Organik kimyoda reaksiyalarning xususiyatlari. Organik kimyoda kimyoviy reaksiyalar turlari - Bilim gipermarketi. Kimyoviy reaksiyalarning mexanizmlari bo‘yicha tasnifi
Kimyoviy reaktsiyalarning organik va noorganiklarga bo'linishi juda shartli. Odatiy organik reaksiyalarga reaksiya jarayonida molekulyar tuzilishini o‘zgartiruvchi kamida bitta organik birikma ishtirok etgan reaksiyalar kiradi. Demak, organik birikma molekulasi erituvchi yoki ligand vazifasini bajaradigan reaksiyalar tipik organik reaksiyalarga kirmaydi.
Organik, shuningdek noorganik reaktsiyalarni umumiy belgilariga ko'ra ko'chirish reaktsiyalariga ajratish mumkin:
– bitta elektron (redoks);
– elektron juftlar (komplekslanish reaksiyalari);
– proton (kislota-asos reaksiyalari);
– bog‘lar sonini o‘zgartirmagan atom guruhlari (almashtirish va qayta tashkil etish reaksiyalari);
- bog'lar sonining o'zgarishi bilan atom guruhlari (qo'shish, yo'q qilish, parchalanish reaktsiyalari).
Shu bilan birga, organik reaktsiyalarning xilma-xilligi va o'ziga xosligi ularni boshqa mezonlarga ko'ra tasniflash zarurligiga olib keladi:
– reaksiya jarayonida zarrachalar sonining o‘zgarishi;
- rishtalarning uzilishining tabiati;
– reaktivlarning elektron tabiati;
– elementar bosqichlar mexanizmi;
- faollashtirish turi;
- shaxsiy belgilar;
- reaksiyalarning molekulyarligi.
1) Reaksiya jarayonida zarrachalar sonining o'zgarishiga ko'ra (yoki substratning o'zgarishi turiga ko'ra) almashtirish, qo'shilish, yo'q qilish (ajralish), parchalanish va qayta joylashish reaktsiyalari farqlanadi.
O'rnini bosuvchi reaktsiyalarda substrat molekulasidagi bir atom (yoki atomlar guruhi) boshqa atom (yoki atomlar guruhi) bilan almashtiriladi, natijada yangi birikma hosil bo'ladi:
CH 3 – CH 3 + C1 2 CH 3 – CH 2 C1 + HC1
etan xlor xloroetan vodorod xlorid
CH 3 – CH 2 C1 + NaOH (suvli eritma) CH 3 – CH 2 OH + NaC1
xloroetan natriy gidroksid etanol natriy xlorid
O'zgartirish reaktsiyasi mexanizmining belgisida ular lotincha S harfi bilan belgilanadi (inglizcha "almashtirish" dan - almashtirish).
Qo'shish reaksiyalari jarayonida ikkita (yoki bir nechta) molekuladan bitta yangi modda hosil bo'ladi. Bunday holda, reaktiv ko'p bog'lanish orqali qo'shiladi (C = C, C C, C = Oh S N) substrat molekulalari:
CH 2 = CH 2 + HBr → CH 2 Br – CH 3
etilen vodorod bromidi brometan
Qo'shish reaktsiyalari jarayonlari mexanizmining ramziyligini hisobga olgan holda, ular A harfi yoki Ad birikmasi bilan belgilanadi (inglizcha "qo'shimcha" dan - qo'shish).
Yo'q qilish (ajralish) reaktsiyasi natijasida substratdan molekula (yoki zarracha) ajralib chiqadi va ko'p bog'lanishni o'z ichiga olgan yangi organik modda hosil bo'ladi:
CH 3 – CH 2 OH CH 2 = CH 2 + H 2 O
etanol etilenli suv
O'rnini bosuvchi reaktsiyalar mexanizmining belgisida ular E harfi bilan belgilanadi (inglizcha "eliminatsiya" dan - yo'q qilish, bo'linish).
Parchalanish reaktsiyalari, qoida tariqasida, uglerod-uglerod aloqalarining uzilishi bilan davom etadi (C – C) va bitta organik moddadan oddiyroq tuzilishga ega ikki yoki undan ortiq moddalar hosil bo'lishiga olib keladi:
CH 3 –
CH(OH) –
UNSD 
CH 3 –
CHO + HCOOH
sut kislotasi atsetaldegid formik kislota
Qayta tartibga solish - bu asl nusxaga izomer bo'lgan mahsulot hosil bo'lishi bilan, ya'ni molekulyar formulani o'zgartirmasdan, substratning tuzilishi o'zgaradigan reaktsiya. Ushbu turdagi transformatsiya lotincha R harfi bilan belgilanadi (inglizcha "qayta tartibga solish" - qayta tartibga solish).
Masalan, 1-xlorpropan katalizator sifatida alyuminiy xlorid ishtirokida izomerik birikma 2-xlorpropanga aylanadi.
CH 3 – CH 2 – CH 2 – C1 CH 3 – SNS1 – CH 3
1-xlorpropan 2-xlorpropan
2) Bog`lanishning uzilish xarakteriga ko`ra gomolitik (radikal), geterolitik (ionli) va sinxron reaksiyalar farqlanadi.
Atomlar orasidagi kovalent bog'lanish shunday uzilishi mumkinki, bog'ning elektron jufti ikki atom o'rtasida bo'linadi, hosil bo'lgan zarralar har biri bittadan elektron oladi va erkin radikallarga aylanadi - gomolitik bo'linish sodir bo'ladi, deyishadi. Bunda reagent va substratning elektronlari hisobiga yangi bog` hosil bo`ladi.
Radikal reaksiyalar ayniqsa alkanlarning oʻzgarishida (xlorlash, nitrlash va boshqalar) keng tarqalgan.
Bog'ni uzishning geterolitik usuli bilan umumiy elektron jufti atomlardan biriga o'tadi, hosil bo'lgan zarralar ionlarga aylanadi, butun elektr zaryadiga ega bo'ladi va elektrostatik tortishish va itarilish qonunlariga bo'ysunadi.
Reagentlarning elektron tabiatiga ko'ra, geterolitik reaktsiyalar elektrofil (masalan, alkenlarda ko'p bog'lanish orqali qo'shilish yoki aromatik birikmalarda vodorodni almashtirish) va nukleofil (masalan, galogen hosilalarining gidrolizi yoki spirtlarning galogenidlar bilan o'zaro ta'siri) bo'linadi. .
Reaksiya mexanizmining radikal yoki ionli ekanligini reaksiyaga qulay bo‘lgan tajriba sharoitlarini o‘rganish orqali aniqlash mumkin.
Shunday qilib, gomolitik bog'lanishning parchalanishi bilan kechadigan radikal reaktsiyalar:
- nurlanish bilan tezlashadi h, yuqori reaksiya harorati sharoitida erkin radikallar (masalan, peroksid) hosil bo'lishi bilan oson parchalanadigan moddalar mavjud bo'lganda;
- erkin radikallar (gidrokinon, difenilamin) bilan oson reaksiyaga kirishadigan moddalar mavjud bo'lganda sekinlashadi;
- odatda qutbsiz erituvchilarda yoki gaz fazasida sodir bo'ladi;
- ko'pincha avtokatalitik bo'lib, induksiya davri mavjudligi bilan tavsiflanadi.
Geterolitik bog'lanishning uzilishi bilan kechadigan ion reaktsiyalari:
- kislotalar yoki asoslar ishtirokida tezlashadi va yorug'lik yoki erkin radikallar ta'sirida bo'lmaydi;
- erkin radikallarni tozalash vositalaridan ta'sirlanmaydi;
– erituvchining tabiati reaksiya tezligi va yo‘nalishiga ta’sir qiladi;
- kamdan-kam hollarda gaz fazasiga o'ting.
Sinxron reaktsiyalar ionlar va radikallarning oraliq hosil bo'lishisiz davom etadi: eski aloqalarning uzilishi va yangi bog'larning paydo bo'lishi sinxron (bir vaqtning o'zida) sodir bo'ladi. Sinxron javobga misol sifatida d 
yene sintezi - Diels-Alder reaktsiyasi.
E'tibor bering, kovalent bog'lanishning gomolitik uzilishini ko'rsatish uchun ishlatiladigan maxsus o'q bitta elektronning harakatini anglatadi.
3) Reagentlarning elektron tabiatiga ko'ra reaksiyalar nukleofil, elektrofil va erkin radikallarga bo'linadi.
Erkin radikallar - bu juftlanmagan elektronlarga ega bo'lgan elektr neytral zarralar, masalan: Cl , NO 2, 
.
Reaksiya mexanizmi belgisida radikal reaksiyalar R pastki belgisi bilan belgilanadi.
Nukleofil reagentlar - bir atomli yoki ko'p atomli anionlar yoki elektr neytral molekulalar bo'lib, markazlari qisman manfiy zaryad oshgan. Bularga HO - , RO - , Cl - , Br - , RCOO - , CN - , R - , NH 3 , C 2 H 5 OH va boshqalar kabi anionlar va neytral molekulalar kiradi.
Reaksiya mexanizmi belgisida radikal reaksiyalar N pastki belgisi bilan belgilanadi.
Elektrofil reagentlar - bu kationlar, oddiy yoki murakkab molekulalar bo'lib, ular o'z-o'zidan yoki katalizator ishtirokida elektron juftiga yoki molekulalarning manfiy zaryadlangan markazlariga yaqinligi oshadi. Bularga H + , Cl + , + NO 2 , + SO 3 H, R + kationlari va erkin orbitalli molekulalar: AlCl 3, ZnCl 2 va boshqalar kiradi.
Mexanizm belgisida elektrofil reaktsiyalar E pastki belgisi bilan belgilanadi.
Nukleofillar elektron donorlar, elektrofillar esa ularning akseptorlari.
Elektrofil va nukleofil reaksiyalarni kislota-asos sifatida qarash mumkin; Bu yondashuv umumlashgan kislotalar va asoslar nazariyasiga asoslanadi (Lyuis kislotalari elektron juft akseptor, Lyuis asoslari elektron juft donor).
Biroq, elektrofillik va kislotalik, shuningdek, nukleofillik va asoslik tushunchalarini farqlash kerak, chunki ular bir xil emas. Masalan, asoslik protonga yaqinlikni aks ettiradi va nukleofillik ko'pincha uglerod atomiga yaqinlik sifatida baholanadi:
OH - + H + H 2 O gidroksid ioni asos sifatida
OH - + CH 3 + CH 3 OH gidroksid ioni nukleofil sifatida
4) elementar bosqichlar mexanizmiga qarab, organik birikmalarning reaksiyalari juda xilma-xil boʻlishi mumkin: nukleofil almashinish S N, elektrofil oʻrni S E, erkin radikal almashish S R, E ning juftlashgan eliminatsiyasi yoki eliminatsiyasi, Ad E ning nukleofil yoki elektrofil qoʻshilishi va. Reklama N va boshqalar.
5) Faollanish turiga ko'ra reaksiyalar katalitik, katalitik bo'lmagan va fotokimyoviy bo'linadi.
Katalitik reaktsiyalar - bu katalizator mavjudligini talab qiladigan reaktsiyalar. Agar kislota katalizator rolini o'ynasa, biz kislotali kataliz haqida gapiramiz. Kislota-katalizlangan reaksiyalarga, masalan, efirlar hosil boʻlishi bilan esterlanish reaksiyalari, toʻyinmagan birikmalar hosil boʻlgan spirtlarning suvsizlanishi va boshqalar kiradi.
Agar katalizator asos bo'lsa, unda biz asosiy kataliz haqida gapiramiz (quyida ko'rsatilganidek, bu triatsilgliserollarning metanolizi uchun xosdir).
Katalitik bo'lmaganlar - katalizator mavjudligini talab qilmaydigan reaktsiyalar. Ular faqat ortib borayotgan harorat bilan tezlashadi, shuning uchun ular ba'zan termal deb ataladi, garchi bu atama keng qo'llanilmasa ham. Ushbu reaksiyalarda boshlang'ich reagentlar yuqori qutbli yoki zaryadlangan zarralardir. Bu, masalan, gidroliz reaktsiyalari, kislota-asos o'zaro ta'siri bo'lishi mumkin.
Fotokimyoviy reaksiyalar nurlanish bilan faollashadi (fotonlar, h); bu reaktsiyalar qorong'uda, hatto sezilarli isitish bilan ham davom etmaydi. Nurlanish jarayonining samaradorligi kvant rentabelligi bilan o'lchanadi, u so'rilgan yorug'lik kvantiga reaksiyaga kirishgan reagent molekulalari soni sifatida aniqlanadi. Ba'zi reaksiyalar birlikdan kamroq kvant rentabelligi bilan tavsiflanadi, boshqalari uchun, masalan, alkan galogenlanishining zanjirli reaktsiyalari uchun bu rentabellik 10 6 ga yetishi mumkin.
6) Muayyan xususiyatlariga ko'ra, reaktsiyalarning tasnifi juda xilma-xildir: gidratatsiya va suvsizlanish, gidrogenlash va degidrogenlash, nitrlash, sulfonlanish, galogenlash, atsillanish, alkillanish, karboksillanish va dekarboksillanish, enollanish, tsikllarni yopish va ochish, izomerlanish, oksidlanish degradatsiyasi, piroliz, polimerizatsiya, kondensatsiya va boshqalar
7) Organik reaksiyaning molekulyarligi reaksiyaning eng sekin bosqichida kovalent bog’lanishning real o’zgarishi sodir bo’ladigan molekulalar soni bilan belgilanadi, bu uning tezligini belgilaydi. Quyidagi turdagi reaktsiyalar mavjud:
- monomolekulyar - cheklash bosqichida bir molekula ishtirok etadi;
- bimolekulyar - ikkita bunday molekulalar mavjud va hokazo.
Uchdan yuqori molekulyarlik, qoida tariqasida, mavjud emas. Istisno topokimyoviy (qattiq fazali) reaktsiyalardir.
Molekulyarlik reaksiya mexanizmining belgisida tegishli sonni qo'shish orqali aks ettiriladi, masalan: S N 2 - nukleofil bimolekulyar almashtirish, S E 1 - elektrofil monomolekulyar almashtirish; E1 - monomolekulyar eliminatsiya va boshqalar.
Keling, bir nechta misollarni ko'rib chiqaylik.
1-misol. Alkanlardagi vodorod atomlari halogen atomlari bilan almashtirilishi mumkin:
CH 4 + C1 2 CH 3 C1 + HC1
Reaktsiya zanjirli radikal mexanizm bo'yicha davom etadi (hujum qiluvchi zarracha xlor radikali C1). ). Demak, reagentlarning elektron tabiatiga ko'ra, bu erkin radikal reaktsiya; zarrachalar sonining o'zgarishiga ko'ra - almashtirish reaktsiyasi; bog'lanishning uzilishi tabiatiga ko'ra - gomolitik reaktsiya; faollashtirish turi - fotokimyoviy yoki termal; alohida asoslar bo'yicha - halogenlash; reaksiya mexanizmi - S R.
2-misol. Alkanlardagi vodorod atomlari nitroguruh bilan almashtirilishi mumkin. Bu reaksiya nitrlanish reaksiyasi deb ataladi va quyidagi sxema bo'yicha amalga oshiriladi:
R – H + HO – NO 2 R – NO 2 + H 2 O
Alkanlarda nitrlanish reaksiyasi ham zanjirli radikal mexanizmga amal qiladi. Demak, reagentlarning elektron tabiatiga ko'ra, bu erkin radikal reaktsiya; zarrachalar sonining o'zgarishiga ko'ra - almashtirish reaktsiyasi; bog'lanishning uzilishi tabiatiga ko'ra - gomolitik; faollashtirish turi - termal; alohida asoslar bo'yicha - nitratsiya; mexanizmga ko'ra - S R.
3-misol. Alkenlar vodorod galogenidini qo'sh bog'ga osongina biriktiradilar:
CH 3 – CH = CH 2 + HBr → CH 3 – CHBr – CH 3.
Reaktsiya elektrofil qo'shilish mexanizmiga ko'ra davom etishi mumkin, ya'ni reagentlarning elektron tabiatiga ko'ra, reaktsiya elektrofil (hujum qiluvchi zarracha H +); zarrachalar sonining o'zgarishiga ko'ra - qo'shilish reaktsiyasi; bog'lanishning yorilishi tabiatiga ko'ra - geterolitik; alohida asoslar bo'yicha - gidrogalogenlash; mexanizmga ko'ra - E'lon E.
Peroksidlar ishtirokida xuddi shunday reaktsiya radikal mexanizm bilan davom etishi mumkin, keyin reagentlarning elektron tabiati tufayli reaktsiya radikal bo'ladi (hujum qiluvchi zarracha - Br ); zarrachalar sonining o'zgarishiga ko'ra - qo'shilish reaktsiyasi; bog'lanishning uzilishi tabiatiga ko'ra - gomolitik; alohida asoslar bo'yicha - gidrogalogenlash; mexanizmga ko'ra - E'lon R .
4-misol. Alkilgalogenidlarning ishqoriy gidrolizi reaksiyasi bimolekulyar nukleofil almashtirish mexanizmiga muvofiq davom etadi.
CH 3 CH 2 I + NaOH CH 3 CH 2 OH + NaI
Demak, reagentlarning elektron tabiatiga ko'ra reaksiya nukleofil (hujum qiluvchi zarracha - OH -); zarrachalar sonining o'zgarishiga ko'ra - almashtirish reaktsiyasi; bog'lanishning yorilishi xarakteriga ko'ra - geterolitik, alohida xususiyatlariga ko'ra - gidroliz; mexanizm bo'yicha - S N 2.
5-misol. Alkilgalogenidlar ishqorlarning spirtli eritmalari bilan o'zaro ta'sirlashganda alkenlar hosil bo'ladi.
CH 3 CH 2 CH 2 Br 
[CH 3 CH 2 C + H 2] CH 3 CH =
CH 2 + H +
Buning sababi shundaki, hosil bo'lgan karbokatsiya spirtdagi konsentratsiyasi ahamiyatsiz bo'lgan gidroksil ionining qo'shilishi bilan emas, balki qo'shni uglerod atomidan protonning yo'q qilinishi bilan barqarorlashadi. Zarrachalar sonini o'zgartirish orqali reaktsiya - bo'linish; bog'lanishning yorilishi tabiatiga ko'ra - geterolitik; alohida asoslar bo'yicha - dehidrogalogenatsiya; mexanizmga ko'ra - E.ni yo'q qilish.
test savollari
1. Organik reaksiyalar tasniflanadigan belgilarini sanab bering.
2. Quyidagi reaksiyalarni qanday tasniflash mumkin:
- toluolning sulfonlanishi;
– etanol va sulfat kislotaning etilen hosil bo‘lishi bilan o‘zaro ta’siri;
- propenning bromlanishi;
- o'simlik yog'idan margarin sintezi.
Ko'pincha organik reaktsiyalar reaksiyaga kirishayotgan zarrachalardagi kimyoviy bog'lanishlarning uzilish turiga qarab tasniflanadi. Ulardan ikkita katta reaksiyalar guruhini ajratish mumkin - radikal va ionli.
Radikal reaktsiyalar- bu kovalent bog'lanishning gemolitik yorilishi bilan kechadigan jarayonlar. Gemolitik yorilish vaqtida bog' hosil qiluvchi elektronlar juftligi shunday bo'linadiki, hosil bo'lgan zarralarning har biri bittadan elektron oladi. Gemolitik yorilish natijasida erkin radikallar hosil bo'ladi: />
X :Y→X. +.Y
Neytral atom yoki juftlashtirilmagan elektronga ega zarracha deyiladi erkin radikal.
Ion reaktsiyalari bilan sodir bo'ladigan jarayonlar geterolitik kovalent bog'lanishlarning uzilishi, har ikkala bog'lanish elektronlari ilgari bog'langan zarrachalardan biri bilan qolganda.
X:Y → X + + :Y —
Natijada geterolitik aloqa uzilganda zaryadlangan zarralar olinadi: nukleofil va elektrofil.
Nukleofil zarracha (nukleofil) tashqi elektron sathida bir juft elektronga ega bo'lgan zarrachadir. Juft elektronlar tufayli nukleofil yangi kovalent bog'lanish hosil qila oladi.
Elektrofil zarracha (elektrofil) tashqi elektron sathida erkin orbitalga ega bo'lgan zarrachadir. Elektrofil o'zaro ta'sir qiladigan zarrachaning elektronlari tufayli kovalent bog'lanish hosil bo'lishi uchun to'ldirilmagan, bo'sh orbitallarni ifodalaydi.
Uglerod atomida musbat zaryadga ega bo'lgan zarrachaga karbokation deyiladi.
Boshqa tasnifga ko'ra, organik reaksiyalar molekulalarning issiqlik harakati paytidagi to'qnashuvi natijasi bo'lgan termal va fotokimyoviy bo'linadi, bunda molekulalar yorug'lik kvantini Av yutib, yuqori energiya holatlariga o'tadi va keyin kimyoviy o'zgarishlarga uchraydi. Xuddi shu boshlang'ich birikmalar uchun termal va fotokimyoviy reaktsiyalar odatda turli xil mahsulotlarga olib keladi. Bu erda klassik misol - benzolni termal va fotokimyoviy xlorlash - birinchi holda, xlorbenzol, ikkinchi holda, geksaxlorotsikloheksan hosil bo'ladi.
Bundan tashqari, organik kimyoda reaktsiyalar ko'pincha noorganik kimyodagi kabi tasniflanadi - ko'ra strukturaviy xususiyat. Organik kimyoda barcha strukturaviy oʻzgarishlar reaksiyada ishtirok etuvchi uglerod atomiga (yoki atomlarga) nisbatan koʻrib chiqiladi. Transformatsiyalarning eng keng tarqalgan turlari:
1) R-CH=CH 2 + XY/>→ RCHX-CH 2 Y qo‘shilishi;
2) almashtirish R-CH 2 X + Y/>→ R-CH 2 Y + X;
3) R-CHX-CH 2 Y/>→ R-CH=CH 2 + XY ning parchalanishi;
(yo'q qilish)
4) polimerizatsiya n (CH 2 \u003d CH 2) /> → (-CH 2 -CH 2 -) n
Ko'pgina hollarda, yo'q qilinishi kerak bo'lgan molekula qo'shni uglerod atomlaridan ajratilgan ikkita zarrachaning birikmasidan hosil bo'ladi. Bunday jarayon deyiladi 1,2 - bartaraf etish.
Yuqorida keltirilgan to'rt turdagi eng oddiy mexanizmlar, reaktsiyalar bilan bir qatorda, amalda reaksiyalarning ayrim sinflari uchun quyidagi belgilar qo'llaniladi, ular quyida keltirilgan.
Oksidlanish - oksidlovchi reagent ta'sirida moddaning kislorod (yoki boshqa elektromanfiy element, masalan, galogen) bilan birlashishi yoki vodorodni (suv yoki molekulyar vodorod shaklida) yo'qotish reaktsiyasi.
Oksidlovchi reagentning ta'siri (oksidlanish) reaksiya sxemasida [O] belgisi bilan, qaytaruvchi reaktivning ta'siri (qaytarilish) esa [H] belgisi bilan ko'rsatilgan.
Gidrogenatsiya - bu qaytarilishning alohida holati bo'lgan reaktsiya. Vodorod katalizator ishtirokida bir nechta bog'lanish yoki aromatik yadroga qo'shiladi. />
Kondensatsiya - bu zanjir o'sishi sodir bo'ladigan reaktsiya. Birikish birinchi navbatda sodir bo'ladi, odatda yo'q qilinadi.
Piroliz - bir yoki bir nechta mahsulot hosil qilish uchun havo yo'qligida (va odatda pasaytirilgan bosim ostida) birikmaning termal parchalanishi reaktsiyasi. Pirolizga misol qilib ko'mirning termik parchalanishini keltirish mumkin. Ba'zida piroliz o'rniga "quruq distillash" atamasi qo'llaniladi (tosh ko'mirning parchalanishida "karbonizatsiya" atamasi ham qo'llaniladi).
Ba'zi reaktsiyalar o'z nomlarini ular olib keladigan mahsulotlardan oladi. Shunday qilib, agar molekulaga metil guruhi kiritilgan bo'lsa, ular metillanish haqida, agar atsetil bo'lsa - atsetillanish haqida, xlor bo'lsa - keyin haqida gapirishadi. xlorlash va boshqalar.
>> Kimyo: Organik kimyoda kimyoviy reaksiyalar turlari
Organik moddalarning reaktsiyalarini rasmiy ravishda to'rtta asosiy turga bo'lish mumkin: almashtirish, qo'shilish, yo'q qilish (eliminatsiya) va qayta tashkil etish (izomerlanish). Ko'rinib turibdiki, organik birikmalar reaktsiyalarining barcha xilma-xilligini taklif qilingan tasnif doirasiga qisqartirish mumkin emas (masalan, yonish reaktsiyalari). Biroq, bunday tasnif noorganik kimyo kursidan sizga tanish bo'lgan noorganik moddalar o'rtasida sodir bo'ladigan reaktsiyalar tasnifi bilan o'xshashlikni o'rnatishga yordam beradi.
Qoida tariqasida, reaksiyada ishtirok etuvchi asosiy organik birikma substrat deb ataladi, reaksiyaning boshqa komponenti esa shartli ravishda reagent sifatida hisoblanadi.
Almashtirish reaksiyalari
Dastlabki molekulada (substratda) bir atom yoki atomlar guruhining boshqa atomlar yoki atomlar guruhi bilan almashinishiga olib keladigan reaksiyalar almashtirish reaksiyalari deyiladi.
Alkanlar, sikloalkanlar yoki arenlar kabi to'yingan va aromatik birikmalarni almashtirish reaktsiyalari mavjud.
Keling, bunday reaktsiyalarga misollar keltiraylik.
Organik kimyo o'simlik va hayvon organizmlaridan olinadigan, asosan organik birikmalardan tashkil topgan moddalarni o'rganish jarayonida paydo bo'ldi. Bu shunday birikmalarning (organizm - organik) sof tarixiy nomini aniqladi. Organik kimyoning ba'zi texnologiyalari qadimgi davrlarda paydo bo'lgan, masalan, alkogolli va sirkali fermentatsiya, organik indigo va alizarin bo'yoqlaridan foydalanish, terini ko'nlash jarayonlari va boshqalar.. Uzoq vaqt davomida kimyogarlar faqat organik birikmalarni ajratib olishlari va tahlil qilishlari mumkin edi, lekin ular buni qila olmadilar. ularni sun'iy yo'l bilan olish, natijada organik birikmalarni faqat tirik organizmlar yordamida olish mumkin degan ishonch paydo bo'ldi.
19-asrning ikkinchi yarmidan boshlab. organik sintez usullari intensiv rivojlana boshladi, bu esa o'rnatilgan aldanishni asta-sekin engib o'tishga imkon berdi. Laboratoriyada birinchi marta organik birikmalarning sintezini Fridrix Veler (1824-1828 yillarda) amalga oshirdi, siyanogenni gidrolizlashda u ilgari o'simliklardan ajratilgan oksalat kislotasini oldi va ammoniy siyanatni qizdirganda. , molekulaning qayta joylashishi tufayli ( sm. ISOMERIA) tirik organizmlarning chiqindi mahsuloti karbamid oldi (1-rasm. Organik birikmalarning birinchi sintezi).
Endi tirik organizmlarda mavjud bo'lgan ko'plab birikmalarni laboratoriya sharoitida olish mumkin, bundan tashqari, kimyogarlar doimiy ravishda tirik tabiatda uchramaydigan organik birikmalarni olishadi.
Organik kimyoning mustaqil fan sifatida shakllanishi 19-asrning oʻrtalarida, kimyogarlarning saʼy-harakatlari bilan organik birikmalarning tuzilishi haqidagi gʻoyalar shakllana boshlagan paytda sodir boʻldi. E. Frankland (u valentlik tushunchasini aniqlagan), F. Kekule (uglerodning tetravalentligini va benzolning tuzilishini o'rnatgan), A. Kuper (valentlik chizig'ining ramzini taklif qilgan) asarlari eng e'tiborga loyiq rol o'ynadi. tuzilmaviy formulalarni tasvirlashda atomlarni birlashtiruvchi, bugungi kunda ham foydalaniladi ) , A.M. Butlerov (kimyoviy tuzilish nazariyasini yaratdi, bu nazariyaga ko'ra birikmaning xossalari nafaqat uning tarkibi, balki atomlarning bog'lanish tartibi ham aniqlanadi).
Organik kimyo rivojining navbatdagi muhim bosqichi kimyogarlarning fikrlash tarzini o'zgartirib, strukturaviy formulalarning tekis tasviridan atomlarning fazoviy joylashuviga o'tishni taklif qilgan J. Van't Xoffning ishi bilan bog'liq. molekula, natijada kimyogarlar molekulalarni hajmli jismlar deb hisoblay boshladilar.
Organik birikmalardagi kimyoviy bog‘lanishlarning tabiati haqidagi g‘oyalarni birinchi bo‘lib G.Lyuis shakllantirgan bo‘lib, u molekuladagi atomlar elektronlar yordamida bog‘lanadi, degan fikrni ilgari surdi: bir juft umumlashgan elektron oddiy bog‘ hosil qiladi, ikki yoki uch juft juft hosil bo‘ladi. , mos ravishda, ikki va uch bog'lanish. Elektron zichligi molekulalarda taqsimlanishini hisobga olgan holda (masalan, O, Cl va boshqalarning elektronegativ atomlari ta'sirida uning siljishi) kimyogarlar ko'plab birikmalarning reaktivligini tushuntira oldilar, ya'ni. ularning muayyan reaktsiyalarda ishtirok etish imkoniyati.
Elektronning kvant mexanikasi bilan aniqlangan xususiyatlarini hisobga olish molekulyar orbitallar tushunchasidan foydalangan holda kvant kimyosining rivojlanishiga olib keldi. Hozirda ko'plab misollarda o'zining bashoratli kuchini ko'rsatgan kvant kimyosi eksperimental organik kimyo bilan muvaffaqiyatli hamkorlik qilmoqda.
Uglerod birikmalarining kichik guruhi organik deb tasniflanmaydi: uglerod kislotasi va uning tuzlari (karbonatlar), gidrosiyan kislotasi HCN va uning tuzlari (siyanidlar), metall karbidlari va noorganik kimyo tomonidan o'rganiladigan ba'zi boshqa uglerod birikmalari.
Organik kimyoning asosiy xususiyati - uglerod atomlarining bir-biri bilan deyarli cheksiz miqdorda birlashishi, zanjirlar va tsikllar shaklida molekulalarni hosil qilish qobiliyati tufayli paydo bo'lgan birikmalarning juda xilma-xilligi. Uglerod atomlari orasiga kislorod, azot va boshqalar atomlarini kiritish orqali yanada katta xilma-xillikka erishiladi.Izomeriya hodisasi, buning natijasida bir xil tarkibga ega boʻlgan molekulalar boshqa tuzilishga ega boʻlishi organik birikmalarning xilma-xilligini yanada oshiradi. Hozirgi kunda 10 milliondan ortiq organik birikmalar ma'lum va ularning soni har yili 200-300 mingga ko'paymoqda.
Organik birikmalarning tasnifi.
Tasniflash uchun asos sifatida uglevodorodlar olinadi, ular organik kimyoda asosiy birikmalar hisoblanadi. Boshqa barcha organik birikmalar ularning hosilalari deb hisoblanadi.
Uglevodorodlarni sistemalashtirishda uglerod skeletining tuzilishi va uglerod atomlarini bog`lovchi bog`lar turi hisobga olinadi.
I. ALIFATIK (aleifatos. yunoncha neft) uglevodorodlar chiziqli yoki tarmoqlangan zanjirlar bo'lib, ularda tsiklik bo'laklar mavjud emas, ular ikkita katta guruhni tashkil qiladi.
1. Toʻyingan yoki toʻyingan uglevodorodlar (ular hech narsani biriktirishga qodir emasligi uchun shunday nomlangan) oddiy bogʻlar bilan bogʻlangan va vodorod atomlari bilan oʻralgan uglerod atomlarining zanjirlaridir (1-rasm). Agar zanjirning filiallari bo'lsa, nomga prefiks qo'shiladi iso. Eng oddiy toʻyingan uglevodorod metan boʻlib, bu birikmalarning bir qismi undan boshlanadi.
Guruch. 2. TOʻYINGAN uglevodorodlar
Toʻyingan uglevodorodlarning asosiy manbalari neft va tabiiy gazdir. To'yingan uglevodorodlarning reaktivligi juda past, ular faqat galogenlar yoki nitrat kislota kabi eng agressiv moddalar bilan reaksiyaga kirishishi mumkin. To'yingan uglevodorodlar havo kirmasdan 450 ° C dan yuqori qizdirilganda, C-C aloqalari buziladi va qisqartirilgan uglerod zanjiri bo'lgan birikmalar hosil bo'ladi. Kislorod ishtirokida yuqori harorat ta'siri ularning CO 2 va suvga to'liq yonishiga olib keladi, bu ularni gazsimon (metan - propan) yoki suyuq motor yoqilg'isi (oktan) sifatida samarali ishlatishga imkon beradi.
Bir yoki bir nechta vodorod atomlari ba'zi funktsional (ya'ni, keyingi o'zgarishlarga qodir) guruh bilan almashtirilganda, tegishli uglevodorod hosilalari hosil bo'ladi. Tarkibida C-OH guruhi boʻlgan birikmalar spirtlar, HC=O — aldegidlar, COOH — karboksilik kislotalar (oddiy mineral kislotalardan, masalan, xlorid yoki oltingugurtdan farqlash uchun “karboksilik” soʻzi qoʻshiladi) deyiladi. Murakkab bir vaqtning o'zida turli xil funktsional guruhlarni o'z ichiga olishi mumkin, masalan, COOH va NH 2, bunday birikmalar aminokislotalar deb ataladi. Galogenlar yoki nitroguruhlarning uglevodorod tarkibiga kiritilishi, mos ravishda, halogen yoki nitro hosilalariga olib keladi (3-rasm).
Guruch. 4. TO'YINGAN uglevodorodlarga misollar funktsional guruhlar bilan
Ko'rsatilgan barcha uglevodorod hosilalari organik birikmalarning katta guruhlarini hosil qiladi: spirtlar, aldegidlar, kislotalar, galogen hosilalari va boshqalar. Molekulaning uglevodorod qismi juda past reaktivlikka ega bo'lganligi sababli, bunday birikmalarning kimyoviy harakati -OH, -COOH, -Cl, -NO 2 va boshqalar funktsional guruhlarning kimyoviy xossalari bilan belgilanadi.
2. Toʻyinmagan uglevodorodlar asosiy zanjir strukturasining toʻyingan uglevodorodlar bilan bir xil variantlariga ega, lekin tarkibida uglerod atomlari oʻrtasida qoʻsh yoki uchlik bogʻlar mavjud (6-rasm). Eng oddiy to'yinmagan uglevodorod etilendir.
Guruch. 6. To'yinmagan uglevodorodlar
Toʻyinmagan uglevodorodlar uchun eng tipik koʻp bogʻlanish (8-rasm) boʻlib, ular asosida turli organik birikmalarni sintez qilish imkonini beradi.
Guruch. sakkiz. REAGENTLAR QO'SHISH ko'p bog'lanish orqali to'yinmagan birikmalarga
Qo'sh bog'li birikmalarning yana bir muhim xususiyati ularning polimerlanish qobiliyatidir (9-rasm), bu holda qo'sh bog'lar ochiladi, natijada uzun uglevodorod zanjirlari hosil bo'ladi.
Guruch. to'qqiz. ETILENNING POLİMERIZASI
To'yinmagan uglevodorodlar tarkibiga avval aytib o'tilgan funktsional guruhlarning kiritilishi, xuddi to'yingan uglevodorodlardagi kabi, tegishli hosilalarga olib keladi, ular ham tegishli organik birikmalarning katta guruhlarini - to'yinmagan spirtlar, aldegidlar va boshqalarni hosil qiladi. (10-rasm).
Guruch. o'n. To'yinmagan uglevodorodlar funktsional guruhlar bilan
Ko'rsatilgan birikmalar uchun soddalashtirilgan nomlar berilgan, maxsus ishlab chiqilgan qoidalarga muvofiq tuzilgan birikma nomida bir nechta bog'lanishlar va funktsional guruhlarning molekulasidagi aniq pozitsiyasi ko'rsatilgan.
Bunday birikmalarning kimyoviy harakati ham bir nechta bog'lanishning xususiyatlari, ham funktsional guruhlarning xususiyatlari bilan belgilanadi.
II. KARBOTSIKLIK uglevodorodlar tarkibida faqat uglerod atomlari hosil qilgan siklik fragmentlar mavjud. Ular ikkita katta guruhni tashkil qiladi.
1. Alitsiklik (ya'ni bir vaqtning o'zida ham alifatik, ham tsiklik) uglevodorodlar. Bu birikmalarda siklik fragmentlar ham bitta, ham ko'p bog'larni o'z ichiga olishi mumkin, bundan tashqari, birikmalar bir nechta siklik fragmentlarni o'z ichiga olishi mumkin, bu birikmalar nomiga "siklo" prefiksi qo'shiladi, eng oddiy alitsiklik birikma siklopropandir (12-rasm).
Guruch. 12. ALITSICLIK uglevodorodlar
Yuqorida ko'rsatilganlarga qo'shimcha ravishda, siklik fragmentlarni ulashning boshqa variantlari mavjud, masalan, ular bitta umumiy atomga (spirotsiklik birikmalar deb ataladi) ega bo'lishi mumkin yoki ular ikki yoki undan ortiq atomlar umumiy bo'ladigan tarzda ulanishi mumkin. har ikkala siklga (bisiklik birikmalar) uch va undan ortiq davrlarni birlashtirib, uglevodorod ramkalarini hosil qilish ham mumkin (14-rasm).
Guruch. o'n to'rt. SIKLILARNI BOG'LANISH VARIANTLARI alitsiklik birikmalarda: spirotsikllar, velosipedlar va ramkalar. Spiro- va bisiklik birikmalarning nomlari shuni ko'rsatadiki, uglerod atomlarining umumiy sonini o'z ichiga olgan alifatik uglevodorod, masalan, rasmda ko'rsatilgan spirotsiklda sakkizta uglerod atomi mavjud, shuning uchun uning nomi "oktan" so'zi asosida qurilgan. . Adamantanda atomlar olmosning kristall panjarasidagi kabi joylashadi, bu uning nomini aniqladi ( yunoncha adamantos - olmos)
Ko'pgina mono- va bisiklik alitsiklik uglevodorodlar, shuningdek, adamantan hosilalari neft tarkibiga kiradi, ularning umumiy nomi naftenlardir.
Kimyoviy xossalari bo‘yicha alitsiklik uglevodorodlar mos keladigan alifatik birikmalarga yaqin bo‘lsada, ularning siklik tuzilishi bilan bog‘liq qo‘shimcha xususiyatga ega: kichik halqalar (3-6 a’zoli) ba’zi reagentlar qo‘shib ochishga qodir (15-rasm). ).
Guruch. o'n besh. ALITSICLIK uglevodorodlarning REAKSIYALARI, tsiklning ochilishi bilan davom eting
Alitsiklik uglevodorodlar tarkibiga turli funktsional guruhlarning kiritilishi tegishli hosilalar - spirtlar, ketonlar va boshqalarga olib keladi. (16-rasm).
Guruch. o'n olti. ALITSICLIK uglevodorodlar funktsional guruhlar bilan
2. Karbotsiklik birikmalarning ikkinchi katta guruhini benzol tipidagi aromatik uglevodorodlar hosil qiladi, yaʼni tarkibida bir yoki bir nechta benzol halqalari boʻladi (benzol boʻlmagan turdagi aromatik birikmalar ham bor () sm. AROMATIKLIK). Shu bilan birga, ular to'yingan yoki to'yinmagan uglevodorod zanjirlarining bo'laklarini ham o'z ichiga olishi mumkin (18-rasm).
Guruch. o'n sakkiz. AROMATIK uglevodorodlar.
Benzol halqalari bir-biriga lehimlangandek ko'rinadigan birikmalar guruhi mavjud bo'lib, ular kondensatsiyalangan aromatik birikmalar deb ataladi (20-rasm).
Guruch. 20. QO'YILGAN AROMATIK BIRIKMALAR
Ko'pgina aromatik birikmalar, shu jumladan kondensatsiyalanganlar (naftalin va uning hosilalari) neftning bir qismidir, bu birikmalarning ikkinchi manbai ko'mir smolasidir.
Benzol halqalari katta qiyinchilik va og'ir sharoitlarda kechadigan qo'shilish reaksiyalari bilan tavsiflanmaydi, ular uchun eng tipik reaktsiyalar vodorod atomlarining o'rnini bosish reaktsiyalaridir (21-rasm).
Guruch. 21. ALDIRISH REAKSIYALARI aromatik yadrodagi vodorod atomlari.
Benzol yadrosiga biriktirilgan funktsional guruhlar (galogen, nitro va asetil guruhlari) bilan bir qatorda (21-rasm) boshqa guruhlar ham kiritilishi mumkin, buning natijasida aromatik birikmalarning tegishli hosilalari (22-rasm), ular katta sinflarni hosil qiladi. organik birikmalar - fenollar, aromatik aminlar va boshqalar.
Guruch. 22. AROMATIK BIRIKMALAR funktsional guruhlar bilan. Aromatik yadrodagi uglerod atomiga ne-OH guruhi biriktirilgan birikmalar fenollar deb ataladi, alifatik birikmalardan farqli o'laroq, bunday birikmalar spirtlar deb ataladi.
III. GETEROSIKLIK uglevodorodlar sikl tarkibida (uglerod atomlaridan tashqari) turli geteroatomlarni o'z ichiga oladi: O, N, S. Tsikllar har xil o'lchamda bo'lishi mumkin, ularda ham bir, ham ko'p bog'lar, shuningdek, geterosiklga biriktirilgan uglevodorod o'rnini bosuvchi moddalar mavjud. Heterosikl benzol halqasiga "lehimlangan" variantlar mavjud (24-rasm).
Guruch. 24. GETEROTSIKLIK BIRIKMALAR. Ularning nomlari tarixan rivojlangan, masalan, furan o'z nomini kepakdan olingan furan aldegid - furfuraldan oldi ( lat. furfur - kepak). Ko'rsatilgan barcha birikmalar uchun qo'shilish reaktsiyalari qiyin va almashtirish reaktsiyalari juda oson. Shunday qilib, bu benzol bo'lmagan turdagi aromatik birikmalardir.
Bu sinf birikmalarining xilma-xilligi geterotsiklda ikki yoki undan ortiq geteroatomni o'z ichiga olishi mumkinligi sababli yanada ortadi (26-rasm).
Guruch. 26. GETEROSIKLLAR ikki yoki undan ortiq geteroatomlar bilan.
Xuddi ilgari ko'rib chiqilgan alifatik, alitsiklik va aromatik uglevodorodlar kabi geterosikllar ham turli funktsional guruhlarni (-OH, -COOH, -NH 2 va boshqalar) o'z ichiga olishi mumkin va ba'zi hollarda sikldagi geteroatomni ham ko'rib chiqish mumkin. funktsional guruh, chunki u mos keladigan o'zgarishlarda ishtirok eta oladi (27-rasm).
Guruch. 27. GETEROATOM N funktsional guruh sifatida. Oxirgi birikma nomidagi "N" harfi metil guruhi qaysi atomga biriktirilganligini bildiradi.
Organik kimyoning reaksiyalari.
Noorganik kimyo reaktsiyalaridan farqli o'laroq, ionlar yuqori tezlikda (ba'zan bir zumda) o'zaro ta'sir qiladi, odatda organik birikmalarning reaktsiyalarida kovalent aloqalarni o'z ichiga olgan molekulalar ishtirok etadi. Natijada, barcha o'zaro ta'sirlar ionli birikmalar (ba'zan o'nlab soatlar) holatiga qaraganda ancha sekinroq, ko'pincha yuqori haroratlarda va jarayonni tezlashtiradigan moddalar - katalizatorlar ishtirokida sodir bo'ladi. Ko'pgina reaktsiyalar oraliq bosqichlarda yoki bir nechta parallel yo'nalishlarda davom etadi, bu esa kerakli birikmaning hosildorligini sezilarli darajada pasayishiga olib keladi. Shuning uchun reaktsiyalarni tavsiflashda raqamli koeffitsientli tenglamalar o'rniga (noorganik kimyoda an'anaviy ravishda qabul qilinadi) ko'pincha stexiometrik nisbatlarni ko'rsatmasdan reaksiya sxemalari qo'llaniladi.
Organik reaktsiyalarning katta sinflarining nomi ko'pincha faol reagentning kimyoviy tabiati yoki birikmaga kiritilgan organik guruh turi bilan bog'liq:
a) galogenlanish - galogen atomining kiritilishi (8-rasm, birinchi reaksiya sxemasi),
b) gidroxlorlash, ya'ni. HCl ta'siri (8-rasm, ikkinchi reaktsiya sxemasi)
v) nitratsiya - NO 2 nitroguruhining kiritilishi (21-rasm, reaktsiyaning ikkinchi yo'nalishi)
d) metallizatsiya - metall atomining kiritilishi (27-rasm, birinchi bosqich).
a) alkillanish - alkil guruhining kiritilishi (27-rasm, ikkinchi bosqich)
b) asillanish - RC(O)- asil guruhini kiritish (27-rasm, ikkinchi bosqich)
Ba'zan reaksiyaning nomi molekulaning qayta joylashish xususiyatlarini ko'rsatadi, masalan, sikllanish - sikl hosil bo'lishi, detsiklizatsiya - tsiklning ochilishi (15-rasm).
Katta sinf kondensatsiya reaktsiyalari natijasida hosil bo'ladi ( lat. condensatio - siqilish, qalinlashuv), bunda yangi CC aloqalarining shakllanishi bir vaqtning o'zida osongina olinadigan noorganik yoki organik birikmalarning shakllanishi bilan sodir bo'ladi. Suvning chiqishi bilan birga keladigan kondensatsiya suvsizlanish deb ataladi. Kondensatsiya jarayonlari molekula ichida, ya'ni bitta molekula ichida ham sodir bo'lishi mumkin (28-rasm).
Guruch. 29. BERISH REAKSIYALARI
Variantlar bir necha turdagi transformatsiyalar birgalikda amalga oshirilganda mumkin bo'ladi, bu quyida isitish vaqtida turli xil jarayonlar sodir bo'ladigan birikma misolida ko'rsatilgan. Shilliq kislotaning termal kondensatsiyasi paytida (30-rasm) molekulyar suvsizlanish va CO 2 ning keyinchalik yo'q qilinishi sodir bo'ladi.
Guruch. o'ttiz. SHILIQ KISLOTANI AYLANISHI(Akorn siropidan olingan) pyromukoz kislotaga aylanadi, chunki u shilimshiqni isitish orqali olinadi. Pirosmuk kislotasi heterotsiklik birikma - biriktirilgan funktsional (karboksil) guruhiga ega furan. Reaksiya jarayonida C-O, C-H bog'lari uziladi va yangi C-H va C-C bog'lar hosil bo'ladi.
Molekulaning qayta joylashishi tarkibni o'zgartirmasdan sodir bo'ladigan reaktsiyalar mavjud ( sm. IZOMERIZASYON).
Organik kimyoda tadqiqot usullari.
Zamonaviy organik kimyo elementar tahlildan tashqari, ko'plab fizik tadqiqot usullaridan foydalanadi. Eng murakkab moddalar aralashmalari eritmalar yoki moddalar bug'larining sorbent qatlami orqali harakatlanishiga asoslangan xromatografiya yordamida tarkibiy qismlarga ajratiladi. Infraqizil spektroskopiya - infraqizil (issiqlik) nurlarini eritma orqali yoki moddaning yupqa qatlami orqali o'tkazish - moddada molekulaning ma'lum bo'laklari, masalan, C 6 H 5, C \ guruhlari mavjudligini aniqlashga imkon beradi. u003d O, NH 2 va boshqalar.
Elektron deb ham ataladigan ultrabinafsha spektroskopiyasi molekulaning elektron holati to'g'risida ma'lumot olib boradi; u moddada bir nechta bog'lanishlar va aromatik bo'laklar mavjudligiga sezgir. Kristalli moddalarni rentgen nurlari yordamida tahlil qilish (Rentgen nurlanishining diffraktsiya tahlili) molekuladagi atomlarning joylashishini yuqoridagi animatsion rasmlarga o'xshash uch o'lchovli tasvirini beradi, boshqacha qilib aytganda, bu sizga ko'rish imkonini beradi. o'z ko'zlaringiz bilan molekulaning tuzilishi.
Spektral usul - yadro magnit momentlarining tashqi magnit maydon bilan rezonansli o'zaro ta'siriga asoslangan yadro magnit rezonansi, molekulaning turli qismlarida joylashgan vodorod, masalan, bitta elementning atomlarini ajratishga imkon beradi. uglevodorod skeleti, gidroksil, karboksil yoki aminokislotadagi), shuningdek ularning nisbatini aniqlang. Shunga o'xshash tahlil C, N, F va boshqalar yadrolari uchun ham mumkin. Bu zamonaviy fizik usullarning barchasi organik kimyoda jadal izlanishlarga olib keldi - ilgari ko'p yillar davom etgan muammolarni tezda hal qilish mumkin bo'ldi.
Organik kimyoning baʼzi boʻlimlari katta mustaqil sohalar sifatida paydo boʻldi, masalan, tabiiy moddalar, dorilar, boʻyoqlar, polimerlar kimyosi. 20-asrning o'rtalarida organoelement birikmalari kimyosi C-E aloqasi bo'lgan moddalarni o'rganuvchi mustaqil fan sifatida rivojlana boshladi, bu erda E belgisi har qanday elementni (uglerod, vodorod, kislorod, azot va galogenlardan tashqari) bildiradi. Tirik organizmlarda uchraydigan organik moddalarning sintezi va oʻzgarishini oʻrganuvchi biokimyoda katta yutuqlarga erishildi. Bu barcha sohalarning rivojlanishi organik kimyoning umumiy qonuniyatlariga asoslanadi.
Zamonaviy sanoat organik sintezi turli xil jarayonlarning keng doirasini o'z ichiga oladi - bular, birinchi navbatda, yirik ishlab chiqarish - neft va gazni qayta ishlash va motor yoqilg'isi, erituvchilar, sovutgichlar, moylash moylarini ishlab chiqarish, bundan tashqari, polimerlar sintezi, sintetik tolalar, qoplamalar uchun turli xil qatronlar, yopishtiruvchi moddalar va emallar. Kichik tonnajli sanoatga dori-darmonlar, vitaminlar, bo'yoqlar, oziq-ovqat qo'shimchalari va xushbo'y moddalar ishlab chiqarish kiradi.
Mixail Levitskiy
Organik reaksiyalar uchun turli xil xususiyatlarga asoslangan turli tasniflash tizimlari mavjud. Ular orasida quyidagi tasniflar mavjud:
- yoqilgan reaktsiyaning yakuniy natijasi, ya'ni substrat strukturasining o'zgarishi;
- yoqilgan reaktsiya mexanizmi, ya'ni bog'lanishning uzilish turiga va reaktivlar turiga ko'ra.
Organik reaksiyada o'zaro ta'sir qiluvchi moddalar quyidagilarga bo'linadi reaktiv va substrat. Bunday holda, reagent substratga hujum qiladi deb hisoblanadi.
TA’RIF
Reaktiv- ob'ektga - substratga ta'sir qiluvchi va undagi kimyoviy bog'lanishning o'zgarishiga olib keladigan modda. Reaktivlar radikal, elektrofil va nukleofillarga bo'linadi.
TA’RIF
Substrat odatda yangi bog'lanish uchun uglerod atomini ta'minlovchi molekula deb hisoblanadi.
REAKSIYALARNING YaXOGI NATIJASIGA KO'R TANIFI (SUBSTRAT TUZILISHINI O'ZGARTIRIShI)
Organik kimyoda yakuniy natijaga va substrat tuzilishining o'zgarishiga ko'ra to'rt turdagi reaktsiyalar ajratiladi: qo'shish, almashtirish, ajratish, yoki bartaraf etish(ingliz tilidan. bartaraf etish- olib tashlash, ajratish) va qayta tashkil etish (izomerizatsiya)). Bunday klassifikatsiya noorganik kimyodagi reaksiyalarning tarkibini oʻzgartirgan yoki oʻzgartirmagan holda boshlangʻich reagentlar va hosil boʻlgan moddalar soniga koʻra tasnifiga oʻxshaydi. Yakuniy natijaga ko'ra tasniflash rasmiy belgilarga asoslanadi, chunki stoxiometrik tenglama, qoida tariqasida, reaktsiya mexanizmini aks ettirmaydi. Noorganik va organik kimyodagi reaksiya turlarini solishtiramiz.
Noorganik kimyoda reaksiya turi | Misol | Organik kimyoda reaksiya turi | Turli xillik va misol Reaksiyalar |
|---|---|---|---|
1. Ulanish | C l2 + H2 = 2 H C l | Bir nechta obligatsiyalar bilan biriktirish | gidrogenlash |
Gidrogalogenlash
|
|||
Galogenlash
|
|||
Hidratsiya
|
|||
2. parchalanish | 2
H2
O = 2 H2
+
O2
| bartaraf etish | Dehidrogenatsiya
|
Degidrogalogenatsiya
|
|||
Degalogenatsiya
|
|||
Suvsizlanish
|
|||
3. Almashtirish | Z n + 2 H C l =ZnCl2+H2 | almashtirish |
|
4. Ayirboshlash (maxsus holat - zararsizlantirish) | H2 S O4 + 2 N a O H\u003d N a 2 S O 4 + 2 H 2 O | maxsus holat - esterifikatsiya |
|
5. Allotropizatsiya | grafit ⇔ olmos Pqizil⇔ Poq Pred⇔P oq Sromb.⇔ Ssuv ombori Srombus⇔Splast. | Izomerlanish | Izomerlanish alkanlar
|
n) ularni boshqalar bilan almashtirmasdan.
Qaysi atomlarning bo'linishiga qarab - qo'shni C–C yoki ikki yoki uch yoki undan ortiq uglerod atomlari bilan ajratilgan - C-C-C- C–, –C-C-C-C- C- bilan birikmalar hosil qilishi mumkin bir nechta obligatsiyalar va yoki siklik birikmalar. Alkilgalogenidlardan vodorod galogenidlarini yoki spirtlardan suvni yo'q qilish Zaytsev qoidasiga ko'ra sodir bo'ladi.
TA’RIF
Zaytsev hukmronligi: vodorod atomi H eng kam vodorodlangan uglerod atomidan ajralib chiqadi.
Masalan, vodorod bromid molekulasining ajralishi qo'shni atomlardan ishqor ishtirokida, natriy bromid va suv hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi.
TA’RIF
qayta guruhlash- kimyoviy reaktsiya, buning natijasida molekuladagi atomlarning o'zaro joylashishi o'zgaradi, ko'p bog'lanishlar harakati yoki ularning ko'pligi o'zgaradi.
Qayta tartibga solish molekulaning atom tarkibini saqlash (izomerlanish) yoki uning o'zgarishi bilan amalga oshirilishi mumkin.
TA’RIF
Izomerlanish- uglerod skeletidagi strukturaviy o'zgarishlar natijasida kimyoviy birikmaning izomerga aylanishiga olib keladigan qayta tartibga solish reaktsiyasining alohida holati.
Qayta tartibga solish gomolitik yoki geterolitik mexanizm yordamida ham amalga oshirilishi mumkin. Molekulyar oʻzgarishlarni turli mezonlarga koʻra tasniflash mumkin, masalan, tizimlarning toʻyinganligi, migratsiya guruhining tabiati, stereospesifikligi va boshqalar.Koʻpgina qayta joylashish reaksiyalarining oʻziga xos nomlari bor – Klaisen qayta tashkil etilishi, Bekmanning qayta tuzilishi va boshqalar.
Izomerlanish reaktsiyalari sanoat jarayonlarida, masalan, benzinning oktan sonini oshirish uchun neftni qayta ishlashda keng qo'llaniladi. Izomerlanishga misol sifatida transformatsiyani keltirish mumkin n-oktandan izooktanga:
ORGANIK REAKSIYALARNING REAGENTLAR TURI BO'YICHA TASNIFI.
UZILISh
Organik birikmalarda bog'lanish gomolitik yoki geterolitik bo'lishi mumkin.
TA’RIF
Gomolitik bog'lanishning uzilishi- bu shunday bo'shliq, buning natijasida har bir atom juftlashtirilmagan elektronni oladi va o'xshash elektron tuzilishga ega bo'lgan ikkita zarracha hosil bo'ladi - erkin radikallar.
Gomolitik bo'shliq qutbsiz yoki zaif qutbga xosdir bog'laydi, masalan, C-C, Cl-Cl, C-H va katta miqdorda energiya talab qiladi.
Ajralmagan elektronga ega bo'lgan hosil bo'lgan radikallar yuqori reaktivdir, shuning uchun bunday zarralar ishtirokida sodir bo'ladigan kimyoviy jarayonlar ko'pincha "zanjirli" xususiyatga ega, ularni nazorat qilish qiyin va reaktsiya natijasida o'rnini bosuvchi mahsulotlar to'plami. olinadi. Shunday qilib, metanni xlorlashda o'rnini bosuvchi mahsulotlar xlorometandir C H3 C l CH3Cl, diklorometan C H2 C l2 CH2Cl2, xloroform C H C l3 CHCl3 va uglerod tetraklorid C C l4 CCl4. Erkin radikallar ishtirokidagi reaksiyalar kimyoviy bog'lanishlar hosil bo'lishining almashinish mexanizmiga ko'ra boradi.
Ushbu bog'lanishning uzilishi natijasida hosil bo'lgan radikallar radikal mexanizm reaktsiyaning borishi. Radikal reaktsiyalar odatda yuqori haroratda yoki nurlanish (masalan, yorug'lik) bilan sodir bo'ladi.
Yuqori reaktivlik tufayli erkin radikallar inson tanasiga salbiy ta'sir ko'rsatishi, hujayra membranalarini yo'q qilishi, DNKga ta'sir qilishi va erta qarishni keltirib chiqarishi mumkin. Bu jarayonlar, birinchi navbatda, lipid peroksidatsiyasi, ya'ni hujayra membranasi ichida yog' hosil qiluvchi ko'p to'yinmagan kislotalar tuzilishini yo'q qilish bilan bog'liq.
TA’RIF
Geterolitik aloqaning uzilishi- bu elektron jufti ko'proq elektron manfiy atomda qoladigan va ikkita zaryadlangan zarrachalar - ionlar hosil bo'ladigan bo'shliq: kation (ijobiy) va anion (salbiy).
Kimyoviy reaktsiyalarda bu zarralar "vazifalarini bajaradi. nukleofillar"(" fil "- gr dan. sevib qolish) va " elektrofillar”, donor-akseptor mexanizmi orqali reaktsiya sherigi bilan kimyoviy bog'lanish hosil qiladi. Nukleofil zarralar yangi bog'lanish hosil bo'lishi uchun elektron juftlikni ta'minlaydi. Boshqa so'z bilan,
TA’RIF
Nukleofil- elektron yetishmaydigan birikmalar bilan o'zaro ta'sir qilish qobiliyatiga ega bo'lgan elektronga boy kimyoviy reagent.
Nukleofillarga har qanday anionlar misol bo'ladi ( C l− , I− , N O− 3 Cl−,I−,NO3− va boshqalar), shuningdek, taqsimlanmagan elektron juftiga ega bo'lgan birikmalar ( N H3 , H2 O NH3, H2O).
Shunday qilib, aloqa uzilganda radikallar yoki nukleofillar va elektrofillar hosil bo'lishi mumkin. Shunga asoslanib, organik reaktsiyalar paydo bo'lishining uchta mexanizmi ajratiladi.
ORGANIK REAKSIYALAR MEXANIZMLARI
Erkin radikal mexanizmi: reaksiya davomida hosil bo'lgan erkin radikallar tomonidan boshlanadi homolitik yorilish molekuladagi aloqalar.
Eng tipik variant - UV nurlanishida xlor yoki brom radikallarining shakllanishi.
1. Erkin radikallarni almashtirish
metan brom
Zanjirning boshlanishi
zanjir o'sishi
zanjir uzilishi
2. Erkin radikal qo'shilishi
eten polietilen
Elektrofil mexanizm: reaksiya elektrofil zarralar bilan boshlanadi, natijada ular ijobiy zaryad oladi geterolitik bo'shliq ulanishlar. Barcha elektrofillar Lyuis kislotalaridir.
Bunday zarralar ta'siri ostida faol shakllanadi Lyuis kislotalari, bu zarrachaning musbat zaryadini oshiradi. Eng ko'p ishlatiladigan A l C l3 , F e C l3 , F e B r3 , Z n C l2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 katalizator vazifasini bajaradi.
Zarracha-elektrofilning hujum joyi bu molekulaning yuqori elektron zichligiga ega bo'lgan qismlari, ya'ni ko'p bog'lanish va benzol halqasi.
Elektrofil almashtirish reaktsiyalarining umumiy shaklini tenglama bilan ifodalash mumkin:
1. Elektrofil almashtirish
benzol bromobenzol
2. elektrofil qo'shilishi
propen 2-bromopropan
propin 1,2-diklorpropen
Asimmetrik to'yinmagan uglevodorodlarga qo'shilish Markovnikov qoidasiga muvofiq sodir bo'ladi.
TA’RIF
Markovnikov qoidasi: Nosimmetrik alkenlarga (bu erda X - halogen atomi yoki gidroksil guruhi OH-) shartli HX formulali murakkab moddalar molekulalarining qo'shilishi, vodorod atomi eng ko'p vodorodlangan (eng ko'p vodorod atomlarini o'z ichiga olgan) uglerod atomiga qo'shiladi. bog'lanish va X eng kam vodorodlangan.
Masalan, propen molekulasiga vodorod xlorid HCl qo'shilishi C H3 – C H = C H2 CH3–CH=CH2.
Reaktsiya elektrofil qo'shilish mexanizmi bilan boradi. Elektron donor ta'siri tufayli C H3 CH3-guruhlarda, substrat molekulasidagi elektron zichligi markaziy uglerod atomiga (induktiv effekt), so'ngra qo'sh bog'lanishlar tizimi bo'ylab terminal uglerod atomiga siljiydi. C H2 CH2-guruhlar (mezomerik effekt). Shunday qilib, ortiqcha manfiy zaryad aynan shu atomda joylashgan. Shuning uchun vodorod protoni hujumni boshlaydi H+ H+, bu elektrofil zarrachadir. Musbat zaryadlangan karben ioni hosil bo'ladi [C H3 – C H – C H3 ] + + , unga xlor anioni biriktirilgan C l− Cl−.
TA’RIF
Markovnikov qoidasidan istisnolar: qo'shilish reaktsiyasi Markovnikov qoidasiga zid ravishda, agar birikmalar qo'sh bog'ning uglerod atomiga qo'shni bo'lgan uglerod atomi elektron zichligini qisman tortib oladigan reaktsiyaga kirsa, ya'ni sezilarli elektron tortib olish effektini ko'rsatadigan o'rinbosarlar mavjud bo'lsa. (- C C l3 , – C N, – C O O H(–CCl3,–CN,–COOH va boshq.).
Nukleofil mexanizm: reaksiya natijasida hosil bo'lgan manfiy zaryadga ega bo'lgan nukleofil zarrachalar tomonidan boshlanadi geterolitik bo'shliq ulanishlar. Barcha nukleofillar Lyuis asoschisi.
Nukleofil reaksiyalarda reagent (nukleofil) atomlardan birida erkin juft elektronga ega va neytral molekula yoki aniondir ( 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 va boshq.).
Nukleofil substratdagi atomga eng past elektron zichlikka ega (ya'ni, qisman yoki to'liq musbat zaryad bilan) hujum qiladi. Nukleofil almashtirish reaksiyasining birinchi bosqichi karbokatiya hosil qilish uchun substratning ionlanishidir. Bunday holda, nukleofilning elektron juftligi tufayli yangi bog'lanish hosil bo'ladi va eskisi keyinchalik kationni yo'q qilish bilan geterolitik parchalanishdan o'tadi. Nukleofil reaksiyaga misol sifatida nukleofil almashtirishni keltirish mumkin (belgi SN SN) to'yingan uglerod atomida, masalan, brom hosilalarining ishqoriy gidrolizi.
1. Nukleofil almashtirish
2. Nukleofil qo'shilish
etanal siyanogidrin
manba http://foxford.ru/wiki/himiya