Základné typy a mechanizmy reakcií v organickej chémii. Radikálové a iónové reakčné mechanizmy Reakčné mechanizmy v organickej chémii s príkladmi
Reakcie organických látok možno formálne rozdeliť do štyroch hlavných typov: substitúcia, adícia, eliminácia (eliminácia) a preskupenie (izomerizácia).
Je zrejmé, že celý rad reakcií organických zlúčenín nemožno zredukovať na navrhovanú klasifikáciu (napríklad reakcie horenia). Takáto klasifikácia však pomôže vytvoriť analógie s už známymi reakciami, ktoré sa vyskytujú medzi anorganickými látkami.
Spravidla sa hlavná organická zlúčenina zapojená do reakcie nazýva substrát a druhá zložka reakcie sa podmienečne považuje za činidlo.
Substitučné reakcie
Substitučné reakcie- sú to reakcie, ktorých výsledkom je nahradenie jedného atómu alebo skupiny atómov v pôvodnej molekule (substráte) inými atómami alebo skupinami atómov.
Substitučné reakcie zahŕňajú nasýtené a aromatické zlúčeniny, ako sú alkány, cykloalkány alebo arény. Uveďme príklady takýchto reakcií.
Pôsobením svetla môžu byť atómy vodíka v molekule metánu nahradené atómami halogénu, napríklad atómami chlóru:
Ďalším príkladom nahradenia vodíka halogénom je premena benzénu na brómbenzén:
Rovnica pre túto reakciu môže byť napísaná inak:
S touto formou písania činidlá, katalyzátor, reakčné podmienky napíšte nad šípku a anorganické reakčné produkty- pod ním.
Adičné reakcie
Adičné reakcie sú reakcie, pri ktorých sa dve alebo viac molekúl reaktantov spája do jednej.
Nenasýtené zlúčeniny, ako sú alkény alebo alkíny, vstupujú do adičných reakcií. Podľa toho, ktorá molekula pôsobí ako činidlo, sa rozlišujú hydrogenačné (alebo redukčné), halogenačné, hydrohalogenačné, hydratačné a iné adičné reakcie. Každá z nich si vyžaduje určité podmienky.
1. hydrogenácia- reakcia pridania molekuly vodíka na násobnú väzbu:
2. Hydrohalogenácia- adičná reakcia s halogenovodíkom (hydrochlorácia):
3. Halogenácia- adičná reakcia halogénu:
4. Polymerizácia- zvláštny druh adičných reakcií, pri ktorých sa molekuly látky s malou molekulovou hmotnosťou navzájom spájajú za vzniku molekúl látky s veľmi vysokou molekulovou hmotnosťou - makromolekuly.
polymerizačné reakcie- sú to procesy spájania mnohých molekúl nízkomolekulárnej látky (monoméru) do veľkých molekúl (makromolekúl) polyméru.
Príkladom polymerizačnej reakcie je výroba polyetylénu z etylénu (eténu) pôsobením ultrafialového žiarenia a iniciátora radikálovej polymerizácie R .
Kovalentná väzba, ktorá je najcharakteristickejšia pre organické zlúčeniny, vzniká pri prekrývaní atómových orbitálov a vytváraní spoločných elektrónových párov. V dôsledku toho sa vytvorí orbitál spoločný pre dva atómy, na ktorom sa nachádza spoločný elektrónový pár. Keď je väzba prerušená, osud týchto spoločných elektrónov môže byť odlišný.
Typy reaktívnych častíc v organickej chémii
Orbitál s nespárovaným elektrónom patriacim k jednému atómu sa môže prekrývať s orbitálom iného atómu, ktorý tiež obsahuje nepárový elektrón. Tu prebieha vzdelávanie kovalentná väzba výmenným mechanizmom:
Mechanizmus výmeny na vytvorenie kovalentnej väzby sa realizuje, ak sa z nespárovaných elektrónov patriacich rôznym atómom vytvorí spoločný elektrónový pár.
Proces opačný k vytvoreniu kovalentnej väzby mechanizmom výmeny je odpojenie pri ktorej ku každému atómu prejde jeden elektrón. V dôsledku toho sa vytvoria dve nenabité častice s nepárovými elektrónmi:
Takéto častice sa nazývajú voľné radikály.
voľné radikály- atómy alebo skupiny atómov s nepárovými elektrónmi.
Reakcie voľných radikálov sú reakcie, ktoré sa vyskytujú pri pôsobení a za účasti voľných radikálov.
V priebehu anorganickej chémie sú to reakcie interakcie vodíka s kyslíkom, halogény, spaľovacie reakcie. Reakcie tohto typu sa vyznačujú vysokou rýchlosťou, uvoľňovaním veľkého množstva tepla.
Môže sa vytvoriť aj kovalentná väzba donor-akceptorový mechanizmus. Jeden z orbitálov atómu (alebo aniónu), ktorý obsahuje nezdieľaný elektrónový pár, sa prekrýva s nevyplneným orbitálom iného atómu (alebo katiónu), ktorý má nevyplnený orbitál, pričom vzniká kovalentná väzba, napr.:
Prerušenie kovalentnej väzby vedie k tvorbe kladne a záporne nabitých častíc; keďže v tomto prípade oba elektróny zo spoločného elektrónového páru zostávajú s jedným z atómov, druhý atóm má nevyplnený orbitál:
Zvážte elektrolytická disociácia kyselín:
Dá sa ľahko uhádnuť, že častica má osamelý elektrónový pár R: - záporne nabitý ión, bude priťahovaný ku kladne nabitým atómom alebo k atómom, na ktorých je aspoň čiastočný alebo účinný kladný náboj. Častice s osamelé elektrónové páry sa nazývajú nukleofilné činidlá(jadro – „jadro“, kladne nabitá časť atómu), teda „priatelia“ jadra, kladný náboj.
Nukleofily(Nu) - anióny alebo molekuly, ktoré majú osamelý pár elektrónov, ktoré interagujú s časťami molekúl, na ktorých je sústredený účinný kladný náboj.
Príklady nukleofilov: Cl - (chloridový ión), OH - (hydroxidový anión), CH 3 O - (metoxidový anión), CH 3 COO - (acetátový anión).
Častice, ktoré majú nevyplnený orbitál, naopak, bude mať tendenciu ho naplniť, a preto bude priťahovaný do oblastí molekúl, kde je zvýšená hustota elektrónov, záporný náboj, nezdieľaný elektrónový pár. Oni sú elektrofilov, "priatelia" elektrónu, negatívny náboj alebo častice so zvýšenou hustotou elektrónov.
elektrofilov- katióny alebo molekuly, ktoré majú nevyplnený elektrónový orbitál, majúci tendenciu ho zapĺňať elektrónmi, pretože to vedie k priaznivejšej elektrónovej konfigurácii atómu.
Nie každá častica je elektrofil s prázdnym orbitálom. Takže napríklad katióny alkalických kovov majú konfiguráciu inertných plynov a nemajú tendenciu získavať elektróny, pretože majú nízku elektrónovú afinitu. Z toho môžeme usúdiť, že napriek prítomnosti nevyplneného orbitálu takéto častice nebudú elektrofilmi.
Hlavné reakčné mechanizmy
Existujú tri hlavné typy reagujúcich častíc - voľné radikály, elektrofily, nukleofily- a tri zodpovedajúce typy reakčného mechanizmu:
Voľný radikál;
elektrofilné;
Nuleofilné.
Okrem klasifikácie reakcií podľa typu reagujúcich častíc v organickej chémii existujú štyri druhy reakcií podľa princípu zmeny zloženia molekúl: pristúpenie, substitúcia, odštiepenie, alebo eliminácia (z anglického eliminovať - odstrániť, odštiepiť) a preskupenia. Pretože k adícii a substitúcii môže dôjsť pri pôsobení všetkých troch typov reaktívnych látok, možno rozlíšiť niekoľko hlavných reakčných mechanizmov.
1. Substitúcia voľnými radikálmi:
2. Pridanie voľných radikálov:
3. Elektrofilná substitúcia:
4. Elektrofilný prídavok:
5. Nukleofilná adícia:
Okrem toho zvážte štiepne alebo eliminačné reakcie, ktoré prebiehajú pod vplyvom nukleofilných častíc - zásad.
6. Eliminácia:
Pravidlo V. V. Markovnikova
Charakteristickým znakom alkénov (nenasýtených uhľovodíkov) je schopnosť vstupovať do adičných reakcií. Väčšina týchto reakcií prebieha mechanizmom elektrofilnej adície.
Hydrohalogenácia (prídavok halogenovodíka):
Táto reakcia sa podriaďuje pravidlu V. V. Markovnikova.
Keď sa k alkénu pridá halogenovodík, vodík sa viaže na viac hydrogenovaný atóm uhlíka, t.j. atóm, na ktorom je viac atómov vodíka, a halogén na menej hydrogenovaný.
Referenčný materiál na úspešné absolvovanie testu:
Mendelejevov stôl
Tabuľka rozpustnosti
Klasifikácia reakcií Podľa počtu východiskových a konečných látok: 1. Prístup 2. Eliminácia (eliminácia) 3. Substitúcia
Klasifikácia reakcií Podľa mechanizmu rozpadu väzby: 1. Homolytické (radikálové) radikály 2. Heterolytické (iónové) ióny
Mechanizmus reakcie Mechanizmus - podrobný popis chemickej reakcie po etapách s uvedením medziproduktov a častíc. Schéma reakcie: Mechanizmus reakcie:
Klasifikácia reakcií podľa typu činidiel 1. Radikál Radikál je chemicky aktívna častica s nepárovým elektrónom. 2. Elektrofilný Elektrofil je elektrón-deficientná častica alebo molekula s elektrón-deficientným atómom. 3. Nukleofil Nukleofil je anión alebo neutrálna molekula, ktorá má atóm s nezdieľaným elektrónovým párom.
Typy chemických väzieb v organických látkach Hlavný typ väzby je kovalentná (iónová je menej častá) Sigma väzba (σ-): Pi väzba (-)
ALKÁN - alifatické (mastné) uhľovodíky "Alifatos" - olej, tuk (gr.). Cn. H 2 n+2 Limit, nasýtené uhľovodíky
Homológny rad: CH 4 - metán C 2 H 6 - etán C 3 H 8 - propán C 4 H 10 - bután C 5 H 12 - pentán atď. C 6 H 14 - hexán C 7 H 16 - heptán C 8 H 18 - oktán C 9 H 20 - nonán C 10 H 22 - dekán a C 390 H 782 - bezkontaktný (1985)
Atómový orbitálny model molekuly metánu V molekule metánu už atóm uhlíka nemá S- a P-orbitály! Jeho 4 hybridné orbitály SP 3, ktoré sú energeticky a tvarovo ekvivalentné, tvoria 4 väzby s orbitálmi S atómu vodíka. HH4-väzby
Nitračná reakcia Konovalov Dmitrij Petrovič (1856 -1928) 1880. Prvý úspešný pokus o oživenie „chemických mŕtvych“, ktorí boli považovaní za alkány. Našiel podmienky pre nitráciu alkánov. Ryža. Zdroj: http: //obrázky. yandex. ru.
Chemické vlastnosti I. Reakcie so štiepením väzieb C-H (substitučné reakcie): 1. halogenácia 2. nitrácia 3. sulfochlorácia II. Reakcie s pretrhnutím väzieb C-C: 1. spaľovanie 2. krakovanie 3. izomerizácia
Ako nájsť chemika? Ak chcete nájsť chemika, opýtajte sa, čo je krtek a neionizované. A ak začne rozprávať o kožušinových zvieratách a organizácii práce, pokojne odíďte. Beletrista, popularizátor vedy Isaac Asimov (1920–1992) Obr. Zdroj: http: //obrázky. yandex. ru.
1. Halogenačná reakcia Chlorácia: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Bromácia: RH + Br 2 hv RBr + HBr Napríklad chlorácia metánu: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl
Štádiá mechanizmu voľných radikálov Schéma reakcie: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Mechanizmus reakcie: I. Iniciácia reťazca - štádium tvorby voľných radikálov. Cl Cl 2 Cl Radikál je aktívna častica, iniciátor reakcie. – – Javisko vyžaduje energiu vo forme vykurovania alebo osvetlenia. Nasledujúce kroky môžu prebiehať v tme, bez zahrievania.
Etapy mechanizmu voľných radikálov II. Hlavnou fázou je rast reťazca. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Stupeň môže zahŕňať niekoľko podstupňov, z ktorých každý tvorí nový radikál, ale nie H !!! V II, hlavnej fáze, sa nevyhnutne tvorí hlavný produkt!
Etapy mechanizmu voľných radikálov III. Ukončenie reťazca je rekombinácia radikálov. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Akékoľvek dva radikály sa spoja.
Selektivita substitúcie Selektivita - selektivita. Regioselektivita - selektivita v určitej oblasti reakcií. Napríklad selektivita halogenácie: 45 % 3 % Záver? 55 % 97 %
Selektivita halogenácie závisí od nasledujúcich faktorov: Reakčné podmienky. Pri nízkych teplotách je selektívnejší. povaha halogénu. Čím je halogén aktívnejší, tým je reakcia menej selektívna. F2 reaguje veľmi energicky, s deštrukciou C-C väzieb. I2 za týchto podmienok nereaguje s alkánmi. Štruktúra alkánu.
Vplyv alkánovej štruktúry na substitučnú selektivitu. Ak sú atómy uhlíka v alkáne nerovnaké, potom substitúcia pre každý z nich prebieha inou rýchlosťou. Pomerne. rýchlosť substitučnej reakcie atóm H Sekundárny atóm H tert. chlorácia atómu H 1 3, 9 5, 1 bromácia 1 82 1600 Záver?
Oddelenie terciárneho atómu vodíka vyžaduje menej energie ako oddelenie sekundárneho a primárneho! Alkánový vzorec Výsledok homolýzy ED, k. J / mol CH 4 CH 3 + H 435 CH 3 - CH 3 C 2 H 5 + H 410 CH 3 CH 2 CH 3 (CH 3) 2 CH + H 395 (CH 3) 3CH (CH3)3C + H 377
Smer reakcií Akákoľvek reakcia prebieha prevažne v smere vzniku stabilnejšej medzičastice!
Medziproduktová častica v radikálových reakciách je voľný radikál. Najstabilnejší radikál sa tvorí najľahšie! Rad radikálovej stability: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Alkylové skupiny vykazujú elektrón-donorový efekt, vďaka ktorému stabilizujú radikál
Sulfochloračná reakcia Schéma reakcie: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Mechanizmus reakcie: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl atď 3 2 Cl 2 atď.
Reakcia D. P. Konovalova.Nitrácia podľa Konovalova sa uskutočňuje pôsobením zriedenej kyseliny dusičnej pri teplote 140 o. C. Reakčná schéma: RH + HNO3RNO2 + H20
Mechanizmus Konovalovovej reakcie HNO 3 N 2 O 4 1. N 2 O 4 2 NO 2 2. RH + NO 2 R + HNO 2 R + HNO 3 RNO 2 + OH RH + OH R + H 2 O atď. 3 .Otvorený okruh.
Alkény sú nenasýtené uhľovodíky s jednou väzbou C=C Cn. H 2 n C \u003d C - funkčná skupina alkénov
Chemické vlastnosti alkénov Všeobecná charakteristika Alkény sú reaktívnou triedou zlúčenín. Vstupujú do mnohých reakcií, z ktorých väčšina je spôsobená porušením menej pevnej väzby pí. Е С-С (σ-) ~ 350 KJ/mol Е С=С (-) ~ 260 KJ/mol
Charakteristické reakcie Adícia je najcharakteristickejším typom reakcií. Dvojitá väzba je donor elektrónov, takže má tendenciu pridávať: E - elektrofily, katióny alebo radikály
Príklady elektrofilných adičných reakcií 1. Adícia halogénov - Nepridávajú sa všetky halogény, ale iba chlór a bróm! – K polarizácii molekuly neutrálneho halogénu môže dôjsť pôsobením polárneho rozpúšťadla alebo pôsobením dvojitej väzby alkénu. Červeno-hnedý roztok brómu sa stáva bezfarebným
Elektrofilná adícia Reakcie prebiehajú pri izbovej teplote a nevyžadujú osvetlenie. Iónový mechanizmus. Reakčná schéma: XY \u003d Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H20
Sigma komplex je karbokation - častica s kladným nábojom na atóme uhlíka. Ak sú v reakčnom médiu prítomné iné anióny, môžu sa tiež pripojiť k karbokationtu.
Napríklad pridanie brómu rozpusteného vo vode. Táto kvalitatívna reakcia pre dvojitú väzbu C=C prebieha odfarbovaním roztoku brómu a tvorbou dvoch produktov:
Adícia k nesymetrickým alkénom Regioselektivita adície! Markovnikovovo pravidlo (1869): kyseliny a voda sa pridávajú k nesymetrickým alkénom tak, že vodík sa pridáva k viac hydrogenovanému atómu uhlíka.
Markovnikov Vladimir Vasilievich (1837 - 1904) Absolvent Kazanskej univerzity. Od roku 1869 - profesor katedry chémie. Zakladateľ vedeckej školy. Ryža. Zdroj: http: //obrázky. yandex. ru.
Vysvetlenie Markovnikovovho pravidla Reakcia prebieha cez tvorbu najstabilnejšej intermediárnej častice – karbokationu. primárne sekundárne, stabilnejšie
Séria stability karbokácie: Markovnikovovo pravidlo terciárneho sekundárneho primárneho metylu v modernej formulácii: pridanie protónu k alkénu nastáva za vzniku stabilnejšieho karbokationu.
Anti-Markovnikovova adícia CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Formálne je reakcia v rozpore s Markovnikovovým pravidlom. CF 3 - substituent priťahujúci elektróny Iné činidlá priťahujúce elektróny: NO 2, SO 3 H, COOH, halogény atď.
Anti-Markovnikovova adícia stabilnejšia nestabilná CF 3 - akceptor elektrónov, destabilizuje karbokáciu Reakcia ide proti Markovnikovovmu pravidlu len formálne. V skutočnosti poslúcha, pretože prechádza stabilnejšou karbokáciou.
Harash peroxidový efekt X CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X \u003d O 2, H 2 O 2, ROOR Mechanizmus voľných radikálov: 1. H 2 O 2 2 OH + HBr H 2 O + Br 2. CH3-CH \u003d CH2 + Br CH3-CH-CH2Br je stabilnejší radikál CH3-CH-CH2Br + HBr CH3-CH2Br + Br atď. 3. Akýkoľvek sú medzi vami spojené dva radikály.
Elektrofilná adícia 3. Hydratácia - adícia vody - Reakcia prebieha za prítomnosti kyslých katalyzátorov, najčastejšie je to kyselina sírová. Reakcia sa riadi Markovnikovovým pravidlom. Lacný spôsob, ako získať alkohol
Na skúške akademik Ivan Alekseevič Kablukov žiada študenta, aby povedal, ako sa v laboratóriu získava vodík. „Merkúr,“ odpovedá. „Ako je to „z ortuti“? ! Zvyčajne sa hovorí "zo zinku", ale z ortuti - to je niečo originálne. Napíšte reakciu. Študent píše: Hg \u003d H + g A hovorí: „Ortuť sa zahrieva; rozkladá sa na H a g. H je vodík, je ľahký a preto letí preč a g je gravitačné zrýchlenie, ťažké, zostáva. "Pre takúto odpoveď musíte dať" päť, "hovorí Kablukov. - Urobme si poznámku. Len tú „päťku“ tiež najskôr rozcvičím. "Tri" odletí a "dva" zostane.
Dvaja chemici v laboratóriu: - Vasya, položte ruku do tohto pohára. - Nechal som to. - Cítiš niečo? - Nie. - Takže kyselina sírová v inom pohári.
Aromatické uhľovodíky Aromatické - voňavé? ? Aromatické zlúčeniny sú benzén a látky, ktoré sa mu chemickým správaním podobajú!
CH 3 -CH 3 + Cl 2 - (hv) ---- CH 3 -CH 2 Cl + HCl
C 6 H 5 CH 3 + Cl 2 --- 500 C --- C 6 H 5 CH 2 Cl + HCl
Adičné reakcie
Takéto reakcie sú charakteristické pre organické zlúčeniny obsahujúce viacnásobné (dvojité alebo trojité) väzby. Reakcie tohto typu zahŕňajú adičné reakcie halogénov, halogenovodíkov a vody na alkény a alkíny
CH3-CH \u003d CH2 + HCl ---- CH3-CH (Cl)-CH3
Štiepne (eliminačné) reakcie
Ide o reakcie, ktoré vedú k vytvoreniu viacnásobných väzieb. Pri odštiepovaní halogenovodíkov a vody sa pozoruje určitá selektivita reakcie opísaná Zaitsevovým pravidlom, podľa ktorého sa oddelí atóm vodíka od atómu uhlíka, na ktorom je menej atómov vodíka. Príklad reakcie
CH3-CH(Cl)-CH2-CH3 + KOH →CH3-CH=CH-CH3 + HCl
Polymerizácia a polykondenzácia
n(CH2 \u003d CHCI) (-CH2-CHCI) n
Redox
Najintenzívnejšia z oxidačných reakcií je spaľovanie, reakcia charakteristická pre všetky triedy organických zlúčenín. V tomto prípade sa v závislosti od podmienok spaľovania uhlík oxiduje na C (sadze), CO alebo CO 2 a vodík sa premieňa na vodu. Pre organických chemikov sú však veľmi zaujímavé oxidačné reakcie uskutočňované za oveľa miernejších podmienok ako spaľovanie. Použité oxidačné činidlá: roztoky Br2 vo vode alebo Cl2 v CCl 4 ; KMn04 vo vode alebo zriedenej kyseline; oxid meďnatý; čerstvo vyzrážané hydroxidy striebra (I) alebo medi (II).
3C2H2 + 8KMnO4 + 4H20→3HOOC-COOH + 8MnO2 + 8KOH
Esterifikácia (a jej reverzná hydrolytická reakcia)
R 1 COOH + HOR 2 H+ R 1 COOR 2 + H 2 O
Cykloadícia
YR Y-R
‖ + ‖ → ǀ ǀ
R Y R Y
‖ + →
11. Klasifikácia organických reakcií podľa mechanizmu. Príklady.
Reakčný mechanizmus zahŕňa podrobný popis chemických reakcií krok za krokom. Zároveň sa zisťuje, ktoré kovalentné väzby sa prerušujú, v akom poradí a akým spôsobom. Rovnako pozorne popíšte vznik nových väzieb v priebehu reakcie. Vzhľadom na reakčný mechanizmus je pozornosť v prvom rade venovaná spôsobu prerušenia kovalentnej väzby v reagujúcej molekule. Sú dva takéto spôsoby - homolytické a heterolytické.
Radikálne reakcie postupujte homolytickým (radikálovým) prerušením kovalentnej väzby:
Nepolárne alebo nízkopolárne kovalentné väzby (C–C, N–N, C–H) podliehajú radikálovej ruptúre pri vysokej teplote alebo pôsobením svetla. Uhlík v radikále CH 3 má 7 vonkajších elektrónov (namiesto stabilného oktetového obalu v CH 4). Radikály sú nestabilné, majú tendenciu zachytiť chýbajúci elektrón (do páru alebo do oktetu). Jedným zo spôsobov tvorby stabilných produktov je dimerizácia (kombinácia dvoch radikálov):
CH3 + CH3CH3 : CH 3,
H + H H : N.
Radikálne reakcie - sú to napríklad reakcie chlorácie, bromácie a nitrácie alkánov:
Iónové reakcie sa vyskytujú pri štiepení heterolytických väzieb. V tomto prípade sa prechodne tvoria organické ióny s krátkou životnosťou - karbokationy a karbanióny - s nábojom na atóme uhlíka. Pri iónových reakciách sa väzobný elektrónový pár neoddeľuje, ale prechádza úplne na jeden z atómov a mení ho na anión:
Silne polárne (H–O, C–O) a ľahko polarizovateľné (C–Br, C–I) väzby sú náchylné na heterolytické štiepenie.
Rozlišovať nukleofilné reakcie (nukleofil- hľadanie jadra, miesta s nedostatkom elektrónov) a elektrofilné reakcie (elektrofilné hľadanie elektrónov). Vyhlásenie, že tá alebo tá reakcia je nukleofilná alebo elektrofilná, sa podmienečne vždy vzťahuje na činidlo. Činidlo- látka zúčastňujúca sa reakcie s jednoduchšou štruktúrou. substrát je východiskový materiál so zložitejšou štruktúrou. Opustenie skupiny je vytlačiteľný ión, ktorý bol naviazaný na uhlík. reakčný produkt- nová látka obsahujúca uhlík (napísaná na pravej strane rovnice reakcie).
Komu nukleofilné činidlá(nukleofily) zahŕňajú negatívne nabité ióny, zlúčeniny s voľnými elektrónovými pármi, zlúčeniny s dvojitými väzbami uhlík-uhlík. Komu elektrofilné činidlá(elektrofily) patria kladne nabité ióny, zlúčeniny s nenaplnenými elektrónovými obalmi (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), zlúčeniny s karbonylovými skupinami, halogény. Elektrofil je akýkoľvek atóm, molekula alebo ión, ktorý môže prijať pár elektrónov v procese tvorby novej väzby. Hnacou silou iónových reakcií je interakcia opačne nabitých iónov alebo fragmentov rôznych molekúl s čiastočným nábojom (+ a -).
Príklady iónových reakcií rôznych typov.
Nukleofilná substitúcia :
Elektrofilná substitúcia :
Nukleofilná adícia (najprv sa pripojí CN -, potom H +):
elektrofilný prídavok (najprv sa spojí H +, potom X -):
Eliminácia pôsobením nukleofilov (báz) :
Eliminácia v akcii elektrofily (kyseliny) :
V priebehu chemických reakcií sa niektoré väzby prerušia a iné sa vytvoria. Chemické reakcie sa bežne delia na organické a anorganické. Za organické reakcie sa považujú také reakcie, v ktorých je aspoň jedným z reaktantov organická zlúčenina, ktorá počas reakcie mení svoju molekulovú štruktúru. Rozdiel medzi organickými a anorganickými reakciami spočíva v tom, že sa na nich spravidla zúčastňujú molekuly. Rýchlosť takýchto reakcií je nízka a výťažok produktu je zvyčajne len 50 až 80 %. Na zvýšenie rýchlosti reakcie sa používajú katalyzátory, zvyšuje sa teplota alebo tlak. Ďalej zvážte typy chemických reakcií v organickej chémii.
Klasifikácia podľa charakteru chemických premien
- Substitučné reakcie
- Adičné reakcie
- Izomerizačná reakcia a preskupenie
- Oxidačné reakcie
- Reakcie rozkladu
Substitučné reakcie
Počas substitučných reakcií je jeden atóm alebo skupina atómov v počiatočnej molekule nahradená inými atómami alebo skupinami atómov, čím sa vytvorí nová molekula. Takéto reakcie sú spravidla charakteristické pre nasýtené a aromatické uhľovodíky, napríklad:
Adičné reakcie
V priebehu adičných reakcií sa z dvoch alebo viacerých molekúl látok vytvorí jedna molekula novej zlúčeniny. Takéto reakcie sú charakteristické pre nenasýtené zlúčeniny. Existujú reakcie hydrogenácie (redukcie), halogenácie, hydrohalogenácie, hydratácie, polymerizácie atď.:
- hydrogenácia- pridanie molekuly vodíka:
Eliminačná reakcia (štiepenie)
V dôsledku štiepnych reakcií organické molekuly strácajú atómy alebo skupiny atómov a vzniká nová látka obsahujúca jednu alebo viac násobných väzieb. Eliminačné reakcie zahŕňajú reakcie dehydrogenácii, dehydratácia, dehydrohalogenácia atď.:
Izomerizačné reakcie a preskupenie
V priebehu takýchto reakcií dochádza k intramolekulárnemu preskupeniu, t.j. prechod atómov alebo skupín atómov z jednej časti molekuly do druhej bez zmeny molekulového vzorca látky zúčastňujúcej sa reakcie, napríklad: 
Oxidačné reakcie
V dôsledku vystavenia oxidačnému činidlu sa stupeň oxidácie uhlíka v organickom atóme, molekule alebo ióne zvyšuje v dôsledku darovania elektrónov, v dôsledku čoho sa vytvára nová zlúčenina: 
Kondenzačné a polykondenzačné reakcie
Pozostávajú z interakcie niekoľkých (dvoch alebo viacerých) organických zlúčenín s tvorbou nových C-C väzieb a zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou:
Polykondenzácia je tvorba molekuly polyméru z monomérov obsahujúcich funkčné skupiny s uvoľnením zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou. Na rozdiel od polymerizačnej reakcie, ktorej výsledkom je vytvorenie polyméru, ktorý má zloženie podobné monoméru, v dôsledku polykondenzačných reakcií sa zloženie vytvoreného polyméru líši od jeho monoméru:
Reakcie rozkladu
Toto je proces štiepenia komplexnej organickej zlúčeniny na menej zložité alebo jednoduché látky:
C18H38 -> C9H18 + C9H20
Klasifikácia chemických reakcií podľa mechanizmov
Výskyt reakcií s porušením kovalentných väzieb v organických zlúčeninách je možný dvoma mechanizmami (t.j. cestou vedúcou k prerušeniu starej väzby a vzniku novej) - heterolytické (iónové) a homolytické (radikálové).
Heterolytický (iónový) mechanizmus
Pri reakciách prebiehajúcich podľa heterolytického mechanizmu vznikajú medziproduktové častice iónového typu s nabitým atómom uhlíka. Častice, ktoré nesú kladný náboj, sa nazývajú karbokationy a záporný náboj sa nazýva karbanióny. V tomto prípade nedochádza k prerušeniu spoločného elektrónového páru, ale k jeho prechodu na jeden z atómov s tvorbou iónu: 
Silne polárne, napríklad H–O, C–O, a ľahko polarizovateľné, napríklad C–Br, C–I väzby, vykazujú tendenciu k heterolytickému štiepeniu.
Reakcie prebiehajúce podľa heterolytického mechanizmu sa delia na nukleofilné a elektrofilné reakcie.Činidlo, ktoré má elektrónový pár na vytvorenie väzby, sa nazýva nukleofilný alebo elektrónový donor. Napríklad HO-, RO-, Cl-, RCOO-, CN-, R-, NH2, H20, NH3, C2H50H, alkény, arény.
Činidlo, ktoré má nevyplnený elektrónový obal a je schopné pripojiť pár elektrónov v procese tvorby novej väzby. Elektrofilné činidlá sa nazývajú tieto katióny: H +, R 3 C +, AlCl 3, ZnCl 2, SO 3 , BF3, R-Cl, R2C=0
Nukleofilné substitučné reakcie
Charakteristické pre alkyl a aryl halogenidy: 
Nukleofilné adičné reakcie 
Elektrofilné substitučné reakcie
Elektrofilné adičné reakcie 
homolytický (radikálny mechanizmus)
Pri reakciách prebiehajúcich podľa homolytického (radikálového) mechanizmu sa v prvom štádiu kovalentná väzba preruší za vzniku radikálov. Ďalej, vytvorený voľný radikál pôsobí ako útočné činidlo. Štiepenie väzby radikálovým mechanizmom je charakteristické pre nepolárne alebo nízkopolárne kovalentné väzby (C–C, N–N, C–H).
Rozlišujte medzi radikálovou substitúciou a radikálovou adičnou reakciou
Radikálne substitučné reakcie
charakteristické pre alkány 
Radikálne adičné reakcie
charakteristické pre alkény a alkíny 
Preto sme zvážili hlavné typy chemických reakcií v organickej chémii
Kategórie ,Mechanizmy organických reakcií
| Názov parametra | Význam |
| Predmet článku: | Mechanizmy organických reakcií |
| Rubrika (tematická kategória) | Vzdelávanie |
Klasifikácia reakcií
Existujú štyri hlavné typy reakcií, na ktorých sa organické zlúčeniny zúčastňujú: substitúcia (vytesnenie), adícia, eliminácia (štiepenie), preskupenia.
3.1 Substitučné reakcie
Pri reakciách prvého typu sa substitúcia zvyčajne vyskytuje na atóme uhlíka, ale substituovaný atóm musí byť atóm vodíka alebo nejaký iný atóm alebo skupina atómov. Pri elektrofilnej substitúcii sa najčastejšie nahrádza atóm vodíka; príkladom je klasická aromatická substitúcia:
Pri nukleofilnej substitúcii sa častejšie nenahrádza atóm vodíka, ale iné atómy, napr.
NC - + R-Br → NC-R +BR -
3.2 Adičné reakcie
Adičné reakcie sú tiež elektrofilné, nukleofilné alebo radikálové, v závislosti od typu častíc, ktoré iniciujú proces. Pripojenie k obyčajným dvojitým väzbám uhlík-uhlík je zvyčajne indukované elektrofilom alebo radikálom. Napríklad pridanie HBr
môže začať napadnutím dvojitej väzby protónom H + alebo radikálom Br·.
3.3 Eliminačné reakcie
Eliminačné reakcie sú v podstate opakom adičných reakcií; najbežnejším typom takejto reakcie je eliminácia atómu vodíka a ďalšieho atómu alebo skupiny zo susedných atómov uhlíka za vzniku alkénov:
3.4 Reakcie preusporiadania
Preskupenia môžu nastať aj prostredníctvom medziproduktov, ktorými sú katióny, anióny alebo radikály; najčastejšie tieto reakcie prebiehajú s tvorbou karbokatiónov alebo iných častíc s nedostatkom elektrónov. Preskupenia môžu zahŕňať významné preskupenie uhlíkovej kostry. Po skutočnom kroku preskupenia v takýchto reakciách často nasledujú kroky substitúcie, adície alebo eliminácie vedúce k vytvoreniu stabilného konečného produktu.
Podrobný popis chemickej reakcie podľa etáp sa zvyčajne nazýva mechanizmus. Mechanizmus chemickej reakcie sa z elektronického hľadiska chápe ako spôsob štiepenia kovalentných väzieb v molekulách a sled stavov, ktorými prechádzajú reagujúce látky pred premenou na reakčné produkty.
4.1 Reakcie voľných radikálov
Reakcie voľných radikálov - ϶ᴛᴏ chemické procesy, na ktorých sa zúčastňujú molekuly s nespárovanými elektrónmi. Niektoré aspekty reakcií voľných radikálov sú jedinečné v porovnaní s inými typmi reakcií. Hlavným rozdielom je, že mnohé reakcie voľných radikálov sú reťazové reakcie. To znamená, že existuje mechanizmus, ktorým sa mnoho molekúl premieňa na produkt prostredníctvom opakujúceho sa procesu iniciovaného vytvorením jedného reaktívneho druhu. Typický príklad je ilustrovaný nasledujúcim hypotetickým mechanizmom:
Stupeň, v ktorom vzniká reakčný medziprodukt, v tomto prípade A·, sa bežne nazýva iniciácia. Táto fáza prebieha pri vysokej teplote, pôsobením UV žiarenia alebo peroxidov, v nepolárnych rozpúšťadlách. Nasledujúce štyri rovnice v tomto príklade opakujú postupnosť dvoch reakcií; predstavujú vývojovú fázu reťazca. Reťazové reakcie sú charakterizované dĺžkou reťazca, ktorá zodpovedá počtu vývojových štádií na iniciačné štádium. Druhý stupeň prebieha súčasnou syntézou zlúčeniny a tvorbou nového radikálu, ktorý pokračuje v reťazci transformácií. Posledným krokom je ukončenie reťazca, ktoré zahŕňa akúkoľvek reakciu, ktorá zničí jeden z reakčných medziproduktov nevyhnutných na šírenie reťazca. Čím viac stupňov ukončenia reťazca, tým kratšia je dĺžka reťazca.
Reakcie voľných radikálov prebiehajú: 1) na svetle, pri vysokej teplote alebo v prítomnosti radikálov, ktoré vznikajú pri rozklade iných látok; 2) inhibované látkami, ktoré ľahko reagujú s voľnými radikálmi; 3) postupovať v nepolárnych rozpúšťadlách alebo v plynnej fáze; 4) často majú autokatalytickú a indukčnú periódu pred začiatkom reakcie; 5) kineticky sú reťazové.
Radikálové substitučné reakcie sú charakteristické pre alkány a radikálové adičné reakcie sú charakteristické pre alkény a alkíny.
CH4 + Cl2 -> CH3CI + HCl
CH3-CH \u003d CH2 + HBr → CH3-CH2-CH2Br
CH3-C=CH + HCl -> CH3-CH=CHCI
Vzájomná kombinácia voľných radikálov a ukončenie reťazca sa vyskytuje hlavne na stenách reaktora.
4.2 Iónové reakcie
Reakcie, v ktorých heterolytický pretrhnutie väzieb a vznik intermediárnych častíc iónového typu sa nazývajú iónové reakcie.
Iónové reakcie prebiehajú: 1) v prítomnosti katalyzátorov (kyselín alebo zásad a nie sú ovplyvnené svetlom alebo voľnými radikálmi, najmä vznikajúcimi pri rozklade peroxidov); 2) nie sú ovplyvnené lapačmi voľných radikálov; 3) povaha rozpúšťadla ovplyvňuje priebeh reakcie; 4) zriedkavo sa vyskytujú v plynnej fáze; 5) kineticky sú to hlavne reakcie prvého alebo druhého rádu.
Podľa povahy činidla ͵ pôsobiaceho na molekulu sa iónové reakcie delia na elektrofilné a nukleofilné. Nukleofilné substitučné reakcie sú charakteristické pre alkyl a aryl halogenidy,
CH3CI + H20 -> CH30H + HCl
C6H5-Cl + H20 -> C6H5-OH + HCl
C2H5OH + HCl -> C2H5CI + H20
C2H5NH2 + CH3CI → CH3-NH-C2H5 + HCl
elektrofilná substitúcia - za alkány v prítomnosti katalyzátorov
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH (CH3)-CH2-CH3
a arény.
C6H6 + HNO3 + H2S04 → C6H5-NO2 + H20
Elektrofilné adičné reakcie sú charakteristické pre alkény
CH3-CH \u003d CH2 + Br2 → CH3-CHBr-CH2Br
a alkíny
CH=CH + Cl2 -> CHCl=CHCl
nukleofilná adícia - pre alkíny.
CH3-C≡CH + C2H5OH + NaOH → CH3-C (OC2H5) = CH2
Mechanizmy organických reakcií - pojem a typy. Klasifikácia a vlastnosti kategórie "Mechanizmy organických reakcií" 2017, 2018.
