - addycja E i zastępstwo SE .
Kolejnym etapem reakcji jest utworzenie wiązania między atomem C+ (posiada on wolny orbital) a innym atomem posiadającym parę elektronów.
Jeśli atom węgla w cząsteczce związku organicznego traci parę elektronów, a następnie przyjmuje ją z reagenta, wówczas reakcję nazywamy nukleofilową, a reagent nazywamy nukleofilem.
Odmiany reakcji nukleofilowych - addycja Ad i substytucja SN.
Zerwanie heterolityczne i tworzenie wiązań chemicznych to właściwie jeden skoordynowany proces: stopniowemu zrywaniu istniejącego wiązania towarzyszy tworzenie nowego wiązania. W skoordynowanym procesie energia aktywacji jest mniejsza.
PYTANIA I ĆWICZENIA
1. Podczas spalania 0,105 g materii organicznej powstało 0,154 g dwutlenku węgla, 0,126 g wody i 43,29 ml azotu (21 ° C, 742 mm Hg). Zaproponuj jeden z możliwych wzorów strukturalnych substancji.
2. W cząsteczce C 3 H 7 X całkowita liczba elektronów wynosi 60. Określ pierwiastek X i napisz wzory możliwych izomerów.
3. Na 19,8 g związku C 2 H 4 X 2 przypada 10 moli elektronów. Zidentyfikuj pierwiastek X i napisz wzory możliwych izomerów.
4. Objętość gazu 20 l przy 22" C a 101,7 kPa zawiera 2,5 atomów 10 I i ma gęstość 1,41 g/l. Wyciągnij wnioski na temat natury tego gazu.
5. Wskaż rodnik mający dwa izomery: -C 2 H 5 , -C 3 H 7 , -CH 3 .
6. Wskaż substancję o najwyższej temperaturze wrzenia: CH 3 OH, C 3 H 7 OH, C 5 H 11 OH.
7. Napisz wzory strukturalne izomerów C 3 H 4.
8. Napisz wzór 2,3,4-trimetytu-4-etyloheptenu. Podaj wzory strukturalne dwóch izomerów tej substancji zawierających jeden i dwa czwartorzędowe atomy węgla.
9. Napisz wzór 3,3-dimetylopentanu. Podaj wzór węglowodoru cyklicznego bez wiązań wielokrotnych o tej samej liczbie atomów węgla. Czy są izomerami?
10. Napisz wzór czteroelementowego związku organicznego o budowie C 10, w którym atomy dodatkowych pierwiastków znajdują się przy 2 i 7 atomach węgla, aw nazwie zawarty jest rdzeń „hepta”.
11. Wymień węglowodór o budowie węglowej
12. Napisz wzór strukturalny związku C 2 H X F X Cl X z różnymi podstawnikami na każdym atomie węgla.
węglowodory
Węglowodory należą do najważniejszych substancji determinujących sposób życia współczesnej cywilizacji. Służą jako źródło energii (nośniki energii) do transportu lądowego, powietrznego i wodnego, do ogrzewania domów. Jest także surowcem do produkcji setek chemii gospodarczej, materiałów opakowaniowych itp. Pierwotnym źródłem ich wszystkich jest ropa naftowa i gaz ziemny. Dobrobyt państw zależy od dostępności ich rezerw. Ropa spowodowała międzynarodowe kryzysy.
Do najbardziej znanych węglowodorów należą metan i propan, które są wykorzystywane w domowych piecach. Metan jest transportowany rurami, podczas gdy propan jest transportowany i przechowywany w czerwonych butlach. Inny węglowodór, ilo-butan, który w normalnych warunkach jest gazowy, można zobaczyć w stanie ciekłym w przezroczystych zapalniczkach. Produkty rafinacji ropy naftowej - benzyna, nafta, olej napędowy - są mieszaninami węglowodorów o różnym składzie. Mieszaninami cięższych węglowodorów są półpłynna wazelina i stała parafina. Węglowodory obejmują również dobrze znaną substancję stosowaną do ochrony wełny i futra przed molami - naftalen. Głównymi rodzajami węglowodorów pod względem składu i struktury cząsteczek są węglowodory nasycone - alkany, cykliczne węglowodory nasycone - cykloalkany, węglowodory nienasycone, czyli zawierające wiązania wielokrotne - alkeny oraz
alkiny, cykliczny sprzężony Aromatyczne węglowodory - areny. Niektóre serie homologiczne węglowodorów scharakteryzowano w tabeli. 15.1.
Stół 15.1. Homologiczne serie węglowodorów
alkany
Rozdział 14 zawiera już dane dotyczące budowy, składu, izomerii, nazw i niektórych właściwości alkanów. Przypomnijmy, że w cząsteczkach alkanów atomy węgla tworzą wiązania skierowane tetraedrycznie z atomami wodoru i sąsiednimi atomami węgla. W pierwszym związku z tej serii, metanie, węgiel jest związany tylko z wodorem. W cząsteczkach węglowodorów nasyconych zachodzi ciągła wewnętrzna rotacja końcowych grup CH3 i poszczególnych odcinków łańcucha, w wyniku czego powstają różne konformacje (s. 429). Alkany charakteryzują się izomerią szkieletu węglowego. Związki o nierozgałęzionych cząsteczkach to tzw
normalne, n-alkany i rozgałęzione - izo alkany. Dane dotyczące nazw i niektórych właściwości fizycznych alkanów podano w tabeli. 15.2.
W postaci pojedynczych substancji pierwszych czterech członków szeregu alkanów - metan, etan, propan i butan - stosuje się w dużych ilościach. Inne pojedyncze alkany są wykorzystywane w badaniach naukowych. Duże znaczenie praktyczne mają mieszaniny alkanów, zwykle zawierające węglowodory i inne szeregi homologiczne. Benzyna jest jedną z takich mieszanek. Charakteryzuje się temperatura wrzenia 30-205 °С. Inne rodzaje paliw węglowodorowych również charakteryzują się przerwami wrzenia, ponieważ w miarę odparowywania z nich lekkich węglowodorów temperatura wrzenia wzrasta. Wszystkie alkany są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie.
Stół 15.2. Nazwy oraz temperatury wrzenia i topnienia alkanów normalnych
zadanie 15.1. Pogrupować alkany według stanu skupienia w temperaturze 20°C i normalnym ciśnieniu atmosferycznym (zgodnie z Tabelą 15.2).
zadanie 15.2. Pentan ma trzy izomery o następujących temperaturach wrzenia (°C):
Wyjaśnij spadek temperatur wrzenia w szeregu tych izomerów.
Paragon fiskalny. Olej jest niemal nieograniczonym źródłem wszelkich alkanów, jednak wyodrębnienie z niego poszczególnych substancji jest zadaniem dość trudnym. Zwykłe produkty naftowe to frakcje otrzymywane podczas rektyfikacji (destylacji frakcyjnej) ropy naftowej i składające się z dużej ilości węglowodorów.
Mieszaninę alkanów otrzymuje się przez uwodornienie węgla w temperaturze -450 0 C i pod ciśnieniem 300 atm. Ta metoda może produkować benzynę, ale nadal jest droższa niż benzyna z ropy naftowej. Metan powstaje w mieszaninie tlenku węgla (P) i wodoru na katalizatorze niklowym:
W tej samej mieszaninie na katalizatorach zawierających kobalt otrzymuje się zarówno mieszaninę węglowodorów, jak i poszczególne węglowodory. Mogą to być nie tylko alkany, ale także cykloalkany.
Istnieją laboratoryjne metody otrzymywania poszczególnych alkanów. Węgliki niektórych metali podczas hydrolizy dają metan:
Halogenalkany reagują z metalem alkalicznym, tworząc węglowodory o dwukrotnie większej liczbie atomów węgla. To jest reakcja Wurtza. Przechodzi przez hemolityczne zerwanie wiązania między węglem a halogenem z utworzeniem wolnych rodników:
zadanie 15.3. Napisz ogólne równanie tej reakcji.
przykład 15.1. Do mieszaniny 2-bromopropanu i 1-bromopropanu dodano potas. Napisz równania możliwych reakcji.
ROZWIĄZANIE. Rodniki powstające podczas reakcji bromoalkanów z potasem mogą łączyć się ze sobą w różnych kombinacjach, dając w efekcie trzy węglowodory w mieszaninie. Podsumowanie równań reakcji:
Sole sodowe kwasów organicznych po podgrzaniu z alkaliami tracą grupę karboksylową (dekarboksylan) z utworzeniem alkanu:
Podczas elektrolizy tych samych soli dochodzi do dekarboksylacji i połączenia pozostałych rodników w jedną cząsteczkę:
Alkany powstają podczas uwodorniania węglowodorów nienasyconych i redukcji związków zawierających grupy funkcyjne:
Właściwości chemiczne. Węglowodory graniczne są najmniej aktywnymi substancjami organicznymi. Ich oryginalna nazwa parafiny odzwierciedla słabe powinowactwo (reaktywność) w stosunku do innych substancji. Z reguły reagują nie ze zwykłymi cząsteczkami, ale tylko z wolnymi rodnikami. Dlatego reakcje alkanów przebiegają w warunkach powstawania wolnych rodników: w wysokiej temperaturze lub napromieniowaniu. Alkany palą się po zmieszaniu z tlenem lub powietrzem i odgrywają ważną rolę jako paliwo.
zadanie 15.4. Ciepło spalania oktanu określa się ze szczególną dokładnością:
Ile ciepła wydziela się podczas spalania 1 litra mieszaniny składającej się w równych częściach z n-oktanu i ylo-oktanu (p = = 0,6972 Alkany reagują z halogenami na zasadzie mechanizmu rodnikowego (SR). Reakcja rozpoczyna się od rozpadu cząsteczki halogenu na dwa atomy lub, jak często się mówi, na dwa wolne rodniki:
Rodnik zabiera atom wodoru z alkanu, na przykład z metanu:
Nowy rodnik molekularny metylo H 3 C- reaguje z cząsteczką chloru, tworząc produkt podstawienia i jednocześnie nowy rodnik chloru:
Następnie powtarzają się te same etapy tej reakcji łańcuchowej. Każdy rodnik może dać początek łańcuchowi przekształceń setek tysięcy ogniw. Możliwe są również kolizje między rodnikami, prowadzące do zakończenia łańcucha: 
Ogólne równanie reakcji łańcuchowej:
zadanie 15.5. Wraz ze spadkiem objętości naczynia, w którym zachodzi reakcja łańcuchowa, zmniejsza się liczba przemian na rodnik (długość łańcucha). Podaj to wyjaśnienie.
Produkt reakcji chlorometan należy do klasy fluorowcowanych węglowodorów. W mieszaninie, gdy tworzy się chlorometan, rozpoczyna się reakcja zamiany drugiego atomu wodoru na chlor, potem trzeciego itd. W trzecim etapie, dobrze znana substancja chloroform CHClg, stosowana w medycynie do znieczulenia, jest uformowany. Produkt całkowitego zastąpienia wodoru chlorem w metanie - tetrachlorek węgla CC1 4 - zalicza się zarówno do substancji organicznych, jak i nieorganicznych. Ale jeśli ściśle przestrzegasz definicji, jest to związek nieorganiczny. W praktyce czterochlorek węgla otrzymuje się nie z metanu, ale z dwusiarczku węgla.
Gdy homologi metanu są chlorowane, drugorzędowe i trzeciorzędowe atomy węgla są bardziej reaktywne. Z propanu otrzymuje się mieszaninę 1-chloropropanu i 2-chloropropanu z większym udziałem tego ostatniego. Zastąpienie drugiego atomu wodoru halogenem następuje głównie na tym samym atomie węgla:
Alkany reagują po podgrzaniu z rozcieńczonym kwasem azotowym i tlenkiem azotu (IV), tworząc nitroalkany. Nitrowanie również podlega rodnikowemu mechanizmowi i dlatego nie wymaga stężonego kwasu azotowego:
Alkany ulegają różnym przemianom po podgrzaniu w obecności specjalnych katalizatorów. Normalne alkany izomeryzują do zo-alkanów:
Przemysłowa izomeryzacja alkanów w celu poprawy jakości paliw silnikowych to tzw reformowanie. Katalizatorem jest metaliczna platyna osadzona na tlenku glinu. Kraking jest również ważny przy rafinacji ropy naftowej, czyli rozszczepieniu cząsteczki alkanu na dwie części - alkan i alken. Rozszczepienie zachodzi głównie w środku cząsteczki: 
Katalizatorami krakingu są glinokrzemiany.
Alkany z sześcioma lub więcej atomami węgla w łańcuchu cyklizować na katalizatorach tlenkowych (Cr 2 0 3 / /A1 2 0 3), tworząc cykloalkany z pierścieniem sześcioczłonowym i areny:
Ta reakcja nazywa się dehydrocyklizacja.
O coraz większym znaczeniu praktycznym funkcjonalizacja alkany, czyli ich przekształcenie w związki zawierające grupy funkcyjne (najczęściej tlen). Butan utlenia się kwasem
lorod z udziałem specjalnego katalizatora, tworzącego kwas octowy:
Cykloalkany CnH2n z pięcioma lub więcej atomami węgla w pierścieniu są bardzo podobne pod względem właściwości chemicznych do niecyklicznych alkanów. Charakteryzują się reakcjami podstawienia S R . Cyklopropan C 3 H 6 i cyklobutan C 4 H 8 mają mniej stabilne cząsteczki, ponieważ w nich kąty między wiązaniami C-C-C znacznie różnią się od normalnego kąta czworościennego 109,5 ° charakterystycznego dla węgla sp 3. Prowadzi to do zmniejszenia energii wiązania. Pod wpływem halogenów cykle są przerywane i przyczepiane na końcach łańcucha:
Gdy wodór reaguje z cyklobutanem, powstaje normalny butan:
ZADANIE 15.6. Czy można otrzymać cyklopentan z 1,5-dibromopentanu? Jeśli uważasz, że jest to możliwe, wybierz odpowiedni odczynnik i napisz równanie reakcji.
alkeny
Węglowodory zawierające mniej wodoru niż alkany, ze względu na obecność wiązań wielokrotnych w ich cząsteczkach, nazywane są Nieograniczony, jak również nienasycone. Najprostszym szeregiem homologicznym węglowodorów nienasyconych są alkeny C n H 2n mające jedno wiązanie podwójne:
Pozostałe dwie wartościowości atomów węgla służą do dodawania wodoru i nasyconych rodników węglowodorowych.
Pierwszym członkiem serii alkenów jest eten (etylen) C 2 H 4 . Po nim następuje propen (propylen) C 3 H 6, buten (butylen) C 4 H 8, penten C 5 H 10 itp. Niektóre rodniki z podwójnym wiązaniem mają specjalne nazwy: winyl CH 2 \u003d CH-, allil CH 2 \u003d CH-CH2-.
Atomy węgla połączone wiązaniem podwójnym są w stanie hybrydyzacji sp 2. orbitale hybrydowe σ wiązanie między nimi, a niehybrydowy p-orbital - wiązanie π(Rys. 15.1). Całkowita energia wiązania podwójnego wynosi 606 kJ/mol, a wiązanie a stanowi około 347 kJ/mol, oraz wiązanie π- 259 kJ/mol. Zwiększona siła wiązania podwójnego objawia się zmniejszeniem odległości między atomami węgla do 133 µm w porównaniu do 154 µm dla pojedynczego wiązania C-C.
Pomimo siły formalnej, to podwójne wiązanie w alkenach okazuje się być głównym centrum reakcji. Elektroniczna para π -wiązania tworzą dość rozproszoną chmurę, stosunkowo oddaloną od jąder atomowych, dzięki czemu jest mobilna i wrażliwa na wpływ innych atomów (s. 442). π - Chmura jest przesunięta na jeden z dwóch atomów węgla, który
Ryż. 15.1. Tworzenie wiązań wielokrotnych między atomami węgla sp 2
należy, pod wpływem podstawników w cząsteczce alkenu lub pod działaniem atakującej cząsteczki. Prowadzi to do wysokiej reaktywności alkenów w porównaniu z alkanami. Mieszanina gazowych alkanów nie reaguje z wodą bromową, ale w obecności domieszki alkenów ulega odbarwieniu. Ta próbka służy do wykrywania alkenów.
Alkeny mają dodatkowe rodzaje izomerii, których nie ma w alkanach: izomeria pozycji podwójnego wiązania i izomeria przestrzenna izomeria cis-trans. Ostatni typ izomerii wynika ze szczególnej symetrii π -znajomości. Zapobiega rotacji wewnętrznej w cząsteczce i stabilizuje ułożenie czterech podstawników przy atomach C=C w jednej płaszczyźnie. Jeżeli występują dwie pary różnych podstawników, to przy ukośnym ułożeniu podstawników każdej pary otrzymuje się izomer trans, a przy ułożeniu sąsiednim izomer cis. Eten i propen nie mają izomerów, ale buten ma oba rodzaje izomerów:
zadanie 15.7. Wszystkie alkeny mają taki sam skład pierwiastkowy zarówno pod względem masy (85,71% węgla i 14,29% wodoru), jak i stosunku liczby atomów n(C): n(H) = 1:2. Czy każdy alken można uznać za izomer w odniesieniu do innych alkenów?
zadanie 15.8. Czy możliwe są izomery przestrzenne w obecności trzech i czterech różnych podstawników przy atomach węgla sp2?
zadanie 15.9. Narysuj wzory strukturalne izomerów pentenu.
Paragon fiskalny. Wiemy już, że alkany można przekształcić w związki nienasycone. To jest
chodzi w wyniku usuwania wodoru (odwodornienia) i pękania. Odwodornienie butanu daje głównie buten-2:
zadanie 15.10. Napisz reakcję krakingu malk-
Odwodornienie i pękanie wymagają stosunkowo wysokich temperatur. W normalnych warunkach lub przy łagodnym ogrzewaniu alkeny powstają z pochodnych halogenów. Chloro- i bromoalkany reagują z alkaliami w roztworze alkoholu, odszczepiając halogen i wodór od dwóch sąsiednich atomów węgla:
Jest to reakcja eliminacji (str. 441). Jeśli do dwóch sąsiednich atomów węgla przyłączy się różna liczba atomów wodoru, wówczas eliminacja przebiega zgodnie z regułą Zajcewa.
W reakcji eliminacji wodór jest głównie odszczepiany od mniej uwodornionego atomu węgla.
przykład 15.2. Napisz reakcję eliminacji 2-chlorobutanu.
rozwiązanie. Zgodnie z regułą Zajcewa wodór jest odszczepiany od atomu 3 C:
Pod wpływem metali cynku i magnezu na dihaloalkany z sąsiednią pozycją halogenów powstają również alkeny:
Właściwości chemiczne. Alkeny mogą zarówno rozkładać się w wysokiej temperaturze do prostych substancji, jak i polimeryzować, zamieniając się w substancje wielkocząsteczkowe. Etylen jest polimeryzowany pod bardzo wysokim ciśnieniem (-1500 atm) z dodatkiem niewielkiej ilości tlenu jako inicjatora wolnorodnikowego. Z ciekłego etylenu w tych warunkach otrzymuje się białą elastyczną masę, przezroczystą w cienkiej warstwie, - polietylen. To dobrze znany materiał. Polimer składa się z bardzo długich cząsteczek.
Masa cząsteczkowa 20 OOO-40 OOO. W strukturze jest to nasycony węglowodór, ale atomy tlenu mogą znajdować się na końcach cząsteczek. Przy dużej masie cząsteczkowej udział grup końcowych jest bardzo mały i trudno jest ustalić ich charakter.
zadanie 15.11. Ile cząsteczek etylenu zawiera jedna cząsteczka polietylenu o masie cząsteczkowej 28 000?
Polimeryzacja etylenu zachodzi również pod niskim ciśnieniem w obecności specjalnych katalizatorów Zieglera-Natty. Są to mieszaniny TiCl i związków glinoorganicznych AlR x Cl 3-x, gdzie R oznacza alkil. Polietylen otrzymany w wyniku polimeryzacji katalitycznej ma lepsze właściwości mechaniczne, ale szybciej się starzeje, czyli ulega zniszczeniu pod wpływem światła i innych czynników. Produkcja polietylenu rozpoczęła się około 1955 roku. Materiał ten miał znaczący wpływ na życie codzienne, gdyż zaczęto z niego wytwarzać torby do pakowania. Spośród innych polimerów alkenowych najważniejszy jest polipropylen. Tworzy twardszą i mniej przezroczystą folię niż polietylen. Polimeryzację propylenu prowadzi się za pomocą
Talizator Zieglera-Natty. Otrzymany polimer ma poprawną izotaktyczny Struktura
Polimeryzacja wysokociśnieniowa powoduje atlantycki polipropylen z losowym układem rodników CH3. Jest to substancja o zupełnie innych właściwościach: ciecz o temperaturze krzepnięcia -35°C.
Reakcje utleniania. W normalnych warunkach alkeny utleniają się przy podwójnym wiązaniu w kontakcie z roztworami nadmanganianu potasu i innymi utleniaczami. W słabo zasadowym środowisku glikole, tj. dwuatomowy alkohole:
W kwaśnym środowisku po podgrzaniu alkeny utleniają się z całkowitym zerwaniem cząsteczki wzdłuż wiązania podwójnego:
zadanie 15.12. Napisz równanie tej reakcji.
zadanie 15.13. Napisz równania utleniania butenu-1 i butenu-2 nadmanganianem potasu w środowisku kwaśnym.
Etylen utlenia się tlenem na katalizatorze Ag/Al 2 O 3, tworząc cykliczną substancję zawierającą tlen, zwaną tlenkiem etylenu:
To bardzo ważny produkt przemysłu chemicznego, produkowany rocznie w ilości milionów ton. Służy do produkcji polimerów i detergentów.
Reakcje addycji elektrofilowej. Cząsteczki halogenów, halogenowodorów, wody i wielu innych są przyłączone do alkenów wiązaniem podwójnym. Rozważmy mechanizm dodawania na przykładzie bromu. Kiedy cząsteczka Br 2 atakuje jeden z atomów węgla nienasyconego centrum, następuje para elektronów π -wiązanie jest przesunięte do tego drugiego i dalej do bromu. Zatem brom działa jako odczynnik elektrofilowy:
Tworzy się wiązanie między bromem i węglem, a jednocześnie wiązanie między atomami bromu zostaje zerwane:
Atom węgla, który utracił parę elektronów, ma wolną lewą orbitę. Jon bromu jest do niego dodawany przez mechanizm donor-akceptor:
Dodatek halogenowodorów przechodzi przez etap ataku protonu na węgiel nienasycony. Ponadto, podobnie jak w reakcji z bromem, dodaje się jon halogenowy:
W przypadku dodania wody protonów jest niewiele (woda jest słabym elektrolitem), a reakcja przebiega w obecności kwasu jako katalizatora. Dodawanie do homologów etylenu jest zgodne z regułą Markownikowa.
W reakcjach elektrofilowej addycji halogenowodorów i wody do węglowodorów nienasyconych wodór tworzy głównie wiązanie z najbardziej uwodornionym atomem węgla.
przykład 15.3. Napisz reakcję addycji bromowodoru do propenu.
Istotą reguły Markownikowa jest to, że rodniki węglowodorowe są mniej elektroujemnymi (więcej elektronodonorami) podstawnikami niż atom wodoru. Dlatego mobilne elektrony π są przesunięte do węgla sp 2, niezwiązanego z rodnikiem lub związanego z mniejszą liczbą rodników:
Naturalnie wodór H + atakuje atom węgla ładunkiem ujemnym. Jest również bardziej uwodorniony.
W funkcjonalnych pochodnych alkenów podstawienie może być sprzeczne z regułą Markownikowa, ale biorąc pod uwagę zmianę gęstości elektronowej w określonych cząsteczkach, zawsze okazuje się, że wodór jest przyłączony do atomu węgla, który ma zwiększoną gęstość elektronową. Rozważmy rozkład ładunku w 3-fluoropropen-1. Elektroujemny atom fluoru działa jako akceptor gęstości elektronów. W łańcuchu o-wiązania pary elektronów są przesunięte do atomu fluoru i ruchome elektrony π przesunięcie od najbardziej zewnętrznego do środkowego atomu węgla:
W rezultacie dodanie jest sprzeczne z regułą Markownikowa:
Tutaj działa jeden z głównych mechanizmów wzajemnego oddziaływania atomów w cząsteczkach - efekt indukcyjny:
Efekt indukcyjny (±/) to przemieszczenie par elektronów w łańcuchu wiązań o pod działaniem atomu (grupy atomów) o zwiększonej (-/) lub obniżonej (+/) elektroujemności względem wodoru:
Atom halogenu ma inny efekt, jeśli znajduje się przy atomie węgla sp2. Tutaj dodatek jest zgodny z regułą Markownikowa. W tym przypadku mezomeryczny Efekt. Niewspólna para elektronów atomu chloru zostaje przesunięta do atomu węgla, jakby zwiększając krotność wiązania Cl-C. W rezultacie elektrony wiązania n są przesunięte do następnego atomu węgla, tworząc nadmiar gęstość elektronów na nim. Podczas reakcji dodaje się do niego proton: 
Następnie, jak widać na schemacie, jon chloru trafia do atomu węgla, z którym chlor został już związany. Efekt mezomeryczny występuje tylko wtedy, gdy samotna para elektronów skoniugowany Z wiązanie π, tj. są oddzielone tylko jednym pojedynczym wiązaniem. Gdy halogen zostanie usunięty z wiązania podwójnego (jak w 3-fluoropropen-1), efekt mezomeryczny zanika. Efekt indukcyjny jest aktywny we wszystkich pochodnych halogenowych, ale w przypadku 2-chloropropenu efekt mezomeryczny jest silniejszy niż indukcyjny.
Mezomeryczny (±M) efektem jest przemieszczenie I-elektrony w łańcuchu atomów sp 2 -węgla z możliwym udziałem nieudostępnionej pary elektronów grupy funkcyjnej.
Efekt mezomeryczny może być zarówno dodatni (+M), jak i ujemny (-M). Atomy halogenu mają dodatni efekt mezomeryczny i jednocześnie ujemny efekt indukcyjny. Ujemny efekt mezomeryczny ma grupy funkcyjne z podwójnymi wiązaniami przy atomach tlenu (patrz poniżej).
zadanie 15.14. Napisz wzór strukturalny produktu reakcji addycji chlorowodoru do 1-chlorobutenu-1.
Oksosynteza. Ogromne znaczenie przemysłowe ma reakcja alkenów z tlenkiem węgla (II) i wodorem. Przeprowadza się go w podwyższonej temperaturze pod ciśnieniem większym niż 100 atm. Katalizatorem jest metaliczny kobalt, który tworzy związki pośrednie z CO. Produktem reakcji jest związek okso - aldehyd zawierający o jeden atom węgla więcej niż pierwotny alken:
alkadieny
Nazywa się węglowodory z dwoma wiązaniami podwójnymi alkadieny, a także krótsze Dieny. Ogólny wzór dienów C n H 2n-2 Istnieją trzy główne serie homologiczne węglowodorów dienowych:
zadanie 15.15. Wskaż, w jakich stanach hybrydowych znajdują się atomy węgla w podanych powyżej węglowodorach dienowych.
Sprzężone węglowodory dienowe mają największe znaczenie praktyczne, ponieważ służą jako surowce do produkcji różnych rodzajów gumy i gumy. Niesprzężone dieny mają zwykłe właściwości alkenów. Sprzężone dieny mają cztery kolejne atomy węgla sp2. Znajdują się one w tej samej płaszczyźnie, a ich niehybrydowe p-orbitale są zorientowane równolegle (ryc. 15.2). Dlatego zachodzi nakładanie się wszystkich sąsiednich orbitali p i są one tworzone wiązania π nie tylko między 1 -
2 i 3 -
4, ale także między 2-3 atomami węgla. W tym samym czasie elektrony muszą tworzyć dwie dwuelektronowe chmury. Istnieje superpozycja (rezonans) różnych stanów n-elektronów z pośrednią krotnością wiązań między pojedynczym a podwójnym: 
Te połączenia to tzw skoniugowany. Wiązanie między 2-3 atomami węgla jest skrócone w porównaniu do zwykłego wiązania pojedynczego, co potwierdza jego zwiększoną liczebność. W niskich temperaturach sprzężone dieny zachowują się głównie jak związki z dwoma wiązaniami podwójnymi, aw podwyższonych temperaturach jak związki z wiązaniami sprzężonymi.
Dwa najważniejsze dieny – butadien-1,3 (diwinyl) i 2-metylobutadien-1,3 (izopren) – otrzymuje się z buta-
Ryż. 15.2. Nakładające się p-orbitale w cząsteczce dienu
Nowy oraz pentan frakcje będące produktami przetwarzania gazu ziemnego:
Butadien otrzymuje się również metodą S. V. Lebiediewa z alkoholu:
Reakcje addycji elektrofilowej w sprzężonych dienach przebiegają w szczególny sposób. Butadien po schłodzeniu do -80°C dodaje pierwszą cząsteczkę bromu do pozycji 1,2:
Produkt ten otrzymuje się z wydajnością 80%. Pozostałe 20% pochodzi z produktu z dodatkiem 1,4:
Pozostałe wiązanie podwójne znajduje się między drugim a trzecim atomem węgla. Najpierw brom przyłącza się do końcowego atomu węgla, tworząc karboton (cząsteczka z dodatnim ładunkiem na węglu):
W procesie ruchu n-elektrony okazują się znajdować w pozycji 2, 3, a następnie w pozycji 3, 4. W niskich temperaturach częściej zajmują pozycję 3, 4, a zatem 1,2- dominuje produkt addycyjny. Jeżeli bromowanie prowadzi się w temperaturze 40°C, to produkt addycji 1,4 staje się głównym produktem, którego wydajność wzrasta do 80%, a reszta to produkt addycji 1,2.
zadanie 15.16. Zapisz produkty kolejnych addycji bromu i chloru do izoprenu w podwyższonej temperaturze.
Butadien i izopren łatwo polimeryzują, tworząc różne kauczuki. Metale alkaliczne, związki organiczne metali alkalicznych, katalizatory Zieglera-Natty mogą służyć jako katalizatory polimeryzacji. Polimeryzacja przebiega zgodnie z typem addycji 1,4. Cząsteczki gumy w swojej strukturze należą do polienów niesprzężonych, czyli do węglowodorów o dużej liczbie wiązań podwójnych. Są to elastyczne cząsteczki, które mogą zarówno rozciągać się, jak i zwijać w kulki. Na podwójnych wiązaniach w kauczukach powstaje jako cis-, oraz układ trans atomów wodoru i rodników. Najlepsze właściwości mają kauczuki cis-butadienowe i cis-izoprenowe (naturalne). Ich strukturę pokazano na ryc. 15.3. Trans-poliizopren (gutaperka) występuje również w przyrodzie. Na powyższych wzorach kau-
Ryż. 15.3. Budowa cząsteczkowa niektórych kauczuków
Krążki wokół ogniw zaznaczone linią kropkowaną, możliwa rotacja wewnętrzna. Gumy, w których cząsteczkach z podwójnymi wiązaniami występuje jedno i drugie cis-, i konfiguracja klatki piersiowej są nazywane nieregularny. Pod względem właściwości ustępują zwykłym gumom.
zadanie 15.17. narysuj strukturę trans polibu tadien.
zadanie 15.18. Znana jest pochodna chloropreno-butadienu chloropren (2-chlorobutadien-1,3), z której otrzymuje się kauczuk chloroprenowy. Napisz wzór strukturalny kauczuku cis-chloroprenowego.
Guma jest produkowana z gumy, której praktyczne zastosowanie jest niezwykle szerokie. Najwięcej z nich trafia do produkcji opon do kół. Aby wytworzyć gumę, guma jest mieszana z siarką i podgrzewana. Atomy siarki są połączone podwójnymi wiązaniami, tworząc wiele mostków między cząsteczkami gumy. Powstaje przestrzenna sieć wiązań, która łączy prawie wszystkie dostępne cząsteczki gumy w jedną cząsteczkę. Podczas gdy guma rozpuszcza się w węglowodorach, guma może pęcznieć tylko poprzez wchłanianie rozpuszczalnika do pustych przestrzeni między łańcuchami węglowodorowymi a mostkami siarkowymi.
alkiny
Innym szeregiem homologicznym jest alkiny- węglowodory z potrójnym wiązaniem między atomami węgla: 
Ogólny wzór na ten szereg C n H 2n _ 2 jest taki sam jak dla szeregu homologicznego dienów. Pierwszym członkiem serii jest C 2 H 2 acetylen lub, zgodnie z nomenklaturą systematyczną, etyn. Następujący członkowie serii propyne C 3 H 4, butine C 4 H 6, pentine C 5 H 8 itd. Podobnie jak alkeny i dieny, są to również węglowodory nienasycone, ale w tej serii atomy węgla związane potrójnym
wiązanie, są w stanie sp-hybrydyzacji. Ich hybrydowe orbitale są skierowane w przeciwnych kierunkach pod kątem 180° i tworzą liniowe ugrupowanie, w skład którego wchodzą atomy wodoru lub węgla rodników:
zadanie 15.19. Zapisz wzory strukturalne propynu i butynu. Czy mają izomery?
zadanie 15.20. Rozważ schemat nakładających się orbitali w cząsteczce acetylenu (s. 188). Jakie orbitale tworzą n-wiązania między atomami węgla?
Potrójne wiązanie w alkenach charakteryzuje się energią E St = 828 kJ/mol. To o 222 kJ/mol więcej niż energia podwójnego wiązania w alkenach. Odległość C=C zmniejsza się do 120 pm. Pomimo obecności tak silnego wiązania acetylen jest niestabilny i może wybuchowo rozkładać się na metan i węgiel:
Właściwość tę tłumaczy się tym, że w produktach rozkładu zmniejsza się liczba mniej trwałych związków. wiązania π, zamiast których są tworzone σ-wiązania w metanie i graficie. Niestabilność acetylenu wiąże się z dużym wydzielaniem energii podczas jego spalania. Temperatura płomienia osiąga 3150 °C. Wystarczy do cięcia i spawania stali. Acetylen jest przechowywany i transportowany w białych butlach, w których znajduje się w roztworze acetonu pod ciśnieniem -10 atm.
Alkiny wykazują izomerię szkieletu węglowego i wiele pozycji wiązań. Przestrzenny cistrans izomeria jest nieobecna.
zadanie 15.21. Napisz wzory strukturalne wszystkich możliwych izomerów C 5 H 8 z potrójnym wiązaniem.
Paragon fiskalny. Acetylen powstaje w wyniku hydrolizy węglika wapnia:
Inna praktycznie ważna metoda produkcji acetylenu polega na szybkim podgrzaniu metanu do temperatury 1500-1600 °C. W tym przypadku metan rozkłada się i jednocześnie powstaje do 15% acetylenu. Mieszaninę gazów szybko schładza się. Acetylen jest oddzielany przez rozpuszczanie w wodzie pod ciśnieniem. Objętościowy współczynnik rozpuszczalności acetylenu jest większy niż innych węglowodorów: K V = 1,15 (15 ° C).
Alkiny powstają, gdy podwójnie eliminacja pochodnych dihalogenu:
przykład 15.4. Jak uzyskać butyn-2 z butenu-1 w czterech krokach?
rozwiązanie. Napiszmy równania reakcji.
Właściwości chemiczne. Acetylen eksploduje w temperaturze -500 ° C lub pod ciśnieniem większym niż 20 atm, rozkładając się na węgiel i wodór z domieszką metanu. Cząsteczki acetylenu mogą również łączyć się ze sobą. W obecności CuCl zachodzi dimeryzacja z utworzeniem winyloacetylenu:
zadanie 15.22. Nazwij winyloacetylen zgodnie z nomenklaturą systematyczną.
Po przejściu przez rozgrzany węgiel drzewny acetylen trimeryzuje, tworząc benzen:
Nadmanganian potasu w słabo alkalicznym środowisku utlenia alkiny z zachowaniem σ-wiązania między atomami węgla:
W tym przykładzie produktem reakcji jest szczawian potasu, sól kwasu szczawiowego. Utlenianie nadmanganianem potasu w środowisku kwaśnym prowadzi do całkowitego rozerwania potrójnego wiązania:
ZADANIE 15.23. Napisz równanie utleniania butynu-2 nadmanganianem potasu w lekko zasadowym środowisku.
Pomimo dużego nienasycenia cząsteczek reakcje addycji elektrofilowej w alkinach są trudniejsze (wolniejsze) niż w alkenach. Alkiny dodają szeregowo dwie cząsteczki halogenu. Dodanie halogenowodoru i wody jest zgodne z regułą Markownikowa. Do dodania wody potrzebny jest katalizator - siarczan rtęci w kwaśnym środowisku (reakcja Kucherova):
Grupa hydroksylowa OH związana z sp 2 -yvnepo dom, niestabilny. Para elektronów przemieszcza się z tlenu do najbliższego atomu węgla, a proton do następnego atomu węgla:
Tak więc końcowym produktem reakcji propynu z wodą jest okso-związek aceton.
Reakcja podstawienia wodoru. Węgiel w stanie hybrydyzacji sp charakteryzuje się nieco wyższą elektroujemnością niż w stanach sp 2 oraz sp3. Dlatego w alkinach zwiększa się polarność wiązania C-H, a wodór staje się stosunkowo mobilny. Alkiny reagują z roztworami soli metali ciężkich, tworząc produkty podstawienia. W przypadku acetylenu produkty te to tzw acetylenki:
Do acetylenków należy również węglik wapnia (s. 364). Należy zauważyć, że acetylenki metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych ulegają całkowitej hydrolizie. Acetylidy reagują z fluorowcowymi pochodnymi węglowodorów, tworząc różne homologi acetylenu.
W trakcie reakcji w cząsteczkach reagujących substancji rozrywane są niektóre wiązania chemiczne, a inne powstają. Reakcje organiczne klasyfikuje się ze względu na rodzaj zerwania wiązań chemicznych w reagujących cząsteczkach. Spośród nich można wyróżnić dwie duże grupy reakcji - rodnikową i jonową.
Reakcje rodnikowe to procesy przebiegające z homolitycznym zerwaniem wiązania kowalencyjnego. W zerwaniu homolitycznym para elektronów tworzących wiązanie jest rozdzielana w taki sposób, że każda z powstałych cząstek otrzymuje jeden elektron. W wyniku pęknięcia homolitycznego powstają wolne rodniki:
Obojętny atom lub cząsteczka z niesparowanym elektronem nazywa się wolnym rodnikiem.
Reakcje jonowe to procesy zachodzące z heterolitycznym zerwaniem wiązań kowalencyjnych, gdy oba elektrony wiążące pozostają z jedną z wcześniej związanych cząstek:
W wyniku rozerwania wiązań heterolitycznych powstają cząstki naładowane: nukleofilowe i elektrofilowe.
Cząstka nukleofilowa (nukleofil) to cząstka, która ma parę elektronów na zewnętrznym poziomie elektronowym. Dzięki parze elektronów nukleofil jest w stanie utworzyć nowe wiązanie kowalencyjne.
Cząstka elektrofilowa (elektrofil) to cząstka, która ma niewypełniony zewnętrzny poziom elektronowy. Elektrofil reprezentuje niewypełnione, puste orbitale do tworzenia wiązania kowalencyjnego z powodu elektronów cząstki, z którą oddziałuje.
W chemii organicznej wszystkie zmiany strukturalne są rozpatrywane w odniesieniu do atomu (lub atomów) węgla biorącego udział w reakcji.
Zgodnie z powyższym chlorowanie metanu pod wpływem światła zalicza się do podstawienia rodnikowego, addycję halogenów do alkenów jako addycję elektrofilową, a hydrolizę halogenków alkilowych jako podstawienie nukleofilowe.
Najczęstsze są następujące rodzaje działań.
Główne typy reakcji chemicznych
I. Reakcje podstawienia(zastąpienie jednego lub więcej atomów wodoru atomami halogenu lub specjalną grupą) RCH 2 X + Y → RCH 2 Y + X
II. Reakcje addycji RCH=CH2 + XY → RCHX-CH2Y
III. Reakcje rozszczepienia (eliminacji). RCHX−CH 2 Y → RCH=CH 2 + XY
IV. Reakcje izomeryzacji (przegrupowania)
w. Reakcje utleniania(interakcja z tlenem powietrza lub środkiem utleniającym)
W tego typu reakcjach wymienionych powyżej występują również wyspecjalizowane oraz zarejestrowany reakcje.
Specjalistyczne:
1) uwodornienie (oddziaływanie z wodorem)
2) odwodornienie (odszczepienie od cząsteczki wodoru)
3) halogenowanie (oddziaływanie z halogenem: F 2, Cl 2, Br 2, I 2)
4) dehalogenacja (odszczepienie od cząsteczki halogenu)
5) hydrohalogenacja (oddziaływanie z halogenowodorem)
6) dehydrohalogenacja (odszczepianie od cząsteczki halogenowodoru)
7) hydratacja (oddziaływanie z wodą w nieodwracalnej reakcji)
8) odwodnienie (odcięcie od cząsteczki wody)
9) hydroliza (oddziaływanie z wodą w reakcji odwracalnej)
10) polimeryzacja (uzyskanie wielokrotnie powiększonego szkieletu węglowego z identycznych prostych związków)
11) polikondensacja (uzyskanie wielokrotnie powiększonego szkieletu węglowego z dwóch różnych związków)
12) sulfonowanie (oddziaływanie z kwasem siarkowym)
13) nitrowanie (interakcja z kwasem azotowym)
14) pękanie (redukcja szkieletu węglowego)
15) piroliza (rozkład złożonych substancji organicznych na prostsze pod wpływem wysokich temperatur)
16) reakcja alkilowania (wprowadzenie do wzoru rodnika alkanu)
17) reakcja acylowania (wprowadzenie do wzoru grupy -C(CH 3)O)
18) reakcja aromatyzacji (powstanie węglowodoru szeregu arenów)
19) reakcja dekarboksylacji (odszczepienie od cząsteczki grupy karboksylowej -COOH)
20) reakcja estryfikacji (reakcja alkoholu z kwasem lub otrzymanie estru z alkoholu lub kwasu karboksylowego)
21) reakcja „srebrnego lustra” (interakcja z amoniakalnym roztworem tlenku srebra (I))
Reakcje nominalne:
1) Reakcja Wurtza (wydłużenie szkieletu węglowego podczas oddziaływania fluorowcowanego węglowodoru z aktywnym metalem)
2) Reakcja Kucherowa (otrzymywanie aldehydu w reakcji acetylenu z wodą)
3) Reakcja Konowałowa (reakcja alkanu z rozcieńczonym kwasem azotowym)
4) Reakcja Wagnera (utlenianie węglowodorów z wiązaniem podwójnym tlenem środka utleniającego w środowisku słabo zasadowym lub obojętnym w normalnych warunkach)
5) Reakcja Lebiediewa (odwodornienie i odwodnienie alkoholi przy produkcji alkadienów)
6) Reakcja Friedela-Craftsa (reakcja alkilowania arenu chloroalkanem w celu uzyskania homologów benzenu)
7) Reakcja Zelinsky'ego (otrzymywanie benzenu z cykloheksanu przez odwodornienie)
8) Reakcja Kirchhoffa (przemiana skrobi w glukozę pod wpływem katalitycznego działania kwasu siarkowego)
Temat lekcji: Rodzaje reakcji chemicznych w chemii organicznej.
Rodzaj lekcji: lekcja studiowania i podstawowa konsolidacja nowego materiału.
Cele Lekcji: stworzyć warunki do kształtowania wiedzy o cechach przebiegu reakcji chemicznych z udziałem substancji organicznych przy zapoznaniu się z ich klasyfikacją, utrwalić umiejętność pisania równań reakcji.
Cele Lekcji:
Nauczanie: poznawanie rodzajów reakcji w chemii organicznej w oparciu o wiedzę studentów o typach reakcji w chemii nieorganicznej i ich porównanie z typami reakcji w chemii organicznej.
Rozwijające: wspieranie rozwoju logicznego myślenia i zdolności intelektualnych (analizowanie, porównywanie, ustalanie związków przyczynowo-skutkowych).
Edukacyjne: kontynuować formowanie kultury pracy umysłowej; umiejętności komunikacyjne: słuchanie opinii innych ludzi, udowadnianie ich punktu widzenia, znajdowanie kompromisów.
Metody nauczania:werbalne (historia, wyjaśnienie, sformułowanie problemu); wizualna (multimedialna pomoc wizualna); heurystyka (ćwiczenia pisemne i ustne, rozwiązywanie problemów, zadania testowe).
Środki edukacji:realizacja powiązań wewnątrz- i interdyscyplinarnych, multimedialna pomoc wizualna (prezentacja), tablica symboliczno-graficzna.
Technologia: elementy pedagogiki współpracy, kształcenie skoncentrowane na uczniu (uczenie się oparte na kompetencjach, technologia humanitarno-osobowa, podejście indywidualne i zróżnicowane), technologie informacyjno-komunikacyjne, technologie edukacyjne oszczędzające zdrowie (technologia organizacyjno-pedagogiczna).
Krótki opis przebiegu lekcji.
I. Etap organizacyjny: wzajemne powitanie nauczyciela i uczniów; sprawdzanie przygotowania uczniów do lekcji; organizacja uwagi i nastroju na lekcję.
Sprawdzanie pracy domowej.Pytania do weryfikacji: 1. Dokończ zdania: a) Izomery to ... b) Grupa funkcyjna to ... 2. Sklasyfikuj wskazane wzory substancji (wzory podane są na kartach) i nazwij klasy związków do którego należą. 3. Umożliwić skrócone wzory strukturalne izomerów odpowiadające wzorom cząsteczkowym (np.: C 6H 14, C 3H 6O)
Zgłaszanie tematu i zadań studiowania nowego materiału; pokazując jej praktyczne znaczenie.
II. Nauka nowego materiału:
Aktualizacja wiedzy.(Historia nauczyciela oparta jest na schematach slajdów, które uczniowie przenoszą do zeszytów jako notatkę referencyjną)
Reakcje chemiczne są głównym przedmiotem nauki chemii. (Slajd 2)
W procesie reakcji chemicznych jedna substancja przekształca się w inną.
Odczynnik 1 + Odczynnik 2 = Produkty (chemia nieorganiczna)
Substrat + Odczynnik Ataku = Produkty (Chemia Organiczna)
W wielu reakcjach organicznych nie wszystkie cząsteczki ulegają przemianie, ale ich części reakcji (grupy funkcyjne, ich pojedyncze atomy itp.), które nazywane są centrami reakcji. Substrat to substancja, w której stary atom węgla zostaje rozbity i powstaje nowe wiązanie, a działający na niego związek lub jego cząsteczka reaktywna nazywamy odczynnikiem.
Reakcje nieorganiczne klasyfikuje się według kilku kryteriów: według liczby i składu materiałów wyjściowych i produktów (związki, rozkład, podstawienie, wymiana), według efektu termicznego (egzo- i endotermicznego), według zmiany stopnia utlenienia stanu atomów, zgodnie z odwracalnością procesu, fazą (homo- i heterogeniczną), za pomocą katalizatora (katalitycznego i niekatalitycznego). (Slajdy 3,4)
Efektem etapu lekcji jest wykonanie przez uczniów zadania (slajd 5), które pozwala sprawdzić umiejętności pisania równań reakcji chemicznych, układania współczynników stechiometrycznych oraz klasyfikowania reakcji nieorganicznych. (Zadania są oferowane na różnych poziomach)
(Ćwiczenie gimnastyki „mózgowej” dla rozwoju procesów poznawczych i umysłowych - „Sowa”: poprawia pamięć wzrokową, uwagę i łagodzi stres, który rozwija się przy długotrwałym siedzeniu.)Prawą ręką chwyć lewe ramię i ściśnij je, obróć w lewo, aby spojrzeć za siebie, oddychaj głęboko i wypchnij ramiona do tyłu. Teraz patrząc przez drugie ramię, opuść brodę na klatkę piersiową i oddychaj głęboko, rozluźniając mięśnie..
Prezentacja nowego materiału.(Podczas prezentacji materiału uczniowie robią notatki w zeszytach, na których nauczyciel skupia uwagę – informacja o slajdzie)
Reakcje z udziałem związków organicznych podlegają tym samym prawom (prawo zachowania masy i energii, prawo działania masy, prawo Hessa itp.) i wykazują te same wzorce (stechiometryczne, energetyczne, kinetyczne) jak reakcje substancji nieorganicznych. (Slajd 6)
Reakcje organiczne są zwykle klasyfikowane według mechanizmów zachodzących, kierunku i produktów końcowych reakcji. (Slajd 7)
Sposób zerwania wiązań kowalencyjnych determinuje rodzaj mechanizmu reakcji. W ramach mechanizmu reakcji należy rozumieć kolejność etapów reakcji ze wskazaniem cząstek pośrednich powstających na każdym z tych etapów. (Mechanizm reakcji opisuje jej drogę, czyli sekwencję elementarnych aktów interakcji reagentów, przez które przepływa.)
W chemii organicznej wyróżnia się dwa główne typy mechanizmu reakcji: rodnikowy (homolityczny) i jonowy (heterolityczny). (Slajd 8)
W zerwaniu homolitycznym para elektronów tworzących wiązanie jest rozdzielana w taki sposób, że każda z powstałych cząstek otrzymuje jeden elektron. W wyniku pęknięcia homolitycznego powstają wolne rodniki:
X: Y → X . + . Y
Obojętny atom lub cząsteczka z niesparowanym elektronem nazywa się wolnym rodnikiem.
W wyniku rozerwania wiązań heterolitycznych powstają cząstki naładowane: nukleofilowe i elektrofilowe.
X:Y → X + + :Y -
Cząstka nukleofilowa (nukleofil) to cząstka, która ma parę elektronów na zewnętrznym poziomie elektronowym. Dzięki parze elektronów nukleofil jest w stanie utworzyć nowe wiązanie kowalencyjne.
Cząstka elektrofilowa (elektrofil) to cząstka, która ma wolny orbital na zewnętrznym poziomie elektronicznym. Elektrofil reprezentuje niewypełnione, puste orbitale do tworzenia wiązania kowalencyjnego z powodu elektronów cząstki, z którą oddziałuje.
Reakcje rodnikowe mają charakterystyczny mechanizm łańcuchowy, który obejmuje trzy etapy: zarodkowanie (inicjacja), rozwój (wzrost) i zakończenie łańcucha. (Slajd 9)
Reakcje jonowe zachodzą bez zrywania par elektronów tworzących wiązania chemiczne: oba elektrony przechodzą na orbital jednego z atomów produktu reakcji z utworzeniem anionu. (Slajd 10) Heterolityczny rozpad kowalencyjnego wiązania polarnego prowadzi do powstania nukleofili (anionów) i elektrofilów (kationów). W zależności od charakteru odczynnika atakującego reakcje mogą być nukleofilowe lub elektrofilowe.
Ze względu na kierunek i końcowy wynik przemiany chemicznej reakcje organiczne dzielą się na następujące typy: podstawienie, addycja, eliminacja (eliminacja), przegrupowanie (izomeryzacja), utlenianie i redukcja. (Slajd 11)
Przez substytucję rozumie się zastąpienie atomu lub grupy atomów innym atomem lub grupą atomów. W wyniku reakcji podstawienia powstają dwa różne produkty.
R-CH 2 X + Y → R-CH 2 Y + X
Przez reakcję addycji rozumie się wprowadzenie atomu lub grupy atomów do cząsteczki związku nienasyconego, czemu towarzyszy zerwanie wiązań π w tym związku. Podczas interakcji wiązania podwójne są przekształcane w wiązania pojedyncze, a wiązania potrójne w wiązania podwójne lub pojedyncze.
R-CH=CH2 + XY → RCHX-CH2Y
Problem: Jaki typ reakcji możemy zaliczyć do reakcji polimeryzacji? Udowodnij, że należy ona do określonego typu reakcji i podaj przykład.
Reakcje addycji obejmują również reakcje polimeryzacji (na przykład: otrzymywanie polietylenu z etylenu).
n(CH 2 \u003d CH 2) → (-CH 2 -CH 2 -) n
Reakcje eliminacji lub rozszczepiania to reakcje, podczas których atomy lub ich grupy są odszczepiane od cząsteczki organicznej, tworząc wiązanie wielokrotne.
R-CHX-CH 2 Y → R-CH=CH 2 + XY
Reakcje przegrupowania (izomeryzacja). W tego typu reakcjach zachodzi przegrupowanie atomów i ich grup w cząsteczce.
Reakcje polikondensacji są reakcjami podstawienia, ale często wyróżnia się je jako szczególny rodzaj reakcji organicznych, które mają specyficzne cechy i duże znaczenie praktyczne.
Reakcjom utleniania-redukcji towarzyszy zmiana stopnia utlenienia atomu węgla w związkach, w których atom węgla jest centrum reakcji.
Utlenianie to reakcja, w której pod działaniem odczynnika utleniającego substancja łączy się z tlenem (lub innym pierwiastkiem elektroujemnym, takim jak halogen) lub traci wodór (w postaci wody lub wodoru cząsteczkowego). Działanie odczynnika utleniającego (utlenianie) zaznaczono na schemacie reakcji symbolem [O].
[o]
CH3CHO → CH3COOH
Odzyskiwanie jest odwrotną reakcją utleniania. Pod wpływem odczynnika redukującego związek przyjmuje atomy wodoru lub traci atomy tlenu: działanie odczynnika redukującego (redukcja) oznacza się symbolem [H].
[H]
CH 3 COCH 3 → CH 3 CH(OH)CH 3
Uwodornienie jest reakcją, która jest szczególnym przypadkiem redukcji. Wodór jest dodawany do wiązań wielokrotnych lub jąder aromatycznych w obecności katalizatora.
W celu utrwalenia przerobionego materiału uczniowie wykonują zadanie testowe: slajdy 12.13.
III. Praca domowa: § 8 (ćwiczenie 2), 9
IV. Zreasumowanie
Wnioski: (slajd 14)
Reakcje organiczne podlegają ogólnym prawom (prawo zachowania masy i energii) oraz ogólnym prawom ich przebiegu (energia, kinetyka - ujawniające wpływ różnych czynników na szybkość reakcji).
Mają wspólne cechy dla wszystkich reakcji, ale mają też swoje własne cechy charakterystyczne.
Zgodnie z mechanizmem reakcji dzielą się one na homolityczne (wolnorodnikowe) i heterolityczne (elektrofilowo-nukleofilowe).
W zależności od kierunku i końcowego wyniku przemiany chemicznej wyróżnia się reakcje: podstawienia, addycji, eliminacji (eliminacji), przegrupowania (izomeryzacji), polikondensacji, utleniania i redukcji.
Używane książki:UMK: O.S. Gabrielyan i wsp. Chemia 10 M. Drop 2013
Zapowiedź:
Aby skorzystać z podglądu prezentacji, załóż konto Google (konto) i zaloguj się: https://accounts.google.com
Podpisy slajdów:
Rodzaje reakcji chemicznych w chemii organicznej.
Reakcja chemiczna to przemiana jednej substancji w inną. Substancje otrzymane w wyniku reakcji różnią się od substancji wyjściowych składem, strukturą i właściwościami. Odczynnik 1 + Odczynnik 2 = Produkty Substrat + Atakujący = Produkty Odczynnik
Oznaki klasyfikacji reakcji chemicznych w chemii nieorganicznej według liczby i składu substancji wyjściowych i produktów według efektu termicznego według zmiany stopnia utlenienia atomów według odwracalności procesu według fazy według do zastosowania katalizatora
Klasyfikacja według liczby i składu substancji wyjściowych i powstałych: Reakcje wiązania: A + B = AB Zn + Cl 2 = ZnCl 2 CaO + CO 2 = CaCO 3 Reakcje rozkładu: AB = A + B 2H 2 O = 2H 2 + O 2 Cu (OH) 2 \u003d CuO + H 2 O Reakcje podstawienia: AB + C \u003d A + CB CuSO 4 + Fe \u003d Cu + FeSO 4 Cr 2 O 3 + 2Al \u003d 2Cr + Al 2 O 3 Reakcje wymiany: AB + CD \u003d AD + CB CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
Podano schematy reakcji: 1. Wodorotlenek miedzi(II) → tlenek miedzi(II) + woda 2. Chlorek baru + siarczan sodu → ... 3. Kwas solny + cynk → chlorek cynku + wodór 4. Tlenek fosforu(V) + woda → ... Poziom I: Wskaż rodzaje reakcji, zapisz jedno z równań (opcjonalnie). Poziom II: Wskaż rodzaje reakcji, zapisz jedno z równań, w którym produkty nie są wskazane (opcjonalnie). Poziom III: Wskaż rodzaje reakcji i zapisz wszystkie równania.
Reakcje z udziałem związków organicznych podlegają tym samym prawom (prawo zachowania masy i energii, prawo działania masy, prawo Hessa itp.) i wykazują te same wzorce (stechiometryczny, energetyczny, kinematyczny) jak reakcje nieorganiczne.
Reakcje organiczne zazwyczaj klasyfikuje się ze względu na mechanizm ich przebiegu.Mechanizm reakcji rozumiany jest jako sekwencja poszczególnych etapów reakcji, ze wskazaniem cząstek pośrednich powstających na każdym z tych etapów. w kierunku i produktach końcowych reakcji - addycja; - oddzielenie (eliminacja); - substytucje; - przegrupowanie (izomeryzacja); - utlenianie; - powrót do zdrowia.
Sposób rozerwania wiązania kowalencyjnego determinuje typ mechanizmu reakcji: Rodnikowa (homolityczna) X:Y → X. + . YR. (X . , . Y) - rodniki (wolne atomy lub cząstki z niesparowanymi elektronami, niestabilne i zdolne do wchodzenia w przemiany chemiczne) Jonowe (heterolityczne) X: Y → X + +: Y - X + - odczynnik elektrofilowy (elektrofil: kochający elektron ) :Y - - odczynnik nukleofilowy (nukleofil: kochający protony)
Reakcje rodnikowe mają mechanizm łańcuchowy, obejmujący etapy: zarodkowanie, rozwój i zakończenie łańcucha. Zarodkowanie łańcucha (inicjacja) Cl 2 → Cl. + kl. Wzrost (rozwój) łańcucha CH 4 + Cl. → CH 3 . + HCICH3. + Cl 2 → CH 3 -Cl + Cl. CH 3 przerwa w łańcuchu. + kl. → CH 3 ClCH 3 . +CH3. → CH3-CH3Cl. + kl. →Cl2
Reakcje jonowe zachodzą bez zrywania par elektronów tworzących wiązania chemiczne: oba elektrony przechodzą na orbital jednego z atomów produktu reakcji z utworzeniem anionu. Heterolityczny rozpad kowalencyjnego wiązania polarnego prowadzi do powstania nukleofili (anionów) i elektrofilów (kationów). CH 3 -Br + Na + OH - → CH 3 -OH + Na + Br - substrat odczynnik produkty reakcji (nukleofil) C 6 H 5 -H + HO: NO 2 → C 6 H 5 -NO 2 + H-OH substrat produkty reakcji odczynników (elektrofile)
Klasyfikacja według kierunku i wyniku końcowego Reakcje podstawienia A-B + C → A-C + B Reakcje addycji C \u003d C + A-B → A-C-C-B Reakcje eliminacji A-C-C-B → C \u003d C + A-B Reakcje przegrupowania (izomeryzacji) X-A-B → A-B-X Reakcjom utleniania i redukcji towarzyszą zmiana stopnia utlenienia atomu węgla w związkach, w których atom węgla jest centrum reakcji. Problem: Jakie rodzaje reakcji można przypisać reakcji polimeryzacji? Udowodnij, że należy ona do określonego typu reakcji i podaj przykład.
Test. 1. Korelat: Sekcja chemii Rodzaj reakcji Nieorganiczna a) podstawienie b) wymiana Organiczna c) związki d) rozkład e) eliminacja f) izomeryzacja g) addycja 2. Korelat: Schemat reakcji Typ reakcji AB + C → AB + C a) podstawienie ABC → AB + C b) dodanie ABC → DIA c) eliminacja AB + C → AC + B d) izomeryzacja
3. Butan reaguje z substancją o wzorze: 1) H 2 O 2) C 3 H 8 3) Cl 2 4) HCl 4. Substratem w proponowanych schematach reakcji jest substancja 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) → CH 3 -CH 2 -Br + H 2 O CH 3 -CH 2 -Cl (A) + Na-OH (B) → CH 2 \u003d CH 2 + NaCl + H 2 O 5. The lewa strona równania C 3 H 4 + 5O 2 → ... odpowiada prawej stronie: → 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. Ilość tlenu potrzebna do całkowitego spalenia 5 l metanu jest równa 1) 1 l 2) 5 l 3) 10 l 4) 15 l
Wnioski Reakcje organiczne podlegają ogólnym prawom i ogólnym prawom swojego przebiegu. Mają wspólne cechy dla wszystkich reakcji, ale mają też swoje własne cechy charakterystyczne. Zgodnie z mechanizmem reakcji dzielą się one na wolne rodniki i jony. Zgodnie z kierunkiem i końcowym wynikiem przemiany chemicznej: podstawienie, addycja, utlenianie i redukcja, izomeryzacja, eliminacja, polikondensacja itp.
