Käytävän suunnittelu / 31.10.2020

Kuinka määrittää reaktiomekanismi orgaanisessa kemiassa. Kemialliset reaktiot orgaanisessa kemiassa

Orgaanisten reaktioiden luokitteluun on olemassa erilaisia järjestelmiä, jotka perustuvat erilaisiin ominaisuuksiin. Niitä ovat luokitukset:

päällä reaktion lopputuloseli muutos substraatin rakenteessa;
päällä reaktiomekanismieli sidoksen katkeamisen ja reagenssien tyypin mukaan.

Aineet, jotka ovat vuorovaikutuksessa orgaanisessa reaktiossa, jaetaan seuraaviin: reagenssia ja alusta... Tässä tapauksessa reagenssin katsotaan hyökkäävän alustaan.

MÄÄRITELMÄ

Reagenssi- aine, joka vaikuttaa esineeseen - substraattiin - ja muuttaa sen kemiallista sidosta. Reagenssit luokitellaan radikaaleiksi, elektrofiilisiksi ja nukleofiileiksi.

MÄÄRITELMÄ

Alusta pidetään yleensä molekyylinä, joka tarjoaa hiiliatomin uudelle sidokselle.

REAKTIOIDEN LUOKITTELU LOPPUTULOSTEN MUKAAN (MUUTOKSET ALA -RAKENNEESSA)

Orgaanisessa kemiassa erotetaan neljä reaktiotyyppiä lopputuloksen ja substraatin rakenteen muutosten mukaan: lisäys, korvaaminen, poistaminen, tai eliminointi(englannista. eliminoida- poista, erota) ja uudelleenjärjestely (isomerointi). Tämä luokitus on samanlainen kuin epäorgaanisen kemian reaktioiden luokittelu alkureagenssien ja tuloksena olevien aineiden lukumäärän mukaan, koostumuksen muutoksen kanssa tai ilman. Lopputulosten luokittelu perustuu muodollisiin kriteereihin, koska stökiometrinen yhtälö ei yleensä heijasta reaktiomekanismia. Vertaillaan epäorgaanisen ja orgaanisen kemian reaktiotyyppejä.

Reaktiotyyppi epäorgaanisessa kemiassa	Esimerkki	Reaktiotyyppi orgaanisessa kemiassa	Lajike ja esimerkki Reaktiot
1. Liitäntä	C l2 + H2 = 2 HCI	Liittyminen useiden linkkien kautta	Hydraus
			Hydrohalogenointi
			Halogenointi
			Kosteus
2. Hajoaminen	2 H2 O = 2 H2 + O2	Eliminaatio	Dehydraus
			Dehydrohalogenointi
			Dehalogenation
			Nestehukka
3. Korvaaminen	Zn + 2HCl =ZnCl2 + H2	Korvaaminen
4. Vaihto (erikoistapaus - neutralointi)	H2 S O4 + 2 N A O H= N a 2SO 4 + 2H 2 O	erityistapaus - esteröinti
5 allotropisaatio	grafiitti ⇔ timantti- Ppunainen⇔ Pvalkoinen Pred P valkoinen Srombi.⇔ Skerros. Sromb. P Splast.	Isomerointi	Isomerointi alkaanit

o) korvaamatta niitä toisilla.

Riippuen siitä, mitkä atomit jakautuvat, naapuri C–C tai eristetty kahdesta kolmeen tai useampaan hiiliatomiin - C–C - C– C–, –C–C - C - C– C-, yhdisteet kanssa useita joukkovelkakirjoja ja tai sykliset yhdisteet... Vetyhalogenidit poistetaan alkyylihalogenideista tai vesi alkoholista Zaitsevin säännön mukaisesti.

MÄÄRITELMÄ

Zaitsevin sääntö: vetyatomi H on erotettu vähiten hydratusta hiiliatomista.

Esimerkiksi vetybromidimolekyylin poistuminen tapahtuu naapuriatomeista alkalin läsnä ollessa, jolloin muodostuu natriumbromidia ja vettä.

MÄÄRITELMÄ

Uudelleenryhmittely- kemiallinen reaktio, jonka seurauksena molekyylien atomien keskinäinen järjestely muuttuu, useiden sidosten liike tai niiden moninaisuus muuttuu.

Uudelleenjärjestely voidaan suorittaa säilyttämällä molekyylin atomikoostumus (isomerointi) tai muuttamalla sitä.

MÄÄRITELMÄ

Isomerointi- erityistapaus uudelleenjärjestelyreaktiosta, joka johtaa kemiallisen yhdisteen muuttumiseen isomeeriksi hiilirungon rakenteellisten muutosten vuoksi.

Uudelleenjärjestely voidaan suorittaa myös homolyyttisellä tai heterolyyttisellä mekanismilla. Molekyylien uudelleenjärjestelyt voidaan luokitella eri kriteerien mukaan, esimerkiksi järjestelmien kylläisyyden, muuttavan ryhmän luonteen, stereospesifisyyden jne. Mukaan.

Isomerointireaktioita käytetään laajalti teollisissa prosesseissa, esimerkiksi öljynjalostuksessa bensiinin oktaaniluvun lisäämiseksi. Esimerkki isomeroinnista on transformaatio n-oktaaniltaan isooktaanille:

ORGAANISTEN REAKTIOIDEN LUOKITTELU REAGENTTITYYPIN mukaan

IRROTTAMINEN

Sidoksen katkaisu orgaanisissa yhdisteissä voi olla homolyyttistä ja heterolyyttistä.

MÄÄRITELMÄ

Homolyyttinen sidoksen katkeaminen- tämä on aukko, jonka seurauksena jokainen atomi vastaanottaa parittoman elektronin ja muodostuu kaksi hiukkasia, joilla on samanlainen elektroninen rakenne - vapaa radikaaleja.

Homolyyttinen repeämä on ominaista ei-polaariselle tai hieman polaariselle sidokset, esimerkiksi C - C, Cl - Cl, C - H, ja se vaatii paljon energiaa.

Tuloksena olevat radikaalit, joissa on pariton elektroni, ovat erittäin reaktiivisia; siksi tällaisiin hiukkasiin liittyvät kemialliset prosessit ovat luonteeltaan usein "ketjuisia", vaikeasti hallittavia ja reaktio johtaa joukkoon korvaavia tuotteita. Joten metaanin kloorauksessa korvaavat tuotteet ovat kloorimetaania C H3 C l CH3Cl, dikloorimetaani C H2 C l2 CH2Cl2, kloroformi CH H l3 CHCl3 ja hiilitetrakloridi C C l4 CCl4... Reaktiot, joihin liittyy vapaita radikaaleja, etenevät kemiallisten sidosten muodostumisvaihtomekanismin avulla.

Tällaisen sidoksen katkaisun aikana muodostuneet radikaalit aiheuttavat radikaali mekanismi reaktion kulkua. Radikaaleja reaktioita esiintyy yleensä korkeissa lämpötiloissa tai säteilyn (kuten valon) kanssa.

Korkean reaktiivisuutensa vuoksi vapailla radikaaleilla voi olla negatiivinen vaikutus ihmiskehoon, tuhoamalla solukalvoja, vaikuttamalla DNA: han ja aiheuttamalla ennenaikaista ikääntymistä. Nämä prosessit liittyvät ensisijaisesti lipidien peroksidaatioon, toisin sanoen solukalvon sisällä rasvaa muodostavien monityydyttymättömien happojen rakenteen tuhoamiseen.

MÄÄRITELMÄ

Heterolyyttinen katkaisu- tämä on aukko, jossa elektronipari pysyy elektronegatiivisemmassa atomissa ja muodostuu kaksi varautunutta hiukkasia - ioneja: kationi (positiivinen) ja anioni (negatiivinen).

Kemiallisissa reaktioissa nämä hiukkaset suorittavat " nukleofiilejä"(" Fil "- alkaen gr. olla rakastunut) ja " elektrofiilejä", Kemiallisen sidoksen muodostaminen kumppanin kanssa reaktiossa luovuttaja-vastaanottajamekanismin avulla. Nukleofiilipartikkelit muodostavat elektroniparin uuden sidoksen muodostamiseksi. Toisin sanoen,

MÄÄRITELMÄ

Nukleofiili-elektronirikas kemiallinen reagenssi, joka pystyy toimimaan vuorovaikutuksessa elektronivajeiden yhdisteiden kanssa.

Esimerkkejä nukleofiileistä ovat kaikki anionit ( C l− , Minä− , N O− 3 Cl−, I−, NO3− ja muut) sekä yhdisteet, joissa on yksinäinen elektronipari ( N H3 , H2 O NH3, H2O).

Siten, kun sidos katkeaa, radikaaleja tai nukleofiilejä ja elektrofiilejä voi muodostua. Tämän perusteella orgaanisten reaktioiden esiintymiselle on kolme mekanismia.

Orgaanisten reaktioiden mekanismeja

Vapaiden radikaalien mekanismi: reaktio käynnistyy vapaiden radikaalien aikana homolyyttinen kuilu sitoutuu molekyyliin.

Tyypillisin vaihtoehto on kloori- tai bromiradikaalien muodostuminen UV -säteilyn aikana.

1. Vapaiden radikaalien korvaaminen

metaani bromimetaani

Ketjun aloittaminen

Ketjun kasvu

Avoin rata

2. Vapaiden radikaalien tarttuminen

eteenipolyeteeni

Elektrofiilinen mekanismi: reaktion käynnistävät elektrofiilihiukkaset, jotka saavat positiivisen varauksen heterolyyttinen repeämä viestintä. Kaikki elektrofiilit ovat Lewisin happoja.

Tällaiset hiukkaset muodostuvat aktiivisesti Lewisin hapot jotka lisäävät hiukkasen positiivista varausta. Käytetään useammin kuin muita A l C l3 , F e C. l3 , F e B. r3 , Z n C. l2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 toimii katalysaattorina.

Elektrofiilihiukkasen hyökkäyspaikka on ne molekyylin osat, joilla on lisääntynyt elektronitiheys, ts. Moninkertainen sidos ja bentseenirengas.

Yleinen näkemys elektrofiilisistä substituutioreaktioista voidaan ilmaista yhtälöllä:

1. Elektrofiilinen substituutio

bentseeni bromibentseeni

2. Elektrofiilinen liitäntä

propeeni-2-bromipropaani

propeeni-1,2-diklooripropeeni

Liittyminen epäsymmetrisiin tyydyttymättömiin hiilivetyihin tapahtuu Markovnikovin säännön mukaisesti.

MÄÄRITELMÄ

Markovnikovin sääntö: monimutkaisten aineiden molekyylien lisääminen ehdollisella kaavalla HX epäsymmetrisiin alkeeneihin (missä X on halogeeniatomi tai OH - hydroksyyliryhmä), vetyatomi on kiinnittynyt eniten hydrattuun (sisältää eniten vetyatomeja) hiiliatomiin kaksoissidoksella ja X vähiten hydrattu.

Esimerkiksi kloorivety -HCI: n lisääminen propeenimolekyyliin C H3 -CH = C H2 CH3 -CH = CH2.

Tämä reaktio tapahtuu elektrofiilisen lisäyksen mekanismin mukaisesti. Elektronien luovuttajan vaikutuksesta C H3 CH3-ryhmät, elektronitiheys substraattimolekyylissä siirtyy keskimmäiseen hiiliatomiin (induktiivinen vaikutus) ja sitten kaksoissidossysteemiä pitkin - terminaaliseen hiiliatomiin C H2 CH2-ryhmät (mesomeerinen vaikutus). Siten ylimääräinen negatiivinen varaus on lokalisoitu tälle atomille. Siksi vedyn protoni aloittaa hyökkäyksen H+ H +, joka on elektrofiilinen hiukkanen. Muodostuu positiivisesti varautunut karbeeni -ioni [C H3 - CH - C H3 ] + + johon kloorianioni on kiinnittynyt C l− Cl−.

MÄÄRITELMÄ

Poikkeuksia Markovnikovin sääntöön: lisäysreaktio etenee Markovnikovin säännön vastaisesti, jos yhdisteet tulevat reaktioon, jossa kaksoissidoksen hiiliatomin vieressä oleva hiiliatomi vetää osittain elektronitiheyden, toisin sanoen sellaisten substituenttien läsnä ollessa, joilla on merkittävä elektroninpoistovaikutus (- C C. l3 , - CN, - C O O H(–CCl3, –CN, –COOH jne.).

Nukleofiilinen mekanismi: reaktio alkaa nukleofiilihiukkasilla, joilla on negatiivinen varaus, joka muodostuu seurauksena heterolyyttinen repeämä viestintä. Kaikki nukleofiilit - Lewisin perustaminen.

Nukleofiilisissä reaktioissa reagenssissa (nukleofiili) on vapaa elektronipari yhdessä atomista ja se on neutraali molekyyli tai anioni ( H a l– , O H– , R O− , R S– , RCO O– , R– , C N -, H2 O, ROH, N H3 , RN H2 Hal-, OH–, RO–, RS–, RCOO–, R–, CN–, H2O, ROH, NH3, RNH2 jne.).

Nukleofiili hyökkää substraatin atomiin pienimmällä elektronitiheydellä (eli osittaisella tai täydellisellä positiivisella varauksella). Nukleofiilisen substituutioreaktion ensimmäinen vaihe on substraatin ionisaatio ja karbokaation muodostuminen. Tässä tapauksessa uusi sidos muodostuu nukleofiilin elektroniparin johdosta, ja vanhaan tehdään heterolyyttinen pilkkominen kationin poistamisen jälkeen. Esimerkki nukleofiilisestä reaktiosta on nukleofiilinen substituutio (symboli SN SN) tyydyttyneessä hiiliatomissa, esimerkiksi bromijohdannaisten alkalinen hydrolyysi.

1. Nukleofiilinen substituutio

2. Nukleofiilinen lisäys

etanaali syaanihydriini

Lähde: http://foxford.ru/wiki/himiya

Reaktioiden luokittelu

Orgaanisia yhdisteitä on neljä päätyyppiä: korvaaminen (siirtymä), lisäys, eliminaatio (eliminaatio), uudelleenjärjestely.

3.1 Korvausreaktiot

Ensimmäisen tyyppisissä reaktioissa substituutio tapahtuu yleensä hiiliatomissa, mutta substituoitu atomi voi olla vetyatomi tai jokin muu atomi tai atomiryhmä. Elektrofiilisessä substituutiossa vetyatomi korvataan useimmiten; esimerkki on klassinen aromaattinen substituutio:

Nukleofiilisellä substituutiolla vetyatomi ei vaihdu useammin, vaan muut atomit, esimerkiksi:

NC - + R - Br → NC - R + BR -

3.2 Kytkentäreaktiot

Lisäreaktiot voivat olla myös elektrofiilisiä, nukleofiilisiä tai radikaaleja riippuen prosessin käynnistävien hiukkasten tyypistä. Kiinnittyminen tavallisiin hiili-hiili-kaksoissidoksiin indusoidaan yleensä elektrofiilillä tai radikaalilla. Esimerkiksi liittyminen HBr: hen

voi alkaa hyökkäyksellä kaksoissidokseen protonin N + tai radikaalin Br · avulla.

3.3 Eliminaatioreaktiot

Eliminaatioreaktiot ovat olennaisesti additioreaktioiden käänteisiä; Yleisin tällaisen reaktion tyyppi on vetyatomin ja toisen atomin tai ryhmän poistaminen viereisistä hiiliatomeista alkeenien muodostamiseksi:

3.4 Uudelleenjärjestelyreaktiot

Uudelleenjärjestelyt voivat edetä myös välituotteiden kautta, jotka ovat kationeja, anioneja tai radikaaleja; useimmiten nämä reaktiot muodostuvat karbokationien tai muiden elektronivajeiden hiukkasten muodostumisesta. Uudelleenjärjestelyihin voi liittyä merkittäviä hiilirungon uudelleenjärjestelyjä. Varsinaista uudelleenjärjestelyvaihetta tällaisissa reaktioissa seuraa usein korvaus-, lisäys- tai eliminointivaiheet, jotka johtavat stabiilin lopputuotteen muodostumiseen.

Kemiallisen reaktion yksityiskohtaista kuvausta vaiheittain kutsutaan mekanismiksi. Elektronisesta näkökulmasta kemiallisen reaktion mekanismilla ymmärretään menetelmä kovalenttisten sidosten katkaisemiseksi molekyyleissä ja tilojen sekvenssi, jonka läpi reagenssit kulkevat ennen kuin ne muutetaan reaktiotuotteiksi.

4.1 Vapaiden radikaalien reaktiot

Vapaiden radikaalien reaktiot ovat kemiallisia prosesseja, joihin liittyy molekyylejä, joissa on parittomia elektroneja. Tietyt vapaiden radikaalien reaktioiden näkökohdat ovat ainutlaatuisia verrattuna muihin reaktiotyyppeihin. Suurin ero on se, että monet vapaiden radikaalien reaktiot ovat ketjureaktioita. Tämä tarkoittaa, että on olemassa mekanismi, jolla monet molekyylit muunnetaan tuotteeksi toistuvan prosessin avulla, joka käynnistetään luomalla yksi reaktiivinen hiukkanen. Tyypillinen esimerkki on havainnollistettu käyttämällä seuraavaa hypoteettista mekanismia:

Vaihetta, jossa reaktion välituote syntyy, tässä tapauksessa A ·, kutsutaan käynnistymiseksi. Tämä vaihe tapahtuu korkeissa lämpötiloissa, UV: n tai peroksidien vaikutuksesta, ei-polaarisissa liuottimissa. Tämän esimerkin seuraavat neljä yhtälöä toistavat kahden reaktion sekvenssin; ne edustavat ketjun kehitysvaihetta. Ketjureaktioille on ominaista ketjun pituus, joka vastaa kehitysvaiheiden lukumäärää aloitusvaihetta kohden. Toinen vaihe etenee yhdisteen samanaikaisella synteesillä ja uuden radikaalin muodostamisella, joka jatkaa muutosketjua. Viimeinen vaihe on ketjun päättämisvaihe, joka sisältää kaikki reaktiot, joissa yksi ketjun kehittämiseen tarvittavista reaktion välituotteista tuhoutuu. Mitä enemmän ketjun päättämisvaiheita, sitä lyhyemmäksi ketjun pituus tulee.

Vapaiden radikaalien reaktiot tapahtuvat: 1) valossa, korkeissa lämpötiloissa tai muiden aineiden hajoamisen aikana syntyvien radikaalien läsnä ollessa; 2) estävät aineet, jotka reagoivat helposti vapaiden radikaalien kanssa; 3) jatketaan ei-polaarisissa liuottimissa tai höyryfaasissa; 4) heillä on usein autokatalyyttinen ja induktioaika ennen reaktion alkua; 5) ovat kineettisesti ketjuisia.

Radikaalit substituutioreaktiot ovat tyypillisiä alkaaneille ja radikaali additio - alkeenille ja alkyneille.

CH4 + Cl2 → CH3CI + HCl

CH3 -CH = CH2 + HBr → CH3 -CH2 -CH2Br

CH3 -C≡CH + HCl → CH3 -CH = CHCl

Vapaiden radikaalien yhdistäminen toisiinsa ja ketjun päättyminen tapahtuu pääasiassa reaktorin seinämillä.

4.2 Ionireaktiot

Reaktiot, joissa tapahtuu heterolyyttinen sidosten katkeamista ja ionityyppisten välipartikkeleiden muodostumista kutsutaan ionireaktioiksi.

Ionireaktiot etenevät: 1) katalyyttien läsnä ollessa (hapot tai emäkset, eivätkä ne vaikuta erityisesti peroksidien hajoamisesta johtuviin valoihin tai vapaisiin radikaaleihin); 2) eivät vaikuta vapaiden radikaalien sieppaajiin; 3) liuottimen luonne vaikuttaa reaktion kulkuun; 4) esiintyy harvoin höyryfaasissa; 5) ovat kineettisesti pääasiassa ensimmäisen tai toisen kertaluvun reaktioita.

Molekyyliin vaikuttavan reagenssin luonteen mukaan ionireaktiot jaetaan elektrofiilinen ja nukleofiilinen... Nukleofiiliset substituutioreaktiot ovat tyypillisiä alkyyli- ja aryylihalogenideille,

CH3CI + H20 → CH30H + HCI

C6H5 -Cl + H20 → C6H5 -OH + HCl

C2H5OH + HCl → C2H5CI + H20

C2H5NH2 + CH3CI → CH3 -NH -C2H5 + HCl

elektrofiilinen substituutio - alkaaneille katalyyttien läsnä ollessa

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

ja areenat.

C6H6 + HNO3 + H2SO4 → C6H5 -NO2 + H20

Elektrofiiliset additioreaktiot ovat alkeneille ominaisia

CH3 -CH = CH2 + Br2 → CH3 -CHBr -CH2Br

ja alkyynejä,

CH2CH + Cl2 → CHCl = CHCl

nukleofiilinen lisäys - alkyyneille.

CH3 -C≡CH + C2H5OH + NaOH → CH3 -C (OC2H5) = CH2

Muodostuu päällekkäisistä atomi -orbitaaleista ja yhteisten elektroniparien muodostumisesta. Tämän seurauksena muodostuu kahden atomin yhteinen kiertorata, jolle yhteinen elektronipari sijaitsee. Kun sidos katkeaa, näiden jaettujen elektronien kohtalo voi olla erilainen.

Vaihtomekanismi kovalenttisen sidoksen muodostamiseksi. Homolyyttinen sidoksen katkeaminen

Kiertorata, jossa on pariton elektroni, joka kuuluu yhteen atomiin, voi olla päällekkäin toisen atomin kiertoradan kanssa, joka sisältää myös parittoman elektronin. Tässä tapauksessa kovalenttinen sidos muodostuu vaihtomekanismin mukaisesti:

H + H -> H: H tai H -H

Vaihtomekanismi kovalenttisen sidoksen muodostamiseksi toteutuu, jos yhteinen elektronipari muodostetaan eri atomien parittomista elektroneista.

Prosessi, joka on päinvastainen kuin kovalenttisen sidoksen muodostuminen vaihtomekanismin kautta, on sidoksen repeämä, jossa yksi elektroni lähtee kullekin atomille. Tämän seurauksena parittamattomilla elektroneilla muodostuu kaksi varaamatonta hiukkasia:

Näitä hiukkasia kutsutaan vapaiksi radikaaleiksi.

Vapaat radikaalit- atomit tai atomiryhmät, joissa on parittomia elektroneja.

Kovalenttisen sidoksen rikkomismekanismia, jossa muodostuu vapaita radikaaleja, kutsutaan hemolyyttiseksi tai homolyysiksi (homo - sama, eli tämäntyyppinen sidoksen katkeaminen johtaa identtisten hiukkasten muodostumiseen).

Reaktioita, jotka tapahtuvat toiminnan aikana ja joissa on mukana vapaita radikaaleja, kutsutaan vapaiden radikaalien reaktioita.

Hydroksyylianioni vetää puoleensa hiiliatomia (hyökkää hiiliatomia vastaan), johon osittainen positiivinen varaus on keskittynyt, ja korvaa bromin, tarkemmin sanottuna bromidianionin.

1-klooripropaanimolekyylissä elektronipari С-Сl-sidoksessa siirtyy kohti klooriatomia sen suuremman elektronegatiivisuuden vuoksi. Tässä tapauksessa hiiliatomi, joka sai osittaisen positiivisen varauksen (§ +), vetää elektroneja siihen liittyvästä hiiliatomista, mikä puolestaan seuraavista:

Siten induktiivinen vaikutus välittyy pitkin piiriä, mutta sammuu nopeasti: sitä ei käytännössä havaita kolmen st-sidoksen jälkeen.

Harkitse toista reaktiota - vetybromidin lisäämistä eteeniin:

CH2 = CH2 + HBr -> CH3 -CH2Br

Tämän reaktion alkuvaiheessa vetykationi kiinnittyy molekyyliin, joka sisältää moninkertaisen sidoksen:

CH2 = CH2 + H + -> CH2 -CH3

N-sidoksen elektronit siirrettiin yhteen hiiliatomiin, naapurimaassa oli positiivinen varaus, täyttämätön kiertorata.

Tällaisten hiukkasten stabiilisuus määräytyy sen mukaan, kuinka hyvin hiiliatomin positiivinen varaus kompensoidaan. Tämä kompensointi johtuu a-sidoksen elektronitiheyden siirtymisestä kohti positiivisesti varautunutta hiiliatomia, ts. Positiivista induktiivista vaikutusta (+1).

Atomiryhmällä, tässä tapauksessa metyyliryhmällä, josta elektronitiheys vedetään, on luovuttajavaikutus, jota merkitään +1.

Mesomeerinen vaikutus. On toinenkin tapa vaikuttaa joidenkin atomien tai ryhmien muihin - mesomeerinen vaikutus tai konjugaatiovaikutus.

Tarkastellaan 1,3-butadieenimolekyyliä:

CH2 = CH CH = CH2

On käynyt ilmi, että tämän molekyylin kaksoissidokset eivät ole vain kaksi kaksoissidosta! Koska ne ovat lähellä toisiaan, päällekkäisyyksiä esiintyy. NS-sidokset, jotka ovat osa naapureita, ja muodostuu yhteinen kaikille neljälle hiiliatomille NS-sähköinen pilvi. Tällöin järjestelmästä (molekyylistä) tulee vakaampi. Tätä ilmiötä kutsutaan pariksi (tässä tapauksessa NS - NS-konjugaatio).

Ylimääräinen päällekkäisyys, n-sidosten konjugointi yhdellä o-sidoksella johtaa niiden "keskiarvoistamiseen". Yksinkertainen keskimmäinen joukkovelkakirjalaji saa osittaisen "kaksoiskappaleen", vahvistuu ja lyhenee ja kaksoissidokset heikkenevät ja pitenevät.

Toinen esimerkki konjugaatiosta on kaksoissidoksen vaikutus atomiin, jossa on yksinäinen elektronipari.

Joten esimerkiksi karboksyylihapon dissosiaation aikana yksinäinen elektronipari pysyy happiatomissa:

Tämä johtaa dissosiaation aikana muodostuneen anionin stabiilisuuden lisääntymiseen, hapon lujuuden lisääntymiseen.

Elektronitiheyden muutosta konjugoiduissa järjestelmissä, joissa on n-sidoksia tai yksinäisiä elektronipareja, kutsutaan mesomeeriseksi vaikutukseksi (M).

Perusreaktion mekanismit

Olemme tunnistaneet kolme päätyyppiä reagoivia hiukkasia - vapaat radikaalit, elektrofiilit, nukleofiilit ja kolme vastaavaa reaktiomekanismia:

Vapaa radikaali;
elektrofiilinen;
nukleofiilinen.

Sen lisäksi, että reaktiot luokitellaan reagoivien hiukkastyyppien mukaan, orgaanisessa kemiassa erotetaan neljä reaktiotyyppiä molekyylien koostumuksen muuttamisen periaatteen mukaisesti: lisäys, korvaaminen, eliminointi tai eliminaatio (englannista eliminoida - poistaa, jakaa irti) ja järjestää uudelleen. Koska lisäys ja korvaaminen voivat tapahtua kaikkien kolmen tyyppisten reaktiivisten hiukkasten vaikutuksesta, voidaan erottaa useita reaktion päämekanismeja.

Lisäksi tarkastelemme katkaisu- tai eliminaatioreaktioita, jotka tapahtuvat nukleofiilisten hiukkasten - emästen - vaikutuksen alaisena.

1. Mitä ovat homolyyttiset ja heterolyyttiset kovalenttiset sidokset? Mille kovalenttisten sidosten muodostumismekanismeille ne ovat tyypillisiä?

2. Mitä kutsutaan elektrofiileiksi ja nukleofiileiksi? Anna esimerkkejä niistä.

3. Mitä eroja mesomeeristen ja induktiivisten vaikutusten välillä on? Miten nämä ilmiöt kuvaavat AM Butlerovin teorian asemaa orgaanisten yhdisteiden rakenteesta atomien keskinäiseen vaikutukseen orgaanisten aineiden molekyyleissä?

4. Induktiivisten ja mesomeeristen vaikutusten käsitteiden valossa harkitse atomien keskinäistä vaikutusta molekyyleissä:

Tue havaintojasi esimerkeillä kemiallisista yhtälöistä.

Oppitunnin sisältö oppitunnin luonnos tuki kehys oppitunti esitys kiihdytysmenetelmät interaktiiviset tekniikat Harjoitella tehtävät ja harjoitukset itsetestauspajat, koulutukset, tapaukset, tehtävät kotitehtävät keskustelukysymykset retoriset kysymykset opiskelijoilta Kuvat ääni, videoleikkeet ja multimedia valokuvat, kuvataulukot, taulukot, kaaviot huumori, anekdootit, hauska, sarjakuvat, vertaukset, sanonnat, ristisanatehtävät, lainaukset Lisäravinteet tiivistelmät artikkelit sirut uteliaille huijausarkkeille oppikirjat perus- ja lisäsanasto termit muut Oppikirjojen ja oppituntien parantaminenkorjauksia opetusohjelmassa päivitetään fragmentti innovaation oppikirjaelementteihin oppitunnilla korvaamalla vanhentunut tieto uudella Vain opettajille täydelliset oppitunnit kalenterisuunnitelma vuodeksi keskusteluohjelman metodologiset suositukset Integroidut oppitunnit

Kemiallisten reaktioiden tyypit epäorgaanisessa ja orgaanisessa kemiassa.

1. Kemiallinen reaktio on prosessi, jossa joistakin aineista muodostuu muita aineita. Prosessin luonteesta riippuen erotetaan kemialliset reaktiotyypit.

1) Lopputuloksen mukaan

2) Lämmön vapautumisen tai imeytymisen perusteella

3) Perustuu reaktion palautuvuuteen

4) Reagenssien muodostavien atomien hapetustilan muutoksen perusteella

Lopputuloksen mukaan reaktiot ovat seuraavanlaisia:

A) Korvaus: RH + Cl2 → RCl + HCl

B) Liitäntä: CH2 = CH2 + Cl2 → CH2CI-CH2CI

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

D) Hajoaminen: CH4 → C + 2H2

E) Isomerointi

E) Vaihto

G) Liitännät

Hajoamisreaktio kutsutaan prosessiksi, jossa yhdestä aineesta muodostuu kaksi tai useampia muita.

Vaihtoreaktio kutsutaan prosessiksi, jossa reagoivat aineet vaihdetaan komponenteiksi.

Reaktiot ja korvaukset edetä yksinkertaisen ja monimutkaisen aineen mukana, minkä seurauksena muodostuu uusia yksinkertaisia ja monimutkaisia aineita.

Tuloksena yhdistelmäreaktiot yksi uusi aine muodostuu kahdesta tai useammasta aineesta.

Reaktiolämmön vapautumisen tai absorboinnin perusteella on olemassa seuraavia tyyppejä:

A) Eksoterminen

B) Endoterminen

Eksoterminen - nämä ovat reaktioita, joita esiintyy lämmön vapautuessa.

Endoterminen Ovat reaktioita, jotka tapahtuvat lämmön absorboitumisesta ympäristöstä.

Palautuvuuden perusteella reaktiot ovat seuraavia:

A) Käännettävissä

B) Peruuttamaton

Reaktioita, jotka etenevät vain yhteen suuntaan ja jotka päättyvät alkuperäisten reagoivien aineiden täydelliseen muuttumiseen lopullisiksi aineiksi, kutsutaan peruuttamaton.

Käännettävissä sellaisia reaktioita kutsutaan, jotka etenevät samanaikaisesti kahdessa toisiaan vastakkaisessa suunnassa.

Reagenssien muodostavien atomien hapetustilan muutoksen perusteella reaktiot ovat seuraavan tyyppisiä:

A) Redox

Reaktioita, jotka jatkuvat atomien hapetustilan muutoksen myötä (joissa elektronit siirtyvät yhdestä atomista, molekyylistä tai ionista toiseen) kutsutaan redox.

2. Reaktioiden kulun mekanismin mukaan ne on jaettu ionisiin ja radikaaleihin.

Ioniset reaktiot- ionien välinen vuorovaikutus kemiallisen sidoksen heterolyyttisen repeämisen seurauksena (elektronipari menee kokonaan yhteen "fragmentista").

Ionireaktioita on kahdenlaisia (reagenssityypin mukaan):

A) elektrofiilinen - reaktion aikana elektrofiilin kanssa.

Elektrofiili- ryhmä, jolla on vapaat kiertoradat joissakin atomeissa tai keskuksissa, joiden elektronitiheys on pienentynyt (esimerkiksi H +, Cl - tai AlCl 3)

B) Nukleofiilinen - vuorovaikutuksessa nukleofiilin kanssa

Nukleofiili - negatiivisesti varautunut ioni tai molekyyli, jossa on yksinäinen elektronipari (ei tällä hetkellä osallistu kemiallisen sidoksen muodostumiseen).

(Esimerkkejä: F -, Cl -, RO -, I -).

Todelliset kemialliset prosessit vain harvoissa tapauksissa voidaan kuvata yksinkertaisilla mekanismeilla. Kemiallisten prosessien yksityiskohtainen tarkastelu molekyylikineettisestä näkökulmasta osoittaa, että suurin osa niistä etenee radikaaliketjun mekanismin kautta, ketjun p-ionien ominaisuus on vapaiden radikaalien muodostuminen välivaiheissa (molekyylien tai atomien eliniän ovat epävakaita, kaikilla on ilmainen viestintä.

Palamisprosessit, räjähdys, hapetus, valokemialliset reaktiot, biokemia elävissä organismeissa etenevät ketjumekanismilla.

Ketjualueilla on useita vaiheita:

1) ketjun aloittaminen - ketjureaktioiden vaihe, jonka seurauksena valenssikyllästetyistä molekyyleistä syntyy vapaita radikaaleja.

2) ketjun jatkaminen - p -ketjun vaihe, jatkamalla vapaiden vaiheiden kokonaismäärän säilyttämistä.

3) ketjun päättäminen - piirin ketjun alkuvaihe, joka johtaa ilmaisten joukkovelkakirjojen katoamiseen.

Erota haarautuneet ja haarautumattomat ketjureaktiot.

Yksi ketjun tärkeimmistä käsitteistä on ketjun pituus- ketjun jatkamisen alkuvaiheiden keskimääräinen lukumäärä vapaiden radikaalien ilmaantumisen ja katoamisen jälkeen.

Esimerkki: kloorivedyn synteesi

1) m-la CL 2 absorboi kvantin energiaa ja radikaalin kuvaa 2: CL 2 + hv = CL * + CL *

2) aktiivinen hiukkanen yhdistyy H 2 m-molekyylin kanssa muodostaen kloorivetyä ja aktiivisen H 2 -hiukkasen: CL 1 + H 2 = HCL + H *

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

6) H * + CL * = HCL- avoin piiri.

Haarukointimekanismi:

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

Veden lähellä - se on vaikeampaa - muodostuu radikaaleja OH *, O * ja radikaali H *.

Reaktiot ionisoivan säteilyn vaikutuksesta: röntgensäteet, katodisäteet ja niin edelleen - kutsutaan radiokemiallisiksi.

Molekyylien ja säteilyn vuorovaikutuksen seurauksena molekyylien hajoamista havaitaan reaktiivisimpien hiukkasten muodostumisen yhteydessä.

Tällaiset reaktiot edistävät hiukkasten rekombinaatiota ja aineiden muodostumista niiden eri yhdistelmillä.

Esimerkki on hydratsiini N2H4, ponneaine. Äskettäin on yritetty saada hydratsiinia ammoniakista y-säteilylle altistumisen seurauksena:

NH 3 → NH 2 * + H *

2NH 2 * → N 2H 4

Radiokemialliset reaktiot, kuten veden radiolyysi, ovat välttämättömiä organismien elämälle.

Kirjallisuus:

1. Akhmetov, NS Yleinen ja epäorgaaninen kemia / N.S. Akhmetov. - 3. painos. - M: Lukio, 2000--743 s.

Korovin N.V. Yleinen kemia / N.V. Korovin. - M.: Korkeakoulu, 2006.- 557 Sivumäärä
Kuzmenko N.E. Lyhyt kemian kurssi / N.E. Kuzmenko, V.V. Eremin, V.A. Popkov. - M.: Korkeakoulu, 2002.- 415 Sivumäärä
Zaitsev, O.S. Yleinen kemia. Aineiden rakenne ja kemialliset reaktiot / O.S. Zaitsev. - M .: Kemia, 1990.
Karapetyants, M.Kh. Aineen rakenne / M.Kh. Karapetyants, S.I. Drakin. - M: Lukio, 1981.
Cotton F. Epäorgaanisen kemian perusteet / F. Cotton, J. Wilkinson. - M: Mir, 1981.
Ugai, Ya.A. Yleinen ja epäorgaaninen kemia / Ya.A. Ugai. - M: Lukio, 1997.

Reaktioiden luokittelu lähtöaineiden ja lopullisten aineiden lukumäärän mukaan: 1. Lisäys 2. Katkaisu (eliminaatio) 3. Substituutio

Reaktioiden luokittelu sidoksen katkeamisen mekanismin mukaan: 1. Homolyyttiset (radikaalit) radikaalit 2. Heterolyyttiset (ioniset) ionit

Reaktiomekanismi Mekanismi - yksityiskohtainen kuvaus kemiallisesta reaktiosta vaiheittain, osoittaen välituotteet ja hiukkaset. Reaktiokaavio: Reaktion mekanismi:

Reaktioiden luokittelu reagenssityypin mukaan 1. Radikaali Radikaali on kemiallisesti aktiivinen hiukkanen, jossa on pariton elektroni. 2. Elektrofiilinen elektrofiili on elektronin puutteellinen hiukkanen tai molekyyli, jossa on elektronivaje. 3. Nukleofiilinen Nukleofiili on anioni- tai neutraalimolekyyli, jolla on atomi, jossa on yksinäinen elektronipari.

Orgaanisten aineiden kemiallisten sidosten tyypit Päätyyppinen sidos on kovalenttinen (ioninen on harvinaisempaa) Sigma-sidos (σ-): Pi-sidos (-)

ALKANES - alifaattiset (rasvaiset) hiilivedyt "Aliphatos" - öljy, rasva (kreikkalainen). Cn. H 2 n + 2 Tyydyttyneet hiilivedyt

Homologiset sarjat: CH 4 - metaani C 2 H 6 - etaani C 3 H 8 - propaani C 4 H 10 - butaani C 5 H 12 - pentaani jne. C 6 H 14 - heksaani C 7 H 16 - heptaani C 8 H 18 - oktaaniluku С 9 Н 20 - nonaani С 10 Н 22 - dekaani ja С 390 Н 782 - ei -pakollinen (1985)

Metaanimolekyylin atomi-orbitaalimalli Metaanimolekyylissä hiiliatomilla ei ole enää S- ja P-orbitaaleja! Sen 4 hybridiä, energialtaan ja muodoltaan vastaavat, SP 3 -radat, muodostavat 4 sidosta vetyatomin S -orbitaalien kanssa. H 4 -linkki

Nitraatioreaktio Konovalov Dmitri Petrovich (1856-1928) 1880. Ensimmäinen onnistunut yritys elvyttää "kemialliset kuolleet", joita pidettiin alkaaneina. Löytyi olosuhteet alkaanien nitraukselle. Riisi. Lähde: http: // images. yandex. ru.

Kemialliset ominaisuudet I. Reaktiot C-H-sidosten repeytymisen kanssa (substituutioreaktiot): 1. halogenointi 2. nitraus 3. sulfoklooraus II. Reaktiot katkaisemalla C-C-sidoksia: 1.poltto 2.halkeilu 3.isomerointi

Miten löydän kemikon? Jos haluat löytää kemistin, kysy mitä koi ja ionisoimaton ovat. Ja jos hän alkaa puhua turkiseläimistä ja työn organisoinnista, lähde rauhallisesti. Tieteiskirjailija, tieteen popularisoija Isaac Asimov (1920–1992). Lähde: http: // images. yandex. ru.

1. Halogenointireaktio Klooraus: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Bromointi: RH + Br 2 hv RBr + HBr Esimerkiksi metaaniklooraus: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

Vapaiden radikaalien mekanismin vaiheet Reaktiokaavio: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Reaktiomekanismi: I. Ketjun aloittaminen - vapaiden radikaalien ytimen muodostumisvaihe. Cl Cl 2 Cl Radical - aktiivinen hiukkanen, reaktion käynnistäjä. - - Lava vaatii energiaa lämmityksen tai valaistuksen muodossa. Seuraavat vaiheet voivat edetä pimeässä ilman lämmitystä.

Vapaiden radikaalien mekanismin vaiheet II. Ketjun kasvu on päävaihe. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Vaihe voi sisältää useita alivaiheita, joista jokaiselle muodostuu uusi radikaali, mutta ei H !!! II -päävaiheessa päätuote muodostuu välttämättä!

Vapaiden radikaalien mekanismin vaiheet III. Ketjun päättäminen - radikaali yhdistelmä. Cl + Cl Cl2CI + CH3CH3CICH3 + CH3CH3 -CH3 Mikä tahansa kaksi radikaalia on kytketty.

Korvaamisen valikoivuus Selektiivisyys - valikoivuus. Regioselektiivisyys - selektiivisyys tietyllä reaktioalueella. Esimerkiksi halogenoinnin selektiivisyys: 45% 3% Johtopäätös? 55% 97%

Halogenoinnin selektiivisyys riippuu seuraavista tekijöistä: Reaktio -olosuhteet. Se on valikoivampi alhaisissa lämpötiloissa. Halogeenin luonne. Mitä aktiivisempi halogeeni, sitä vähemmän selektiivinen reaktio. F 2 reagoi erittäin voimakkaasti tuhoamalla C-C-sidokset. 12 ei reagoi alkaanien kanssa näissä olosuhteissa. Alkaanirakenne.

Alkaanin rakenteen vaikutus substituution selektiivisyyteen. Jos alkaanin hiiliatomit ovat epätasaisia, substituutio kullakin niistä etenee eri nopeudella. Suhteellinen korvausreaktio Ensisijainen. atomi H Toissijainen atomi H Tert. atomi H -klooraus 1 3, 9 5, 1 bromaus 1 82 1600 Johtopäätös?

Kolmannen vetyatomin irrottaminen vaatii vähemmän energiaa kuin toissijaisen ja primäärisen irrotus! Alkaanikaava Homolyysitulos AU, kJ / mol CH4CH3 + H 435 CH3 - CH3C2H5 + H410CH3CH2CH3 (CH3) 2CH + H 395 (CH3) 3CH (CH3) 3C + H 377

Reaktioiden suunta Kaikki reaktiot etenevät pääasiassa vakaamman välipartikkelin muodostumisen suuntaan!

Radikaalireaktioiden välipartikkeli on vapaa radikaali. Stabiilin radikaali muodostuu helpoimmin! Radikaalien stabiilisuusalue: R3C> R2CH> RCH2> CH3 Alkyyliryhmillä on elektroneja luovuttava vaikutus, mikä stabiloi radikaalin

Sulfokloorausreaktio Reaktiokaavio: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Reaktiomekanismi: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl jne. jne. 3.2 Cl Cl 2 jne.

DP Konovalovin reaktio Konovalovin mukainen nitraus suoritetaan laimean typpihapon vaikutuksesta noin 140 ° C: n lämpötilassa. C. Reaktiokaavio: RH + HNO3RNO2 + H20

Konovalovin reaktion mekanismi 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 2O jne. Avoin rata.

Alkeenit ovat tyydyttymättömiä hiilivetyjä, joissa on yksi C = C Cn -sidos. H 2 n С = С - alkeenien funktionaalinen ryhmä

Alkeenien kemialliset ominaisuudet Yleiset ominaisuudet Alkeenit ovat reaktiivinen yhdisteiden luokka. Ne osallistuvat lukuisiin reaktioihin, joista suurin osa johtuu heikomman pi -sidoksen katkeamisesta. Е С-С (σ-) ~ 350 KJ / mol Е С = С (-) ~ 260 KJ / mol

Ominaiset reaktiot Kiinnitys on tyypillisin reaktiotyyppi. Kaksoissidos on elektronien luovuttaja, joten se pyrkii lisäämään: E - elektrofiilejä, kationeja tai radikaaleja

Esimerkkejä elektrofiilisen lisäyksen reaktioista 1. Halogeenien sitoutuminen - Kaikki halogeenit eivät ole kiinnittyneet, vaan vain kloori ja bromi! - Neutraalin halogeenimolekyylin polarisaatio voi tapahtua polaarisen liuottimen tai alkeeni -kaksoissidoksen vaikutuksesta. Punaruskea bromiliuos muuttuu värittömäksi

Elektrofiilinen lisäys Reaktiot etenevät huoneenlämmössä eivätkä vaadi valaistusta. Mekanismi on ioninen. Reaktiokaavio: XY = Cl2, Br2, HCl, HBr, HI, H20

Sigma - kompleksi on karbokaatio - hiukkanen, jolla on positiivinen varaus hiiliatomissa. Jos reaktioväliaineessa on muita anioneja, ne voivat myös lisätä karbokationia.

Esimerkiksi veteen liuotetun bromin lisääminen. Tämä kvalitatiivinen reaktio kaksinkertaiseen C = C-sidokseen etenee bromiliuoksen värjäytyessä ja muodostuu kaksi tuotetta:

Kiinnitys epäsymmetrisiin alkeeneihin Kiinnityksen regioselektiivisyys! Markovnikovin sääntö (1869): hapot ja vesi kiinnittyvät epäsymmetrisiin alkeeneihin siten, että vety kiinnittyy enemmän hydrattuun hiiliatomiin.

Markovnikov Vladimir Vasilievich (1837 - 1904) valmistunut Kazanin yliopistosta. Vuodesta 1869 lähtien - kemian laitoksen professori. Tieteellisen koulun perustaja. Riisi. Lähde: http: // images. yandex. ru.

Selitys Markovnikovin säännölle Reaktio etenee muodostamalla vakain välipartikkeli - karbokaatio. ensisijainen toissijainen, vakaampi

Karbokaatioiden vakausalue: tertiäärinen sekundaarinen primaarinen metyyli Markovnikovin sääntö nykyaikaisessa formulaatiossa: protonin lisääminen alkeeniin tapahtuu muodostaen vakaamman karbokaation.

Anti -Markovnikov -lisäys CF 3 -CH = CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Muodollinen reaktio on vastoin Markovnikovin sääntöä. CF 3 - elektroniakseptorin substituentti Muut elektronin vastaanottajat: NO 2, SO 3 H, COOH, halogeenit jne.

Anti -Markovnikov -lisäys vakaampi epästabiili CF 3 - elektroniakseptori epävakauttaa karbokaation. Reaktio on vain muodollisesti Markovnikovin säännön vastainen. Itse asiassa se tottelee sitä, koska se käy läpi vakaamman karbokaation.

Harahin peroksidivaikutus X CH 3 -CH = CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR Mekanismi on vapaa radikaali: 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 vakaampi radikaali CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br jne. 3. Mikä tahansa kaksi radikaalia olet yhteydessä toisiisi.

Elektrofiilinen lisäys 3. Hydraatio - veden lisääminen - Reaktio tapahtuu happokatalyyttien läsnä ollessa, useimmiten se on rikkihappoa. - Reaktio noudattaa Markovnikovin sääntöä. Halpa tapa saada alkoholia

Tentissä akateemikko Ivan Aleksejevitš Kablukov pyytää oppilasta kertomaan, kuinka vetyä saadaan laboratoriossa. "Elohopeasta", hän vastaa. "Kuinka se on" elohopeasta "? ! Yleensä he sanovat "sinkistä", mutta elohopeasta - tämä on jotain alkuperäistä. Kirjoita reaktio. " Opiskelija kirjoittaa: Hg = H + g Ja sanoo: ”Elohopea lämmitetään; se hajoaa H: ksi ja g: ksi. H - vety, se on kevyttä ja siksi lentää pois, ja g - painovoiman kiihtyvyys, raskas, pysyy. " "Tällaisen vastauksen saamiseksi sinun on annettava" viisi "," sanoo Kablukov. - Otetaan ennätyskirja. Vain "viisi" minä myös lämmitän ensin. "Kolme" lentää pois, mutta "kaksi" jää. "