Sådan bestemmes reaktionsmekanismen i organisk kemi. Kemiske reaktioner i organisk kemi

Der er forskellige systemer til klassificering af organiske reaktioner, som er baseret på forskellige karakteristika. Blandt dem er klassificeringerne:

• på slutresultatet af reaktionen, det vil sige en ændring i substratets struktur;
• på reaktionsmekanisme, det vil sige ved typen af ​​bindingsbrydning og typen af ​​reagenser.

Stoffer, der interagerer i en organisk reaktion, er opdelt i reagens og substrat... I dette tilfælde anses reagenset for at angribe substratet.

DEFINITION

Reagens- et stof, der virker på et objekt - et substrat - og forårsager en ændring i den kemiske binding i det. Reagenser klassificeres som radikale, elektrofile og nukleofile.

DEFINITION

Substrat betragtes normalt som et molekyle, der tilvejebringer et carbonatom til en ny binding.

KLASSIFICERING AF REAKTIONER EFTER SLUTRESULTAT (ÆNDRING I UNDERSTOFFETS STRUKTUR)

I organisk kemi skelnes fire typer reaktioner efter det endelige resultat og ændringer i substratets struktur: tilføjelse, substitution, eliminering, eller eliminering(fra engelsk. at eliminere- slet, opdel) og omlægning (isomerisering). Denne klassificering ligner klassificeringen af ​​reaktioner i uorganisk kemi i henhold til antallet af indledende reagenser og de resulterende stoffer, med eller uden ændring i sammensætning. Slutresultatklassificeringen er baseret på formelle kriterier, da den støkiometriske ligning som regel ikke afspejler reaktionsmekanismen. Lad os sammenligne typer af reaktioner i uorganisk og organisk kemi.

Reaktionstype i uorganisk kemi	Eksempel	Reaktionstype i organisk kemi	Bred vifte og eksempel Reaktioner
1. Tilslutning	C l2 + H2 = 2 H C l	Tiltrædelse med flere links	Hydrogenering
			Hydrohalogenering
			Halogenering
			Hydrering
2. Nedbrydning	2 H2 O = 2 H2 + O2	Eliminering	Dehydrogenering
			Dehydrohalogenering
			Dehalogenering
			Dehydrering
3. Udskiftning	Z n + 2 H C l =ZnCl2 + H2	Udskiftning
4. Udveksling (special case - neutralisering)	H2 S O4 + 2 N a O H= N a 2 S O 4 + 2 H 2 O	special case - forestring
5 allotropisering	grafit ⇔ diamant Prød⇔ Phvid Pred P hvid Srhombus.⇔ Slag. Sromb.⇔Splast.	Isomerisering	Isomerisering alkaner

o) uden at erstatte dem med andre.

Afhængigt af hvilke atomer der er adskilt, er naboen C–C eller isoleret med to til tre eller flere carbonatomer - C–C - C– C–, –C–C - C - C– C-, forbindelser med flere obligationer og eller cykliske forbindelser... Eliminering af hydrogenhalogenider fra alkylhalogenider eller vand fra alkoholer sker i henhold til Zaitsev -reglen.

DEFINITION

Zaitsevs styre: hydrogenatomet H adskilles fra det mindst hydrogenerede carbonatom.

For eksempel sker eliminering af et hydrogenbromidmolekyle fra tilstødende atomer i nærvær af alkali og danner således natriumbromid og vand.

DEFINITION

Omgruppering- en kemisk reaktion, som følge heraf er der en ændring i det gensidige arrangement af atomer i et molekyle, bevægelsen af ​​flere bindinger eller en ændring i deres mangfoldighed.

Omlægning kan udføres med bevarelse af molekylets atomkomposition (isomerisering) eller med dens ændring.

DEFINITION

Isomerisering- et særligt tilfælde af en omlejringsreaktion, der fører til omdannelse af en kemisk forbindelse til en isomer ved strukturelle ændringer i carbonskelettet.

Omlægning kan også udføres ved en homolytisk eller heterolytisk mekanisme. Molekylære omlejringer kan klassificeres efter forskellige kriterier, for eksempel ved mætning af systemer, efter migreringsgruppens art, ved stereospecificitet osv. Mange omlejringsreaktioner har specifikke navne - Kleisen -omlægning, Beckmann -omlægning osv.

Isomeriseringsreaktioner bruges i vid udstrækning i industrielle processer, for eksempel i petroleumraffinering for at øge oktantallet af benzin. Et eksempel på isomerisering er transformationen n-octan til isooctane:

KLASSIFIKATION AF ORGANISKE REAKTIONER EFTER REAGENTTYPE

FRAKOBLING

Bindningsspaltning i organiske forbindelser kan være homolytisk og heterolytisk.

DEFINITION

Homolytisk bindingsbrud- dette er sådan en kløft, som følge af, at hvert atom modtager en uparret elektron, og der dannes to partikler, der har en lignende elektronisk struktur - fri radikaler.

Homolytisk ruptur er karakteristisk for upolær eller let polær bindinger, for eksempel C - C, Cl - Cl, C - H, og kræver meget energi.

De resulterende radikaler, der har en uparret elektron, er meget reaktive; derfor er kemiske processer, der involverer sådanne partikler ofte "kæde" i naturen, vanskelige at kontrollere, og reaktionen resulterer i et sæt substitutionsprodukter. Så ved chlorering af metan er substitutionsprodukterne chlormethan C H3 C l CH3Cl, dichlormethan C H2 C l2 CH2Cl2, chloroform C H C l3 CHCl3 og carbontetrachlorid C C l4 CCl4... Reaktioner, der involverer frie radikaler, foregår ved udvekslingsmekanismen for dannelse af kemiske bindinger.

Radikaler dannet under en sådan spaltning af bindingsårsagen radikal mekanisme reaktionens forløb. Radikale reaktioner forekommer normalt ved forhøjede temperaturer eller med stråling (f.eks. Lys).

På grund af deres høje reaktivitet kan frie radikaler have en negativ effekt på menneskekroppen, ødelægge cellemembraner, påvirke DNA og forårsage for tidlig ældning. Disse processer er primært forbundet med lipidperoxidation, det vil sige ødelæggelse af strukturen af ​​flerumættede syrer, der danner fedt inde i cellemembranen.

DEFINITION

Heterolytisk afbrydelse- dette er et hul, hvor et elektronpar forbliver ved et mere elektronegativt atom, og der dannes to ladede partikler - ioner: en kation (positiv) og en anion (negativ).

I kemiske reaktioner udfører disse partikler funktionerne " nukleofiler"(" Fil "- fra gr. være forelsket) og " elektrofiler", Danner en kemisk binding med en partner i reaktionen af ​​donor-acceptormekanismen. Nukleofile partikler tilvejebringer et elektronpar til dannelse af en ny binding. Med andre ord,

DEFINITION

Nukleofil-et elektronrig kemisk reagens, der er i stand til at interagere med elektronmangel-forbindelser.

Eksempler på nukleofiler er eventuelle anioner ( C l− , jeg− , N O− 3 Cl−, I−, NO3− og andre), samt forbindelser med et ensomt elektronpar ( N H3 , H2 O NH3, H2O).

Når en binding brydes, kan der således dannes radikaler eller nukleofiler og elektrofiler. Baseret på dette er der tre mekanismer til forekomsten af ​​organiske reaktioner.

MEKANISMER AF ORGANISKE REAKTIONER

Gratis radikal mekanisme: reaktionen initieres af frie radikaler dannet når homolytisk hul bindinger i et molekyle.

Den mest typiske variant er dannelsen af ​​chlor- eller bromradikaler under UV -bestråling.

1. Fri radikal substitution

metanbromethan

Kæde initiering

Kædevækst

Åben kredsløb

2. Vedhæftning af frie radikaler

ethylenpolyethylen

Elektrofil mekanisme: reaktionen begynder med elektrofile partikler, som får en positiv ladning som følge heraf heterolytisk ruptur meddelelse. Alle elektrofiler er Lewis -syrer.

Sådanne partikler dannes aktivt under påvirkning af Lewis -syrer der forbedrer partikelens positive ladning. Oftere end andre bruges A l C l3 , F e C l3 , F e B r3 , Z n C l2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 virker som en katalysator.

Angrebsstedet for en elektrofil partikel er de dele af molekylet, der har en øget elektrontæthed, dvs. en multipelbinding og en benzenring.

Det generelle syn på elektrofile substitutionsreaktioner kan udtrykkes ved ligningen:

1. Elektrofil substitution

benzen brombenzen

2. Elektrofil forbindelse

propen 2-brompropan

propyn 1,2-dichloropropen

Sammenføjning med asymmetriske umættede kulbrinter sker i overensstemmelse med Markovnikov -reglen.

DEFINITION

Markovnikovs regel: tilføjelse af molekyler af komplekse stoffer med den betingede formel HX til asymmetriske alkener (hvor X er et halogenatom eller OH– hydroxylgruppe), et hydrogenatom er knyttet til det mest hydrogenerede (indeholdende flest hydrogenatomer) carbonatom ved en dobbeltbinding og X til det mindst hydrogenerede.

For eksempel tilsætning af hydrogenchlorid -HCl til et propenmolekyle C H3 - C H = C H2 CH3 - CH = CH2.

Denne reaktion finder sted i henhold til mekanismen for elektrofil addition. På grund af elektrondonorindflydelse C H3 CH3-grupper forskydes elektrontætheden i substratmolekylet til det centrale carbonatom (induktiv effekt) og derefter langs systemet med dobbeltbindinger til det terminale carbonatom C H2 CH2-grupper (mesomer effekt). Således er den overskydende negative ladning lokaliseret præcist på dette atom. Derfor starter protonen af ​​brint angrebet H+ H +, som er en elektrofil partikel. Der dannes en positivt ladet carbonenion [C H3 - C H - C H3 ] + + hvortil chloranionen er knyttet C l− Cl−.

DEFINITION

Undtagelser fra Markovnikovs regel: additionsreaktionen fortsætter mod Markovnikovs regel, hvis forbindelser, hvori carbonatomet støder op til carbonatomet i dobbeltbindingen delvist trækker elektrontætheden tilbage, det vil sige i nærvær af substituenter, der udviser en signifikant elektron-tilbagetrækningseffekt, kommer ind i reaktionen (- C C l3 , - C N, - C O O H(–CCl3, –CN, –COOH og etc.).

Nukleofil mekanisme: reaktionen begynder med nukleofile partikler med en negativ ladning, dannet som et resultat heterolytisk ruptur meddelelse. Alle nukleofiler - Lewis grundlagde.

I nukleofile reaktioner har reagenset (nukleofil) et frit elektronpar på et af atomerne og er et neutralt molekyle eller en anion ( H a l– , O H– , R. O− , R. S– , R C O O– , R– , C N -, H2 O, R O H, N H3 , R N H2 Hal–, OH–, RO–, RS–, RCOO–, R–, CN–, H2O, ROH, NH3, RNH2 og etc.).

Nukleofilen angriber atomet i substratet med den laveste elektrontæthed (dvs. med en delvis eller total positiv ladning). Det første trin i den nukleofile substitutionsreaktion er ioniseringen af ​​substratet med dannelsen af ​​carbokationen. I dette tilfælde dannes en ny binding på grund af nukleofilens elektronpar, og den gamle gennemgår heterolytisk spaltning med efterfølgende eliminering af kationen. Et eksempel på en nukleofil reaktion er nukleofil substitution (symbol SN SN) ved et mættet carbonatom, for eksempel alkalisk hydrolyse af bromderivater.

1. Nukleofil substitution

2. Nukleofil tilføjelse

ethanal cyanohydrin

kilde http://foxford.ru/wiki/himiya

Klassificering af reaktioner

Der er fire hovedtyper af reaktioner, hvor organiske forbindelser er involveret: substitution (forskydning), addition, eliminering (eliminering), omlejring.

3.1 Substitutionsreaktioner

I reaktioner af den første type sker substitution sædvanligvis ved et carbonatom, men det substituerede atom kan være et hydrogenatom eller et andet atom eller en anden gruppe af atomer. Ved elektrofil substitution udskiftes hydrogenatomet oftest; et eksempel er den klassiske aromatiske substitution:

Med nukleofil substitution er det ikke hydrogenatomet, der udskiftes oftere, men andre atomer, for eksempel:

NC - + R - Br → NC - R + BR -

3.2 Koblingsreaktioner

Additionsreaktioner kan også være elektrofile, nukleofile eller radikale afhængigt af typen af ​​partikler, der starter processen. Vedhæftning til almindelige carbon-carbon dobbeltbindinger induceres normalt af en elektrofil eller en radikal. For eksempel at slutte sig til HBr

kan begynde med et angreb på dobbeltbindingen af ​​protonen Н + eller af den radikale Br ·.

3.3 Elimineringsreaktioner

Elimineringsreaktioner er i det væsentlige det modsatte af additionsreaktioner; den mest almindelige type af en sådan reaktion er eliminering af et hydrogenatom og et andet atom eller en gruppe fra tilstødende carbonatomer til dannelse af alkener:

3.4 Omlægningsreaktioner

Omlægninger kan også foregå gennem mellemprodukter, der er kationer, anioner eller radikaler; oftest foregår disse reaktioner med dannelsen af ​​carbocationer eller andre elektronmangelpartikler. Omlægninger kan indebære betydelige omlægninger af kulstofskelettet. Det egentlige omlejringstrin i sådanne reaktioner efterfølges ofte af substitutions-, additions- eller elimineringstrin, der fører til dannelsen af ​​et stabilt slutprodukt.

En detaljeret beskrivelse af en kemisk reaktion i etaper kaldes en mekanisme. Fra et elektronisk synspunkt forstås mekanismen for en kemisk reaktion som metoden til at bryde kovalente bindinger i molekyler og sekvensen af ​​tilstande, hvorigennem reaktanter passerer, før de omdannes til reaktionsprodukter.

4.1 Frie radikale reaktioner

Frie radikalreaktioner er kemiske processer, der involverer molekyler, der har uparrede elektroner. Visse aspekter ved frie radikalreaktioner er unikke sammenlignet med andre typer reaktioner. Hovedforskellen er, at mange frie radikalreaktioner er kædereaktioner. Det betyder, at der er en mekanisme, ved hvilken mange molekyler omdannes til et produkt gennem en gentagen proces, der initieres ved oprettelsen af ​​en enkelt reaktiv partikel. Et typisk eksempel er illustreret ved hjælp af følgende hypotetiske mekanisme:

Det trin, hvor reaktionsmellemproduktet genereres, i dette tilfælde A ·, kaldes initiering. Dette trin finder sted ved høje temperaturer, under påvirkning af UV eller peroxider, i upolære opløsningsmidler. De næste fire ligninger i dette eksempel gentager sekvensen af ​​to reaktioner; de repræsenterer udviklingsfasen af ​​kæden. Kædereaktioner er kendetegnet ved en kædelængde, der svarer til antallet af udviklingstrin pr. Starttrin. Det andet trin fortsætter med den samtidige syntese af forbindelsen og dannelsen af ​​en ny radikal, som fortsætter transformationskæden. Det sidste trin er kædetermineringsfasen, som omfatter enhver reaktion, hvor et af de reaktionsmellemprodukter, der kræves til kædeudvikling, ødelægges. Jo flere faser af kædeafslutning, jo kortere bliver kædelængden.

Frie radikalreaktioner finder sted: 1) i lyset, ved høje temperaturer eller i nærvær af radikaler, der dannes under nedbrydning af andre stoffer; 2) hæmmes af stoffer, der let reagerer med frie radikaler; 3) fortsæt i upolære opløsningsmidler eller i dampfasen; 4) ofte har en autokatalytisk periode og induktionsperiode før reaktionens start; 5) er kinetisk kædet.

Radikale substitutionsreaktioner er typiske for alkaner og radikal addition - for alkener og alkyner.

CH4 + Cl2 → CH3CI + HCl

CH 3 -CH = CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 -CH 2 Br

CH3 -C≡CH + HCl → CH3 -CH = CHCl

Forbindelsen af ​​frie radikaler med hinanden og afslutningen af ​​kæden sker hovedsageligt på reaktorens vægge.

4.2 Ioniske reaktioner

Reaktioner, hvor der opstår heterolytisk bryde bindinger og dannelsen af ​​mellemliggende partikler af den ioniske type kaldes ioniske reaktioner.

Ioniske reaktioner fortsætter: 1) i nærvær af katalysatorer (syrer eller baser og påvirkes ikke af lys eller frie radikaler, især som følge af nedbrydning af peroxider); 2) ikke er påvirket af frie radikaler 3) reaktionsforløbet påvirkes af opløsningsmidlets beskaffenhed; 4) forekommer sjældent i dampfasen; 5) er kinetisk, hovedsageligt reaktioner af første eller anden orden.

Af karakter af reagenset, der virker på molekylet, er ioniske reaktioner opdelt i elektrofil og nukleofil... Nukleofile substitutionsreaktioner er typiske for alkyl- og arylhalogenider,

CH3CI + H20 → CH30H + HCl

C6H5 -Cl + H20 → C6H5 -OH + HCl

C 2 H 5 OH + HCl → C 2 H 5 Cl + H 2 O

C2H5NH2 + CH3CI → CH3 -NH -C2H5 + HCI

elektrofil substitution - for alkaner i nærvær af katalysatorer

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH (CH 3) -CH 2 -CH 3

og arenaer.

C6H6 + HNO3 + H2SO4 → C6H5 -NO2 + H20

Elektrofile additionsreaktioner er karakteristiske for alkener

CH 3 -CH = CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr -CH 2 Br

og alkyner,

CH≡CH + Cl2 → CHCl = CHCl

nukleofil tilsætning - til alkyner.

CH3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C (OC 2 H 5) = CH 2

Dannes ved overlappende atomorbitaler og dannelsen af ​​fælles elektronpar. Som et resultat af dette dannes en fælles orbital for to atomer, hvorpå et fælles elektronpar er placeret. Når bindingen brydes, kan skæbnen for disse delte elektroner være anderledes.

Udvekslingsmekanisme til dannelse af en kovalent binding. Homolytisk bindingsbrud

En kredsløb med en uparret elektron, der tilhører et atom, kan overlappe med orbitalet for et andet atom, som også indeholder en uparret elektron. I dette tilfælde sker dannelsen af ​​en kovalent binding i henhold til udvekslingsmekanismen:

H + H -> H: H eller H -H

Udvekslingsmekanismen til dannelse af en kovalent binding realiseres, hvis et fælles elektronpar dannes af uparede elektroner, der tilhører forskellige atomer.

Processen modsat dannelsen af ​​en kovalent binding ved udvekslingsmekanismen er bindingsspaltning, hvor en elektron forlader for hvert atom. Som et resultat dannes to uladede partikler med uparede elektroner:

Disse partikler kaldes frie radikaler.

Frie radikaler- atomer eller grupper af atomer med uparede elektroner.

Mekanismen til at bryde en kovalent binding, hvori frie radikaler dannes, kaldes hæmolytisk eller homolyse (homo - det samme, det vil sige, at denne type bindingsbrydning fører til dannelse af identiske partikler).

De reaktioner, der finder sted under handlingen og med deltagelse af frie radikaler, kaldes frie radikaler.

Hydroxylanionen tiltrækkes af carbonatomet (angriber carbonatomet), hvorpå en delvis positiv ladning er koncentreret, og erstatter bromet, mere præcist, bromidanionen.

I 1-chloropropanmolekylet forskydes elektronparret i С-Сl-bindingen mod chloratomet på grund af dets større elektronegativitet. I dette tilfælde trækker carbonatomet, som modtog en delvis positiv ladning (§ +), elektroner fra det carbonatom, der er forbundet med det, hvilket igen kommer fra følgende:

Således overføres den induktive effekt langs kredsløbet, men dør hurtigt ud: det observeres praktisk talt ikke efter tre st-bindinger.

Overvej en anden reaktion - tilsætning af hydrogenbromid til ethene:

CH2 = CH2 + HBr -> CH3 -CH2Br

I den indledende fase af denne reaktion er en hydrogenkation knyttet til et molekyle, der indeholder en multipel binding:

CH2 = CH2 + H + -> CH2 -CH3

Elektronerne i n-bindingen blev forskudt til et carbonatom, på den nærliggende var der en positiv ladning, en ufyldt orbital.

Sådanne partiklers stabilitet bestemmes af, hvor godt den positive ladning på carbonatomet kompenseres. Denne kompensation opstår på grund af forskydningen af ​​elektron-densiteten af ​​a-bindingen mod det positivt ladede carbonatom, dvs. den positive induktive effekt (+1).

Gruppen af ​​atomer, i dette tilfælde methylgruppen, hvorfra elektrontætheden trækkes, har en donoreffekt, der betegnes +1.

Mesomer effekt. Der er en anden måde at påvirke nogle atomer eller grupper på andre - den mesomere effekt eller konjugeringseffekten.

Overvej et 1,3-butadienmolekyle:

CH2 = CH CH = CH2

Det viser sig, at dobbeltbindinger i dette molekyle ikke bare er to dobbeltbindinger! Da de er tæt på hinanden, sker der overlapning. NS-bindinger, der er en del af nabodouble, og der dannes en fælles for alle fire carbonatomer NS-elektronisk sky. I dette tilfælde bliver systemet (molekylet) mere stabilt. Dette fænomen kaldes parring (i dette tilfælde NS - NS-konjugering).

Yderligere overlapning, konjugering af n-bindinger adskilt af en o-binding, fører til deres "gennemsnit". Den centrale simple binding får en delvis "dobbelt" karakter, bliver stærkere og kortere, og de dobbelte bliver noget svagere og længere.

Et andet eksempel på konjugering er virkningen af ​​en dobbeltbinding på et atom med et ensomt elektronpar.

Så for eksempel under dissociationen af ​​en carboxylsyre forbliver det ensomme elektronpar på oxygenatomet:

Dette fører til en stigning i stabiliteten af ​​anionen dannet under dissociation, en stigning i syrens styrke.

Forskydningen af ​​elektrontætheden i konjugerede systemer, der involverer n-bindinger eller ensomme elektronpar, kaldes den mesomere effekt (M).

Grundlæggende reaktionsmekanismer

Vi har identificeret tre hovedtyper af reagerende partikler - frie radikaler, elektrofiler, nukleofiler og tre tilsvarende typer reaktionsmekanismer:

Fri radikal;
elektrofil;
nukleofil.

Ud over klassificeringen af ​​reaktioner efter typen af ​​reagerende partikler i organisk kemi skelnes fire typer reaktioner efter princippet om ændring af molekylers sammensætning: addition, substitution, eliminering eller eliminering (fra engelsk. For at eliminere - for at fjerne, opdele) og omarrangere. Da tilsætning og substitution kan forekomme under virkningen af ​​alle tre typer af reaktive partikler, kan flere hovedmekanismer for reaktionen skelnes.

Derudover vil vi overveje reaktionerne ved eliminering eller eliminering, der opstår under påvirkning af nukleofile partikler - baser.

1. Hvad er homolytiske og heterolytiske kovalente bindingsbrud? Hvilke mekanismer for kovalent bindingsdannelse er de typiske for?

2. Hvad kaldes elektrofiler og nukleofiler? Giv eksempler på dem.

3. Hvad er forskellene mellem mesomere og induktive effekter? Hvordan illustrerer disse fænomener positionen i AM Butlerovs teori om strukturen af ​​organiske forbindelser på atomernes indbyrdes indflydelse i molekyler af organiske stoffer?

4. I betragtning af begreberne induktive og mesomere virkninger skal man overveje atomernes gensidige indflydelse på molekyler:

Understøt dine fund med eksempler på kemiske ligninger.

Lektionens indhold lektionens oversigt understøtte frame lektion præsentation accelerative metoder interaktive teknologier Øve sig opgaver og øvelser selvtest workshops, træninger, cases, quests lektier diskussionsspørgsmål retoriske spørgsmål fra studerende Illustrationer lyd, videoklip og multimedier fotos, billeder, diagrammer, tabeller, skemaer humor, anekdoter, sjov, tegneserier lignelser, ordsprog, krydsord, citater Tilføjelser abstrakter artikler chips til de nysgerrige snydeblade lærebøger grundlæggende og ekstra ordforråd af udtryk andre Forbedring af lærebøger og lektionerfejlrettelser i selvstudiet opdatering af et fragment i lærebogens elementer i innovation i lektionen og erstatter forældet viden med ny Kun for lærere perfekte lektioner kalenderplan for årets metodiske anbefalinger fra diskussionsprogrammet Integrerede lektioner

Typer af kemiske reaktioner i uorganisk og organisk kemi.

1. En kemisk reaktion er en proces, hvor andre stoffer dannes af nogle stoffer. Afhængigt af procesens art skelnes der mellem typer af kemiske reaktioner.

1) I henhold til det endelige resultat

2) På grundlag af frigivelse eller absorption af varme

3) Baseret på reaktionens reversibilitet

4) På grundlag af en ændring i oxidationstilstanden for atomer, der udgør reaktanterne

Ifølge det endelige resultat er reaktionerne af følgende typer:

A) Substitution: RH + Cl 2 → RCl + HCl

B) Tilslutning: CH 2 = CH 2 + Cl 2 → CH 2 Cl-CH 2 Cl

C) Eliminering: CH3 -CH20H → CH2 = CH2 + H20

D) Nedbrydning: CH4 → C + 2H 2

E) Isomerisering

E) Udveksling

G) Tilslutninger

Nedbrydningsreaktion kaldes en proces, hvor to eller flere andre dannes af et stof.

Udvekslingsreaktion kaldes den proces, ved hvilken de reagerende stoffer udveksles komponenter.

Reaktioner og substitutioner fortsæt med deltagelse af et simpelt og komplekst stof, som følge heraf dannes nye enkle og komplekse stoffer.

Som resultat sammensatte reaktioner et nyt stof dannes af to eller flere stoffer.

På grundlag af frigivelse eller absorption af reaktionsvarmen er der følgende typer:

A) Eksotermisk

B) Endotermisk

Eksotermisk - disse er reaktioner, der fortsætter med frigivelse af varme.

Endotermisk Er reaktioner, der finder sted med absorption af varme fra miljøet.

På grundlag af reversibilitet er reaktionerne af følgende typer:

A) Vendbar

B) Irreversibel

Reaktioner, der kun foregår i en retning og slutter med fuldstændig transformation af de første reagerende stoffer til slutstoffer, kaldes irreversibel.

Vendbar sådanne reaktioner kaldes, der samtidigt forløber i to indbyrdes modsatte retninger.

På grundlag af en ændring i oxidationstilstanden for atomer, der udgør reaktanterne, er reaktionerne af følgende typer:

A) Redox

Reaktioner, der fortsætter med en ændring i atomernes oxidationstilstand (hvor der er en overgang af elektroner fra et atom, molekyle eller ion til et andet) kaldes redox.

2. Ifølge mekanismen for reaktionsforløbet er de opdelt i ionisk og radikal.

Ioniske reaktioner- vekselvirkning mellem ioner som følge af heterolytisk brud på en kemisk binding (et par elektroner går helt til et af "fragmenterne").

Ioniske reaktioner er af to typer (efter typen reagens):

A) elektrofil - i løbet af en reaktion med en elektrofil.

Elektrofil- en gruppe, der har frie orbitaler ved nogle atomer eller centre med en reduceret elektrontæthed (for eksempel: H +, Cl - eller AlCl 3)

B) Nukleofil - i løbet af interaktion med en nukleofil

Nukleofil - negativt ladet ion eller molekyle med et ensomt elektronpar (deltager ikke i øjeblikket i dannelsen af ​​en kemisk binding).

(Eksempler: F -, Cl -, RO -, I -).

Virkelige kemiske processer, kun i sjældne tilfælde, kan beskrives ved simple mekanismer. En detaljeret overvejelse af kemiske processer fra et molekylær kinetisk synspunkt viser, at de fleste af dem forløber gennem en radikal kædemekanisme, et træk ved kædepioner er dannelsen af ​​frie radikaler i mellemtrin (fragmenter af molekyler eller atomer med en kort levetid er ustabil, alle har fri kommunikation.

Processen med forbrænding, eksplosion, oxidation, fotokemiske reaktioner, biokemi i levende organismer foregår langs en kædemekanisme.

Kædekredse har flere faser:

1) kædeinitiering - stadiet af kædereaktioner, hvoraf frie radikaler stammer fra valensmættede molekyler.

2) fortsættelse af kæden - stadiet af kæden af ​​p -pionen, der fortsætter med bevarelsen af ​​det samlede antal frie faser.

3) kædeafslutning - en elementær fase i distriktets kæde, der fører til forsvinden af ​​gratis obligationer.

Skel mellem forgrenede og uforgrenede kædereaktioner.

Et af de vigtigste begreber i kæden er kædelængde- det gennemsnitlige antal elementære stadier af kædens fortsættelse efter fremkomsten af ​​et frit radikal indtil dets forsvinden.

Eksempel: syntese af hydrogenchlorid

1) m-la CL 2 absorberer en mængde energi og billede 2 af radikalen: CL 2 + hv = CL * + CL *

2) den aktive partikel kombineres med H 2 m-molekylet til dannelse af hydrogenchlorid og den aktive H2-partikel: CL 1 + H2 = HCL + H *

3) CL 1 + H 2 = HCL + CL * osv.

6) H * + CL * = HCL-åbent kredsløb.

Gaffelmekanisme:

F * + H 2 = HF + H * etc.

F * + H 2 = HF + H * etc.

Det er vanskeligere for vand - OH *, O * radikaler og H * radikaler dannes.

Reaktioner under påvirkning af ioniserende stråling: Røntgenstråler, katodestråler og så videre - kaldes radiokemiske.

Som et resultat af molekylernes interaktion med stråling observeres opløsningens opløsning ved dannelsen af ​​de mest reaktive partikler.

Sådanne reaktioner fremmer rekombination af partikler og dannelse af stoffer med deres forskellige kombinationer.

Et eksempel er hydrazin N2H4, en drivmiddelkomponent. For nylig er der forsøgt at opnå hydrazin fra ammoniak som følge af udsættelse for y-stråler:

NH 3 → NH 2 * + H *

2NH 2 * → N 2 H 4

Radiokemiske reaktioner, såsom radiolys af vand, er afgørende for organismernes liv.

Litteratur:

1. Akhmetov, NS Generel og uorganisk kemi / N.S. Akhmetov. - 3. udgave - M.: Højere skole, 2000.- 743s.

1. Korovin N.V. Generel kemi / N.V. Korovin. - M.: Højere skole, 2006.- 557 s.
2. Kuzmenko N.E. Kort kemi / N.E. Kuzmenko, V.V. Eremin, V.A. Popkov. - M.: Højere skole, 2002.- 415 s.
3. Zaitsev, O.S. Generel kemi. Strukturen af ​​stoffer og kemiske reaktioner / O.S. Zaitsev. - M.: Kemi, 1990.
4. Karapetyants, M.Kh. Strukturen af ​​stof / M.Kh. Karapetyants, S.I. Drakin. - M.: Højere skole, 1981.
5. Cotton F. Fundamentals of uorganic chemistry / F. Cotton, J. Wilkinson. - M.: Mir, 1981.
6. Ugai, Ya.A. Generel og uorganisk kemi / Ya.A. Ugai. - M.: Højere skole, 1997.

Klassificering af reaktioner I henhold til antallet af start- og slutstoffer: 1. Tilsætning 2. Spaltning (eliminering) 3. Substitution

Klassificering af reaktioner Ved mekanismen for bindingsbrydning: 1. Homolytiske (radikale) radikaler 2. Heterolytiske (ioniske) ioner

Reaktionsmekanisme Mekanisme - en detaljeret beskrivelse af en kemisk reaktion i trin, der angiver mellemprodukter og partikler. Reaktionsskema: Reaktionsmekanisme:

Klassificering af reaktioner efter type reagenser 1. Radikal En radikal er en kemisk aktiv partikel med en uparret elektron. 2. Elektrofil Elektrofil er en elektronmangel partikel eller molekyle med et elektronmangel atom. 3. Nukleofil Nukleofil er en anion eller et neutralt molekyle, der har et atom med et ensomt elektronpar.

Typer af kemiske bindinger i organiske stoffer Hovedtypen af ​​binding er kovalent (ionisk er mindre almindelig) Sigma-binding (σ-): Pi-binding (-)

ALKANER - alifatiske (fede) kulbrinter "Aliphatos" - olie, fedt (græsk). Cn. H 2 n + 2 Mættede carbonhydrider

Homolog serie: CH 4 - methan C 2 H 6 - ethan C 3 H 8 - propan C 4 H 10 - butan C 5 H 12 - pentan etc. C 6 H 14 - hexan C 7 H 16 - heptan C 8 H 18 - oktan С 9 Н 20 - nonan С 10 Н 22 - decan og С 390 Н 782 - nonocontatrictan (1985)

Atom-orbital model af metanmolekylet I metanmolekylet har carbonatomet ikke længere S- og P-orbitaler! Dens 4 hybrid, ækvivalent i energi og form, SP 3 orbitaler, danner 4 bindinger med hydrogenatomets S -orbitaler. H H 4 -link

Nitreringsreaktionen Konovalov Dmitry Petrovich (1856 -1928) 1880. Det første vellykkede forsøg på at genoplive de "kemiske døde", der blev betragtet som alkaner. Fundet betingelserne for nitrering af alkaner. Ris. Kilde: http: // images. yandex. ru.

Kemiske egenskaber I. Reaktioner med spaltning af CH-bindinger (substitutionsreaktioner): 1. halogenering 2. nitrering 3. sulfochlorering II. Reaktioner med spaltning af C-C-bindinger: 1. forbrænding 2. krakelering 3.isomerisering

Hvordan finder jeg en kemiker? Hvis du vil finde en kemiker, så spørg hvad møl og ikke-ioniseret er. Og hvis han begynder at tale om pelsdyr og organisering af arbejdet, skal du roligt tage af sted. Science fiction -forfatter, videnskabelig populær Isaac Asimov (1920-1992) Fig. Kilde: http: // images. yandex. ru.

1. Halogeneringsreaktion Chlorering: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Bromering: RH + Br 2 hv RBr + HBr For eksempel metanchlorering: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

Faser af mekanismen for frie radikaler Reaktionsskema: CH4 + Cl2CH3Cl + HCl Reaktionsmekanisme: I. Kædeinitiering - stadiet af nukleation af frie radikaler. Cl Cl 2 Cl Radical - en aktiv partikel, initiatoren for reaktionen. - - Scenen kræver energi i form af varme eller belysning. Efterfølgende trin kan fortsætte i mørket uden opvarmning.

Faser af mekanismen for frie radikaler II. Kædevækst er hovedstadiet. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Scenen kan omfatte flere underfaser, hvor hver en ny radikal dannes, men ikke H !!! På II, hovedstadiet, er hovedproduktet nødvendigvis dannet!

Faser af mekanismen for frie radikaler III. Kædeafslutning - radikal rekombination. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Eventuelle to radikaler er forbundet.

Substitutions selektivitet Selektivitet - selektivitet. Regioselektivitet - selektivitet i et bestemt område af reaktioner. For eksempel halogeneringsselektivitet: 45% 3% Konklusion? 55% 97%

Selektiviteten af ​​halogenering afhænger af følgende faktorer: Reaktionsbetingelser. Det er mere selektivt ved lave temperaturer. Halogenens art. Jo mere aktiv halogenet er, desto mindre selektiv er reaktionen. F 2 reagerer meget kraftigt med ødelæggelse af C-C-bindinger. I 2 reagerer ikke med alkaner under disse betingelser. Alkansk struktur.

Indflydelsen af ​​alkanens struktur på substitutionens selektivitet. Hvis carbonatomerne i alkanen er ulige, fortsætter substitutionen ved hver af dem med en anden hastighed. I forhold reaktionshastighed for substitution Primær. atom H Sekundær atom H Tert. atom H chlorering 1 3, 9 5, 1 bromering 1 82 1600 Konklusion?

Frigørelsen af ​​et tertiært hydrogenatom kræver mindre energi end løsrivelse af det sekundære og primære! Alkanformel Resultat af homolyse AU, 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) 3 CH (CH3) 3C + H 377

Reaktionens retning Enhver reaktion foregår overvejende i retning af dannelsen af ​​en mere stabil mellempartikel!

En mellempartikel i radikale reaktioner er et frit radikal. Den mest stabile radikal dannes lettest! Radikalernes stabilitet: R 3 C> R2 CH> RCH 2> CH 3 Alkylgrupper udviser en elektron-donerende virkning og stabiliserer derved radikalen

Sulfochloreringsreaktion Reaktionsskema: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Reaktionsmekanisme: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl osv. osv. 3.2 Cl Cl 2 osv.

Reaktionen af ​​DP Konovalov. Nitrering ifølge Konovalov udføres ved indvirkning af fortyndet salpetersyre ved en temperatur på 140 ca. C. Reaktionsskema: RH + HNO3 RNO 2 + H20

Mekanismen for Konovalov -reaktionen 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 etc. 3 Åben kredsløb.

Alkener er umættede carbonhydrider med en C = C Cn -binding. H 2 n С = С - funktionel gruppe af alkener

Alkeners kemiske egenskaber Generelle egenskaber Alkener er en reaktiv klasse af forbindelser. De kommer i mange reaktioner, hvoraf de fleste skyldes brud på den svagere pi -binding. Е С-С (σ-) ~ 350 KJ / mol Е С = С (-) ~ 260 KJ / mol

Karakteristiske reaktioner Vedhæftning er den mest karakteristiske reaktionstype. Dobbeltbindingen er en elektrondonor, så den har en tendens til at tilføje: E - elektrofiler, kationer eller radikaler

Eksempler på elektrofile additionsreaktioner 1. Vedhæftning af halogener - Ikke alle halogener er vedhæftet, men kun chlor og brom! - Polarisering af et neutralt halogenmolekyle kan forekomme under virkningen af ​​et polært opløsningsmiddel eller under virkningen af ​​en alken -dobbeltbinding. Den rødbrune bromopløsning bliver farveløs

Elektrofil tilføjelse Reaktioner foregår ved stuetemperatur og kræver ikke belysning. Mekanismen er ionisk. Reaktionsskema: XY = Cl2, Br2, HCl, HBr, HI, H20

Sigma - et kompleks er en carbokation - en partikel med en positiv ladning på carbonatomet. Hvis andre anioner er til stede i reaktionsmediet, kan de også føje til carbokationen.

For eksempel tilsætning af brom opløst i vand. Denne kvalitative reaktion på den dobbelte C = C-binding fortsætter med misfarvning af bromopløsningen og dannelsen af ​​to produkter:

Vedhæftning til usymmetriske alker Regioselektivitet af vedhæftning! Markovnikovs regel (1869): syrer og vand fæstner sig til usymmetriske alkener på en sådan måde, at hydrogen fester sig til et mere hydrogeneret carbonatom.

Markovnikov Vladimir Vasilievich (1837 - 1904) kandidat fra Kazan University. Siden 1869 - Professor ved Institut for Kemi. Grundlægger af en videnskabelig skole. Ris. Kilde: http: // images. yandex. ru.

Forklaring til Markovnikovs regel Reaktionen foregår gennem dannelsen af ​​den mest stabile mellempartikel - carbokationen. primær sekundær, mere stabil

Karbokationsstabilitetsområde: tertiær sekundær primær methyl Markovnikovs regel i den moderne formulering: tilsætning af en proton til en alken sker med dannelsen af ​​en mere stabil carbokation.

Anti -Markovnikov -tilsætning CF 3 -CH = CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Formelt strider reaktionen mod Markovnikov -reglen. CF 3 - elektronacceptorsubstituent Andre elektronacceptorer: NO 2, SO 3 H, COOH, halogener osv.

Anti -Markovnikov -tilføjelse mere stabil ustabil CF 3 - elektronacceptor destabiliserer carbokationen Reaktionen går kun formelt imod Markovnikov -reglen. Faktisk adlyder den det, da det gennemgår en mere stabil carbocation.

Harashs peroxideffekt X CH 3 -CH = CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR Mekanismen er frie radikaler: 1. H 2 O 2 2 OH + HBr H 2 O + Br 2. CH 3 -CH = CH 2 + Br CH 3 -CH -CH 2 Br mere stabil radikal CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br, etc. 3. Eventuelle to radikaler er forbundet mellem dig selv.

Elektrofil tilsætning 3. Hydrering - tilsætning af vand - Reaktionen finder sted i nærvær af sure katalysatorer, oftest er det svovlsyre. - Reaktionen adlyder Markovnikovs styre. Billig måde at få alkohol på

Ved eksamen beder akademiker Ivan Alekseevich Kablukov eleven om at fortælle, hvordan brint opnås i laboratoriet. "Fra kviksølv," svarer han. "Hvordan er det" fra kviksølv "? ! Normalt siger de "fra zink", men fra kviksølv - det er noget originalt. Skriv en reaktion. " Eleven skriver: Hg = H + g Og siger: ”Merkur opvarmes; det nedbrydes til H og g. H - brint, det er let og flyver derfor væk, og g - tyngdekraftens acceleration forbliver. " “For et sådant svar skal du give en” fem ”, - siger Kablukov. - Lad os tage rekordbogen. Kun de "fem" vil jeg også varme op først. "Tre" flyver væk, men "to" er tilbage. "

To kemikere i laboratoriet: - Vasya, læg din hånd i dette glas. - Sænkede den. - Føler du noget? - Nej. - Altså svovlsyre i et andet glas.

Aromatiske kulbrinter Aromatiske - duftende? ? Aromatiske forbindelser er benzen og stoffer, der ligner det i kemisk adfærd!