Reaktsioonide tunnused orgaanilises keemias. Keemiliste reaktsioonide tüübid orgaanilises keemias - Teadmiste hüpermarket. Keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon mehhanismide järgi
Keemiliste reaktsioonide jagunemine orgaanilisteks ja anorgaanilisteks on pigem tinglik. Tüüpilised orgaanilised reaktsioonid hõlmavad neid, milles osaleb vähemalt üks orgaaniline ühend, mis muudab reaktsiooni käigus oma molekulaarstruktuuri. Seetõttu ei kuulu reaktsioonid, milles orgaanilise ühendi molekul toimib lahusti või ligandina, tüüpiliste orgaaniliste reaktsioonide hulka.
Orgaanilised ja ka anorgaanilised reaktsioonid võib ühiste tunnuste järgi liigitada ülekandereaktsioonideks:
– üks elektron (redoks);
– elektronide paarid (kompleksreaktsioonid);
– prootonid (happe-aluse reaktsioonid);
– aatomirühmad ilma sidemete arvu muutmata (asendus- ja ümberkorraldusreaktsioonid);
- aatomirühmad sidemete arvu muutumisega (liitumis-, elimineerimis-, lagunemisreaktsioonid).
Samal ajal tingib orgaaniliste reaktsioonide mitmekesisus ja originaalsus nende klassifitseerimise vajaduse muude kriteeriumide järgi:
– osakeste arvu muutus reaktsiooni käigus;
- sidemete katkemise olemus;
– reaktiivide elektrooniline olemus;
– algetappide mehhanism;
– aktiveerimise tüüp;
- erasildid;
- reaktsioonide molekulaarsus.
1) Osakeste arvu muutumise järgi reaktsiooni käigus (või substraadi muundumise tüübi järgi) eristatakse asendus-, liitmis-, elimineerimis- (lõhustumis-), lagunemis- ja ümberpaigutusreaktsioone.
Asendusreaktsioonide korral asendatakse substraadi molekulis üks aatom (või aatomite rühm) teise aatomiga (või aatomite rühmaga), mille tulemusena moodustub uus ühend:
CH 3 – CH 3 + C1 2 CH 3 – CH2C1 + HC1
etaan kloor kloroetaan vesinikkloriid
CH 3 – CH 2 C1 + NaOH (vesilahus) CH 3 – CH2OH + NaC1
kloroetaan naatriumhüdroksiid etanool naatriumkloriid
Asendusreaktsiooni mehhanismi sümbolis tähistatakse neid ladina tähega S (inglise keelest "substitution" - asendus).
Liitumisreaktsioonide käigus tekib kahest (või mitmest) molekulist üks uus aine. Sel juhul lisatakse reaktiiv mitme sideme kaudu (C = C, C C, C = Oh S N) substraadi molekulid:
CH 2 = CH2 + HBr → CH2Br – CH 3
etüleenvesinikbromiid bromoetaan
Võttes arvesse liitmisreaktsioonide protsesside mehhanismi sümboolikat, tähistatakse neid tähega A või kombinatsiooniga Ad (inglise keelest "lisamine" - lisamine).
Eliminatsiooni (lõhustumis) reaktsiooni tulemusena eraldatakse substraadist molekul (või osake) ja moodustub uus orgaaniline aine, mis sisaldab mitmiksidet:
CH 3 – CH2OH CH2 = CH2 + H2O
etanool etüleen vesi
Asendusreaktsioonide mehhanismi sümbolis tähistatakse neid tähega E (inglise keelest "elimination" - elimination, splitting off).
Lagunemisreaktsioonid kulgevad reeglina süsinik-süsinik sidemete katkemisega (C – C) ja viia ühest orgaanilisest ainest kahe või enama lihtsama struktuuriga aine moodustumiseni:
CH 3 –
CH(OH) –
UNSD 
CH 3 –
CHO + HCOOH
piimhape atseetaldehüüd sipelghape
Ümberkorraldamine on reaktsioon, mille käigus substraadi struktuur muutub koos toote moodustumisega, mis on algse suhtes isomeerne, st ilma molekulvalemit muutmata. Seda tüüpi teisendusi tähistatakse ladina tähega R (inglise keelest "ümberkorraldamine" - ümberkorraldamine).
Näiteks 1-kloropropaan reorganiseerub alumiiniumkloriidi kui katalüsaatori juuresolekul ümber isomeerseks ühendiks 2-kloropropaaniks.
CH 3 – CH 2 – CH 2 – C1 CH 3 – SNS1 – CH 3
1-kloropropaan 2-kloropropaan
2) Sidemete katkemise olemuse järgi eristatakse homolüütilisi (radikaal), heterolüütilisi (ioonseid) ja sünkroonseid reaktsioone.
Kovalentset sidet aatomite vahel saab lõhkuda nii, et sideme elektronpaar jaguneb kahe aatomi vahel, tekkivad osakesed saavad igaüks ühe elektroni ja muutuvad vabadeks radikaalideks – nad ütlevad, et toimub homolüütiline lõhenemine. Sel juhul moodustub uus side tänu reaktiivi ja substraadi elektronidele.
Radikaalsed reaktsioonid on eriti levinud alkaanide muundumisel (kloorimine, nitreerimine jne).
Heterolüütilise sideme katkestamise meetodiga kantakse ühine elektronpaar üle ühele aatomitest, tekkivad osakesed muutuvad ioonideks, neil on täisarvuline elektrilaeng ning need järgivad elektrostaatilise külgetõmbe- ja tõukeseadusi.
Vastavalt reaktiivide elektroonilisele olemusele jagunevad heterolüütilised reaktsioonid elektrofiilseteks (näiteks alkeenides mitme sideme kaudu või aromaatsetes ühendites vesiniku asendamine) ja nukleofiilseteks (näiteks halogeeni derivaatide hüdrolüüs või alkoholide interaktsioon vesinikhalogeniididega). .
Seda, kas reaktsioonimehhanism on radikaalne või ioonne, saab kindlaks teha, uurides reaktsiooni soodustavaid katsetingimusi.
Niisiis, radikaalsed reaktsioonid, millega kaasneb homolüütilise sideme katkemine:
- kiirendatakse kiiritamisel h, kõrge reaktsioonitemperatuuri tingimustes ainete juuresolekul, mis kergesti lagunevad vabade radikaalide tekkega (näiteks peroksiidid);
- aeglustada vabade radikaalidega kergesti reageerivate ainete (hüdrokinoon, difenüülamiin) juuresolekul;
– toimub tavaliselt mittepolaarsetes lahustites või gaasifaasis;
– on sageli autokatalüütilised ja neid iseloomustab induktsiooniperiood.
Ioonreaktsioonid, millega kaasneb heterolüütilise sideme lõhustumine:
– kiirenevad hapete või aluste juuresolekul ning neid ei mõjuta valgus ega vabad radikaalid;
– neid ei mõjuta vabade radikaalide püüdjad;
– lahusti iseloom mõjutab reaktsiooni kiirust ja suunda;
- harva minna gaasifaasi.
Sünkroonsed reaktsioonid kulgevad ilma vahepealse ioonide ja radikaalide moodustumiseta: vanade sidemete katkemine ja uute sidemete teke toimub sünkroonselt (samaaegselt). Sünkroonse reaktsiooni näide on d 
jeeni süntees – Dielsi-Alderi reaktsioon.
Pange tähele, et spetsiaalne nool, mida kasutatakse kovalentse sideme homolüütilise katkemise tähistamiseks, tähendab ühe elektroni liikumist.
3) Sõltuvalt reaktiivide elektroonilisest olemusest jagatakse reaktsioonid nukleofiilseteks, elektrofiilseteks ja vabade radikaalide reaktsioonideks.
Vabad radikaalid on elektriliselt neutraalsed osakesed, millel on paardumata elektronid, näiteks: Cl , NO 2, 
.
Reaktsioonimehhanismi sümbolis tähistatakse radikaalseid reaktsioone alaindeksiga R.
Nukleofiilsed reagendid on ühe- või mitmeaatomilised anioonid või elektriliselt neutraalsed molekulid, mille keskpunktid on suurenenud osalise negatiivse laenguga. Nende hulka kuuluvad sellised anioonid ja neutraalsed molekulid nagu HO-, RO-, Cl-, Br-, RCOO-, CN-, R-, NH3, C2H5OH jne.
Reaktsioonimehhanismi sümbolis tähistatakse radikaalseid reaktsioone alaindeksiga N.
Elektrofiilsed reaktiivid on katioonid, lihtsad või komplekssed molekulid, millel on iseenesest või katalüsaatori juuresolekul suurenenud afiinsus elektronpaari või molekulide negatiivselt laetud tsentrite suhtes. Nende hulka kuuluvad katioonid H +, Cl +, + NO 2, + SO 3 H, R + ja vabade orbitaalidega molekulid: AlCl 3, ZnCl 2 jne.
Mehhanismi sümbolis on elektrofiilsed reaktsioonid tähistatud alaindeksiga E.
Nukleofiilid on elektronide doonorid ja elektrofiilid on nende aktseptorid.
Elektrofiilseid ja nukleofiilseid reaktsioone võib pidada happe-aluseks; See lähenemine põhineb üldistatud hapete ja aluste teoorial (Lewise happed on elektronpaari aktseptor, Lewise alused on elektronpaari doonor).
Siiski tuleks eristada mõisteid elektrofiilsus ja happesus, samuti nukleofiilsus ja aluselisus, sest need pole identsed. Näiteks aluselisus peegeldab afiinsust prootoni suhtes ja nukleofiilsust hinnatakse kõige sagedamini kui afiinsust süsinikuaatomi suhtes:
OH - + H + H 2 O hüdroksiidioon alusena
OH - + CH 3 + CH 3 OH hüdroksiidi ioon nukleofiilina
4) Sõltuvalt elementaaretappide mehhanismist võivad orgaaniliste ühendite reaktsioonid olla väga erinevad: nukleofiilne asendus S N, elektrofiilne asendus S E, vabade radikaalide asendus S R, paariline eliminatsioon ehk E eliminatsioon, Ad E nukleofiilne või elektrofiilne lisamine ja Kuulutus N jne.
5) Aktiveerimise tüübi järgi jagunevad reaktsioonid katalüütilisteks, mittekatalüütilisteks ja fotokeemilisteks.
Katalüütilised reaktsioonid on need reaktsioonid, mis nõuavad katalüsaatori olemasolu. Kui hape toimib katalüsaatorina, siis räägime happekatalüüsist. Happega katalüüsitud reaktsioonid hõlmavad näiteks esterdamisreaktsioone estrite moodustumisega, alkoholide dehüdratsiooni koos küllastumata ühendite moodustumisega jne.
Kui katalüsaatoriks on alus, siis räägime aluselisest katalüüsist (nagu allpool näidatud, on see tüüpiline triatsüülglütseroolide metanolüüsi puhul).
Mittekatalüütilised on reaktsioonid, mis ei nõua katalüsaatori olemasolu. Need kiirenevad ainult temperatuuri tõustes, mistõttu nimetatakse neid mõnikord termilisteks, kuigi seda terminit laialdaselt ei kasutata. Nende reaktsioonide lähtereaktiivid on väga polaarsed või laetud osakesed. Need võivad olla näiteks hüdrolüüsireaktsioonid, happe-aluse interaktsioonid.
Fotokeemilised reaktsioonid aktiveeruvad kiiritamisel (footonid, h); need reaktsioonid ei toimu pimedas isegi olulise kuumutamise korral. Kiiritusprotsessi efektiivsust mõõdetakse kvantsaagisega, mis on defineeritud kui reageerinud reagendi molekulide arv ühe neeldunud valguskvanti kohta. Mõnda reaktsiooni iseloomustab ühikust väiksem kvantsaagis, teiste puhul, näiteks alkaanide halogeenimise ahelreaktsioonide puhul, võib see saagis ulatuda 10 6-ni.
6) Konkreetsete tunnuste järgi on reaktsioonide klassifikatsioon äärmiselt mitmekesine: hüdratsioon ja dehüdratsioon, hüdrogeenimine ja dehüdrogeenimine, nitreerimine, sulfoonimine, halogeenimine, atsüülimine, alküülimine, karboksüülimine ja dekarboksüülimine, enoliseerimine, tsüklite sulgemine ja avamine, isomerisatsioon, oksüdatiivne lagunemine, pürolüüs, polümerisatsioon, kondensatsioon ja teised
7) Orgaanilise reaktsiooni molekulaarsus määratakse molekulide arvuga, milles kovalentsete sidemete reaalne muutus toimub reaktsiooni kõige aeglasemas etapis, mis määrab selle kiiruse. On järgmist tüüpi reaktsioone:
- monomolekulaarne - üks molekul osaleb piiravas etapis;
- bimolekulaarne - selliseid molekule on kaks jne.
Molekulaarsust üle kolme reeglina ei eksisteeri. Erandiks on topokeemilised (tahkefaasilised) reaktsioonid.
Molekulaarsus kajastub reaktsioonimehhanismi sümbolis sobiva arvu lisamisega, näiteks: S N 2 - nukleofiilne bimolekulaarne asendus, S E 1 - elektrofiilne monomolekulaarne asendus; E1 - monomolekulaarne eliminatsioon jne.
Vaatame mõnda näidet.
Näide 1. Vesinikuaatomeid alkaanides saab asendada halogeeni aatomitega:
CH 4 + C1 2 CH 3 C1 + HC1
Reaktsioon kulgeb ahelradikaali mehhanismi abil (ründav osake on klooriradikaal C1 ). Seega on reaktiivide elektroonilise olemuse tõttu tegemist vabade radikaalide reaktsiooniga; vastavalt osakeste arvu muutumisele - asendusreaktsioon; vastavalt sideme rebenemise olemusele - homolüütiline reaktsioon; aktiveerimise tüüp - fotokeemiline või termiline; konkreetsetel põhjustel - halogeenimine; reaktsioonimehhanism - S R .
Näide 2. Vesinikuaatomeid alkaanides saab asendada nitrorühmaga. Seda reaktsiooni nimetatakse nitreerimisreaktsiooniks ja see järgib skeemi:
R – H + HO – NR 2 R – NO 2 + H 2 O
Nitreerimisreaktsioon alkaanides järgib samuti ahelradikaalmehhanismi. Seega on reaktiivide elektroonilise olemuse tõttu tegemist vabade radikaalide reaktsiooniga; vastavalt osakeste arvu muutumisele - asendusreaktsioon; vastavalt sideme katkemise olemusele - homolüütiline; aktiveerimise tüüp - termiline; konkreetsetel põhjustel - nitreerimine; mehhanismi järgi - S R .
Näide 3. Alkeenid seovad kergesti kaksiksidemega vesinikhalogeniidi:
CH 3 – CH = CH2 + HBr → CH 3 – CHBr – CH3.
Reaktsioon võib kulgeda vastavalt elektrofiilse lisamise mehhanismile, mis tähendab, et vastavalt reaktiivide elektroonilisele olemusele on reaktsioon elektrofiilne (ründavaks osakeseks on H +); vastavalt osakeste arvu muutumisele - liitumisreaktsioon; vastavalt sideme rebenemise olemusele - heterolüütiline; konkreetsetel põhjustel – hüdrohalogeenimine; mehhanismi järgi - Ad E .
Sama reaktsioon peroksiidide juuresolekul võib toimuda radikaalse mehhanismi abil, siis on reaktsioon reaktiivide elektroonilise olemuse tõttu radikaalne (ründav osake - Br ); vastavalt osakeste arvu muutumisele - liitumisreaktsioon; vastavalt sideme katkemise olemusele - homolüütiline; konkreetsetel põhjustel – hüdrohalogeenimine; mehhanismi järgi - Ad R .
Näide 4. Alküülhalogeniidide aluselise hüdrolüüsi reaktsioon kulgeb bimolekulaarse nukleofiilse asendusmehhanismi järgi.
CH 3 CH 2 I + NaOH CH 3 CH 2 OH + NaI
Seega on reaktsioon reaktiivide elektroonilise olemuse tõttu nukleofiilne (ründav osake - OH -); vastavalt osakeste arvu muutumisele - asendusreaktsioon; vastavalt sideme rebenemise olemusele - heterolüütiline, konkreetsete tunnuste järgi - hüdrolüüs; vastavalt mehhanismile - S N 2.
Näide 5. Kui alküülhalogeniidid interakteeruvad leeliste alkoholilahustega, tekivad alkeenid.
CH3CH2CH2Br 
[CH 3 CH 2 C + H 2] CH 3 CH =
CH2 + H+
Seda seletatakse asjaoluga, et tekkivat karbokatiooni stabiliseeritakse mitte hüdroksüüliooni lisamisega, mille kontsentratsioon alkoholis on tühine, vaid prootoni elimineerimisega naabersüsinikuaatomist. Reaktsioon osakeste arvu muutmisega - eraldumine; vastavalt sideme rebenemise olemusele - heterolüütiline; konkreetsetel põhjustel - dehüdrohalogeenimine; vastavalt mehhanismile - E kõrvaldamine.
testi küsimused
1. Loetlege märgid, mille järgi orgaanilisi reaktsioone klassifitseeritakse.
2. Kuidas saab klassifitseerida järgmisi reaktsioone:
– tolueeni sulfoonimine;
– etanooli ja väävelhappe koostoime etüleeni moodustumisega;
– propeeni broomimine;
- margariini süntees taimeõlist.
Kõige sagedamini klassifitseeritakse orgaanilised reaktsioonid reageerivate osakeste keemiliste sidemete katkemise tüübi järgi. Neist saab eristada kahte suurt reaktsioonirühma – radikaalset ja ioonset.
Radikaalsed reaktsioonid- need on protsessid, mis käivad koos kovalentse sideme hemolüütilise katkemisega. Hemolüütilise rebenemise käigus jagatakse sidet moodustav elektronide paar nii, et iga moodustunud osake saab ühe elektroni. Hemolüütilise rebendi tagajärjel tekivad vabad radikaalid: />
X :Y→X. +.Y
Neutraalset aatomit või osakest, millel on paaritu elektron, nimetatakse vaba radikaal.
Ioonreaktsioonid on protsessid, mis toimuvad koos heterolüütiline kovalentsete sidemete purunemine, kui mõlemad sideme elektronid jäävad ühega varem seotud osakestest.
X:Y → X + + :Y —
Tulemusena heterolüütiline sideme katkemisel saadakse laetud osakesed: nukleofiilsed ja elektrofiilsed.
Nukleofiilne osake (nukleofiil) on osake, mille välisel elektroonilisel tasandil on paar elektrone. Tänu elektronide paarile on nukleofiilil võimalik moodustada uus kovalentne side.
Elektrofiilne osake (elektrofiil) on osake, millel on välisel elektroonilisel tasandil vaba orbitaal. Elektrofiil kujutab endast täitmata vabu orbitaale kovalentse sideme moodustamiseks tänu osakese elektronidele, millega see interakteerub.
Süsinikuaatomil positiivse laenguga osakest nimetatakse karbokatiooniks.
Teise klassifikatsiooni järgi jagunevad orgaanilised reaktsioonid termilisteks, mis tulenevad molekulide kokkupõrgetest nende termilise liikumise ajal, ja fotokeemilisteks, mille käigus molekulid neelates valguskvanti Av lähevad kõrgemasse energiaolekusse ja seejärel läbivad keemilised muundumised. Samade lähteühendite puhul põhjustavad termilised ja fotokeemilised reaktsioonid tavaliselt erinevaid saadusi. Klassikaline näide on siin benseeni termiline ja fotokeemiline kloorimine – esimesel juhul tekib klorobenseen, teisel juhul heksaklorotsükloheksaan.
Lisaks liigitatakse orgaanilises keemias reaktsioone sageli samamoodi nagu anorgaanilises keemias – vastavalt struktuurne omadus. Orgaanilises keemias vaadeldakse kõiki struktuurimuutusi reaktsioonis osaleva süsinikuaatomi (või aatomite) suhtes. Kõige tavalisemad teisenduste tüübid on:
1) R-CH=CH2 + XY/>→ RCHX-CH2Y lisamine;
2) asendus R-CH2X + Y/>→ R-CH2Y + X;
3) R-CHX-CH2 Y/>→ R-CH=CH2 + XY lõhustamine;
(elimineerimine)
4) polümerisatsioon n (CH2 \u003d CH2) /> → (-CH2-CH2-) n
Enamikul juhtudel moodustub elimineeritav molekul kahe naabersüsinikuaatomitest eraldatud osakese kombinatsioonil. Sellist protsessi nimetatakse 1,2-eliminatsioon.
Lisaks ülaltoodud neljale lihtsate mehhanismide, reaktsioonide tüübile kasutatakse praktikas mõningate reaktsioonide klasside jaoks järgmisi nimetusi, mis on toodud allpool.
Oksüdatsioon on reaktsioon, mille käigus aine ühineb oksüdeeriva reagendi toimel hapnikuga (või mõne muu elektronegatiivse elemendiga, näiteks halogeeniga) või kaotab vesiniku (vee või molekulaarse vesiniku kujul).
Oksüdeeriva reagendi toime (oksüdatsioon) on reaktsiooniskeemil tähistatud sümboliga [O] ja redutseeriva reagendi toime (redutseerimine) sümboliga [H].
Hüdrogeenimine on reaktsioon, mis on redutseerimise erijuht. Vesinik lisatakse katalüsaatori juuresolekul mitmiksidemele või aromaatsetele tuumadele. />
Kondensatsioon on reaktsioon, mille käigus toimub ahela kasv. Kõigepealt toimub kinnitumine, tavaliselt järgneb eliminatsioon.
Pürolüüs on reaktsioon, mille käigus ühend läbib termilise lagunemise õhu puudumisel (ja tavaliselt alandatud rõhul), moodustades ühe või mitu toodet. Pürolüüsi näide on kivisöe termiline lagunemine. Mõnikord kasutatakse pürolüüsi asemel terminit "kuivdestilleerimine" (kivisöe lagunemise puhul kasutatakse ka terminit "karboniseerimine").
Mõned reaktsioonid saavad oma nimed toodete järgi, milleni need viivad. Niisiis, kui molekuli sisestatakse metüülrühm, siis räägitakse metüülimisest, kui atsetüülist - siis atsetüülimisest, kui kloorist - siis umbes kloorimine jne.
>> Keemia: keemiliste reaktsioonide tüübid orgaanilises keemias
Orgaaniliste ainete reaktsioonid võib formaalselt jagada nelja põhiliiki: asendamine, lisamine, elimineerimine (eliminatsioon) ja ümberkorraldamine (isomerisatsioon). On ilmne, et kõiki orgaaniliste ühendite reaktsioone ei saa taandada kavandatud klassifikatsiooni raamistikku (näiteks põlemisreaktsioonid). Selline klassifikatsioon aitab aga luua analoogiaid anorgaaniliste ainete vahel toimuvate reaktsioonide klassifikatsioonidega, mis on teile juba tuttavad anorgaanilise keemia kursusest.
Reeglina nimetatakse peamist reaktsioonis osalevat orgaanilist ühendit substraadiks ja reaktsiooni teist komponenti peetakse tinglikult reagendiks.
Asendusreaktsioonid
Reaktsioone, mille tulemuseks on ühe aatomi või aatomirühma asendamine algses molekulis (substraadis) teiste aatomite või aatomirühmadega, nimetatakse asendusreaktsioonideks.
Asendusreaktsioonid hõlmavad küllastunud ja aromaatseid ühendeid, nagu alkaanid, tsükloalkaanid või areenid.
Toome näiteid selliste reaktsioonide kohta.
Orgaaniline keemia tekkis nende ainete uurimisel, mida ekstraheeriti taimsetest ja loomsetest organismidest, mis koosnesid peamiselt orgaanilistest ühenditest. Just see määras selliste ühendite puhtajaloolise nimetuse (organism – orgaaniline). Mõned orgaanilise keemia tehnoloogiad tekkisid iidsetel aegadel, näiteks alkohoolne ja äädikhape, orgaaniliste indigo- ja alisariinvärvide kasutamine, nahaparkimisprotsessid jne. Pikka aega suutsid keemikud orgaanilisi ühendeid ainult eraldada ja analüüsida, kuid mitte. saada neid kunstlikult, mistõttu tekkis usk, et orgaanilisi ühendeid saab kätte vaid elusorganismide abiga.
Alates 19. sajandi teisest poolest. orgaanilise sünteesi meetodid hakkasid intensiivselt arenema, mis võimaldas järk-järgult ületada väljakujunenud pettekujutelma. Esmakordselt teostas orgaaniliste ühendite sünteesi laboris Friedrich Wöhler (perioodil 1824–1828), tsüanogeeni hüdrolüüsi käigus sai ta eelnevalt taimedest eraldatud oblikhappe ja kuumutamisel. ammooniumtsüanaat molekuli ümberkorraldamise tõttu ( cm. ISOMERIA) sai elusorganismide jääkprodukti karbamiidi (joon. 1. Esimene orgaaniliste ühendite süntees).
Nüüd on palju elusorganismides esinevaid ühendeid võimalik saada laboris, lisaks saavad keemikud pidevalt kätte orgaanilised ühendid, mida eluslooduses ei leidu.
Orgaanilise keemia kui iseseisva teaduse kujunemine toimus 19. sajandi keskel, mil tänu keemiateadlaste pingutustele hakkasid kujunema ettekujutused orgaaniliste ühendite struktuurist. Märkimisväärseimat rolli mängisid E. Franklandi (defineeris valentsi mõiste), F. Kekule (määras süsiniku neljavalentsi ja benseeni struktuuri), A. Cooperi (pakkus välja valentsjoone sümboli, mis on kasutatakse tänapäevalgi, ühendades aatomeid struktuurivalemite kujutamisel ) , A.M. Butlerov (loos keemilise struktuuri teooria, mis põhineb positsioonil, mille kohaselt ei määra ühendi omadused mitte ainult selle koostis, vaid ka aatomite ühendamise järjekord).
Järgmine oluline etapp orgaanilise keemia arengus on seotud J. Van't Hoffi töödega, kes muutis keemikute mõtteviisi, tehes ettepaneku liikuda struktuurivalemite lamedalt kujutiselt aatomite ruumilise paigutuse poole. molekuliks, mistõttu keemikud hakkasid molekule pidama mahulisteks kehadeks.
Ideed orgaaniliste ühendite keemiliste sidemete olemuse kohta sõnastas esmakordselt G. Lewis, kes väitis, et molekulis olevad aatomid on ühendatud elektronidega: üldistatud elektronide paar loob lihtsa sideme ja vastavalt kaks või kolm paari moodustavad sideme. topelt- ja kolmikside. Arvestades elektrontiheduse jaotust molekulides (näiteks selle nihkumist elektronegatiivsete aatomite O, Cl jne mõjul), suutsid keemikud selgitada paljude ühendite reaktsioonivõimet, s.o. nende osalemise võimalus teatud reaktsioonides.
Kvantmehaanika poolt määratud elektroni omaduste arvestamine viis kvantkeemia väljatöötamiseni, kasutades molekulaarorbitaalide kontseptsiooni. Nüüd teeb kvantkeemia, mis on paljudes näidetes oma ennustamisjõudu näidanud, edukalt koostööd eksperimentaalse orgaanilise keemiaga.
Väikest rühma süsinikuühendeid ei klassifitseerita orgaanilisteks: süsihape ja selle soolad (karbonaadid), vesiniktsüaniidhape HCN ja selle soolad (tsüaniidid), metallikarbiidid ja mõned teised süsinikuühendid, mida uuritakse anorgaanilise keemiaga.
Orgaanilise keemia põhijooneks on ühendite erakordne mitmekesisus, mis tekkis tänu süsinikuaatomite võimele üksteisega peaaegu piiramatul arvul ühineda, moodustades ahelate ja tsüklite kujul molekule. Veelgi suurem mitmekesisus saavutatakse hapniku-, lämmastiku- jne aatomite kaasamisega süsinikuaatomite vahele Isomeeria nähtus, mille tõttu võivad sama koostisega molekulid olla erineva struktuuriga, suurendab veelgi orgaaniliste ühendite mitmekesisust. Praeguseks on teada üle 10 miljoni orgaanilise ühendi ja nende arv kasvab igal aastal 200-300 tuhande võrra.
Orgaaniliste ühendite klassifikatsioon.
Klassifikatsiooni aluseks on võetud süsivesinikud, neid loetakse orgaanilises keemias põhiühenditeks. Kõiki teisi orgaanilisi ühendeid käsitletakse nende derivaatidena.
Süsivesinike süstematiseerimisel võetakse arvesse süsiniku karkassi struktuuri ja süsinikuaatomeid ühendavate sidemete tüüpi.
I. ALIFAATNE (aleifatos. kreeka keelõli) süsivesinikud on lineaarsed või hargnenud ahelad ja ei sisalda tsüklilisi fragmente, moodustavad kaks suurt rühma.
1. Küllastunud või küllastunud süsivesinikud (nimetatakse nii, sest nad ei ole võimelised midagi siduma) on süsinikuaatomite ahelad, mis on ühendatud lihtsate sidemetega ja mida ümbritsevad vesinikuaatomid (joonis 1). Kui ketil on oksad, lisatakse nimele eesliide iso. Lihtsaim küllastunud süsivesinik on metaan ja paljud neist ühenditest saavad alguse sellest.
Riis. 2. KÜLLATUD SÜSIVESIINID
Peamised küllastunud süsivesinike allikad on nafta ja maagaas. Küllastunud süsivesinike reaktsioonivõime on väga madal, nad saavad reageerida ainult kõige agressiivsemate ainetega, nagu halogeenid või lämmastikhape. Kui küllastunud süsivesinikke kuumutatakse üle 450 ° C ilma õhu juurdepääsuta, katkevad C-C sidemed ja moodustuvad lühendatud süsinikuahelaga ühendid. Kõrge temperatuuriga kokkupuude hapniku juuresolekul põhjustab nende täielikku põlemist CO 2 -ks ja veeks, mis võimaldab neid tõhusalt kasutada gaasilise (metaan-propaan) või vedela mootorikütusena (oktaaniarv).
Kui üks või mitu vesinikuaatomit asendatakse mõne funktsionaalse (s.t. järgnevateks muundumisvõimeliste) rühmaga, tekivad vastavad süsivesinike derivaadid. C-OH rühma sisaldavaid ühendeid nimetatakse alkoholideks, HC=O - aldehüüdideks, COOH - karboksüülhapeteks (lisatakse sõna "karboksüül", et eristada neid tavalistest mineraalhapetest, näiteks vesinikkloriid- või väävelhape). Ühend võib üheaegselt sisaldada erinevaid funktsionaalseid rühmi, näiteks COOH ja NH2, selliseid ühendeid nimetatakse aminohapeteks. Halogeenide või nitrorühmade lisamine süsivesinike koostisesse viib vastavalt halogeen- või nitroderivaatideni (joonis 3).
Riis. 4. NÄITED KÜLLATUD SÜSIVESIINIKEEST funktsionaalrühmadega
Kõik näidatud süsivesinike derivaadid moodustavad suuri orgaaniliste ühendite rühmi: alkoholid, aldehüüdid, happed, halogeenderivaadid jne. Kuna molekuli süsivesinike osa on väga madala reaktsioonivõimega, siis määravad selliste ühendite keemilise käitumise funktsionaalrühmade -OH, -COOH, -Cl, -NO 2 jne keemilised omadused.
2. Küllastumata süsivesinikel on samasugused põhiahela struktuuri variandid nagu küllastunud süsivesinikel, kuid need sisaldavad süsinikuaatomite vahel kaksik- või kolmiksidemeid (joonis 6). Lihtsaim küllastumata süsivesinik on etüleen.
Riis. 6. KÜLLASTAMATA SÜSIVESIINID
Kõige tüüpilisem küllastumata süsivesinike puhul on liitmine mitmiksidemega (joonis 8), mis võimaldab nende baasil sünteesida erinevaid orgaanilisi ühendeid.
Riis. kaheksa. REAGENTIDE LISAMINE küllastumata ühenditeks mitme sideme kaudu
Teine oluline kaksiksidemega ühendite omadus on polümerisatsioonivõime (joonis 9.), kaksiksidemed avanevad sel juhul, mille tulemusena tekivad pikad süsivesinikahelad.
Riis. üheksa. ETÜLEENI POLÜMERISEERIMINE
Eelnimetatud funktsionaalrühmade lisamine küllastumata süsivesinike koostisesse, nii nagu ka küllastunud süsivesinike puhul, toob kaasa vastavad derivaadid, millest moodustuvad ka vastavate orgaaniliste ühendite suured rühmad - küllastumata alkoholid, aldehüüdid jne. (joonis 10).
Riis. kümme. KÜLLASTAMATA SÜSIVESIINID funktsionaalrühmadega
Näidatud ühenditele on antud lihtsustatud nimetused, täpne asukoht mitmesidemete ja funktsionaalrühmade molekulis on näidatud ühendi nimetuses, mis on koostatud spetsiaalselt väljatöötatud reeglite järgi.
Selliste ühendite keemilise käitumise määravad nii mitmiksidemete kui ka funktsionaalrühmade omadused.
II. SÜSITIKULISED SÜSIVESIINID sisaldavad tsüklilisi fragmente, mis on moodustunud ainult süsinikuaatomitest. Nad moodustavad kaks suurt rühma.
1. Alitsüklilised (st samaaegselt nii alifaatsed kui ka tsüklilised) süsivesinikud. Nendes ühendites võivad tsüklilised fragmendid sisaldada nii üksik- kui ka mitmiksidemeid, lisaks võivad ühendid sisaldada mitut tsüklilist fragmenti, nende ühendite nimetusse on lisatud eesliide “cyclo”, lihtsaim alitsükliline ühend on tsüklopropaan (joon. 12).
Riis. 12. ALITSÜLILISED SÜSIVESIINID
Lisaks ülaltoodutele on tsükliliste fragmentide ühendamiseks ka teisi võimalusi, näiteks võib neil olla üks ühine aatom (nn spirotsüklilised ühendid) või need võivad olla ühendatud nii, et kaks või enam aatomit on ühised. mõlemale tsüklile (bitsüklilised ühendid), kolme ja enama tsükli kombineerimisel on võimalik ka süsivesinike karkasside teke (joon. 14).
Riis. neliteist. TÜKLITE ÜHENDAMISE VÕIMALUSED alitsüklilistes ühendites: spirotsüklid, jalgrattad ja karkassid. Spiro- ja bitsükliliste ühendite nimetused viitavad sellele, et alifaatne süsivesinik, mis sisaldab sama süsinikuaatomite koguarvu, näiteks joonisel kujutatud spirotsükkel sisaldab kaheksa süsinikuaatomit, seega on selle nimi üles ehitatud sõna "oktaan" alusel. . Adamantaanis on aatomid paigutatud samamoodi nagu teemandi kristallvõres, mis määras selle nime ( kreeka keel adamantos - teemant)
Paljud mono- ja bitsüklilised alitsüklilised süsivesinikud, aga ka adamantaani derivaadid on osa naftast, nende üldnimetus on nafteenid.
Keemiliste omaduste poolest on alitsüklilised süsivesinikud lähedased vastavatele alifaatsetele ühenditele, kuid neil on tsüklilise struktuuriga seotud lisaomadus: väikesed tsüklid (3-6-liikmelised) on võimelised avanema mõne reaktiivi lisamisel (joon. 15). ).
Riis. viisteist. ALITSÜLILISTE SÜSIVESIKUTE REAKTSIOONID, jätkates tsükli avamisega
Erinevate funktsionaalrühmade lisamine alitsükliliste süsivesinike koostisesse toob kaasa vastavad derivaadid - alkoholid, ketoonid jne. (joonis 16).
Riis. kuusteist. ALITSÜLILISED SÜSIVESIINID funktsionaalrühmadega
2. Teise suure karbotsükliliste ühendite rühma moodustavad benseeni tüüpi aromaatsed süsivesinikud, st mis sisaldavad oma koostises ühte või mitut benseenitsüklit (on ka mittebenseeni tüüpi aromaatseid ühendeid () cm. AROMAATSUS). Kuid need võivad sisaldada ka küllastunud või küllastumata süsivesinikahelate fragmente (joonis 18).
Riis. kaheksateist. AROMAATSED SÜSIVESIINID.
On rühm ühendeid, milles benseenitsüklid näivad olevat kokku joodetud, need on nn kondenseerunud aromaatsed ühendid (joon. 20).
Riis. 20. KONDENSEERITUD AROMAATSED ÜHENDID
Paljud aromaatsed ühendid, sealhulgas kondenseeritud (naftaleen ja selle derivaadid), on õli osa, nende ühendite teine allikas on kivisöetõrv.
Benseenitsüklitele ei ole iseloomulikud suurte raskustega ja karmides tingimustes toimuvad liitumisreaktsioonid, nende puhul on tüüpilisemad reaktsioonid vesinikuaatomite asendusreaktsioonid (joonis 21).
Riis. 21. ASENDUSREAKTSIOONID vesinikuaatomid aromaatses tuumas.
Lisaks benseeni tuumaga seotud funktsionaalrühmadele (halogeen-, nitro- ja atsetüülrühmad) (joonis 21) saab sisse viia ka teisi rühmi, mille tulemuseks on vastavad aromaatsete ühendite derivaadid (joonis 22), mis moodustavad suuri klasse. orgaanilised ühendid - fenoolid, aromaatsed amiinid jne.
Riis. 22. AROMAATSED ÜHENDID funktsionaalrühmadega. Ühendeid, milles ne-OH rühm on seotud aromaatse tuuma süsinikuaatomiga, nimetatakse fenoolideks, vastupidiselt alifaatsetele ühenditele, kus selliseid ühendeid nimetatakse alkoholideks.
III. HETEROTSÜKLILISED SÜSIVESIINID sisaldavad tsükli koostises (lisaks süsinikuaatomitele) mitmesuguseid heteroaatomeid: O, N, S. Tsüklid võivad olla erineva suurusega, sisaldada nii üksik- kui ka mitmiksidemeid, aga ka heterotsükliga seotud süsivesinikasendajaid. On võimalusi, kui heterotsükkel on benseenitsükli külge joodetud (joonis 24).
Riis. 24. HETEROTSÜLILISED ÜHENDID. Nende nimed on välja kujunenud ajalooliselt, näiteks sai furaan oma nime furaanaldehüüdist - furfuraalist, mis on saadud kliidest ( lat. furfur - kliid). Kõikide näidatud ühendite puhul on liitumisreaktsioonid keerulised ja asendusreaktsioonid üsna lihtsad. Seega on tegemist mittebenseeni tüüpi aromaatsete ühenditega.
Selle klassi ühendite mitmekesisus suureneb veelgi tänu sellele, et heterotsükkel võib tsüklis sisaldada kahte või enamat heteroaatomit (joonis 26).
Riis. 26. HETEROTSIKLID kahe või enama heteroaatomiga.
Samamoodi nagu varem käsitletud alifaatsed, alitsüklilised ja aromaatsed süsivesinikud, võivad heterotsüklid sisaldada erinevaid funktsionaalseid rühmi (-OH, -COOH, -NH 2 jne) ning mõnel juhul võib heteroaatomit tsüklis käsitleda ka kui heteroaatomit. funktsionaalrühm, kuna see on võimeline osalema vastavates teisendustes (joonis 27).
Riis. 27. HETEROATOM N funktsionaalse rühmana. Viimase ühendi nimes näitab täht "N", millise aatomiga metüülrühm on seotud.
Orgaanilise keemia reaktsioonid.
Erinevalt anorgaanilise keemia reaktsioonidest, kus ioonid interakteeruvad suure kiirusega (mõnikord hetkeliselt), osalevad orgaaniliste ühendite reaktsioonides tavaliselt kovalentseid sidemeid sisaldavad molekulid. Seetõttu kulgevad kõik interaktsioonid palju aeglasemalt kui ioonsete ühendite puhul (vahel kümneid tunde), sageli kõrgendatud temperatuuridel ja protsessi kiirendavate ainete – katalüsaatorite – juuresolekul. Paljud reaktsioonid kulgevad vaheetappide kaudu või mitmes paralleelses suunas, mis viib soovitud ühendi saagise märgatava vähenemiseni. Seetõttu kasutatakse reaktsioonide kirjeldamisel numbriliste koefitsientidega võrrandite asemel (mis on anorgaanilises keemias traditsiooniliselt aktsepteeritud) sageli reaktsiooniskeeme ilma stöhhiomeetrilisi suhteid täpsustamata.
Orgaaniliste reaktsioonide suurte klasside nimetust seostatakse sageli aktiivse reagendi keemilise olemusega või ühendisse sisestatud orgaanilise rühma tüübiga:
a) halogeenimine - halogeeni aatomi sisestamine (joonis 8, esimene reaktsiooniskeem),
b) hüdrokloorimine, s.o. kokkupuude HCl-ga (joonis 8, teine reaktsiooniskeem)
c) nitreerimine - nitrorühma NO 2 sisseviimine (joonis 21, reaktsiooni teine suund)
d) metalliseerimine - metalli aatomi sisseviimine (joon. 27, esimene etapp)
a) alküülimine - alküülrühma sisseviimine (joonis 27, teine etapp)
b) atsüülimine - atsüülrühma RC(O)- sisseviimine (joonis 27, teine etapp)
Mõnikord viitab reaktsiooni nimetus molekuli ümberpaigutamise tunnustele, näiteks tsüklistumine – tsükli teke, detsükliseerimine – tsükli avanemine (joonis 15).
Suure klassi moodustavad kondensatsioonireaktsioonid ( lat. condensatio - tihendamine, paksenemine), mille käigus moodustuvad uued C-C sidemed koos kergesti eemaldatavate anorgaaniliste või orgaaniliste ühendite moodustumisega. Kondenseerumist, millega kaasneb vee eraldumine, nimetatakse dehüdratsiooniks. Kondensatsiooniprotsessid võivad toimuda ka intramolekulaarselt, st ühe molekuli sees (joonis 28).
Riis. 29. ELMINATSIOONI REAKTSIOONID
Variandid on võimalikud, kui ühiselt realiseeritakse mitut tüüpi teisendusi, mida on näidatud allpool ühendi näitel, milles kuumutamisel toimuvad erinevat tüüpi protsessid. Limashappe termilise kondenseerumise käigus (joonis 30) toimub molekulisisene dehüdratsioon ja sellele järgnev CO 2 eliminatsioon.
Riis. kolmkümmend. MUUHAPE MUUTMINE(saadud tammetõrusiirupist) püromukooshappeks, mida nimetatakse seetõttu, et seda saadakse lima kuumutamisel. Püroslimahape on heterotsükliline ühend - furaan, millele on lisatud funktsionaalne (karboksüül)rühm. Reaktsiooni käigus katkevad C-O, CH sidemed ning tekivad uued C-H ja C-C sidemed.
On reaktsioone, mille käigus molekuli ümberpaigutamine toimub koostist muutmata ( cm. ISOMERISEERIMINE).
Uurimismeetodid orgaanilises keemias.
Kaasaegne orgaaniline keemia kasutab lisaks elemendianalüüsile palju füüsikalisi uurimismeetodeid. Kõige keerulisemad ainete segud eraldatakse koostisosadeks kromatograafia abil, mis põhineb ainete lahuste või aurude liikumisel läbi sorbendikihi. Infrapunaspektroskoopia - infrapuna (termiliste) kiirte edastamine läbi lahuse või õhukese ainekihi - võimaldab teil tuvastada molekuli teatud fragmentide, näiteks rühmade C 6 H 5, C \ olemasolu aines. u003d O, NH 2 jne.
Ultraviolettspektroskoopia, mida nimetatakse ka elektrooniliseks, kannab teavet molekuli elektroonilise oleku kohta; see on tundlik mitmete sidemete ja aromaatsete fragmentide olemasolu suhtes aines. Kristalliliste ainete analüüs röntgenkiirte abil (röntgendifraktsioonanalüüs) annab kolmemõõtmelise pildi aatomite paigutusest molekulis, mis on sarnane ülaltoodud animeeritud joonistel kujutatuga ehk teisisõnu võimaldab näha molekuli struktuur oma silmaga.
Spektraalmeetod - tuumamagnetresonants, mis põhineb tuumade magnetmomentide resonantsinteraktsioonil välise magnetväljaga, võimaldab eristada ühe elemendi, näiteks vesiniku aatomeid, mis asuvad molekuli erinevates fragmentides (in süsivesiniku skelett, hüdroksüül-, karboksüül- või aminorühmas), samuti määrata nende osakaal. Sarnane analüüs on võimalik ka tuumade C, N, F jne puhul. Kõik need kaasaegsed füüsikalised meetodid on viinud intensiivse orgaanilise keemia uurimiseni – on saanud võimalikuks nende probleemide kiire lahendamine, mis varem kestsid aastaid.
Mõned orgaanilise keemia osad on kujunenud suurte iseseisvate valdkondadena, näiteks looduslike ainete, ravimite, värvainete keemia ja polümeeride keemia. 20. sajandi keskel orgaaniliste elementide ühendite keemia hakkas arenema iseseisva distsipliinina, mis uurib C-E sidet sisaldavaid aineid, kus tähis E tähistab mis tahes elementi (v.a süsinik, vesinik, hapnik, lämmastik ja halogeenid). Elusorganismides esinevate orgaaniliste ainete sünteesi ja muundumisi uurivas biokeemias on tehtud suuri edusamme. Kõigi nende valdkondade areng põhineb orgaanilise keemia üldistel seaduspärasustel.
Kaasaegne tööstuslik orgaaniline süntees hõlmab laia valikut erinevaid protsesse - need on ennekõike suuremahuline tootmine - nafta ja gaasi töötlemine ning mootorikütuste, lahustite, jahutusvedelike, määrdeõlide tootmine, lisaks polümeeride süntees, sünteetilised kiud, mitmesugused kattevaigud, liimid ja emailid. Väikese tonnaažiga tööstused hõlmavad ravimite, vitamiinide, värvainete, toidu lisaainete ja lõhnaainete tootmist.
Mihhail Levitski
Orgaaniliste reaktsioonide jaoks on olemas erinevad klassifikatsioonisüsteemid, mis põhinevad erinevatel tunnustel. Nende hulgas on järgmised klassifikatsioonid:
- peal reaktsiooni lõpptulemus, see tähendab substraadi struktuuri muutust;
- peal reaktsiooni mehhanismst sideme katkemise tüübi ja reaktiivide tüübi järgi.
Orgaanilises reaktsioonis interakteeruvad ained jagunevad reaktiiv ja substraat. Sel juhul loetakse, et reaktiiv ründab substraati.
MÄÄRATLUS
Reaktiiv- aine, mis toimib objektil - substraadil - ja põhjustab selles keemilise sideme muutuse. Reaktiivid jagunevad radikaalseteks, elektrofiilseteks ja nukleofiilseteks.
MÄÄRATLUS
Substraatüldiselt peetakse molekuliks, mis annab uue sideme jaoks süsinikuaatomi.
REAKTSIOONIDE KLASSIFIKATSIOON LÕPPTULEMUSE JÄRGI (ALMINE STRUKTUURI MUUTUSED)
Orgaanilises keemias eristatakse vastavalt lõpptulemusele ja substraadi struktuuri muutumisele nelja tüüpi reaktsioone: liitmine, asendamine, eraldamine, või kõrvaldamine(inglise keelest. kõrvaldada- eemaldada, eraldada) ja ümberkorraldused (isomerisatsioonid)). Selline klassifikatsioon sarnaneb reaktsioonide klassifikatsiooniga anorgaanilises keemias algsete reaktiivide ja moodustunud ainete arvu järgi koos koostise muutumisega või ilma. Lõpptulemuse järgi klassifitseerimine põhineb formaalsetel tunnustel, kuna stöhhiomeetriline võrrand reeglina reaktsioonimehhanismi ei kajasta. Võrdleme anorgaanilise ja orgaanilise keemia reaktsioonide liike.
Reaktsiooni tüüp anorgaanilises keemias | Näide | Reaktsiooni tüüp orgaanilises keemias | Mitmekesisus ja eeskuju Reaktsioonid |
|---|---|---|---|
1. Ühendus | C l2 + H2 = 2 H Cl | Kinnitus mitme võlakirjaga | hüdrogeenimine |
Hüdrohalogeenimine
|
|||
Halogeenimine
|
|||
Niisutus
|
|||
2. Lagunemine | 2
H2
O = 2 H2
+
O2
| kõrvaldamine | Dehüdrogeenimine
|
Dehüdrohalogeenimine
|
|||
Dehalogeenimine
|
|||
Dehüdratsioon
|
|||
3. Asendamine | Zn + 2 H Cl =ZnCl2+H2 | asendamine |
|
4. Vahetus (erijuhtum – neutraliseerimine) | H2 S O4 + 2 N a O H\u003d N a 2 S O 4 + 2 H 2 O | erijuhtum - esterdamine |
|
5. Allotropiseerimine | grafiit ⇔ teemant Ppunane⇔ Pvalge Pred⇔P valge Sromb.⇔ Sveehoidla Srhombus⇔Splast. | Isomerisatsioon | Isomerisatsioon alkaanid
|
n) ilma neid teistega asendamata.
Sõltuvalt sellest, millised aatomid on eraldatud - naaber C–C või isoleeritud kahe või kolme või enama süsinikuaatomiga - C-C-C- C–, –C-C-C-C- C- võivad moodustada ühendeid koos mitu võlakirja ja või tsüklilised ühendid. Vesinikhalogeniidide eemaldamine alküülhalogeniididest või veest alkoholidest toimub Zaitsevi reegli järgi.
MÄÄRATLUS
Zaitsevi reegel: vesinikuaatom H on eraldatud kõige vähem hüdrogeenitud süsinikuaatomist.
Näiteks vesinikbromiidi molekuli eraldumine toimub naaberaatomitest leelise juuresolekul, mille käigus moodustub naatriumbromiid ja vesi.
MÄÄRATLUS
ümberrühmitamine- keemiline reaktsioon, mille tulemusena toimub molekulis aatomite omavahelise paigutuse muutumine, mitmiksidemete liikumine või nende paljususe muutumine.
Ümberkorraldamist saab läbi viia molekuli aatomkoostise säilimise (isomerisatsiooni) või selle muutmisega.
MÄÄRATLUS
Isomerisatsioon- Ümberkorraldusreaktsiooni erijuhtum, mis põhjustab süsiniku skeleti struktuursete muutuste tõttu keemilise ühendi muutumist isomeeriks.
Ümberkorraldamise võib läbi viia ka homolüütilise või heterolüütilise mehhanismi abil. Molekulaarseid ümberkorraldusi saab klassifitseerida erinevate kriteeriumide järgi, näiteks süsteemide küllastumise, migreeruva rühma olemuse, stereospetsiifilisuse järgi jne.. Paljudel ümberkorraldusreaktsioonidel on spetsiifilised nimetused - Claiseni ümberkorraldus, Beckmanni ümberkorraldus jne.
Isomerisatsioonireaktsioone kasutatakse laialdaselt tööstusprotsessides, näiteks nafta rafineerimisel, et suurendada bensiini oktaanarvu. Isomerisatsiooni näide on transformatsioon n-oktaani isooktaani:
ORGAANILISTE REAKTSIOONIDE KLASSIFIKATSIOON REAGENDI TÜÜBI JÄRGI
ÜHENDAMINE
Sidemete lõhustumine orgaanilistes ühendites võib olla homolüütiline või heterolüütiline.
MÄÄRATLUS
Homolüütilise sideme katkemine- see on selline tühimik, mille tulemusena saab iga aatom paaritu elektroni ja moodustub kaks osakest, millel on sarnane elektrooniline struktuur - vaba radikaalid.
Homolüütiline lõhe on iseloomulik mittepolaarsele või nõrgalt polaarsele sidemeid, näiteks C–C, Cl–Cl, C–H, ja nõuab palju energiat.
Tekkivad paaritu elektroniga radikaalid on väga reaktiivsed, mistõttu selliste osakeste osalusel toimuvad keemilised protsessid on sageli "ahela" iseloomuga, neid on raske kontrollida ja reaktsiooni tulemusena tekib asendusproduktide komplekt. saadakse. Seega on metaani kloorimisel asendusproduktid klorometaan C H3 Cl CH3Cl, diklorometaan C H2 C l2 CH2Cl2, kloroform C H C l3 CHCl3 ja süsiniktetrakloriid C C l4 CCl4. Vabade radikaalidega seotud reaktsioonid kulgevad vastavalt keemiliste sidemete moodustumise vahetusmehhanismile.
Selle sideme purunemise käigus tekkinud radikaalid põhjustavad radikaalne mehhanism reaktsiooni kulg. Radikaalsed reaktsioonid toimuvad tavaliselt kõrgendatud temperatuuridel või kiirgusega (näiteks valgusega).
Vabad radikaalid võivad oma kõrge reaktsioonivõime tõttu avaldada negatiivset mõju inimkehale, hävitades rakumembraane, mõjutades DNA-d ja põhjustades enneaegset vananemist. Need protsessid on seotud peamiselt lipiidide peroksüdatsiooniga, see tähendab polüküllastumata hapete struktuuri hävitamisega, mis moodustavad rakumembraanis rasva.
MÄÄRATLUS
Heterolüütilise sideme katkemine- see on selline tühimik, milles elektronnegatiivsema aatomi juurde jääb elektronpaar ja tekib kaks laetud osakest - ioonid: katioon (positiivne) ja anioon (negatiivne).
Keemilistes reaktsioonides täidavad need osakesed " nukleofiilid"(" phil "- gr. armunud olema) ja " elektrofiilid”, moodustades doonor-aktseptormehhanismi abil reaktsioonipartneriga keemilise sideme. Nukleofiilsed osakesed annavad elektronpaari uue sideme moodustamiseks. Teisisõnu,
MÄÄRATLUS
Nukleofiil- elektroniderikas keemiline reaktiiv, mis on võimeline interakteeruma elektronidefitsiitsete ühenditega.
Nukleofiilide näideteks on mis tahes anioonid ( C l− , ma− , N O− 3 Cl−,I−,NO3− jne), samuti ühendid, millel on jagamata elektronpaar ( N H3 , H2 O NH3, H2O).
Seega võivad sideme katkemisel tekkida radikaalid ehk nukleofiilid ja elektrofiilid. Sellest lähtuvalt eristatakse kolme orgaaniliste reaktsioonide toimumise mehhanismi.
ORGAANILISTE REAKTSIOONIDE MEHHANISMID
Vabade radikaalide mehhanism: reaktsiooni käivitavad ajal tekkinud vabad radikaalid homolüütiline rebend sidemed molekulis.
Kõige tüüpilisem variant on kloori- või broomiradikaalide teke UV-kiirguse käigus.
1. Vabade radikaalide asendus
metaan broom
Ahelalgatus
ahela kasv
keti katkemine
2. Vabade radikaalide lisamine
eteen polüetüleen
Elektrofiilne mehhanism: reaktsioon algab elektrofiilsete osakestega, mis saavad selle tulemusena positiivse laengu heterolüütiline lõheühendused. Kõik elektrofiilid on Lewise happed.
Sellised osakesed moodustuvad aktiivselt Lewise happed, mis suurendavad osakese positiivset laengut. Kõige sagedamini kasutatav A l C l3 , F e C l3 , F e B r3 , Z n C l2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 toimides katalüsaatorina.
Osakese-elektrofiili ründekohad on need molekuli osad, millel on suurenenud elektrontihedus, st mitmikside ja benseenitsükkel.
Elektrofiilsete asendusreaktsioonide üldist vormi saab väljendada võrrandiga:
1. Elektrofiilne asendus
benseen bromobenseen
2. elektrofiilne lisamine
propeen 2-bromopropaan
propüün 1,2-dikloropropeen
Asümmeetriliste küllastumata süsivesinike külge kinnitumine toimub vastavalt Markovnikovi reeglile.
MÄÄRATLUS
Markovnikovi reegel: tingliku valemiga HX kompleksainete molekulide lisamine ebasümmeetrilistele alkeenidele (kus X on halogeeniaatom või hüdroksüülrühm OH–), vesinikuaatom on kinnitunud kõige hüdrogeenitud (enim vesinikuaatomeid sisaldava) süsinikuaatomi külge topelt side ja X kõige vähem hüdrogeenitud.
Näiteks vesinikkloriidi HCl lisamine propeeni molekulile C H3 – CH = C H2 CH3-CH=CH2.
Reaktsioon kulgeb elektrofiilse lisamise mehhanismi abil. Elektronidoonori mõju tõttu C H3 CH3-rühmad, nihkub substraadi molekulis elektrontihedus kesksele süsinikuaatomile (induktiivne efekt) ja seejärel kaksiksideme süsteemi kaudu terminaalsele süsinikuaatomile. C H2 CH2-rühmad (mesomeerne efekt). Seega paikneb liigne negatiivne laeng täpselt sellel aatomil. Seetõttu alustab vesiniku prooton rünnakut H+ H+, mis on elektrofiilne osake. Moodustub positiivselt laetud karbeenioon [C H3 – CH – C H3 ] + + , mille külge on kinnitatud kloorianioon C l− Cl−.
MÄÄRATLUS
Erandid Markovnikovi reeglist: liitumisreaktsioon kulgeb Markovnikovi reegli vastaselt, kui ühendid astuvad reaktsiooni, milles kaksiksideme süsinikuaatomiga külgnev süsinikuaatom tõmbab osaliselt elektrontihedust, st asendajate juuresolekul, millel on märkimisväärne elektronide väljatõmbav toime. (– C C l3 , – C N , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOH ja jne).
Nukleofiilne mehhanism: reaktsiooni käivitavad negatiivse laenguga nukleofiilsed osakesed, mis on tekkinud heterolüütiline lõheühendused. Kõik nukleofiilid on Lewise asutamine.
Nukleofiilsete reaktsioonide korral on reagendil (nukleofiilil) ühel aatomil vaba elektronide paar ja see on neutraalne molekul või anioon ( H a l– , O H– , R O− , R S– , R C O O– , R– , C N – , H2 O, R O H, N H3 , RN H2 Hal–,OH–,RO–,RS–,RCOO–,R–,CN–,H2O,ROH,NH3,RNH2 ja jne).
Nukleofiil ründab substraadis olevat aatomit madalaima elektrontihedusega (st osalise või täieliku positiivse laenguga). Nukleofiilse asendusreaktsiooni esimene etapp on substraadi ioniseerimine karbokatiooni moodustamiseks. Sel juhul moodustub nukleofiili elektronpaari tõttu uus side ja vana läbib heterolüütilise lõhustamise koos järgneva katiooni elimineerimisega. Nukleofiilse reaktsiooni näide on nukleofiilne asendus (sümbol SN SN) küllastunud süsinikuaatomi juures, näiteks bromoderivaatide aluseline hüdrolüüs.
1. Nukleofiilne asendus
2. Nukleofiilne lisamine
etanaal tsüanohüdriin
allikas http://foxford.ru/wiki/himiya