Osobine reakcija u organskoj hemiji. Vrste hemijskih reakcija u organskoj hemiji - hipermarket znanja. Klasifikacija hemijskih reakcija po mehanizmima
Podjela kemijskih reakcija na organske i neorganske je prilično uvjetna. Tipične organske reakcije uključuju one u kojima je uključeno najmanje jedno organsko jedinjenje, koje mijenja svoju molekularnu strukturu tokom reakcije. Stoga reakcije u kojima molekula organskog spoja djeluje kao otapalo ili ligand ne spadaju u tipične organske reakcije.
Organske reakcije, kao i neorganske, mogu se prema zajedničkim karakteristikama klasificirati na reakcije prijenosa:
– jedan elektron (redox);
– elektronski parovi (reakcije kompleksiranja);
– proton (kiselinsko-bazne reakcije);
– atomske grupe bez promjene broja veza (reakcije supstitucije i preuređivanja);
- atomske grupe sa promjenom broja veza (reakcije dodavanja, eliminacije, razlaganja).
Istovremeno, raznolikost i originalnost organskih reakcija dovodi do potrebe njihove klasifikacije prema drugim kriterijima:
– promjena broja čestica tokom reakcije;
- prirodu kidanja veza;
– elektronska priroda reagensa;
– mehanizam elementarnih faza;
– vrsta aktivacije;
- privatni znakovi;
– molekularnost reakcija.
1) Prema promjeni broja čestica u toku reakcije (ili prema vrsti transformacije supstrata) razlikuju se reakcije supstitucije, dodavanja, eliminacije (cijepanja), raspadanja i preuređivanja.
U slučaju supstitucijskih reakcija, jedan atom (ili grupa atoma) u molekuli supstrata zamjenjuje se drugim atomom (ili grupom atoma), što rezultira stvaranjem novog spoja:
CH 3 – CH 3 + C1 2 CH 3 – CH 2 C1 + HC1
etan hlor hloroetan hlorovodonik
CH 3 – CH 2 C1 + NaOH (vodeni rastvor) CH 3 – CH 2 OH + NaC1
hloroetan natrijum hidroksid etanol natrijum hlorid
U simbolu mehanizma reakcije supstitucije, oni su označeni latiničnim slovom S (od engleskog "supstitution" - supstitucija).
U toku reakcija adicije iz dva (ili više) molekula nastaje jedna nova tvar. U ovom slučaju, reagens se dodaje višestrukom vezom (C = C, C C, C = Oh S N) molekule supstrata:
CH 2 = CH 2 + HBr → CH 2 Br – CH 3
etilen vodonik bromid bromoetan
Uzimajući u obzir simboliku mehanizma procesa reakcija dodavanja, oni su označeni slovom A ili kombinacijom Ad (od engleskog "addition" - dodavanje).
Kao rezultat reakcije eliminacije (cijepanja), molekula (ili čestica) se cijepa od supstrata i formira se nova organska tvar koja sadrži višestruku vezu:
CH 3 – CH 2 OH CH 2 = CH 2 + H 2 O
etanol etilen voda
U simbolu mehanizma supstitucijskih reakcija, oni su označeni slovom E (od engleskog "eliminacija" - eliminacija, odvajanje).
Reakcije raspadanja se po pravilu odvijaju kidanjem veza ugljik-ugljik (C – C) i dovode do stvaranja dvije ili više tvari jednostavnije strukture iz jedne organske tvari:
CH 3 –
CH(OH) –
UNSD 
CH 3 –
CHO + HCOOH
mliječna kiselina acetaldehid mravlja kiselina
Preuređenje je reakcija tokom koje se mijenja struktura supstrata sa stvaranjem produkta koji je izomerni prema originalu, odnosno bez promjene molekularne formule. Ova vrsta transformacije je označena latiničnim slovom R (od engleskog "rearrangement" - preuređivanje).
Na primjer, 1-hloropropan se preuređuje u izomerno jedinjenje 2-hloropropan u prisustvu aluminijum hlorida kao katalizatora.
CH 3 – CH 2 – CH 2 – C1 CH 3 – SNS1 – CH 3
1-hloropropan 2-hloropropan
2) Prema prirodi kidanja veze razlikuju se homolitičke (radikalne), heterolitičke (jonske) i sinhrone reakcije.
Kovalentna veza između atoma može se prekinuti na način da se elektronski par veze podijeli između dva atoma, rezultirajuće čestice primaju po jedan elektron i postaju slobodni radikali - kažu da dolazi do homolitičkog cijepanja. U tom slučaju se stvara nova veza zbog elektrona reagensa i supstrata.
Radikalne reakcije posebno su rasprostranjene u transformacijama alkana (hloriranje, nitriranje itd.).
Heterolitičkom metodom prekida veze zajednički elektronski par se prenosi na jedan od atoma, nastale čestice postaju joni, imaju cjelobrojni električni naboj i poštuju zakone elektrostatičkog privlačenja i odbijanja.
Prema elektronskoj prirodi reagensa, heterolitičke reakcije se dijele na elektrofilne (na primjer, dodavanje višestrukim vezama u alkenima ili supstitucija vodika u aromatičnim jedinjenjima) i nukleofilne (na primjer, hidroliza halogenih derivata ili interakcija alkohola sa halogenovodonima ).
Da li je mehanizam reakcije radikalan ili jonski može se utvrditi proučavanjem eksperimentalnih uslova koji pogoduju reakciji.
Dakle, radikalne reakcije praćene homolitičkim cijepanjem veze:
- ubrzavaju se zračenjem h, u uslovima visokih reakcionih temperatura u prisustvu supstanci koje se lako razlažu sa stvaranjem slobodnih radikala (na primer, peroksid);
- usporavaju u prisustvu supstanci koje lako reaguju sa slobodnim radikalima (hidrokinon, difenilamin);
– obično se odvijaju u nepolarnim rastvaračima ili gasnoj fazi;
– često su autokatalitičke i karakterizira ih prisustvo indukcionog perioda.
Jonske reakcije praćene heterolitičkim cijepanjem veze:
– ubrzavaju se u prisustvu kiselina ili baza i nisu pod utjecajem svjetlosti ili slobodnih radikala;
– na njih ne utiču hvatači slobodnih radikala;
– priroda rastvarača utiče na brzinu i smer reakcije;
- retko idu u gasnu fazu.
Sinhrone reakcije se odvijaju bez srednjeg stvaranja jona i radikala: prekid starih i stvaranje novih veza odvija se sinhrono (istovremeno). Primjer sinhronog odgovora je d 
sinteza jena - Diels-Alderova reakcija.
Imajte na umu da posebna strelica koja se koristi za označavanje homolitičkog prekida kovalentne veze označava kretanje jednog elektrona.
3) U zavisnosti od elektronske prirode reagensa, reakcije se dele na nukleofilne, elektrofilne i slobodno-radikalne.
Slobodni radikali su električno neutralne čestice koje imaju nesparene elektrone, na primjer: Cl , NO 2, 
.
U simbolu reakcionog mehanizma, radikalne reakcije su označene indeksom R.
Nukleofilni reagensi su jednoatomski ili poliatomski anioni ili električno neutralni molekuli koji imaju centre s povećanim djelomičnim negativnim nabojem. To uključuje anjone i neutralne molekule kao što su HO - , RO - , Cl - , Br - , RCOO - , CN - , R - , NH 3 , C 2 H 5 OH itd.
U simbolu reakcionog mehanizma, radikalne reakcije su označene indeksom N.
Elektrofilni reagensi su kationi, jednostavni ili složeni molekuli, koji sami ili u prisustvu katalizatora imaju povećan afinitet za elektronski par ili negativno nabijene centre molekula. To uključuje katione H + , Cl + , + NO 2 , + SO 3 H, R + i molekule sa slobodnim orbitalama: AlCl 3 , ZnCl 2 itd.
U simbolu mehanizma, elektrofilne reakcije su označene indeksom E.
Nukleofili su donori elektrona, a elektrofili su njihovi akceptori.
Elektrofilne i nukleofilne reakcije se mogu smatrati kiselo-baznim; Ovaj pristup se temelji na teoriji generaliziranih kiselina i baza (Lewisove kiseline su akceptor elektronskog para, Lewisove baze su donor elektronskog para).
Međutim, treba razlikovati pojmove elektrofilnosti i kiselosti, kao i nukleofilnosti i bazičnosti, jer nisu identični. Na primjer, bazičnost odražava afinitet za proton, a nukleofilnost se najčešće procjenjuje kao afinitet za atom ugljika:
OH - + H + H 2 O hidroksid jon kao baza
OH - + CH 3 + CH 3 OH hidroksid ion kao nukleofil
4) U zavisnosti od mehanizma elementarnih faza, reakcije organskih jedinjenja mogu biti veoma različite: nukleofilna supstitucija S N, elektrofilna supstitucija S E, supstitucija slobodnim radikalima S R, eliminacija u paru ili eliminacija E, nukleofilna ili elektrofilna adicija Ad E i Oglas N itd.
5) Prema vrsti aktivacije, reakcije se dijele na katalitičke, nekatalitičke i fotohemijske.
Katalitičke reakcije su one reakcije koje zahtijevaju prisustvo katalizatora. Ako kiselina djeluje kao katalizator, govorimo o kiseloj katalizi. Reakcije katalizirane kiselinom uključuju, na primjer, reakcije esterifikacije sa stvaranjem estera, dehidrataciju alkohola sa stvaranjem nezasićenih spojeva itd.
Ako je katalizator baza, onda govorimo o bazičnoj katalizi (kao što je prikazano u nastavku, to je tipično za metanolizu triacilglicerola).
Nekatalitičke su reakcije koje ne zahtijevaju prisustvo katalizatora. Oni se samo ubrzavaju sa povećanjem temperature, zbog čega se ponekad nazivaju termalnim, iako se taj izraz ne koristi u širokoj upotrebi. Početni reagensi u ovim reakcijama su visoko polarne ili nabijene čestice. To mogu biti, na primjer, reakcije hidrolize, kiselinsko-bazne interakcije.
Fotohemijske reakcije se aktiviraju zračenjem (fotoni, h); ove reakcije se ne odvijaju u mraku, čak ni uz značajno zagrijavanje. Efikasnost procesa ozračivanja meri se kvantnim prinosom, koji je definisan kao broj molekula reagensa koji su reagovali po jednom apsorbovanom kvantu svetlosti. Neke reakcije karakterizira kvantni prinos manji od jedinice, za druge, na primjer, za lančane reakcije alkanske halogenacije, ovaj prinos može doseći 10 6 .
6) Prema pojedinim karakteristikama, klasifikacija reakcija je izuzetno raznolika: hidratacija i dehidracija, hidrogenacija i dehidrogenacija, nitracija, sulfonacija, halogenacija, acilacija, alkilacija, karboksilacija i dekarboksilacija, enolizacija, zatvaranje i otvaranje ciklusa, izomerizacija, oksidativna degradacija, piroliza, polimerizacija, kondenzacija i dr
7) Molekularnost organske reakcije određena je brojem molekula u kojima dolazi do stvarne promjene kovalentnih veza u najsporijoj fazi reakcije, što određuje njenu brzinu. Postoje sljedeće vrste reakcija:
- monomolekularni - jedan molekul učestvuje u graničnoj fazi;
- bimolekularni - postoje dva takva molekula itd.
Molekularnost iznad tri, po pravilu, ne postoji. Izuzetak su topohemijske (čvrste faze) reakcije.
Molekularnost se ogleda u simbolu mehanizma reakcije dodavanjem odgovarajućeg broja, na primjer: S N 2 - nukleofilna bimolekularna supstitucija, S E 1 - elektrofilna monomolekularna supstitucija; E1 - monomolekularna eliminacija itd.
Pogledajmo nekoliko primjera.
Primjer 1. Atomi vodika u alkanima mogu se zamijeniti atomima halogena:
CH 4 + C1 2 CH 3 C1 + HC1
Reakcija se odvija lančanim radikalnim mehanizmom (čestica koja napada je radikal hlora C1 ). Dakle, po elektronskoj prirodi reagensa, ovo je reakcija slobodnih radikala; prema promjeni broja čestica - reakcija supstitucije; prema prirodi rupture veze - homolitička reakcija; vrsta aktivacije - fotohemijska ili termička; po određenim osnovama - halogeniranje; mehanizam reakcije - S R .
Primjer 2. Atomi vodika u alkanima mogu biti zamijenjeni nitro grupom. Ova reakcija se naziva reakcija nitriranja i slijedi shemu:
R – H + HO – NE 2 R – NO 2 + H 2 O
Reakcija nitriranja u alkanima također slijedi lančani radikalni mehanizam. Dakle, po elektronskoj prirodi reagensa, ovo je reakcija slobodnih radikala; prema promjeni broja čestica - reakcija supstitucije; prema prirodi prekida veze - homolitički; vrsta aktivacije - termalna; po određenim osnovama - nitracija; prema mehanizmu - S R .
Primjer 3. Alkeni lako vezuju halogen vodonik na dvostruku vezu:
CH 3 – CH = CH 2 + HBr → CH 3 – CHBr – CH 3 .
Reakcija se može odvijati prema mehanizmu elektrofilnog dodavanja, što znači da je, prema elektronskoj prirodi reagensa, reakcija elektrofilna (napadna čestica je H+); prema promjeni broja čestica - reakcija adicije; prema prirodi rupture veze - heterolitička; po posebnim osnovama - hidrohalogeniranje; prema mehanizmu - Ad E .
Ista reakcija u prisustvu peroksida može se odvijati radikalnim mehanizmom, tada će, zbog elektronske prirode reagensa, reakcija biti radikalna (napadajuća čestica - Br ); prema promjeni broja čestica - reakcija adicije; prema prirodi prekida veze - homolitički; po posebnim osnovama - hidrohalogeniranje; prema mehanizmu - Ad R .
Primjer 4. Reakcija alkalne hidrolize alkil halida odvija se prema mehanizmu bimolekularne nukleofilne supstitucije.
CH 3 CH 2 I + NaOH CH 3 CH 2 OH + NaI
Dakle, zbog elektronske prirode reagensa, reakcija je nukleofilna (napadajuća čestica - OH -); prema promjeni broja čestica - reakcija supstitucije; prema prirodi kidanja veze - heterolitička, prema pojedinim znacima - hidroliza; prema mehanizmu - S N 2.
Primjer 5. Kada alkil halogenidi stupaju u interakciju sa alkoholnim rastvorima alkalija, nastaju alkeni.
CH 3 CH 2 CH 2 Br 
[CH 3 CH 2 C + H 2] CH 3 CH =
CH 2 + H +
To je zbog činjenice da se rezultirajući karbokatation stabilizira ne dodatkom hidroksilnog jona, čija je koncentracija u alkoholu zanemarljiva, već eliminacijom protona iz susjednog atoma ugljika. Reakcija promjenom broja čestica - odvajanje; prema prirodi rupture veze - heterolitička; po određenim osnovama - dehidrohalogenacija; prema mehanizmu - eliminacija E.
test pitanja
1. Navedite znakove po kojima se klasifikuju organske reakcije.
2. Kako se mogu klasificirati sljedeće reakcije:
– sulfoniranje toluena;
– interakcija etanola i sumporne kiseline sa stvaranjem etilena;
– bromiranje propena;
– sinteza margarina iz biljnog ulja.
Organske reakcije najčešće se klasifikuju prema vrsti prekida hemijskih veza u reagujućim česticama. Od njih se mogu razlikovati dvije velike grupe reakcija - radikalne i ionske.
Radikalne reakcije- to su procesi koji idu uz hemolitičku rupturu kovalentne veze. Prilikom hemolitičke rupture, par elektrona koji formira vezu dijeli se na način da svaka od formiranih čestica prima jedan elektron. Kao rezultat hemolitičke rupture nastaju slobodni radikali: />
X :Y→X. +.Y
Neutralni atom ili čestica s nesparenim elektronom se naziva slobodni radikal.
Jonske reakcije su procesi koji se odvijaju sa heterolitički kidanje kovalentnih veza, kada oba elektrona veze ostaju sa jednom od prethodno vezanih čestica.
X:Y → X + + :Y —
Kao rezultat heterolitički kada je veza prekinuta, dobijaju se nabijene čestice: nukleofilne i elektrofilne.
nukleofilna čestica (nukleofil) je čestica koja ima par elektrona na vanjskom elektronskom nivou. Zahvaljujući paru elektrona, nukleofil je u stanju da formira novu kovalentnu vezu.
Elektrofilna čestica (elektrofil) je čestica koja ima slobodnu orbitalu na vanjskom elektronskom nivou. Elektrofil predstavlja nepopunjene, prazne orbitale za formiranje kovalentne veze zbog elektrona čestice s kojom je u interakciji.
Čestica s pozitivnim nabojem na atomu ugljika naziva se karbokation.
Prema drugoj klasifikaciji, organske reakcije se dijele na termičke, koje su rezultat sudara molekula tokom njihovog toplotnog kretanja, i fotohemijske, u kojima molekuli, apsorbirajući kvant svjetlosti Av, prelaze u viša energetska stanja i potom prolaze kroz hemijske transformacije. . Za iste početne spojeve, termičke i fotokemijske reakcije obično dovode do različitih proizvoda. Klasičan primjer ovdje je termičko i fotokemijsko hloriranje benzena - u prvom slučaju nastaje hlorobenzen, u drugom slučaju heksahlorcikloheksan.
Osim toga, u organskoj hemiji reakcije se često klasifikuju na isti način kao i u neorganskoj hemiji - prema strukturna karakteristika. U organskoj hemiji, sve strukturne promjene se razmatraju u odnosu na atom ugljika (ili atome) koji su uključeni u reakciju. Najčešći tipovi transformacija su:
1) dodavanje R-CH=CH 2 + XY/>→ RCHX-CH 2 Y;
2) supstitucija R-CH 2 X + Y/>→ R-CH 2 Y + X;
3) cijepanje R-CHX-CH 2 Y/>→ R-CH=CH 2 + XY;
(eliminacija)
4) polimerizacija n (CH 2 \u003d CH 2) /> → (-CH 2 -CH 2 -) n
U većini slučajeva, molekula koju treba eliminirati nastaje kombinacijom dvije čestice odvojene od susjednih atoma ugljika. Takav proces se zove 1,2-eliminacija.
Pored gornje četiri vrste jednostavnih mehanizama, reakcija, u praksi se koriste sljedeće oznake za neke klase reakcija koje su date u nastavku.
Oksidacija je reakcija u kojoj se, pod djelovanjem oksidacijskog reagensa, tvar spaja s kisikom (ili drugim elektronegativnim elementom, kao što je halogen) ili gubi vodik (u obliku vode ili molekularnog vodika).
Djelovanje oksidacijskog reagensa (oksidacija) označeno je u shemi reakcije simbolom [O], a djelovanje redukcijske reagensa (redukcija) simbolom [H].
Hidrogenacija je reakcija koja je poseban slučaj redukcije. Vodik se dodaje u višestruku vezu ili aromatično jezgro u prisustvu katalizatora. />
Kondenzacija je reakcija u kojoj dolazi do rasta lanca. Prvo se javlja vezanost, nakon čega obično slijedi eliminacija.
Piroliza je reakcija u kojoj se spoj podvrgava termičkoj razgradnji u odsustvu zraka (i obično pod sniženim tlakom) kako bi se formirao jedan ili više proizvoda. Primjer pirolize je termička razgradnja uglja. Ponekad se umjesto pirolize koristi izraz "suha destilacija" (u slučaju razgradnje kamenog uglja koristi se i izraz "karbonizacija").
Neke reakcije su dobile nazive po proizvodima do kojih vode. Dakle, ako se metilna grupa unese u molekulu, onda se govori o metilaciji, ako acetil - onda o acetilaciji, ako je hlor - onda o hlorisanje itd.
>> Hemija: Vrste hemijskih reakcija u organskoj hemiji
Reakcije organskih supstanci mogu se formalno podijeliti u četiri glavna tipa: supstitucija, adicija, eliminacija (eliminacija) i rearanžiranje (izomerizacija). Očigledno je da se čitav niz reakcija organskih spojeva ne može svesti u okvir predložene klasifikacije (na primjer, reakcije sagorijevanja). Međutim, takva klasifikacija će pomoći da se uspostave analogije sa klasifikacijama reakcija koje se odvijaju između neorganskih supstanci koje su vam već poznate iz kursa neorganske hemije.
U pravilu, glavno organsko jedinjenje koje učestvuje u reakciji naziva se supstrat, a druga komponenta reakcije uslovno se smatra reagensom.
Reakcije supstitucije
Reakcije koje rezultiraju zamjenom jednog atoma ili grupe atoma u originalnoj molekuli (supstratu) drugim atomima ili grupama atoma nazivaju se reakcije supstitucije.
Reakcije supstitucije uključuju zasićena i aromatična jedinjenja, kao što su, na primjer, alkani, cikloalkani ili areni.
Navedimo primjere takvih reakcija.
Organska hemija je nastala u procesu proučavanja onih supstanci koje su ekstrahovane iz biljnih i životinjskih organizama, a sastoje se uglavnom od organskih jedinjenja. To je ono što je odredilo čisto povijesno ime takvih spojeva (organizam - organski). Neke tehnologije organske hemije nastale su u davna vremena, na primjer, alkoholna i octena fermentacija, upotreba organskih indigo i alizarin boja, procesi štavljenja kože, itd. Hemičari su dugo vremena mogli samo izolirati i analizirati organska jedinjenja, ali nisu mogli dobivaju ih umjetno, kao rezultat toga, nastalo je uvjerenje da se organska jedinjenja mogu dobiti samo uz pomoć živih organizama.
Počevši od druge polovine 19. veka. metode organske sinteze počele su se intenzivno razvijati, što je omogućilo postupno prevazilaženje uspostavljene zablude. Sintezu organskih jedinjenja u laboratoriji prvi put je izvršio Friedrich Wöhler (u periodu 1824-1828), hidrolizom cijanogena dobio je oksalnu kiselinu koja je prethodno bila izolirana iz biljaka, a zagrijavanjem amonijum cijanat zbog preuređivanja molekula ( cm. ISOMERIA) primio ureu, otpadni proizvod živih organizama (Sl. 1. Prva sinteza organskih jedinjenja).
Sada se mnoga jedinjenja prisutna u živim organizmima mogu dobiti u laboratoriji, osim toga, hemičari stalno dobijaju organska jedinjenja koja se ne nalaze u živoj prirodi.
Formiranje organske hemije kao samostalne nauke dogodilo se sredinom 19. veka, kada su se, zahvaljujući naporima hemičara, počele formirati ideje o strukturi organskih jedinjenja. Najznačajniju ulogu odigrali su radovi E. Franklanda (definirao pojam valencije), F. Kekulea (ustanovio tetravalentnost ugljika i strukturu benzena), A. Coopera (predložio simbol valentne linije tj. koji se i danas koristi, povezujući atome kada se prikazuju strukturne formule ) , A.M. Butlerov (napravio teoriju hemijske strukture, koja se zasniva na stavu prema kojem su svojstva jedinjenja određena ne samo njegovim sastavom, već i redosledom u kome su atomi povezani).
Sljedeća važna faza u razvoju organske kemije povezana je s radom J. van't Hoffa, koji je promijenio sam način razmišljanja hemičara, predlažući da se od ravne slike strukturnih formula prijeđe na prostorni raspored atoma u molekula, kao rezultat toga, hemičari su molekule počeli smatrati volumetrijskim tijelima.
Ideje o prirodi hemijskih veza u organskim jedinjenjima prvi je formulisao G. Lewis, koji je sugerisao da su atomi u molekuli povezani elektronima: par generalizovanih elektrona stvara jednostavnu vezu, a dva ili tri para formiraju, respektivno, dvostruka i trostruka veza. Uzimajući u obzir distribuciju elektronske gustine u molekulima (na primjer, njeno pomicanje pod utjecajem elektronegativnih atoma O, Cl, itd.), hemičari su uspjeli da objasne reaktivnost mnogih spojeva, tj. mogućnost njihovog učešća u određenim reakcijama.
Obračunavanje svojstava elektrona, određenih kvantnom mehanikom, dovelo je do razvoja kvantne hemije, koristeći koncept molekularnih orbitala. Sada kvantna hemija, koja je pokazala svoju prediktivnu moć na mnogim primjerima, uspješno sarađuje s eksperimentalnom organskom hemijom.
Mala grupa jedinjenja ugljenika nije klasifikovana kao organska: ugljena kiselina i njene soli (karbonati), cijanovodonična kiselina HCN i njene soli (cijanidi), metalni karbidi i neka druga jedinjenja ugljenika koja se proučavaju neorganskom hemijom.
Glavna karakteristika organske hemije je izuzetna raznolikost jedinjenja koja su nastala zahvaljujući sposobnosti atoma ugljenika da se međusobno kombinuju u gotovo neograničenom broju, formirajući molekule u obliku lanaca i ciklusa. Još veća raznolikost se postiže uključivanjem atoma kiseonika, dušika itd. između atoma ugljika.. Fenomen izomerizma, zbog kojeg molekuli istog sastava mogu imati različitu strukturu, dodatno povećava raznolikost organskih spojeva. Danas je poznato više od 10 miliona organskih jedinjenja, a njihov broj se povećava za 200-300 hiljada godišnje.
Klasifikacija organskih jedinjenja.
Ugljovodonici se uzimaju kao osnova za klasifikaciju, oni se smatraju osnovnim jedinjenjima u organskoj hemiji. Sva ostala organska jedinjenja smatraju se njihovim derivatima.
Prilikom sistematizacije ugljikovodika uzimaju se u obzir struktura ugljičnog skeleta i vrsta veza koje povezuju atome ugljika.
I. ALIFATSKI (aleiphatos. grčki nafta) ugljovodonici su linearni ili razgranati lanci i ne sadrže ciklične fragmente, čine dvije velike grupe.
1. Zasićeni ili zasićeni ugljovodonici (nazvani tako jer ne mogu ništa da vežu) su lanci atoma ugljenika povezani jednostavnim vezama i okruženi atomima vodonika (slika 1). U slučaju kada lanac ima grane, imenu se dodaje prefiks iso. Najjednostavniji zasićeni ugljovodonik je metan, a niz ovih spojeva počinje s njim.
Rice. 2. ZASIĆENI UGLJOVODONICI
Glavni izvori zasićenih ugljikovodika su nafta i prirodni plin. Reaktivnost zasićenih ugljikovodika je vrlo niska, oni mogu reagirati samo s najagresivnijim tvarima, kao što su halogeni ili dušična kiselina. Kada se zasićeni ugljikovodici zagrijavaju iznad 450 ° C bez pristupa zraka, C-C veze se prekidaju i formiraju se spojevi sa skraćenim ugljikovim lancem. Izlaganje visokim temperaturama u prisustvu kiseonika dovodi do njihovog potpunog sagorevanja do CO 2 i vode, što im omogućava da se efikasno koriste kao gasovito (metan – propan) ili tečno motorno gorivo (oktan).
Kada se jedan ili više atoma vodika zamijeni nekom funkcionalnom (tj. sposobnom za naknadne transformacije) grupom, formiraju se odgovarajući derivati ugljikovodika. Spojevi koji sadrže C-OH grupu nazivaju se alkoholi, HC=O - aldehidi, COOH - karboksilne kiseline (dodata je riječ "karboksilna" kako bi se razlikovali od običnih mineralnih kiselina, na primjer, hlorovodonične ili sumporne). Jedinjenje može istovremeno sadržavati različite funkcionalne grupe, na primjer, COOH i NH 2, takvi spojevi se nazivaju aminokiseline. Uvođenje halogena ili nitro grupa u sastav ugljikovodika dovodi do halogena odnosno nitro derivata (slika 3).
Rice. četiri. PRIMJERI ZASIĆENIH UGLJIKOVODONIKA sa funkcionalnim grupama
Svi prikazani derivati ugljovodonika čine velike grupe organskih jedinjenja: alkoholi, aldehidi, kiseline, derivati halogena, itd. Budući da ugljikovodični dio molekule ima vrlo nisku reaktivnost, hemijsko ponašanje takvih spojeva je određeno hemijskim svojstvima funkcionalnih grupa -OH, -COOH, -Cl, -NO2, itd.
2. Nezasićeni ugljovodonici imaju iste varijante strukture glavnog lanca kao i zasićeni ugljovodonici, ali sadrže dvostruke ili trostruke veze između atoma ugljenika (slika 6). Najjednostavniji nezasićeni ugljovodonik je etilen.
Rice. 6. NEZASIĆENI UGLJOVODONICI
Najtipičnije za nezasićene ugljovodonike je adicija višestrukom vezom (slika 8), koja omogućava sintetizaciju različitih organskih jedinjenja na njihovoj osnovi.
Rice. osam. DODAVANJE REAGENSA na nezasićena jedinjenja višestrukom vezom
Još jedno važno svojstvo spojeva sa dvostrukim vezama je njihova sposobnost polimerizacije (slika 9.), pri čemu se otvaraju dvostruke veze, što rezultira formiranjem dugih ugljikovodičnih lanaca.
Rice. 9. POLIMERIZACIJA ETILENA
Uvođenjem prethodno navedenih funkcionalnih grupa u sastav nezasićenih ugljovodonika, kao iu slučaju zasićenih ugljovodonika, dolazi do odgovarajućih derivata, koji takođe formiraju velike grupe odgovarajućih organskih jedinjenja - nezasićenih alkohola, aldehida itd. (Sl. 10).
Rice. deset. NEZASIĆENI UGLJOVODONICI sa funkcionalnim grupama
Za prikazana jedinjenja dati su pojednostavljeni nazivi, tačan položaj u molekulu višestrukih veza i funkcionalnih grupa je naznačen u nazivu jedinjenja, koji je sastavljen prema posebno razvijenim pravilima.
Hemijsko ponašanje takvih spojeva određeno je i svojstvima višestrukih veza i svojstvima funkcionalnih grupa.
II. KARBOCIKLIČKI UGLJOVODONIKI sadrže ciklične fragmente formirane samo od atoma ugljika. Oni čine dvije velike grupe.
1. Aliciklični (tj. i alifatski i ciklični u isto vrijeme) ugljovodonici. U ovim jedinjenjima ciklički fragmenti mogu sadržavati i jednostruke i višestruke veze, osim toga, spojevi mogu sadržavati nekoliko cikličkih fragmenata, nazivu ovih jedinjenja dodaje se prefiks "ciklo", najjednostavniji aliciklički spoj je ciklopropan (slika 12).
Rice. 12. ALICIKLIČNI UGLJOVODONIKI
Osim gore prikazanih, postoje i druge opcije za povezivanje cikličkih fragmenata, na primjer, mogu imati jedan zajednički atom (tzv. spirociklična jedinjenja), ili se mogu povezati na način da su dva ili više atoma zajednički na oba ciklusa (biciklična jedinjenja), kombinovanjem tri i više ciklusa, moguće je i formiranje ugljovodoničnih okvira (Sl. 14).
Rice. četrnaest. OPCIJE PRIKLJUČIVANJA CIKLUSA u alicikličnim spojevima: spirocikli, bicikli i okviri. Nazivi spiro- i bicikličkih spojeva ukazuju na to da alifatski ugljikovodik koji sadrži isti ukupan broj atoma ugljika, na primjer, spirocikl prikazan na slici sadrži osam atoma ugljika, pa je njegovo ime izgrađeno na osnovu riječi "oktan" . U adamantanu su atomi raspoređeni na isti način kao u kristalnoj rešetki dijamanta, što je odredilo njegovo ime ( grčki adamantos - dijamant)
Mnogi mono- i biciklični aliciklični ugljikovodici, kao i derivati adamantana, dio su nafte, njihov generalni naziv je nafteni.
U pogledu hemijskih svojstava, aliciklični ugljovodonici su bliski odgovarajućim alifatskim jedinjenjima, međutim, imaju dodatno svojstvo povezano sa njihovom cikličnom strukturom: mali prstenovi (3-6-člani) mogu da se otvore dodavanjem nekih reagensa (Sl. 15). ).
Rice. petnaest. REAKCIJE ALICIKLIČNIH UGLJIKOVODONIKA, nastavljajući sa otvaranjem ciklusa
Uvođenje različitih funkcionalnih grupa u sastav alicikličnih ugljovodonika dovodi do odgovarajućih derivata - alkohola, ketona itd. (Sl. 16).
Rice. 16. ALICIKLIČNI UGLJOVODONIKI sa funkcionalnim grupama
2. Drugu veliku grupu karbocikličnih jedinjenja čine aromatični ugljovodonici benzenskog tipa, tj. koji u svom sastavu sadrže jedan ili više benzenskih prstenova (postoje i aromatična jedinjenja nebenzenskog tipa ( cm. AROMATIČNOST). Međutim, mogu sadržavati i fragmente zasićenih ili nezasićenih ugljikovodičnih lanaca (slika 18).
Rice. osamnaest. AROMATIČNI UGLJOVODONIKI.
Postoji grupa jedinjenja u kojima se čini da su benzenski prstenovi zalemljeni, to su takozvana kondenzovana aromatična jedinjenja (Sl. 20).
Rice. dvadeset. KONDENZOVANA AROMATSKA JEDINJENJA
Mnoga aromatična jedinjenja, uključujući i kondenzovana (naftalen i njegovi derivati), deo su nafte, drugi izvor ovih jedinjenja je katran ugljena.
Benzenske cikluse ne karakterišu reakcije adicije koje se odvijaju uz velike poteškoće i pod teškim uslovima, za njih su najtipičnije reakcije supstitucije atoma vodonika (Sl. 21).
Rice. 21. REAKCIJE ZAMJENE atoma vodonika u aromatičnom jezgru.
Pored funkcionalnih grupa (halogena, nitro i acetilna grupa) vezanih za jezgro benzena (slika 21), mogu se uvesti i druge grupe, što rezultira odgovarajućim derivatima aromatičnih jedinjenja (slika 22), koji formiraju velike klase organska jedinjenja - fenoli, aromatični amini itd.
Rice. 22. AROMATIČNA JEDINJENJA sa funkcionalnim grupama. Jedinjenja u kojima je ne-OH grupa vezana za atom ugljika u aromatičnom jezgru nazivaju se fenoli, za razliku od alifatskih spojeva, gdje se takvi spojevi nazivaju alkoholi.
III. HETEROCIKLIČNI UGLJOVODONIKI sadrže u prstenu (pored atoma ugljenika) različite heteroatome: O, N, S. Prstenovi mogu biti različitih veličina, sadržati jednostruke i višestruke veze, kao i ugljovodonične supstituente vezane za heterocikl. Postoje opcije kada je heterocikl “zalemljen” na benzenski prsten (slika 24).
Rice. 24. HETEROCIKLIČNA JEDINJENJA. Njihova imena su se historijski razvila, na primjer, furan je dobio ime po furan aldehidu - furfuralu, dobivenom iz mekinja ( lat. krzno - mekinje). Za sve prikazane spojeve, reakcije adicije su teške, a reakcije zamjene su prilično jednostavne. Dakle, to su aromatična jedinjenja nebenzenskog tipa.
Raznolikost jedinjenja ove klase se dodatno povećava zbog činjenice da heterocikl može sadržavati dva ili više heteroatoma u ciklusu (slika 26).
Rice. 26. HETEROCYCLES sa dva ili više heteroatoma.
Kao i prethodno razmatrani alifatski, aliciklični i aromatični ugljovodonici, heterocikli mogu sadržavati različite funkcionalne grupe (-OH, -COOH, -NH2, itd.), au nekim slučajevima i heteroatom u ciklusu može se smatrati funkcionalnom grupom, budući da je u stanju da učestvuje u odgovarajućim transformacijama (slika 27).
Rice. 27. HETEROATOM N kao funkcionalna grupa. U nazivu posljednjeg spoja, slovo "N" označava za koji atom je vezana metilna grupa.
Reakcije organske hemije.
Za razliku od reakcija neorganske hemije, gde joni interaguju velikom brzinom (ponekad trenutno), molekuli koji sadrže kovalentne veze obično učestvuju u reakcijama organskih jedinjenja. Kao rezultat toga, sve interakcije se odvijaju mnogo sporije nego u slučaju ionskih spojeva (ponekad i desetine sati), često na povišenim temperaturama i u prisustvu tvari koje ubrzavaju proces - katalizatora. Mnoge reakcije se odvijaju kroz međufaze ili u nekoliko paralelnih pravaca, što dovodi do značajnog smanjenja prinosa željenog spoja. Stoga se pri opisivanju reakcija, umjesto jednačina s numeričkim koeficijentima (što je tradicionalno prihvaćeno u neorganskoj hemiji), često koriste šeme reakcija bez specificiranja stehiometrijskih odnosa.
Naziv velikih klasa organskih reakcija često se povezuje s kemijskom prirodom aktivnog reagensa ili s vrstom organske grupe koja se uvodi u spoj:
a) halogeniranje - uvođenje atoma halogena (slika 8, prva shema reakcije),
b) hidrohlorisanje, tj. izlaganje HCl (slika 8, druga shema reakcije)
c) nitracija - uvođenje nitro grupe NO 2 (sl. 21, drugi pravac reakcije)
d) metalizacija - uvođenje atoma metala (slika 27, prva faza)
a) alkilacija - uvođenje alkil grupe (slika 27, druga faza)
b) acilacija - uvođenje acilne grupe RC(O)-(Sl. 27, druga faza)
Ponekad naziv reakcije ukazuje na karakteristike preuređivanja molekula, na primjer, ciklizacija - formiranje ciklusa, deciklizacija - otvaranje ciklusa (slika 15).
Velika klasa nastaje reakcijama kondenzacije ( lat. condensatio - zbijanje, zadebljanje), u kojem dolazi do stvaranja novih C-C veza uz istovremeno stvaranje lako uklonjivih neorganskih ili organskih spojeva. Kondenzacija praćena oslobađanjem vode naziva se dehidracija. Procesi kondenzacije se mogu odvijati i intramolekularno, odnosno unutar jednog molekula (slika 28).
Rice. 29. REAKCIJE ELIMINACIJE
Moguće su varijante kada se zajednički realizuje više vrsta transformacija, što je u nastavku prikazano na primjeru spoja u kojem se zagrijavanjem odvijaju različiti tipovi procesa. Tokom termičke kondenzacije mucične kiseline (slika 30), dolazi do intramolekularne dehidracije i naknadne eliminacije CO 2.
Rice. trideset. KONVERZIJA SMUKNE KISELINE(dobija se iz sirupa od žira) u piromukoznu kiselinu, nazvanu tako jer se dobiva zagrijavanjem sluzi. Pirosmukusna kiselina je heterociklično jedinjenje - furan sa vezanom funkcionalnom (karboksilnom) grupom. Tokom reakcije, C-O, C-H veze se kidaju i stvaraju se nove C-H i C-C veze.
Postoje reakcije u kojima se preuređenje molekula događa bez promjene sastava ( cm. IZOMERIZACIJA).
Metode istraživanja u organskoj hemiji.
Moderna organska hemija, pored elementarne analize, koristi mnoge fizičke metode istraživanja. Najsloženije smjese tvari se razdvajaju na sastavne komponente hromatografijom koja se temelji na kretanju otopina ili para tvari kroz sloj sorbenta. Infracrvena spektroskopija - prijenos infracrvenih (toplinskih) zraka kroz otopinu ili kroz tanak sloj tvari - omogućava vam da utvrdite prisutnost u tvari određenih fragmenata molekule, na primjer, grupe C 6 H 5, C \ u003d O, NH 2, itd.
Ultraljubičasta spektroskopija, koja se naziva i elektronska, nosi informacije o elektronskom stanju molekula; osjetljiva je na prisustvo višestrukih veza i aromatskih fragmenata u tvari. Analiza kristalnih supstanci pomoću rendgenskih zraka (analiza difrakcije rendgenskih zraka) daje trodimenzionalnu sliku rasporeda atoma u molekuli, sličnu onima prikazanim na gornjim animiranim slikama, drugim riječima, omogućava vam da vidite strukturu molekula vlastitim očima.
Spektralna metoda - nuklearna magnetna rezonancija, zasnovana na rezonantnoj interakciji magnetnih momenata jezgara s vanjskim magnetskim poljem, omogućava razlikovanje atoma jednog elementa, na primjer, vodika, koji se nalazi u različitim fragmentima molekule (u ugljikovodični kostur, u hidroksilnoj, karboksilnoj ili amino grupi), kao i odrediti njihov udio. Slična analiza je moguća i za jezgra C, N, F, itd. Sve ove moderne fizičke metode dovele su do intenzivnih istraživanja organske hemije – postalo je moguće brzo riješiti one probleme koji su ranije trajali mnogo godina.
Neki delovi organske hemije su se pojavili kao velika nezavisna područja, na primer, hemija prirodnih supstanci, lekova, boja i hemija polimera. Sredinom 20. vijeka hemija organoelementnih spojeva počela se razvijati kao nezavisna disciplina koja proučava tvari koje sadrže S-E vezu, gdje simbol E označava bilo koji element (osim ugljika, vodika, kisika, dušika i halogena). Veliki napredak je postignut u biohemiji, koja proučava sintezu i transformacije organskih supstanci koje se dešavaju u živim organizmima. Razvoj svih ovih oblasti zasniva se na opštim zakonima organske hemije.
Moderna industrijska organska sinteza uključuje širok spektar različitih procesa - to su, prije svega, proizvodnja velikih razmjera - prerada nafte i plina i proizvodnja motornih goriva, rastvarača, rashladnih sredstava, ulja za podmazivanje, osim toga, sinteza polimera, sintetička vlakna, razne smole za premaze, ljepila i emajle. Industrije male tonaže uključuju proizvodnju lijekova, vitamina, boja, aditiva za hranu i mirisa.
Mikhail Levitsky
Postoje različiti sistemi klasifikacije za organske reakcije koji se zasnivaju na različitim karakteristikama. Među njima su sljedeće klasifikacije:
- on krajnji rezultat reakcije, odnosno promjena u strukturi supstrata;
- on mehanizam reakcije, odnosno prema vrsti prekida veze i vrsti reagensa.
Supstance koje djeluju u organskoj reakciji se dijele na reagens i supstrat. U ovom slučaju se smatra da reagens napada supstrat.
DEFINICIJA
Reagens- supstanca koja deluje na predmet - supstrat - i izaziva promenu hemijske veze u njemu. Reagensi se dijele na radikalne, elektrofilne i nukleofilne.
DEFINICIJA
Supstrat općenito se smatra molekulom koja osigurava atom ugljika za novu vezu.
KLASIFIKACIJA REAKCIJA PREMA KONAČNOM REZULTATU (PROMENE U STRUKTURI PODLOGE)
U organskoj hemiji razlikuju se četiri tipa reakcija prema konačnom rezultatu i promjeni strukture supstrata: dodavanje, zamjena, odvajanje, ili eliminacija(sa engleskog. eliminisati- ukloniti, odvojiti) i rearanžiranja (izomerizacije)). Ovakva klasifikacija je slična klasifikaciji reakcija u neorganskoj hemiji prema broju početnih reagensa i formiranih supstanci, sa ili bez promene sastava. Klasifikacija prema konačnom rezultatu zasniva se na formalnim karakteristikama, budući da stehiometrijska jednačina po pravilu ne odražava mehanizam reakcije. Uporedimo vrste reakcija u neorganskoj i organskoj hemiji.
Vrsta reakcije u neorganskoj hemiji | Primjer | Vrsta reakcije u organskoj hemiji | Raznolikost i primjer Reakcije |
|---|---|---|---|
1. Povezivanje | C l2 + H2 = 2 H C l | Vezanje višestrukim vezama | hidrogenacija |
Hidrohalogenacija
|
|||
Halogenacija
|
|||
Hidratacija
|
|||
2. Razgradnja | 2
H2
O = 2 H2
+
O2
| eliminacija | Dehidrogenacija
|
Dehidrohalogenacija
|
|||
Dehalogenacija
|
|||
Dehidracija
|
|||
3. Zamjena | Z n + 2 H C l =ZnCl2+H2 | zamjena |
|
4. Razmjena (poseban slučaj - neutralizacija) | H2 S O4 + 2 N a O H\u003d N a 2 S O 4 + 2 H 2 O | poseban slučaj - esterifikacija |
|
5. Alotropizacija | grafit ⇔ dijamant Pcrvena⇔ Pbijela Pred⇔P bijela Srhombus.⇔ Srezervoar Srhombus.⇔Splast. | Izomerizacija | Izomerizacija alkani
|
n) bez zamjene drugima.
U zavisnosti od toga koji se atomi odvajaju - susjedni C–C ili izolovani sa dva ili tri ili više atoma ugljika - C-C-C- C–, –C-C-C-C- C- može formirati spojeve sa višestruke obveznice i ili ciklična jedinjenja. Eliminacija vodonik halogenida iz alkil halogenida ili vode iz alkohola odvija se prema Zaitsev pravilu.
DEFINICIJA
Zajcevovo pravilo: atom vodonika H je odvojen od najmanje hidrogeniranog atoma ugljika.
Na primjer, do odvajanja molekule bromovodonika dolazi od susjednih atoma u prisustvu alkalija, uz stvaranje natrijum bromida i vode.
DEFINICIJA
pregrupisavanje- kemijska reakcija, uslijed koje dolazi do promjene u međusobnom rasporedu atoma u molekuli, do pomicanja višestrukih veza ili do promjene njihove višestrukosti.
Preuređenje se može izvršiti uz očuvanje atomskog sastava molekula (izomerizacija) ili njegovom promjenom.
DEFINICIJA
Izomerizacija- poseban slučaj reakcije preraspodjele, koja dovodi do transformacije kemijskog spoja u izomer strukturnim promjenama u ugljičnom skeletu.
Preuređenje se također može izvesti homolitičkim ili heterolitičkim mehanizmom. Molekularna preuređivanja se mogu klasifikovati prema različitim kriterijumima, na primer, po zasićenosti sistema, po prirodi migrirajuće grupe, po stereospecifičnosti itd. Mnoge reakcije preuređivanja imaju specifične nazive - Claisenovo preuređenje, Bekmanovo preuređenje itd.
Reakcije izomerizacije se široko koriste u industrijskim procesima, kao što je rafinacija nafte za povećanje oktanskog broja benzina. Primjer izomerizacije je transformacija n-oktan u izooktan:
KLASIFIKACIJA ORGANSKIH REAKCIJA PREMA VRSTI REAGENSA
ISKLJUČIVANJE
Cepanje veze u organskim jedinjenjima može biti homolitičko ili heterolitičko.
DEFINICIJA
Razbijanje homolitičke veze- ovo je takav jaz, zbog čega svaki atom prima nespareni elektron i formiraju se dvije čestice koje imaju sličnu elektronsku strukturu - slobodno radikali.
Homolitički jaz je karakterističan za nepolarne ili slabo polarne veze, na primjer C–C, Cl–Cl, C–H, i zahtijeva veliku količinu energije.
Nastali radikali sa nesparenim elektronom su visoko reaktivni, pa su hemijski procesi koji se javljaju uz učešće takvih čestica često „lančane“ prirode, teško ih je kontrolisati, a kao rezultat reakcije skup supstitucijskih proizvoda se dobija. Dakle, u hloriranju metana, supstitucijski produkti su klorometan C H3 C l CH3Cl, dihlorometan C H2 C l2 CH2Cl2, hloroform C H C l3 CHCl3 i ugljen tetrahlorid C C l4 CCl4. Reakcije koje uključuju slobodne radikale odvijaju se prema razmjenskom mehanizmu stvaranja hemijskih veza.
Radikali nastali tokom ovog kidanja veze uzrokuju radikalni mehanizam tok reakcije. Radikalne reakcije se obično odvijaju na povišenim temperaturama ili uz zračenje (kao što je svjetlost).
Zbog svoje visoke reaktivnosti, slobodni radikali mogu negativno uticati na ljudski organizam, uništavajući ćelijske membrane, utičući na DNK i izazivajući prerano starenje. Ovi procesi su povezani prvenstveno s peroksidacijom lipida, odnosno uništavanjem strukture višestruko nezasićenih kiselina koje stvaraju mast unutar ćelijske membrane.
DEFINICIJA
Heterolitički prekid veze- ovo je takav jaz u kojem elektronski par ostaje na elektronegativnijem atomu i formiraju se dvije nabijene čestice - ioni: kation (pozitivan) i anion (negativni).
U hemijskim reakcijama ove čestice obavljaju funkcije " nukleofili"(" phil "- od gr. biti zaljubljen) i " elektrofili“, formirajući hemijsku vezu sa reakcionim partnerom pomoću mehanizma donor-akceptor. Nukleofilne čestice daju elektronski par za formiranje nove veze. Drugim riječima,
DEFINICIJA
Nukleofil- hemijski reagens bogat elektronima sposoban za interakciju sa jedinjenjima s nedostatkom elektrona.
Primjeri nukleofila su bilo koji anjoni ( C l− , I− , N O− 3 Cl−,I−,NO3− itd.), kao i jedinjenja koja imaju nepodijeljeni elektronski par ( N H3 , H2 O NH3,H2O).
Dakle, kada je veza prekinuta, mogu se formirati radikali ili nukleofili i elektrofili. Na osnovu toga razlikuju se tri mehanizma za nastanak organskih reakcija.
MEHANIZMI ORGANSKIH REAKCIJA
Mehanizam slobodnih radikala: reakciju pokreću slobodni radikali nastali tokom homolitička ruptura veze u molekulu.
Najtipičnija varijanta je stvaranje radikala hlora ili broma tokom UV zračenja.
1. Zamjena slobodnih radikala
metan brom
Inicijacija lanca
lančani rast
prekid lanca
2. Dodatak slobodnih radikala
eten polietilen
Elektrofilni mehanizam: reakcija počinje s elektrofilnim česticama, koje kao rezultat dobivaju pozitivan naboj heterolitički jaz veze. Svi elektrofili su Lewisove kiseline.
Takve čestice se aktivno formiraju pod uticajem Lewisove kiseline, koji povećavaju pozitivni naboj čestice. Najčešće korišteni A l C l3 , F e C l3 , F e B r3 , Z n C l2 AlCl3,FeCl3,FeBr3,ZnCl2 djeluje kao katalizator.
Mjesto napada čestica-elektrofila su oni dijelovi molekula koji imaju povećanu gustoću elektrona, odnosno višestruku vezu i benzenski prsten.
Opšti oblik reakcija elektrofilne supstitucije može se izraziti jednadžbom:
1. Elektrofilna supstitucija
benzen bromobenzen
2. elektrofilni dodatak
propen 2-bromopropan
propin 1,2-dihloropropen
Vezanje za asimetrične nezasićene ugljovodonike odvija se u skladu sa Markovnikovovim pravilom.
DEFINICIJA
Markovnikovo pravilo: dodavanjem molekula složenih supstanci nesimetričnim alkenima sa uslovnom formulom HX (gde je X atom halogena ili hidroksilna grupa OH–), atom vodika je vezan za najhidrogenizovaniji (koji sadrži najviše atoma vodika) atom ugljika sa dvostruku vezu, a X do najmanje hidrogenizovane.
Na primjer, dodavanje klorovodika HCl molekuli propena C H3 – C H = C H2 CH3–CH=CH2.
Reakcija se odvija mehanizmom elektrofilnog dodavanja. Zbog uticaja donora elektrona C H3 CH3-grupe, gustina elektrona u molekuli supstrata se pomera do centralnog atoma ugljenika (induktivni efekat), a zatim, duž sistema dvostrukih veza, do terminalnog atoma ugljenika C H2 CH2-grupe (mezomerni efekat). Dakle, višak negativnog naboja je lokaliziran upravo na ovom atomu. Stoga proton vodika započinje napad H+ H+, što je elektrofilna čestica. Formira se pozitivno nabijeni karben ion [ C H3 – C H – C H3 ] + + , na koji je vezan anjon hlora C l− Cl−.
DEFINICIJA
Izuzeci od Markovnikovovog pravila: reakcija adicije se odvija protiv pravila Markovnikova, ako spojevi ulaze u reakciju u kojoj atom ugljika koji je susjedan atomu ugljika dvostruke veze djelomično povlači gustoću elektrona, odnosno u prisustvu supstituenata koji pokazuju značajno povlačenje elektrona efekat (– C C l3 , – C N , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOH i sl.).
Nukleofilni mehanizam: reakciju pokreću nukleofilne čestice negativnog naboja, nastale kao rezultat heterolitički jaz veze. Svi nukleofili su Lewis osnivanje.
U nukleofilnim reakcijama, reagens (nukleofil) ima slobodan par elektrona na jednom od atoma i neutralna je molekula ili 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 i sl.).
Nukleofil napada atom u supstratu s najnižom elektronskom gustoćom (tj. djelomičnim ili punim pozitivnim nabojem). Prvi korak u reakciji nukleofilne supstitucije je jonizacija supstrata kako bi se formirao karbokatation. U ovom slučaju nastaje nova veza zbog elektronskog para nukleofila, a stara se podvrgava heterolitičkom cijepanju s naknadnom eliminacijom kationa. Primjer nukleofilne reakcije je nukleofilna supstitucija (simbol SN SN) na zasićenom atomu ugljika, na primjer, alkalna hidroliza bromo derivata.
1. Nukleofilna supstitucija
2. Nukleofilna adicija
ethanal cijanohidrin
izvor http://foxford.ru/wiki/himiya