Reakciju iezīmes organiskajā ķīmijā. Ķīmisko reakciju veidi organiskajā ķīmijā - Zināšanu hipermārkets. Ķīmisko reakciju klasifikācija pēc mehānismiem
Ķīmisko reakciju sadalījums organiskajās un neorganiskajās ir diezgan nosacīts. Pie tipiskām organiskām reakcijām pieder tās, kurās ir iesaistīts vismaz viens organiskais savienojums, kas reakcijas laikā maina savu molekulāro struktūru. Tāpēc reakcijas, kurās organiskā savienojuma molekula darbojas kā šķīdinātājs vai ligands, nepieder pie tipiskām organiskām reakcijām.
Organiskās, kā arī neorganiskās reakcijas var klasificēt pēc kopīgām pazīmēm pārneses reakcijās:
– viens elektrons (redokss);
– elektronu pāri (kompleksācijas reakcijas);
– protonu (skābes-bāzes reakcijas);
– atomu grupas, nemainot saišu skaitu (aizvietošanas un pārkārtošanās reakcijas);
- atomu grupas ar saišu skaita izmaiņām (pievienošanās, eliminācijas, sadalīšanās reakcijas).
Tajā pašā laikā organisko reakciju daudzveidība un oriģinalitāte rada nepieciešamību tās klasificēt pēc citiem kritērijiem:
– daļiņu skaita izmaiņas reakcijas laikā;
- saišu pārrāvuma raksturs;
– reaģentu elektroniskā būtība;
– elementāro posmu mehānisms;
– aktivizācijas veids;
- privātās izkārtnes;
– reakciju molekularitāte.
1) Pēc daļiņu skaita izmaiņām reakcijas laikā (vai pēc substrāta transformācijas veida) izšķir aizvietošanas, pievienošanas, eliminācijas (šķelšanās), sadalīšanās un pārkārtošanās reakcijas.
Aizvietošanas reakciju gadījumā substrāta molekulā viens atoms (vai atomu grupa) tiek aizstāts ar citu atomu (vai atomu grupu), kā rezultātā veidojas jauns savienojums:
CH 3 – CH 3 + C1 2 CH 3 – CH 2 C1 + HC1
etāns hlors hloretāns hlorūdeņradis
CH 3 – CH 2 C1 + NaOH (ūdens šķīdums) CH 3 – CH 2 OH + NaC1
hloretāns nātrija hidroksīds etanols nātrija hlorīds
Aizvietošanas reakcijas mehānisma simbolā tos apzīmē ar latīņu burtu S (no angļu valodas “aizvietošana” - aizstāšana).
Pievienošanās reakciju gaitā no divām (vai vairākām) molekulām veidojas viena jauna viela. Šajā gadījumā reaģents tiek pievienots, izmantojot daudzkārtēju saiti (C = C, C C, C = Ak S N) substrāta molekulas:
CH 2 = CH 2 + HBr → CH 2 Br – CH 3
etilēna ūdeņraža bromīds brometāns
Ņemot vērā pievienošanās reakciju procesu mehānisma simboliku, tās apzīmē ar burtu A vai kombināciju Ad (no angļu valodas "addition" - pievienošana).
Eliminācijas (šķelšanās) reakcijas rezultātā no substrāta tiek atdalīta molekula (vai daļiņa) un veidojas jauna organiska viela, kas satur daudzkārtēju saiti:
CH 3 – CH 2 OH CH 2 = CH2 + H2O
etanols etilēna ūdens
Aizvietošanas reakciju mehānisma simbolā tās apzīmē ar burtu E (no angļu valodas "elimination" - eliminācija, sadalīšana).
Sadalīšanās reakcijas parasti notiek, pārtraucot oglekļa-oglekļa saites (C – C) un noved pie divu vai vairāku vienkāršākas struktūras vielu veidošanās no vienas organiskas vielas:
CH 3 –
CH(OH) –
UNSD 
CH 3 –
CHO + HCOOH
pienskābe acetaldehīds skudrskābe
Pārkārtošanās ir reakcija, kuras laikā mainās substrāta struktūra, veidojoties produktam, kas ir izomērs sākotnējam, tas ir, nemainot molekulāro formulu. Šāda veida transformācijas tiek apzīmētas ar latīņu burtu R (no angļu valodas "pārkārtojums" - pārkārtojums).
Piemēram, alumīnija hlorīda kā katalizatora klātbūtnē 1-hlorpropāns pārkārtojas par izomēru savienojumu 2-hlorpropāns.
CH 3 – CH 2 – CH 2 – C1 CH 3 – SNS1 – CH 3
1-hlorpropāns 2-hlorpropāns
2) Pēc saites pārrāvuma rakstura izšķir homolītiskās (radikālās), heterolītiskās (jonu) un sinhronās reakcijas.
Kovalento saiti starp atomiem var pārraut tā, ka saites elektronu pāris tiek sadalīts starp diviem atomiem, iegūtās daļiņas saņem katra pa vienam elektronam un kļūst par brīvajiem radikāļiem – viņi saka, ka notiek homolītiskā šķelšanās. Šajā gadījumā reaģenta un substrāta elektronu dēļ veidojas jauna saite.
Radikālās reakcijas ir īpaši izplatītas alkānu pārvērtībās (hlorēšana, nitrēšana utt.).
Ar heterolītisko saites pārraušanas metodi kopīgs elektronu pāris tiek pārnests uz vienu no atomiem, iegūtās daļiņas kļūst par joniem, tām ir vesels elektriskais lādiņš un tās pakļaujas elektrostatiskās pievilkšanās un atgrūšanās likumiem.
Atbilstoši reaģentu elektroniskajam raksturam heterolītiskās reakcijas iedala elektrofīlās (piemēram, pievienošana ar vairākām saitēm alkēnos vai ūdeņraža aizstāšana aromātiskajos savienojumos) un nukleofilās (piemēram, halogēna atvasinājumu hidrolīze vai spirtu mijiedarbība ar ūdeņraža halogenīdiem). .
To, vai reakcijas mehānisms ir radikāls vai jonisks, var noteikt, pētot eksperimentālos apstākļus, kas veicina reakciju.
Tātad, radikālas reakcijas, ko pavada homolītiskas saites šķelšanās:
- tiek paātrināti ar apstarošanu h, augstas reakcijas temperatūras apstākļos tādu vielu klātbūtnē, kuras viegli sadalās, veidojoties brīvajiem radikāļiem (piemēram, peroksīds);
- palēnināt vielu klātbūtnē, kas viegli reaģē ar brīvajiem radikāļiem (hidrohinons, difenilamīns);
– parasti notiek nepolāros šķīdinātājos vai gāzes fāzē;
– bieži ir autokatalītiski un tiem raksturīgs indukcijas periods.
Jonu reakcijas, ko pavada heterolītiskās saites šķelšanās:
– tiek paātrināti skābju vai bāzu klātbūtnē, un tos neietekmē gaisma vai brīvie radikāļi;
– tos neietekmē brīvo radikāļu iznīcinātāji;
– šķīdinātāja raksturs ietekmē reakcijas ātrumu un virzienu;
- reti nonāk gāzes fāzē.
Sinhronās reakcijas norit bez starpposma jonu un radikāļu veidošanās: veco saišu pārraušana un jaunu saišu veidošanās notiek sinhroni (vienlaicīgi). Sinhronās atbildes piemērs ir d 
jēnas sintēze - Dielsa-Aldera reakcija.
Lūdzu, ņemiet vērā, ka īpašā bultiņa, ko izmanto, lai norādītu uz kovalentās saites homolītisko pārrāvumu, nozīmē viena elektrona kustību.
3) Atkarībā no reaģentu elektroniskā rakstura reakcijas tiek iedalītas nukleofilās, elektrofīlās un brīvajos radikāļos.
Brīvie radikāļi ir elektriski neitrālas daļiņas, kurās ir nepāra elektroni, piemēram: Cl , NO 2, 
.
Reakcijas mehānisma simbolā radikālas reakcijas apzīmē ar apakšindeksu R.
Nukleofīlie reaģenti ir vienatomiski vai poliatomiski anjoni vai elektriski neitrālas molekulas, kurām ir centri ar palielinātu daļēju negatīvu lādiņu. Tajos ietilpst tādi anjoni un neitrālas molekulas kā HO-, RO-, Cl-, Br-, RCOO-, CN-, R-, NH3, C2H5OH utt.
Reakcijas mehānisma simbolā radikālas reakcijas apzīmē ar apakšindeksu N.
Elektrofīlie reaģenti ir katjoni, vienkāršas vai sarežģītas molekulas, kurām pašiem vai katalizatora klātbūtnē ir paaugstināta afinitāte pret elektronu pāri vai negatīvi lādētiem molekulu centriem. Tajos ietilpst katjoni H + , Cl + , + NO 2 , + SO 3 H, R + un molekulas ar brīvām orbitālēm: AlCl 3 , ZnCl 2 u.c.
Mehānisma simbolā elektrofīlās reakcijas apzīmē ar apakšindeksu E.
Nukleofili ir elektronu donori, bet elektrofili ir to akceptori.
Elektrofilās un nukleofīlās reakcijas var uzskatīt par skābju-bāzi; Šī pieeja ir balstīta uz vispārināto skābju un bāzu teoriju (Lūisa skābes ir elektronu pāru akceptors, Lūisa bāzes ir elektronu pāru donors).
Tomēr būtu jānošķir elektrofiluma un skābuma jēdzieni, kā arī nukleofilitāte un bāziskums, jo tie nav identiski. Piemēram, bāziskums atspoguļo afinitāti pret protonu, un nukleofilitāte visbiežāk tiek novērtēta kā afinitāte pret oglekļa atomu:
OH - + H + H 2 O hidroksīda jons kā bāze
OH - + CH 3 + CH 3 OH hidroksīda jons kā nukleofils
4) Atkarībā no elementāro posmu mehānisma organisko savienojumu reakcijas var būt ļoti dažādas: nukleofīlā aizstāšana S N, elektrofīlā aizvietošana S E, brīvo radikāļu aizstāšana S R, pāru eliminācija vai E eliminācija, Ad E nukleofīlā vai elektrofilā pievienošana un Reklāma N utt.
5) Pēc aktivācijas veida reakcijas iedala katalītiskajās, nekatalītiskajās un fotoķīmiskajās.
Katalītiskās reakcijas ir tās reakcijas, kurām nepieciešama katalizatora klātbūtne. Ja skābe darbojas kā katalizators, mēs runājam par skābes katalīzi. Pie skābes katalizētām reakcijām pieder, piemēram, esterifikācijas reakcijas ar esteru veidošanos, spirtu dehidratācija ar nepiesātinātu savienojumu veidošanos utt.
Ja katalizators ir bāze, tad mēs runājam par pamata katalīzi (kā parādīts zemāk, tas ir raksturīgs triacilglicerīnu metanolīzei).
Nekatalītiskas ir reakcijas, kurām nav nepieciešama katalizatora klātbūtne. Tie tikai paātrinās, palielinoties temperatūrai, tāpēc tos dažreiz sauc par termiskiem, lai gan šis termins netiek plaši izmantots. Sākuma reaģenti šajās reakcijās ir ļoti polāras vai lādētas daļiņas. Tās var būt, piemēram, hidrolīzes reakcijas, skābju-bāzes mijiedarbība.
Fotoķīmiskās reakcijas tiek aktivizētas ar apstarošanu (fotoni, h); šīs reakcijas nenotiek tumsā pat ar ievērojamu karsēšanu. Apstarošanas procesa efektivitāti mēra ar kvantu iznākumu, ko definē kā reaģentu molekulu skaitu, kas reaģēja uz vienu absorbētās gaismas kvantu. Dažām reakcijām ir raksturīgs kvantu iznākums, kas mazāks par vienību, citām, piemēram, alkānu halogenēšanas ķēdes reakcijām šis iznākums var sasniegt 10 6 .
6) Pēc īpašām iezīmēm reakciju klasifikācija ir ļoti dažāda: hidratācija un dehidratācija, hidrogenēšana un dehidrogenēšana, nitrēšana, sulfonēšana, halogenēšana, acilēšana, alkilēšana, karboksilēšana un dekarboksilēšana, enolizācija, ciklu aizvēršana un atvēršana, izomerizācija, oksidatīvā noārdīšanās, pirolīze, polimerizācija, kondensācija un citi
7) Organiskās reakcijas molekularitāti nosaka to molekulu skaits, kurās reakcijas lēnākajā stadijā notiek reālas kovalento saišu izmaiņas, kas nosaka tās ātrumu. Ir šādi reakciju veidi:
- monomolekulāra - ierobežojošā stadijā piedalās viena molekula;
- bimolekulārā - ir divas šādas molekulas utt.
Molekulitāte virs trīs, kā likums, nepastāv. Izņēmums ir topoķīmiskās (cietās fāzes) reakcijas.
Molekulitāte tiek atspoguļota reakcijas mehānisma simbolā, pievienojot atbilstošu skaitli, piemēram: S N 2 - nukleofīlā bimolekulāra aizstāšana, S E 1 - elektrofīlā monomolekulārā aizvietošana; E1 - monomolekulārā eliminācija utt.
Apskatīsim dažus piemērus.
1. piemērs. Ūdeņraža atomus alkānos var aizstāt ar halogēna atomiem:
CH 4 + C1 2 CH 3 C1 + HC1
Reakcija notiek ar ķēdes radikāļu mehānismu (uzbrūkošā daļiņa ir hlora radikālis C1 ). Tādējādi, ņemot vērā reaģentu elektronisko raksturu, tā ir brīvo radikāļu reakcija; atbilstoši daļiņu skaita izmaiņām - aizvietošanas reakcija; pēc saites pārrāvuma rakstura - homolītiska reakcija; aktivizācijas veids - fotoķīmiskā vai termiskā; īpašu iemeslu dēļ - halogenēšana; reakcijas mehānisms - S R .
2. piemērs. Ūdeņraža atomus alkānos var aizstāt ar nitrogrupu. Šo reakciju sauc par nitrēšanas reakciju, un tā notiek saskaņā ar shēmu:
R – H+HO – NO 2 R – NO 2 + H 2 O
Nitrēšanas reakcija alkānos arī notiek pēc ķēdes radikāļu mehānisma. Tādējādi, ņemot vērā reaģentu elektronisko raksturu, tā ir brīvo radikāļu reakcija; atbilstoši daļiņu skaita izmaiņām - aizvietošanas reakcija; pēc saites pārrāvuma rakstura - homolītisks; aktivizācijas veids - termiskais; īpašu iemeslu dēļ - nitrēšana; pēc mehānisma - S R .
3. piemērs. Alkēni divkāršajai saitei viegli pievieno ūdeņraža halogenīdu:
CH 3 – CH = CH2 + HBr → CH3 – CHBr – CH 3 .
Reakcija var noritēt saskaņā ar elektrofīlās pievienošanas mehānismu, kas nozīmē, ka saskaņā ar reaģentu elektronisko raksturu reakcija ir elektrofīla (uzbrūkošā daļiņa ir H +); atbilstoši daļiņu skaita izmaiņām - pievienošanās reakcija; pēc saites pārrāvuma rakstura - heterolītisks; īpašu iemeslu dēļ - hidrohalogenēšana; pēc mehānisma - Ad E .
Tāda pati reakcija peroksīdu klātbūtnē var notikt ar radikālu mehānismu, tad reaģentu elektroniskā rakstura dēļ reakcija būs radikāla (uzbrūkošā daļiņa - Br ); atbilstoši daļiņu skaita izmaiņām - pievienošanās reakcija; pēc saites pārrāvuma rakstura - homolītisks; īpašu iemeslu dēļ - hidrohalogenēšana; pēc mehānisma - Ad R .
4. piemērs. Alkilhalogenīdu sārmainās hidrolīzes reakcija notiek saskaņā ar bimolekulārās nukleofīlās aizvietošanas mehānismu.
CH 3 CH 2 I + NaOH CH 3 CH 2 OH + NaI
Līdz ar to reaģentu elektroniskā rakstura dēļ reakcija ir nukleofīla (uzbrūkošā daļiņa - OH -); atbilstoši daļiņu skaita izmaiņām - aizvietošanas reakcija; pēc saites pārrāvuma rakstura - heterolītiska, pēc īpašām pazīmēm - hidrolīze; pēc mehānisma - S N 2.
5. piemērs. Alkilhalogenīdiem mijiedarbojoties ar sārmu spirta šķīdumiem, veidojas alkēni.
CH 3 CH 2 CH 2 Br 
[CH 3 CH 2 C + H 2] CH 3 CH =
CH2+H+
Tas ir saistīts ar faktu, ka iegūto karbokāciju stabilizē nevis pievienojot hidroksiljonu, kura koncentrācija spirtā ir niecīga, bet gan ar protona izvadīšanu no blakus esošā oglekļa atoma. Reakcija, mainot daļiņu skaitu - atdalīšana; pēc saites pārrāvuma rakstura - heterolītisks; īpašu iemeslu dēļ - dehidrohalogenēšana; saskaņā ar mehānismu - E likvidēšana.
testa jautājumi
1. Uzskaitiet zīmes, pēc kurām tiek klasificētas organiskās reakcijas.
2. Kā var klasificēt šādas reakcijas:
– toluola sulfonēšana;
– etanola un sērskābes mijiedarbība ar etilēna veidošanos;
– propēna bromēšana;
– margarīna sintēze no augu eļļas.
Visbiežāk organiskās reakcijas klasificē pēc ķīmisko saišu pārraušanas veida reaģējošajās daļiņās. No tām var izšķirt divas lielas reakciju grupas - radikālas un jonu.
Radikālas reakcijas- tie ir procesi, kas notiek ar kovalentās saites hemolītisko pārrāvumu. Hemolītiskā plīsuma laikā elektronu pāris, kas veido saiti, tiek sadalīts tā, ka katra no izveidotajām daļiņām saņem vienu elektronu. Hemolītiskā plīsuma rezultātā veidojas brīvie radikāļi: />
X :Y→X. +.Y
Tiek saukts neitrāls atoms vai daļiņa ar nepāra elektronu brīvais radikālis.
Jonu reakcijas ir procesi, kas notiek ar heterolītisks kovalento saišu pārrāvums, kad abi saites elektroni paliek ar kādu no iepriekš saistītajām daļiņām.
X:Y → X + + :Y —
Rezultātā heterolītisks kad saite tiek pārrauta, iegūst lādētas daļiņas: nukleofīlas un elektrofīlas.
Nukleofīlā daļiņa (nukleofils) ir daļiņa, kuras ārējā elektroniskajā līmenī ir elektronu pāris. Pateicoties elektronu pārim, nukleofils spēj izveidot jaunu kovalento saiti.
Elektrofīlā daļiņa (elektrofils) ir daļiņa, kurai ir brīva orbitāle ārējā elektroniskā līmenī. Elektrofils ir neaizpildītas, brīvas orbitāles kovalentās saites veidošanai, pateicoties daļiņas elektroniem, ar kuriem tas mijiedarbojas.
Daļiņu ar pozitīvu oglekļa atoma lādiņu sauc par karbokāciju.
Pēc citas klasifikācijas organiskās reakcijas iedala termiskajās, kas rodas molekulu sadursmes rezultātā to termiskās kustības laikā, un fotoķīmiskajās, kurās molekulas, absorbējot gaismas kvantu Av, nonāk augstākas enerģijas stāvokļos un pēc tam veic ķīmiskas pārvērtības. Vieniem un tiem pašiem izejas savienojumiem termiskās un fotoķīmiskās reakcijas parasti rada dažādus produktus. Klasisks piemērs šeit ir benzola termiskā un fotoķīmiskā hlorēšana - pirmajā gadījumā veidojas hlorbenzols, otrajā gadījumā heksahlorcikloheksāns.
Turklāt organiskajā ķīmijā reakcijas bieži tiek klasificētas tāpat kā neorganiskajā ķīmijā - saskaņā ar strukturāla iezīme. Organiskajā ķīmijā visas strukturālās izmaiņas tiek ņemtas vērā attiecībā pret reakcijā iesaistīto oglekļa atomu (vai atomiem). Visizplatītākie transformāciju veidi ir:
1) R-CH=CH2 + XY/>→ RCHX-CH2Y pievienošana;
2) aizvietošana R-CH 2 X + Y/>→ R-CH 2 Y + X;
3) R-CHX-CH 2 Y/>→ R-CH=CH2 + XY šķelšana;
(likvidēšana)
4) polimerizācija n (CH 2 \u003d CH 2) /> → (-CH 2 -CH 2 -) n
Vairumā gadījumu izvadāmā molekula veidojas, apvienojoties divām daļiņām, kas atdalītas no blakus esošajiem oglekļa atomiem. Tādu procesu sauc 1,2-izslēgšana.
Papildus iepriekš minētajiem četriem vienkāršu mehānismu, reakciju veidiem praksē tiek lietoti šādi apzīmējumi dažām reakciju klasēm, kas doti tālāk.
Oksidācija ir reakcija, kurā oksidējoša reaģenta iedarbībā viela savienojas ar skābekli (vai citu elektronnegatīvu elementu, piemēram, halogēnu) vai zaudē ūdeņradi (ūdens vai molekulārā ūdeņraža veidā).
Oksidējošā reaģenta darbība (oksidācija) reakcijas shēmā apzīmēta ar simbolu [O], bet reducējošā reaģenta darbība (reducēšana) – ar simbolu [H].
Hidrogenēšana ir reakcija, kas ir īpašs reducēšanas gadījums. Ūdeņradi pievieno daudzkārtējai saitei vai aromātiskajam kodolam katalizatora klātbūtnē. />
Kondensācija ir reakcija, kurā notiek ķēdes augšana. Vispirms notiek pieķeršanās, pēc tam parasti seko likvidēšana.
Pirolīze ir reakcija, kurā savienojums tiek termiski sadalīts bez gaisa (un parasti zem spiediena), veidojot vienu vai vairākus produktus. Pirolīzes piemērs ir ogļu termiskā sadalīšanās. Dažreiz pirolīzes vietā tiek lietots termins "sausā destilācija" (akmeņogļu sadalīšanās gadījumā tiek lietots arī termins "karbonizācija").
Dažas reakcijas iegūst nosaukumus no produktiem, uz kuriem tās noved. Tātad, ja molekulā tiek ievadīta metilgrupa, tad viņi runā par metilēšanu, ja acetils - tad par acetilēšanu, ja hlors - tad par hlorēšana utt.
>> Ķīmija: ķīmisko reakciju veidi organiskajā ķīmijā
Organisko vielu reakcijas formāli var iedalīt četros galvenajos veidos: aizstāšana, pievienošana, eliminācija (eliminācija) un pārkārtošanās (izomerizācija). Ir skaidrs, ka visu organisko savienojumu reakciju daudzveidību nevar reducēt līdz piedāvātajai klasifikācijai (piemēram, sadegšanas reakcijas). Tomēr šāda klasifikācija palīdzēs izveidot analoģijas ar to reakciju klasifikācijām, kas notiek starp neorganiskām vielām, kuras jums jau ir pazīstamas no neorganiskās ķīmijas kursa.
Parasti galveno organisko savienojumu, kas piedalās reakcijā, sauc par substrātu, bet otru reakcijas sastāvdaļu nosacīti uzskata par reaģentu.
Aizvietošanas reakcijas
Reakcijas, kuru rezultātā viens atoms vai atomu grupa sākotnējā molekulā (substrātā) tiek aizstāti ar citiem atomiem vai atomu grupām, sauc par aizvietošanas reakcijām.
Aizvietošanas reakcijas ietver piesātinātus un aromātiskus savienojumus, piemēram, alkānus, cikloalkānus vai arēnus.
Sniegsim šādu reakciju piemērus.
Organiskā ķīmija radās, pētot tās vielas, kas iegūtas no augu un dzīvnieku organismiem, kas sastāv galvenokārt no organiskiem savienojumiem. Tas noteica šādu savienojumu tīri vēsturisko nosaukumu (organisms - organisks). Dažas organiskās ķīmijas tehnoloģijas radās senatnē, piemēram, alkoholiskā un etiķskābā fermentācija, organisko indigo un alizarīna krāsvielu izmantošana, ādas miecēšanas procesi uc Ilgu laiku ķīmiķi varēja tikai izolēt un analizēt organiskos savienojumus, bet nevarēja. iegūt tos mākslīgi, kā rezultātā radās uzskats, ka organiskos savienojumus var iegūt tikai ar dzīvo organismu palīdzību.
Sākot ar 19. gadsimta otro pusi. sāka intensīvi attīstīties organiskās sintēzes metodes, kas ļāva pakāpeniski pārvarēt iedibināto maldu. Pirmo reizi organisko savienojumu sintēzi laboratorijā veica Frīdrihs Vēlers (laikā 1824-1828), hidrolizējot cianogēnu, ieguva skābeņskābi, kas iepriekš bija izolēta no augiem, un karsējot amonija cianātu. , molekulas pārkārtošanās dēļ ( cm. ISOMERIA) saņēma urīnvielu, dzīvo organismu atkritumu produktu (1. att. Pirmā organisko savienojumu sintēze).
Tagad daudzus savienojumus, kas atrodas dzīvajos organismos, var iegūt laboratorijā, turklāt ķīmiķi nemitīgi iegūst organiskus savienojumus, kas dzīvajā dabā nav sastopami.
Organiskās ķīmijas kā patstāvīgas zinātnes veidošanās notika 19. gadsimta vidū, kad, pateicoties ķīmiķu pūlēm, sāka veidoties priekšstati par organisko savienojumu uzbūvi. Visievērojamākā loma bija E. Franklenda (viņš definēja valences jēdzienu), F. Kekules (noteica oglekļa četrvērtīgumu un benzola struktūru), A. Kūpera (piedāvāja valences līnijas simbolu) darbi. tiek izmantots arī mūsdienās, savienojot atomus, attēlojot strukturālās formulas ) , A.M. Butlerovs (izveidoja ķīmiskās struktūras teoriju, kas balstās uz pozīciju, saskaņā ar kuru savienojuma īpašības nosaka ne tikai tā sastāvs, bet arī secība, kādā atomi ir savienoti).
Nākamais nozīmīgais posms organiskās ķīmijas attīstībā ir saistīts ar J. Vant Hoff darbu, kurš mainīja pašu ķīmiķu domāšanas veidu, ierosinot pāriet no plakana strukturālo formulu attēla uz atomu telpisko izkārtojumu. molekula, kā rezultātā ķīmiķi sāka uzskatīt molekulas par tilpuma ķermeņiem.
Idejas par ķīmisko saišu būtību organiskajos savienojumos pirmais formulēja Dž. Lūiss, kurš ierosināja, ka atomi molekulā ir savienoti ar elektronu palīdzību: vispārinātu elektronu pāris izveido vienkāršu saiti, un veidojas divi vai trīs pāri. , attiecīgi, dubultā un trīskāršā saite. Ņemot vērā elektronu blīvuma sadalījumu molekulās (piemēram, tā pārvietošanos elektronnegatīvu atomu O, Cl u.c. ietekmē), ķīmiķi spēja izskaidrot daudzu savienojumu reaktivitāti, t.i. viņu līdzdalības iespēja noteiktās reakcijās.
Elektronu īpašību uzskaite, ko nosaka kvantu mehānika, noveda pie kvantu ķīmijas attīstības, izmantojot molekulāro orbitāļu jēdzienu. Tagad kvantu ķīmija, kas daudzos piemēros ir parādījusi savu prognozēšanas spēku, veiksmīgi sadarbojas ar eksperimentālo organisko ķīmiju.
Neliela oglekļa savienojumu grupa netiek klasificēta kā organiska: ogļskābe un tās sāļi (karbonāti), ciānūdeņražskābe HCN un tās sāļi (cianīdi), metālu karbīdi un daži citi oglekļa savienojumi, kurus pēta neorganiskā ķīmija.
Organiskās ķīmijas galvenā iezīme ir ārkārtējā savienojumu daudzveidība, kas radās, pateicoties oglekļa atomu spējai apvienoties savā starpā gandrīz neierobežotā skaitā, veidojot molekulas ķēžu un ciklu veidā. Vēl lielāka daudzveidība tiek panākta, starp oglekļa atomiem iekļaujot skābekļa, slāpekļa u.c.. Izomērijas fenomens, kura dēļ vienāda sastāva molekulām var būt atšķirīga struktūra, vēl vairāk palielina organisko savienojumu daudzveidību. Šobrīd ir zināmi vairāk nekā 10 miljoni organisko savienojumu, un to skaits ik gadu palielinās par 200-300 tūkstošiem.
Organisko savienojumu klasifikācija.
Ogļūdeņraži tiek ņemti par pamatu klasifikācijai, tie tiek uzskatīti par pamata savienojumiem organiskajā ķīmijā. Visi pārējie organiskie savienojumi tiek uzskatīti par to atvasinājumiem.
Sistematizējot ogļūdeņražus, tiek ņemta vērā oglekļa skeleta struktūra un oglekļa atomus savienojošo saišu veids.
I. ALIFĀTISKAIS (aleifatos. grieķu valoda eļļa) ogļūdeņraži ir lineāras vai sazarotas ķēdes un nesatur cikliskus fragmentus, tie veido divas lielas grupas.
1. Piesātinātie vai piesātinātie ogļūdeņraži (tā nosaukti, jo tie nav spējīgi neko piesaistīt) ir oglekļa atomu ķēdes, kas savienotas ar vienkāršām saitēm un ko ieskauj ūdeņraža atomi (1. att.). Gadījumā, ja ķēdei ir zari, nosaukumam tiek pievienots prefikss iso. Vienkāršākais piesātinātais ogļūdeņradis ir metāns, un daudzi no šiem savienojumiem sākas ar to.
Rīsi. 2. Piesātinātie ogļūdeņraži
Galvenie piesātināto ogļūdeņražu avoti ir nafta un dabasgāze. Piesātināto ogļūdeņražu reaktivitāte ir ļoti zema, tie spēj reaģēt tikai ar agresīvākajām vielām, piemēram, halogēniem vai slāpekļskābi. Ja piesātinātos ogļūdeņražus karsē virs 450 ° C bez gaisa piekļuves, C-C saites tiek pārtrauktas un veidojas savienojumi ar saīsinātu oglekļa ķēdi. Augstas temperatūras iedarbība skābekļa klātbūtnē noved pie to pilnīgas sadegšanas līdz CO 2 un ūdenim, kas ļauj tos efektīvi izmantot kā gāzveida (metāns - propāns) vai šķidro motordegvielu (oktānskaitlis).
Kad viens vai vairāki ūdeņraža atomi tiek aizstāti ar kādu funkcionālu (t.i., kas spēj pēc tam pārveidoties) grupu, veidojas attiecīgie ogļūdeņraža atvasinājumi. Savienojumus, kas satur C-OH grupu, sauc par spirtiem, HC=O - aldehīdiem, COOH - karbonskābēm (lai tos atšķirtu no parastajām minerālskābēm, piemēram, sālsskābe vai sērskābe, pievienots vārds "karbonskābe"). Savienojums vienlaikus var saturēt dažādas funkcionālās grupas, piemēram, COOH un NH2, šādus savienojumus sauc par aminoskābēm. Halogēnu vai nitrogrupu ievadīšana ogļūdeņražu sastāvā attiecīgi noved pie halogēna vai nitroatvasinājumiem (3. att.).
Rīsi. 4. Piesātināto ogļūdeņražu PIEMĒRI ar funkcionālajām grupām
Visi parādītie ogļūdeņražu atvasinājumi veido lielas organisko savienojumu grupas: spirtus, aldehīdus, skābes, halogēna atvasinājumus utt. Tā kā molekulas ogļūdeņraža daļai ir ļoti zema reaktivitāte, šādu savienojumu ķīmisko uzvedību nosaka funkcionālo grupu -OH, -COOH, -Cl, -NO 2 u.c. ķīmiskās īpašības.
2. Nepiesātinātajiem ogļūdeņražiem ir tādi paši galvenās ķēdes struktūras varianti kā piesātinātajiem ogļūdeņražiem, bet tie satur dubultās vai trīskāršās saites starp oglekļa atomiem (6. att.). Vienkāršākais nepiesātinātais ogļūdeņradis ir etilēns.
Rīsi. 6. NEPIESTINĀTIE OGĻŪDEŅRAŽI
Nepiesātinātajiem ogļūdeņražiem raksturīgākā ir pievienošana ar daudzkārtēju saiti (8. att.), kas dod iespēju uz to bāzes sintezēt dažādus organiskos savienojumus.
Rīsi. astoņi. REAĢENTU PIEVIENOŠANA uz nepiesātinātiem savienojumiem ar daudzkārtēju saiti
Vēl viena svarīga savienojumu ar dubultsaitēm īpašība ir to spēja polimerizēties (9. att.), šajā gadījumā tiek atvērtas dubultās saites, kā rezultātā veidojas garas ogļūdeņražu ķēdes.
Rīsi. deviņi. ETILĒNA POLIMERIZĀCIJA
Iepriekš minēto funkcionālo grupu ievadīšana nepiesātināto ogļūdeņražu sastāvā, tāpat kā piesātināto ogļūdeņražu gadījumā, noved pie atbilstošiem atvasinājumiem, kas veido arī lielas atbilstošo organisko savienojumu grupas - nepiesātinātos spirtus, aldehīdus u.c. (10. att.).
Rīsi. desmit. NEPIESTINĀTIE OGĻŪDEŅRAŽI ar funkcionālajām grupām
Parādītajiem savienojumiem doti vienkāršoti nosaukumi, precīza atrašanās vieta vairāku saišu un funkcionālo grupu molekulā norādīta savienojuma nosaukumā, kas sastādīts pēc īpaši izstrādātiem noteikumiem.
Šādu savienojumu ķīmisko uzvedību nosaka gan vairāku saišu īpašības, gan funkcionālo grupu īpašības.
II. OGLEKĻA ogļūdeņraži satur cikliskus fragmentus, ko veido tikai oglekļa atomi. Tie veido divas lielas grupas.
1. Alicikliskie (t.i., vienlaikus gan alifātiskie, gan cikliskie) ogļūdeņraži. Šajos savienojumos cikliskie fragmenti var saturēt gan vienas, gan daudzkārtējas saites, turklāt savienojumi var saturēt vairākus cikliskus fragmentus, šo savienojumu nosaukumā pievienots priedēklis “ciklo”, vienkāršākais alicikliskais savienojums ir ciklopropāns (12. att.).
Rīsi. 12. ALICIKLISKIE OGĻŪDEŅRAŽI
Papildus tiem, kas parādīti iepriekš, ir arī citas iespējas ciklisko fragmentu savienošanai, piemēram, tiem var būt viens kopīgs atoms (tā sauktie spirocikliskie savienojumi), vai arī tie var būt savienoti tā, ka divi vai vairāki atomi ir kopīgi. uz abiem cikliem (bicikliskie savienojumi), apvienojot trīs un vairāk ciklus, iespējama arī ogļūdeņražu karkasu veidošanās (14. att.).
Rīsi. četrpadsmit. CIKLU SAVIENOŠANAS IESPĒJAS alicikliskajos savienojumos: spirociklos, velosipēdos un karkasos. Spiro- un biciklisko savienojumu nosaukumi norāda, ka alifātiskais ogļūdeņradis, kas satur vienādu kopējo oglekļa atomu skaitu, piemēram, attēlā redzamais spirocikls satur astoņus oglekļa atomus, tāpēc tā nosaukums veidots, pamatojoties uz vārdu "oktānskaitlis" . Adamantānā atomi ir izkārtoti tāpat kā dimanta kristāliskajā režģī, kas noteica tā nosaukumu ( grieķu valoda adamantos - dimants)
Daudzi mono- un bicikliskie alicikliskie ogļūdeņraži, kā arī adamantāna atvasinājumi ir daļa no naftas, to vispārinātais nosaukums ir naftēni.
Pēc ķīmiskajām īpašībām alicikliskie ogļūdeņraži ir tuvi atbilstošajiem alifātiskajiem savienojumiem, tomēr tiem ir papildu īpašība, kas saistīta ar to ciklisko struktūru: mazie gredzeni (3-6 locekļu) spēj atvērties, pievienojot dažus reaģentus (15. att.). ).
Rīsi. piecpadsmit. ALICIKLISKO ogļūdeņražu reakcijas, turpinot ar cikla atvēršanu
Dažādu funkcionālo grupu ievadīšana aliciklisko ogļūdeņražu sastāvā noved pie atbilstošiem atvasinājumiem - spirtiem, ketoniem utt. (16. att.).
Rīsi. sešpadsmit. ALICIKLISKIE OGĻŪDEŅRAŽI ar funkcionālajām grupām
2. Otro lielo karbociklisko savienojumu grupu veido benzola tipa aromātiskie ogļūdeņraži, t.i., kas savā sastāvā satur vienu vai vairākus benzola gredzenus (ir arī nebenzola tipa aromātiskie savienojumi () cm. AROMATISKUMS). Taču tajos var būt arī piesātināto vai nepiesātināto ogļūdeņražu ķēžu fragmenti (18. att.).
Rīsi. astoņpadsmit. AROMĀTISKIE ogļūdeņraži.
Ir savienojumu grupa, kurā benzola gredzeni it kā ir pielodēti kopā, tie ir tā sauktie kondensētie aromātiskie savienojumi (20. att.).
Rīsi. 20. KONDENSĒTI AROMĀTISKIE SAVIENOJUMI
Daudzi aromātiskie savienojumi, arī kondensētie (naftalīns un tā atvasinājumi), ir daļa no eļļas, otrs šo savienojumu avots ir akmeņogļu darva.
Benzola cikliem nav raksturīgas ar lielām grūtībām un skarbos apstākļos notiekošas pievienošanās reakcijas, tiem raksturīgākās reakcijas ir ūdeņraža atomu aizvietošanas reakcijas (21. att.).
Rīsi. 21. AIZSTĀŠANAS REAKCIJASūdeņraža atomi aromātiskajā kodolā.
Papildus funkcionālajām grupām (halogēna, nitro un acetilgrupas), kas pievienotas benzola kodolam (21. att.), var tikt ieviestas arī citas grupas, kā rezultātā rodas atbilstošie aromātisko savienojumu atvasinājumi (22. att.), kas veido lielas klases organiskie savienojumi - fenoli, aromātiskie amīni utt.
Rīsi. 22. AROMĀTISKIE SAVIENOJUMI ar funkcionālajām grupām. Savienojumus, kuros ne-OH grupa ir pievienota oglekļa atomam aromātiskajā kodolā, sauc par fenoliem, atšķirībā no alifātiskajiem savienojumiem, kur šādus savienojumus sauc par spirtiem.
III. HETEROCIKLISKIE ogļūdeņraži cikla sastāvā (papildus oglekļa atomiem) satur dažādus heteroatomus: O, N, S. Cikli var būt dažāda izmēra, satur gan vienkāršās, gan daudzkārtējās saites, kā arī heterociklam piesaistītus ogļūdeņraža aizvietotājus. Ir iespējas, kad heterocikls tiek “pielodēts” pie benzola gredzena (24. att.).
Rīsi. 24. HETEROCIKLISKIE SAVIENOJUMI. Viņu nosaukumi ir veidojušies vēsturiski, piemēram, furāns savu nosaukumu ieguvis no furāna aldehīda - furfurola, kas iegūts no klijām ( latu. furfur - klijas). Visiem parādītajiem savienojumiem pievienošanas reakcijas ir sarežģītas, un aizvietošanas reakcijas ir diezgan vienkāršas. Tādējādi tie ir aromātiski nebenzola tipa savienojumi.
Šīs klases savienojumu daudzveidība vēl vairāk palielinās tāpēc, ka heterocikls ciklā var saturēt divus vai vairākus heteroatomus (26. att.).
Rīsi. 26. HETEROCIKLI ar diviem vai vairākiem heteroatomiem.
Tāpat kā iepriekš uzskatītie alifātiskie, alicikliskie un aromātiskie ogļūdeņraži, heterocikli var saturēt dažādas funkcionālās grupas (-OH, -COOH, -NH 2 utt.), un dažos gadījumos heteroatomu ciklā var uzskatīt arī par heteroatomu. funkcionālā grupa, jo tā spēj piedalīties atbilstošajās transformācijās (27. att.).
Rīsi. 27. HETEROATOM N kā funkcionāla grupa. Pēdējā savienojuma nosaukumā burts "N" norāda, kuram atomam ir pievienota metilgrupa.
Organiskās ķīmijas reakcijas.
Atšķirībā no neorganiskās ķīmijas reakcijām, kur joni mijiedarbojas lielā ātrumā (dažreiz acumirklī), molekulas, kas satur kovalentās saites, parasti piedalās organisko savienojumu reakcijās. Rezultātā visas mijiedarbības notiek daudz lēnāk nekā jonu savienojumu gadījumā (dažkārt desmitiem stundu), bieži vien paaugstinātā temperatūrā un procesu paātrina vielu - katalizatoru klātbūtnē. Daudzas reakcijas notiek caur starpposmiem vai vairākos paralēlos virzienos, kas izraisa ievērojamu vēlamā savienojuma iznākuma samazināšanos. Tāpēc, aprakstot reakcijas, vienādojumu ar skaitliskiem koeficientiem (kas tradicionāli pieņemts neorganiskajā ķīmijā) vietā bieži izmanto reakciju shēmas, nenorādot stehiometriskās attiecības.
Lielu organisko reakciju klašu nosaukums bieži tiek saistīts ar aktīvā reaģenta ķīmisko raksturu vai ar savienojumā ievadītās organiskās grupas veidu:
a) halogenēšana - halogēna atoma ievadīšana (8. att., pirmā reakcijas shēma);
b) hidrohlorēšana, t.i. HCl iedarbība (8. att., otrā reakcijas shēma)
c) nitrēšana - nitrogrupas NO 2 ievadīšana (21. att., otrais reakcijas virziens)
d) metalizācija - metāla atoma ievadīšana (27. att., pirmais posms)
a) alkilēšana - alkilgrupas ievadīšana (27. att., otrais posms)
b) acilēšana - acilgrupas RC(O)- ievadīšana (27. att., otrais posms)
Dažkārt reakcijas nosaukums norāda uz molekulas pārkārtošanās pazīmēm, piemēram, ciklizācija - cikla veidošanās, deciklizācija - cikla atvēršanās (15. att.).
Lielu klasi veido kondensācijas reakcijas ( latu. condensatio - blīvēšana, sabiezēšana), kurā veidojas jaunas C-C saites, vienlaikus veidojot viegli atdalāmus neorganiskus vai organiskus savienojumus. Kondensāciju, ko pavada ūdens izdalīšanās, sauc par dehidratāciju. Kondensācijas procesi var notikt arī intramolekulāri, tas ir, vienas molekulas ietvaros (28. att.).
Rīsi. 29. ELIMINĀCIJAS REAKCIJAS
Varianti ir iespējami, ja kopīgi tiek realizētas vairāku veidu pārvērtības, kas parādīts zemāk ar savienojuma piemēru, kurā karsējot notiek dažāda veida procesi. Gļotādas skābes termiskās kondensācijas laikā (30. att.) notiek intramolekulāra dehidratācija un tai sekojoša CO 2 izvadīšana.
Rīsi. trīsdesmit. MŪKSKĀBES PĀRVĒRŠANA(iegūts no ozolzīļu sīrupa) pārvēršot piromu skābi, tā nosaukta, jo to iegūst, karsējot gļotas. Pirosmucus skābe ir heterociklisks savienojums - furāns ar pievienotu funkcionālo (karboksil) grupu. Reakcijas laikā tiek pārtrauktas C-O, C-H saites un veidojas jaunas C-H un C-C saites.
Ir reakcijas, kurās molekulas pārkārtošanās notiek, nemainot sastāvu ( cm. IZOMERIZĀCIJA).
Pētījumu metodes organiskajā ķīmijā.
Mūsdienu organiskā ķīmija papildus elementu analīzei izmanto daudzas fizikālās izpētes metodes. Sarežģītākie vielu maisījumi tiek sadalīti sastāvdaļās, izmantojot hromatogrāfiju, pamatojoties uz vielu šķīdumu vai tvaiku kustību caur sorbenta slāni. Infrasarkanā spektroskopija - infrasarkano (termisko) staru pārraide caur šķīdumu vai plānu vielas slāni - ļauj noteikt noteiktu molekulas fragmentu klātbūtni vielā, piemēram, grupas C 6 H 5, C \ u003d O, NH 2 utt.
Ultravioletā spektroskopija, ko sauc arī par elektronisko, sniedz informāciju par molekulas elektronisko stāvokli; tā ir jutīga pret vairāku saišu un aromātisko fragmentu klātbūtni vielā. Kristālisko vielu analīze, izmantojot rentgenstarus (rentgenstaru difrakcijas analīze), sniedz trīsdimensiju attēlu par atomu izvietojumu molekulā, līdzīgi tam, kas parādīts iepriekš animētajos attēlos, citiem vārdiem sakot, tas ļauj redzēt molekulas struktūra ar savām acīm.
Spektrālā metode - kodolmagnētiskā rezonanse, kuras pamatā ir kodolu magnētisko momentu rezonanses mijiedarbība ar ārēju magnētisko lauku, ļauj atšķirt viena elementa atomus, piemēram, ūdeņraža, kas atrodas dažādos molekulas fragmentos (in ogļūdeņraža skeletu, hidroksilgrupā, karboksilgrupā vai aminogrupā), kā arī nosaka to proporciju. Līdzīga analīze iespējama arī kodoliem C, N, F utt. Visas šīs mūsdienu fizikālās metodes ir novedušas pie intensīviem pētījumiem organiskajā ķīmijā – ir kļuvis iespējams ātri atrisināt tās problēmas, kas iepriekš prasīja daudzus gadus.
Dažas organiskās ķīmijas sadaļas ir izveidojušās kā lielas neatkarīgas jomas, piemēram, dabisko vielu, zāļu, krāsvielu ķīmija un polimēru ķīmija. 20. gadsimta vidū organisko elementu savienojumu ķīmija sāka veidoties kā neatkarīga disciplīna, kas pēta vielas, kas satur C-E saiti, kur simbols E apzīmē jebkuru elementu (izņemot oglekli, ūdeņradi, skābekli, slāpekli un halogēnus). Liels progress panākts bioķīmijā, kas pēta dzīvos organismos sastopamo organisko vielu sintēzi un transformācijas. Visu šo jomu attīstība balstās uz vispārējiem organiskās ķīmijas likumiem.
Mūsdienu rūpnieciskā organiskā sintēze ietver plašu dažādu procesu klāstu - tie, pirmkārt, ir liela mēroga ražošana - naftas un gāzes pārstrāde un motordegvielu, šķīdinātāju, dzesēšanas šķidrumu, smēreļļu ražošana, turklāt polimēru sintēze, sintētiskās šķiedras, dažādi sveķi pārklājumiem, līmvielas un emaljas. Maza tonnāžas nozares ietver zāļu, vitamīnu, krāsvielu, pārtikas piedevu un smaržvielu ražošanu.
Mihails Levitskis
Ir dažādas organisko reakciju klasifikācijas sistēmas, kuru pamatā ir dažādas pazīmes. Starp tiem ir šādas klasifikācijas:
- ieslēgts reakcijas gala rezultāts, tas ir, substrāta struktūras izmaiņas;
- ieslēgts reakcijas mehānisms, tas ir, atkarībā no saites pārraušanas veida un reaģentu veida.
Vielas, kas mijiedarbojas organiskā reakcijā, tiek sadalītas reaģents un substrāts. Šajā gadījumā tiek uzskatīts, ka reaģents uzbrūk substrātam.
DEFINĪCIJA
Reaģents- viela, kas iedarbojas uz objektu - substrātu - un izraisa ķīmiskās saites izmaiņas tajā. Reaģentus iedala radikālos, elektrofīlos un nukleofīlos.
DEFINĪCIJA
Substrāts parasti tiek uzskatīta par molekulu, kas nodrošina oglekļa atomu jaunai saitei.
REAKCIJU KLASIFIKĀCIJA PĒC GALA REZULTĀTA (IZMAIŅAS SUBSTRĀTA STRUKTŪRĀ)
Organiskajā ķīmijā atkarībā no gala rezultāta un substrāta struktūras izmaiņām izšķir četrus reakciju veidus: pievienošana, aizstāšana, atdalīšana, vai likvidēšana(no angļu valodas. likvidēt- noņemt, atdalīt) un pārkārtojumi (izomerizācijas)). Šāda klasifikācija ir līdzīga reakciju klasifikācijai neorganiskajā ķīmijā pēc sākotnējo reaģentu un izveidoto vielu skaita, mainot sastāvu vai bez tā. Klasifikācija pēc gala rezultāta balstās uz formālām pazīmēm, jo stehiometriskais vienādojums parasti neatspoguļo reakcijas mehānismu. Salīdzināsim reakciju veidus neorganiskajā un organiskajā ķīmijā.
Reakcijas veids neorganiskajā ķīmijā | Piemērs | Reakcijas veids organiskajā ķīmijā | Daudzveidība un piemērs Reakcijas |
|---|---|---|---|
1. Savienojums | C l2 + H2 = 2 H C l | Piestiprināšana ar vairākām saitēm | hidrogenēšana |
Hidrohalogenēšana
|
|||
Halogenēšana
|
|||
Hidratācija
|
|||
2. Sadalīšanās | 2
H2
O = 2 H2
+
O2
| likvidēšana | Dehidrogenēšana
|
Dehidrohalogenēšana
|
|||
Dehalogenēšana
|
|||
Dehidratācija
|
|||
3. Aizvietošana | Z n + 2 H C l =ZnCl2+H2 | aizstāšana |
|
4. Apmaiņa (īpašs gadījums - neitralizācija) | H2 S O4 + 2 N a O H\u003d N a 2 S O 4 + 2 H 2 O | īpašs gadījums - esterifikācija |
|
5. Allotropizācija | grafīts ⇔ dimants Psarkans⇔ Pbalts Pred⇔P balts Srombs.⇔ Srezervuārs Srhombus⇔Splast. | Izomerizācija | Izomerizācija alkāni
|
n) neaizstājot tos ar citiem.
Atkarībā no tā, kuri atomi ir atdalīti - blakus C–C vai izolēti ar diviem vai trim vai vairākiem oglekļa atomiem - C-C-C- C–, –C-C-C-C- C- var veidot savienojumus ar vairākas obligācijas un vai cikliskie savienojumi. Ūdeņraža halogenīdu izvadīšana no alkilhalogenīdiem vai ūdens no spirtiem notiek saskaņā ar Zaiceva likumu.
DEFINĪCIJA
Zaiceva valdīšana: ūdeņraža atoms H ir atdalīts no vismazāk hidrogenētā oglekļa atoma.
Piemēram, ūdeņraža bromīda molekulas atdalīšana notiek no blakus esošajiem atomiem sārmu klātbūtnē, veidojot nātrija bromīdu un ūdeni.
DEFINĪCIJA
pārgrupēšana- ķīmiska reakcija, kuras rezultātā notiek atomu savstarpējā izkārtojuma maiņa molekulā, vairāku saišu kustība vai to daudzveidības maiņa.
Pārkārtošanu var veikt, saglabājot molekulas atomu sastāvu (izomerizāciju) vai mainot to.
DEFINĪCIJA
Izomerizācija- īpašs pārkārtošanās reakcijas gadījums, kas izraisa ķīmiska savienojuma pārvēršanos izomērā, strukturālas izmaiņas oglekļa karkasā.
Pārkārtošanu var veikt arī ar homolītisku vai heterolītisku mehānismu. Molekulārus pārkārtojumus var klasificēt pēc dažādiem kritērijiem, piemēram, pēc sistēmu piesātinājuma, pēc migrējošās grupas rakstura, pēc stereospecifiskuma u.c.. Daudzām pārkārtošanās reakcijām ir specifiski nosaukumi - Claisen pārkārtošanās, Bekmana pārkārtošanās u.c.
Izomerizācijas reakcijas tiek plaši izmantotas rūpnieciskos procesos, piemēram, naftas rafinēšanā, lai palielinātu benzīna oktānskaitli. Izomerizācijas piemērs ir transformācija n-oktānskaitlis līdz izooktānam:
ORGANISKO REAKCIJU KLASIFIKĀCIJA PĒC REAĢENTA VEIDA
ATKĀRTOŠANA
Saites šķelšanās organiskajos savienojumos var būt homolītiska vai heterolītiska.
DEFINĪCIJA
Homolītiskās saites pārraušana- šī ir tāda sprauga, kā rezultātā katrs atoms saņem nepāra elektronu un veidojas divas daļiņas, kurām ir līdzīga elektroniskā struktūra - brīvs radikāļi.
Homolītiskā sprauga ir raksturīga nepolārai vai vāji polārai saites, piemēram, C–C, Cl–Cl, C–H, un prasa lielu enerģijas daudzumu.
Iegūtie radikāļi ar nepāra elektronu ir ļoti reaktīvi, tāpēc ķīmiskajiem procesiem, kas notiek, piedaloties šādām daļiņām, bieži vien ir “ķēdes” raksturs, tos ir grūti kontrolēt, un reakcijas rezultātā rodas aizvietošanas produktu kopums. tiek iegūts. Tātad, hlorējot metānu, aizvietošanas produkti ir hlormetāns C H3 Cl CH3Cl, dihlormetāns C H2 C l2 CH2Cl2, hloroforms C H C l3 CHCl3 un oglekļa tetrahlorīds C C l4 CCl4. Reakcijas, kurās iesaistīti brīvie radikāļi, notiek saskaņā ar ķīmisko saišu veidošanās apmaiņas mehānismu.
Radikāļi, kas veidojas šīs saites plīsuma laikā, izraisa radikāls mehānisms reakcijas gaita. Radikālas reakcijas parasti notiek paaugstinātā temperatūrā vai ar starojumu (piemēram, gaismu).
Augstās reaģētspējas dēļ brīvie radikāļi var negatīvi ietekmēt cilvēka ķermeni, iznīcinot šūnu membrānas, ietekmējot DNS un izraisot priekšlaicīgu novecošanos. Šie procesi galvenokārt ir saistīti ar lipīdu peroksidāciju, tas ir, polinepiesātināto skābju struktūras iznīcināšanu, kas veido taukus šūnu membrānas iekšpusē.
DEFINĪCIJA
Heterolītiskās saites pārraušana- šī ir tāda sprauga, kurā pie elektronnegatīvāka atoma paliek elektronu pāris un veidojas divas lādētas daļiņas - joni: katjons (pozitīvs) un anjons (negatīvs).
Ķīmiskajās reakcijās šīs daļiņas pilda funkcijas " nukleofīli"(" phil "- no gr. būt iemīlejušamies) un " elektrofili”, veidojot ķīmisku saiti ar reakcijas partneri, izmantojot donora-akceptora mehānismu. Nukleofīlās daļiņas nodrošina elektronu pāri jaunas saites veidošanai. Citiem vārdiem sakot,
DEFINĪCIJA
Nukleofils- ar elektroniem bagāts ķīmiskais reaģents, kas spēj mijiedarboties ar savienojumiem, kuros trūkst elektronu.
Nukleofilu piemēri ir jebkuri anjoni ( C l− , es− , N O− 3 Cl−,I−,NO3− utt.), kā arī savienojumi ar nedalītu elektronu pāri ( N H3 , H2 O NH3, H2O).
Tādējādi, kad saite tiek pārtraukta, var veidoties radikāļi vai nukleofīli un elektrofili. Pamatojoties uz to, tiek izdalīti trīs organisko reakciju rašanās mehānismi.
ORGĀNISKO REAKCIJU MEHĀNISMI
Brīvo radikāļu mehānisms: reakciju ierosina brīvie radikāļi, kas veidojas laikā homolītisks plīsums saites molekulā.
Tipiskākais variants ir hlora vai broma radikāļu veidošanās UV starojuma laikā.
1. Brīvo radikāļu aizstāšana
metāna broms
Ķēdes uzsākšana
ķēdes augšana
ķēdes pārtraukums
2. Brīvo radikāļu papildinājums
etēna polietilēns
Elektrofīlais mehānisms: reakcija sākas ar elektrofīlām daļiņām, kuras rezultātā saņem pozitīvu lādiņu heterolītiskā plaisa savienojumiem. Visi elektrofīli ir Lūisa skābes.
Šādas daļiņas tiek aktīvi veidotas ietekmē Lūisa skābes, kas palielina daļiņas pozitīvo lādiņu. Visbiežāk izmantotais A l C l3 , F e C l3 , F e B r3 , Z n C l2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 darbojas kā katalizators.
Daļiņu-elektrofila uzbrukuma vietas ir tās molekulas daļas, kurām ir palielināts elektronu blīvums, t.i., daudzkārtēja saite un benzola gredzens.
Elektrofilās aizvietošanas reakciju vispārējo formu var izteikt ar vienādojumu:
1. Elektrofīlā aizstāšana
benzols brombenzols
2. elektrofīlā pievienošana
propēns 2-brompropāns
propīns 1,2-dihlorpropēns
Pieķeršanās asimetriskiem nepiesātinātajiem ogļūdeņražiem notiek saskaņā ar Markovņikova likumu.
DEFINĪCIJA
Markovņikova likums: kompleksu vielu molekulu ar nosacīto formulu HX pievienošana nesimetriskiem alkēniem (kur X ir halogēna atoms vai hidroksilgrupa OH–), ūdeņraža atoms tiek pievienots visvairāk hidrogenētajam (satur visvairāk ūdeņraža atomu) oglekļa atomu ar dubultu saiti un X uz vismazāk hidrogenētu.
Piemēram, hlorūdeņraža HCl pievienošana propēna molekulai C H3 – CH = C H2 CH3–CH=CH2.
Reakcija notiek ar elektrofilās pievienošanas mehānismu. Elektronu donora ietekmes dēļ C H3 CH3-grupas, elektronu blīvums substrāta molekulā tiek novirzīts uz centrālo oglekļa atomu (induktīvs efekts), un pēc tam pa dubultsaišu sistēmu uz gala oglekļa atomu. C H2 CH2-grupas (mezomeriskais efekts). Tādējādi pārmērīgais negatīvais lādiņš ir lokalizēts tieši uz šī atoma. Tāpēc ūdeņraža protons sāk uzbrukumu H+ H+, kas ir elektrofīla daļiņa. Veidojas pozitīvi lādēts karbēna jons [C H3 – CH – C H3 ] + + , kam pievienots hlora anjons C l− Cl−.
DEFINĪCIJA
Izņēmumi no Markovņikova noteikuma: pievienošanas reakcija notiek pretēji Markovņikova likumam, ja savienojumi iekļūst reakcijā, kurā oglekļa atoms, kas atrodas blakus dubultās saites oglekļa atomam, daļēji velk elektronu blīvumu, tas ir, aizvietotāju klātbūtnē, kuriem ir ievērojama elektronu izņemšanas iedarbība (– C C l3 , – C N , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOH un utt.).
Nukleofīlais mehānisms: reakciju sāk nukleofīlas daļiņas ar negatīvu lādiņu, kas veidojas kā rezultātā heterolītiskā plaisa savienojumiem. Visi nukleofili ir Lūisa dibināšana.
Nukleofīlās reakcijās reaģentam (nukleofilam) uz viena no atomiem ir brīvs elektronu pāris un tas ir neitrāla molekula vai anjons ( H a l– , O H– , R O− , R S– , RC 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 un utt.).
Nukleofils uzbrūk substrāta atomam ar zemāko elektronu blīvumu (t.i., ar daļēju vai pilnu pozitīvu lādiņu). Nukleofīlās aizvietošanas reakcijas pirmais solis ir substrāta jonizācija, veidojot karbokāciju. Šajā gadījumā nukleofila elektronu pāra dēļ veidojas jauna saite, un vecajā tiek veikta heterolītiska šķelšanās ar sekojošu katjona elimināciju. Nukleofīlas reakcijas piemērs ir nukleofīlā aizstāšana (simbols SN SN) pie piesātināta oglekļa atoma, piemēram, broma atvasinājumu sārmaina hidrolīze.
1. Nukleofīlā aizstāšana
2. Nukleofīlā pievienošana
etanāls ciānhidrīns
avots http://foxford.ru/wiki/himiya