Cuál es el mecanismo de reacciones entre sustancias. Mecanismos de reacción radicales e iónicos. Tema I: clasificación de reacciones químicas
Muchas reacciones de sustitución abren el camino a la preparación de varios compuestos con uso económico. La sustitución electrofílica y nucleofílica juega un papel muy importante en la ciencia y la industria químicas. En síntesis orgánica, estos procesos tienen una serie de características que deben tenerse en cuenta.
Variedad de fenómenos químicos. Reacciones de sustitución
Los cambios químicos asociados con la transformación de sustancias difieren en una serie de características. Los resultados finales, los efectos térmicos pueden ser diferentes; algunos procesos llegan al final, en otros un cambio en las sustancias suele ir acompañado de un aumento o disminución del estado de oxidación. Al clasificar los fenómenos químicos según su resultado final, se presta atención a las diferencias cualitativas y cuantitativas entre reactivos y productos. Sobre esta base, se pueden distinguir 7 tipos de transformaciones químicas, incluido el procedimiento de sustitución según el esquema: A - B + C A - C + B. Una notación simplificada de toda una clase de fenómenos químicos da una idea de que entre las sustancias iniciales hay un llamado "ataque »Una partícula que reemplaza un átomo, ión o grupo funcional en el reactivo. La reacción de sustitución es típica para limitar y
Las reacciones de sustitución pueden ocurrir en forma de doble intercambio: A - B + C - E A - C + B - E. Una de las subespecies es el desplazamiento de, por ejemplo, cobre por hierro de la solución sulfato de cobre: CuSO 4 + Fe \u003d FeSO 4 + Cu. Los átomos, iones o grupos funcionales pueden actuar como partículas "atacantes".
Sustitución homolítica (radical, SR)
Con un mecanismo radical de ruptura de enlaces covalentes, un par de electrones común a diferentes elementos se distribuye proporcionalmente entre los "fragmentos" de la molécula. Se forman radicales libres. Se trata de partículas inestables, cuya estabilización se produce como resultado de transformaciones posteriores. Por ejemplo, cuando se obtiene etano a partir de metano, se generan radicales libres que participan en la reacción de sustitución: CH 4 CH 3. + .H; CH 3. +. CH _ {3} → C2H5; H +. H → H2. La ruptura del enlace homolítico de acuerdo con el mecanismo de sustitución dado es de carácter de cadena. En el metano, los átomos de H pueden ser reemplazados sucesivamente por cloro. La reacción con el bromo procede de manera similar, pero el yodo no puede reemplazar directamente al hidrógeno en los alcanos, el flúor reacciona con demasiada fuerza con ellos.
Manera heterolítica de romper el vínculo
En el mecanismo iónico de las reacciones de sustitución, los electrones se distribuyen de manera desigual entre las partículas recién formadas. El par de electrones enlazantes se aleja completamente hacia uno de los "fragmentos", más a menudo hacia el compañero de enlace hacia el cual se desplazó la densidad negativa en la molécula polar. Las reacciones de sustitución incluyen la formación de alcohol metílico CH 3 OH. En el bromometano CH3Br, la ruptura molecular es heterolítica, las partículas cargadas son estables. El metilo adquiere una carga positiva y el bromo adquiere una carga negativa: CH 3 Br → CH 3 + + Br -; NaOH → Na + + OH-; CH3 + + OH - → CH3OH; Na + + Br - ↔ NaBr.
Electrófilos y nucleófilos
Las partículas que carecen de electrones y pueden aceptarlos se denominan "electrófilos". Estos incluyen átomos de carbono unidos a halógenos en haloalcanos. Los nucleófilos tienen una mayor densidad de electrones, "donan" un par de electrones cuando crean un enlace covalente. En las reacciones de sustitución, los nucleófilos ricos en cargas negativas son atacados por electrófilos que carecen de electrones. Este fenómeno está asociado con el movimiento de un átomo u otra partícula, un grupo saliente. Otro tipo de reacciones de sustitución es el ataque de un electrófilo por un nucleófilo. A veces es difícil distinguir entre dos procesos, clasificar la sustitución en un tipo u otro, ya que es difícil indicar exactamente cuál de las moléculas es un sustrato y cuál es un reactivo. Normalmente, en tales casos, se tienen en cuenta los siguientes factores:
- la naturaleza del grupo saliente;
- la reactividad del nucleófilo;
- la naturaleza del solvente;
- la estructura de la parte alquilo.
Sustitución nucleofílica (SN)
En el proceso de interacción en una molécula orgánica, se observa un aumento de la polarización. En las ecuaciones, una carga parcial positiva o negativa se indica con la letra del alfabeto griego. La polarización del enlace permite juzgar la naturaleza de su ruptura y el comportamiento posterior de los "fragmentos" de la molécula. Por ejemplo, el átomo de carbono en el yodometano tiene una carga positiva parcial y es un centro electrofílico. Atrae esa parte del dipolo de agua donde se encuentra el oxígeno, que tiene un exceso de electrones. Cuando un electrófilo interactúa con un reactivo nucleofílico, se forma metanol: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Las reacciones de sustitución nucleofílica tienen lugar con la participación de un ion cargado negativamente o una molécula que tiene un par de electrones libres que no participa en la creación de un enlace químico. La participación activa del yodometano en las reacciones SN 2 se explica por su apertura al ataque nucleofílico y la movilidad del yodo.
Sustitución electrofílica (SE)
Una molécula orgánica puede contener un centro nucleofílico, que se caracteriza por un exceso de densidad de electrones. Reacciona con un reactivo electrofílico que carece de cargas negativas. Estas partículas incluyen átomos con orbitales libres, moléculas con áreas de baja densidad electrónica. En el carbono, que tiene una carga “-”, interactúa con la parte positiva del dipolo de agua - con hidrógeno: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. El producto de esta reacción de sustitución electrofílica es metano. En las reacciones heterolíticas, interactúan centros de moléculas orgánicas con carga opuesta, lo que las hace similares a los iones en la química de las sustancias inorgánicas. No debe pasarse por alto que la transformación de compuestos orgánicos rara vez va acompañada de la formación de verdaderos cationes y aniones.
Reacciones monomoleculares y bimoleculares
La sustitución nucleofílica es monomolecular (SN1). Mediante este mecanismo, se produce la hidrólisis de un producto importante de la síntesis orgánica, el cloruro de butilo terciario. La primera etapa es lenta; está asociada con la disociación gradual en catión carbonio y anión cloruro. La segunda etapa es más rápida, procede la reacción del ion carbonio con el agua. sustitución de un halógeno en un alcano por un grupo oxi y obtención de un alcohol primario: (CH 3) 3 C - Cl → (CH 3) 3 C + + Cl -; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C - OH + H +. La hidrólisis en una etapa de haluros de alquilo primarios y secundarios se caracteriza por la destrucción simultánea del enlace de carbono con un halógeno y la formación de un par C - OH. Este es el mecanismo de sustitución bimolecular nucleofílica (SN2).
Mecanismo de sustitución heterolítica
El mecanismo de sustitución está asociado con la transferencia de electrones, la creación de complejos intermedios. Cuanto más rápido avanza la reacción, más fácilmente surgen los productos intermedios característicos de la misma. Muy a menudo, el proceso va simultáneamente en varias direcciones. La ventaja suele ser la forma en que se utilizan las partículas que requieren el menor gasto energético para su formación. Por ejemplo, la presencia de un doble enlace aumenta la probabilidad de aparición de un catión alílico CH2 \u003d CH - CH 2 +, en comparación con el ion CH 3 +. El motivo radica en la densidad electrónica del enlace múltiple, que afecta a la deslocalización de la carga positiva dispersa por toda la molécula.
Reacciones de sustitución de benceno
El grupo que se caracteriza por la sustitución electrofílica son las arenas. El anillo de benceno es un objetivo conveniente para el ataque electrofílico. El proceso comienza con la polarización del enlace en el segundo reactivo, lo que resulta en la formación de un electrófilo adyacente a la nube de electrones del anillo de benceno. El resultado es un complejo de transición. Todavía no existe un enlace completo entre la partícula electrofílica y uno de los átomos de carbono, es atraído por la carga negativa completa de los "seis aromáticos" de electrones. En la tercera etapa del proceso, un electrófilo y un átomo de carbono del anillo están unidos por un par común de electrones (enlace covalente). Pero en este caso, se produce la destrucción de los "seis aromáticos", lo que es desventajoso en términos de lograr un estado de energía estable estable. Se observa un fenómeno que se puede denominar "eyección de protones". El H + se separa y se restaura un sistema de comunicación estable típico de las arenas. El subproducto contiene un catión de hidrógeno del anillo de benceno y un anión del segundo reactivo.
Ejemplos de reacciones de sustitución de la química orgánica
La reacción de sustitución es especialmente característica para los alcanos. Se pueden dar ejemplos de transformaciones electrófilas y nucleófilas para cicloalcanos y arenos. Reacciones similares en las moléculas de sustancias orgánicas ocurren en condiciones normales, pero con mayor frecuencia, cuando se calientan y en presencia de catalizadores. La sustitución electrofílica en el núcleo aromático es un proceso común y bien estudiado. Las reacciones más importantes de este tipo son:
- La nitración del benceno en presencia de H 2 SO 4 - se realiza según el esquema: C 6 H 6 → C 6 H 5 —NO 2.
- Halogenación catalítica de benceno, en particular cloración, según la ecuación: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
- Se forman flujos aromáticos con ácido sulfúrico "humeante", ácidos bencenosulfónicos.
- La alquilación es el reemplazo de un átomo de hidrógeno del anillo de benceno por uno de alquilo.
- La acilación es la formación de cetonas.
- La formilación es el reemplazo de hidrógeno con un grupo CHO y la formación de aldehídos.
Las reacciones de sustitución incluyen la reacción en alcanos y cicloalcanos, en la que los halógenos atacan el enlace CH disponible. La derivación se puede asociar con la sustitución de uno, dos o todos los átomos de hidrógeno en hidrocarburos saturados y cicloparafinas. Muchos de los haloalcanos de bajo peso molecular encuentran uso en la producción de sustancias más complejas relacionadas con diferentes clases... Los éxitos alcanzados en el estudio de los mecanismos de las reacciones de sustitución dieron un fuerte impulso al desarrollo de síntesis a base de alcanos, cicloparafinas, arenos e hidrocarburos halogenados.
Tipos de reacciones químicas en química orgánica e inorgánica.
1. Una reacción química es un proceso en el que se forman otras sustancias a partir de algunas sustancias. Dependiendo de la naturaleza del proceso, se distinguen los tipos de reacciones químicas.
1) Según el resultado final
2) Sobre la base de la liberación o absorción de calor
3) Basado en la reversibilidad de la reacción
4) Sobre la base de un cambio en el estado de oxidación de los átomos que componen los reactivos
Según el resultado final, las reacciones son de los siguientes tipos:
A) Sustitución: RH + Cl 2 → RCl + HCl
B) Conexión: CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 → CH 2 Cl-CH 2 Cl
C) Eliminación: CH 3 -CH 2 OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O
D) Descomposición: CH 4 → C + 2H 2
E) Isomerización
E) Intercambio
G) Conexiones
Reaccion de descomposicion Se denomina proceso en el que dos o más se forman a partir de una sustancia.
Reacción de intercambiose llama al proceso en el que los reactivos se intercambian componentes.
Reacciones y sustituciones proceda con la participación de una sustancia simple y compleja, como resultado se forman nuevas sustancias simples y complejas.
Como resultado reacciones compuestas una nueva sustancia se forma a partir de dos o más sustancias.
Sobre la base de la liberación o absorción del calor de reacción, existen los siguientes tipos:
A) exotérmico
B) endotérmico
Exotérmico - estas son reacciones que ocurren con la liberación de calor.
Endotérmico- Son reacciones que tienen lugar con la absorción de calor del ambiente.
Sobre la base de la reversibilidad, las reacciones son de los siguientes tipos:
A) reversible
B) Irreversible
Las reacciones que proceden en una sola dirección y terminan con la transformación completa de las sustancias que reaccionan iniciales en sustancias finales se denominan irreversible.
Reversible se denominan tales reacciones que proceden simultáneamente en dos direcciones mutuamente opuestas.
Sobre la base de un cambio en el estado de oxidación de los átomos que componen los reactivos, las reacciones son de los siguientes tipos:
A) Redox
Las reacciones que proceden con un cambio en el estado de oxidación de los átomos (en el que hay una transición de electrones de un átomo, molécula o ion a otro) se denominan redox.
2. Según el mecanismo de reacción, se dividen en iónicos y radicales.
Reacciones iónicas - Interacción entre iones como resultado de la rotura heterolítica de un enlace químico (un par de electrones va completamente a uno de los "fragmentos").
Las reacciones iónicas son de dos tipos (según el tipo de reactivo):
A) electrófilo: en el curso de una reacción con un electrófilo.
Electrófilo - un grupo que tiene orbitales libres en algunos átomos o centros con una densidad de electrones reducida (por ejemplo: H +, Cl - o AlCl 3)
B) Nucleófilo: durante la interacción con un nucleófilo.
Nucleófilo - Ión o molécula con carga negativa con un par de electrones solitarios (que actualmente no participan en la formación de un enlace químico).
(Ejemplos: F -, Cl -, RO -, I -).
Los procesos químicos reales, solo en casos raros, pueden describirse mediante mecanismos simples. Un examen detallado de los procesos químicos desde un punto de vista cinético molecular muestra que la mayoría de ellos avanzan a lo largo de un mecanismo de cadena de radicales, una característica de las cadenas p-ciones es la formación de radicales libres en etapas intermedias (los fragmentos de moléculas o átomos con una vida corta son inestables, todos tienen comunicación.
Los procesos de combustión, explosión, oxidación, reacciones fotoquímicas, bioquímica en los organismos vivos se desarrollan a lo largo de un mecanismo en cadena.
Los distritos en cadena tienen varias etapas:
1) iniciación de la cadena: la etapa de reacciones en cadena, como resultado de la cual los radicales libres surgen de moléculas saturadas de valencia.
2) continuación de la cadena - etapa de la cadena de la p-ción, procediendo a la conservación del número total de etapas libres.
3) terminación de la cadena: una etapa elemental de la cadena del distrito que conduce a la desaparición de los bonos libres.
Distinguir entre reacciones en cadena ramificadas y no ramificadas.
Uno de los conceptos más importantes de la cadena es longitud de la cadena - el número medio de etapas elementales de continuación de la cadena desde la aparición de un radical libre hasta su desaparición.
Ejemplo: síntesis de cloruro de hidrógeno
1) m-la CL 2 absorbe un cuanto de energía y la imagen 2 del radical: CL 2 + hv \u003d CL * + CL *
2) la partícula activa se combina con la molécula H 2 m para formar cloruro de hidrógeno y la partícula activa H 2: CL 1 + H 2 \u003d HCL + H *
3) CL 1 + H 2 \u003d HCL + CL * etc.
6) H * + CL * \u003d HCL- circuito abierto.
Mecanismo bifurcado:
F * + H 2 \u003d HF + H * etc.
F * + H 2 \u003d HF + H * etc.
Es más difícil para el agua: se forman los radicales OH *, O * y el radical H *.
Reacciones bajo la influencia de radiaciones ionizantes: rayos X, rayos catódicos, etc. se llaman radioquímicos.
Como resultado de la interacción de las moléculas con la radiación, se observa la desintegración de las moléculas con la formación de las partículas más reactivas.
Tales reacciones contribuyen a la recombinación de partículas y la formación de sustancias con sus diversas combinaciones.
Un ejemplo es la hidrazina N 2 H 4, un componente propulsor. EN tiempos recientes Se está intentando obtener hidracina a partir del amoníaco como resultado de la exposición a los rayos γ:
NH 3 → NH 2 * + H *
2NH 2 * → N 2 H 4
Las reacciones radioquímicas, como la radiólisis del agua, son esenciales para la vida de los organismos.
Literatura:
1. Akhmetov, NS Química general e inorgánica / N.S. Akhmetov. - 3ª ed. - M.: Escuela superior, 2000.- 743s.
- Korovin N.V. Química general / N.V. Korovin. - M.: Escuela superior, 2006.- 557 p.
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- Zaitsev, O.S. Química General. Estructura de sustancias y reacciones químicas / O.S. Zaitsev. - M.: Química, 1990.
- Karapetyants, M.Kh. La estructura de la materia / M.Kh. Karapetyants, S. I. Drakin. - M.: Escuela superior, 1981.
- Algodón F. Fundamentos de la química inorgánica / F. Algodón, J. Wilkinson. - M.: Mir, 1981.
- Ugai, Ya.A. Química general e inorgánica / Ya.A. Ugai. - M.: Escuela superior, 1997.
\u003e\u003e Química: tipos de reacciones químicas en química orgánica
Las reacciones de sustancias orgánicas se pueden dividir formalmente en cuatro tipos principales: sustitución, adición, eliminación (eliminación) y reordenamiento (isomerización). Es obvio que toda la variedad de reacciones de los compuestos orgánicos no puede incluirse en el marco de la clasificación propuesta (por ejemplo, reacciones de combustión). Sin embargo, tal clasificación ayudará a establecer analogías con las clasificaciones de reacciones que ocurren entre sustancias inorgánicas que ya conoce en el curso de química inorgánica.
Como regla general, el principal compuesto orgánico que participa en la reacción se denomina sustrato y el otro componente de la reacción se considera convencionalmente como reactivo.
Reacciones de sustitución
Las reacciones que resultan en el reemplazo de un átomo o grupo de átomos en la molécula original (sustrato) con otros átomos o grupos de átomos se denominan reacciones de sustitución.
Los compuestos saturados y aromáticos, tales como, por ejemplo, alcanos, cicloalcanos o arenos, entran en reacciones de sustitución.
Demos ejemplos de tales reacciones.
Durante el curso de las reacciones químicas, algunos enlaces se rompen y otros se forman. Las reacciones químicas se dividen convencionalmente en orgánicas e inorgánicas. Las reacciones orgánicas se consideran reacciones en las que al menos uno de los reactivos es un compuesto orgánico que cambia su estructura molecular durante la reacción. La diferencia entre las reacciones orgánicas y las inorgánicas es que, por regla general, las moléculas están involucradas en ellas. La velocidad de estas reacciones es baja y el rendimiento del producto suele ser sólo del 50 al 80%. Para aumentar la velocidad de reacción, se utilizan catalizadores, se aumenta la temperatura o la presión. A continuación, considere los tipos de reacciones químicas en química orgánica.
Clasificación según la naturaleza de las transformaciones químicas.
- Reacciones de sustitución
- Reacciones de adición
- Reacción de isomerización y reordenamiento
- Reacciones de oxidación
- Reacciones de descomposición
Reacciones de sustitución
En el curso de las reacciones de sustitución, un átomo o grupo de átomos en la molécula inicial es reemplazado por otros átomos o grupos de átomos, formando una nueva molécula. Normalmente, estas reacciones son típicas de los hidrocarburos saturados y aromáticos, por ejemplo:
Reacciones de adición
En el curso de las reacciones de adición, se forma una molécula de un nuevo compuesto a partir de dos o más moléculas de sustancias. Tales reacciones son típicas de compuestos insaturados. Hay reacciones de hidrogenación (reducción), halogenación, hidrohalogenación, hidratación, polimerización, etc.
- Hidrogenación - unión de una molécula de hidrógeno:
Reacción de eliminación (escisión)
Como resultado de las reacciones de escisión, las moléculas orgánicas pierden átomos o grupos de átomos y se forma una nueva sustancia que contiene uno o más enlaces múltiples. Las reacciones de eliminación incluyen reacciones deshidrogenación, deshidración, deshidrohalogenación etc .:
Reacciones de isomerización y reordenamiento
En el curso de tales reacciones, se produce un reordenamiento intramolecular, es decir transición de átomos o grupos de átomos de una parte de la molécula a otra sin cambiar la fórmula molecular de la sustancia que participa en la reacción, por ejemplo: 
Reacciones de oxidación
Como resultado de la acción de un reactivo oxidante, se produce un aumento en el estado de oxidación del carbono en un átomo, molécula o ion orgánico debido a la donación de electrones, como resultado de lo cual se forma un nuevo compuesto: 
Reacciones de condensación y policondensación
Consisten en la interacción de varios (dos o más) compuestos orgánicos con la formación nuevo S-S enlaces y compuestos de bajo peso molecular:
La policondensación es la formación de una molécula de polímero a partir de monómeros que contienen grupos funcionales con la liberación de un compuesto de bajo peso molecular. En contraste con la reacción de polimerización, que da como resultado la formación de un polímero que tiene una composición similar al monómero, como resultado de reacciones de policondensación, la composición del polímero formado difiere de su monómero:
Reacciones de descomposición
Este es el proceso de descomposición de un compuesto orgánico complejo en sustancias menos complejas o simples:
C 18 H 38 → C 9 H 18 + C 9 H 20
Clasificación de reacciones químicas por mecanismos.
Las reacciones con la ruptura de enlaces covalentes en compuestos orgánicos son posibles mediante dos mecanismos (es decir, un camino que conduce a la ruptura del enlace antiguo y la formación de uno nuevo): heterolítico (iónico) y homolítico (radical).
Mecanismo heterolítico (iónico)
En las reacciones que proceden de acuerdo con el mecanismo heterolítico, se forman partículas intermedias de tipo iónico con un átomo de carbono cargado. Las partículas que tienen una carga positiva se denominan carbocationes y las negativas, carbaniones. En este caso, no hay una ruptura del par de electrones común, sino su transición a uno de los átomos, con la formación de un ion: 
Muy polares, por ejemplo, H - O, C - O y fácilmente polarizables, por ejemplo, los enlaces C - Br, C - I, son propensos a la escisión heterolítica.
Las reacciones que proceden de acuerdo con el mecanismo heterolítico se dividen en nucleofílico y electrofílico reacciones. Un reactivo que tiene un par de electrones para formar un enlace se llama donante de electrones o nucleófilo. Por ejemplo, HO -, RO -, Cl -, RCOO -, CN -, R -, NH 2, H 2 O, NH 3, C 2 H 5 OH, alquenos, arenos.
Un reactivo que tiene una capa de electrones sin llenar y es capaz de unir un par de electrones durante la formación de un nuevo enlace. Los reactivos electrofílicos incluyen los siguientes cationes: H +, R 3 C +, AlCl 3, ZnCl 2, SO 3, BF 3, R-Cl, R 2 C \u003d O
Reacciones de sustitución nucleofílica
Típico para haluros de alquilo y arilo: 
Reacciones de adición nucleofílica 
Reacciones de sustitución electrofílica
Reacciones de adición electrofílica 
Homolítico (mecanismo radical)
En reacciones que proceden de acuerdo con el mecanismo homolítico (radical), en la primera etapa, el enlace covalente se rompe con la formación de radicales. Además, el radical libre formado actúa como reactivo de ataque. Romper la comunicación por mecanismo radical característica de enlaces covalentes no polares o de baja polaridad (C - C, N - N, C - H).
Distinguir entre reacciones de sustitución de radicales y de adición de radicales
Reacciones de sustitución de radicales
Típico de los alcanos 
Reacciones de adición de radicales
Típico para alquenos y alquinos 
Por tanto, examinamos los principales tipos de reacciones químicas en química orgánica.
Categorías,Clasificación de reacciones
Hay cuatro tipos principales de reacciones en las que intervienen los compuestos orgánicos: sustitución (desplazamiento), adición, eliminación (eliminación), reordenamiento.
3.1 Reacciones de sustitución
En las reacciones del primer tipo, la sustitución suele ocurrir en un átomo de carbono, pero el átomo sustituido puede ser un átomo de hidrógeno o algún otro átomo o grupo de átomos. En la sustitución electrofílica, el átomo de hidrógeno se reemplaza con mayor frecuencia; un ejemplo es la clásica sustitución aromática:
Con la sustitución nucleofílica, no es el átomo de hidrógeno el que se reemplaza con más frecuencia, sino otros átomos, por ejemplo:
NC - + R - Br → NC - R + BR -
3.2 Reacciones de acoplamiento
Las reacciones de adición también pueden ser electrofílicas, nucleofílicas o radicales, dependiendo del tipo de partículas que inicien el proceso. La unión a dobles enlaces carbono-carbono habituales la induce un electrófilo o un radical. Por ejemplo, unirse a HBr
puede comenzar con un ataque al doble enlace por un protón H + o por un radical Br ·.
3.3 Reacciones de eliminación
Las reacciones de eliminación son esencialmente las inversas a las reacciones de adición; el tipo más común de tal reacción es la eliminación de un átomo de hidrógeno y otro átomo o grupo de los átomos de carbono vecinos para formar alquenos:
3.4 Reacciones de reordenamiento
Los reordenamientos también pueden proceder a través de intermedios que son cationes, aniones o radicales; muy a menudo, estas reacciones proceden con la formación de carbocationes u otras partículas deficientes en electrones. Los reordenamientos pueden implicar cambios significativos del esqueleto de carbono. La etapa de transposición real en tales reacciones a menudo va seguida de etapas de sustitución, adición o escisión que conducen a la formación de un producto final estable.
Una descripción detallada de una reacción química en etapas se denomina mecanismo. Desde un punto de vista electrónico, el mecanismo de una reacción química se entiende como el método de ruptura de enlaces covalentes en moléculas y la secuencia de estados por los que pasan los reactivos antes de convertirse en productos de reacción.
4.1 Reacciones de radicales libres
Las reacciones de radicales libres son procesos químicos que involucran moléculas que tienen electrones desapareados. Ciertos aspectos de las reacciones de radicales libres son únicos en comparación con otros tipos de reacciones. La principal diferencia es que muchas reacciones de radicales libres son reacciones en cadena. Esto significa que existe un mecanismo por el cual muchas moléculas se convierten en un producto a través de un proceso iterativo iniciado por la creación de una partícula reactiva. Se ilustra un ejemplo típico utilizando el siguiente mecanismo hipotético:
La etapa en la que se genera el intermedio de reacción, en este caso A ·, se denomina iniciación. Esta etapa tiene lugar a altas temperaturas, bajo la influencia de UV o peróxidos, en disolventes no polares. Las siguientes cuatro ecuaciones de este ejemplo repiten la secuencia de dos reacciones; representan la fase de desarrollo de la cadena. Las reacciones en cadena se caracterizan por una longitud de cadena que corresponde al número de etapas de desarrollo por etapa de iniciación. La segunda etapa procede con la síntesis simultánea del compuesto y la formación de un nuevo radical, que continúa la cadena de transformaciones. La etapa final es la etapa de terminación de la cadena, que incluye cualquier reacción en la que se destruya uno de los intermedios de reacción necesarios para el desarrollo de la cadena. Cuantas más etapas de terminación de la cadena, más corta se vuelve la longitud de la cadena.
Las reacciones de radicales libres tienen lugar: 1) a la luz, a altas temperaturas o en presencia de radicales que se forman durante la descomposición de otras sustancias; 2) son inhibidos por sustancias que reaccionan fácilmente con los radicales libres; 3) proceder en disolventes no polares o en fase vapor; 4) a menudo tienen un período autocatalítico y de inducción antes del inicio de la reacción; 5) son cinéticamente en cadena.
Las reacciones de sustitución de radicales son características de los alcanos, y las reacciones de adición de radicales son características de los alquenos y alquinos.
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 -CH 2 Br
CH 3 -C≡CH + HCl → CH 3 -CH \u003d CHCl
La conexión de los radicales libres entre sí y la terminación de la cadena ocurre principalmente en las paredes del reactor.
4.2 Reacciones iónicas
Reacciones en las que ocurre heterolítico la rotura de enlaces y la formación de partículas intermedias de tipo iónico se denominan reacciones iónicas.
Las reacciones iónicas proceden: 1) en presencia de catalizadores (ácidos o bases y no son influenciados por luz o radicales libres, en particular, derivados de la descomposición de peróxidos); 2) no están influenciados por captadores de radicales libres; 3) el curso de la reacción está influenciado por la naturaleza del disolvente; 4) rara vez ocurren en la fase de vapor; 5) son cinéticamente, principalmente, reacciones de primer o segundo orden.
Por la naturaleza del reactivo que actúa sobre la molécula, las reacciones iónicas se dividen en electrofílico y nucleofílico... Las reacciones de sustitución nucleofílica son típicas de los haluros de alquilo y arilo,
CH 3 Cl + H 2 O → CH 3 OH + HCl
C 6 H 5 -Cl + H 2 O → C 6 H 5 -OH + HCl
C 2 H 5 OH + HCl → C 2 H 5 Cl + H 2 O
C 2 H 5 NH 2 + CH 3 Cl → CH 3 -NH-C 2 H 5 + HCl
sustitución electrofílica: para alcanos en presencia de catalizadores.
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH (CH 3) -CH 2 -CH 3
y arenas.
C 6 H 6 + HNO 3 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
Las reacciones de adición electrofílica son características de los alquenos.
CH 3 -CH \u003d CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 2 Br
y alquinos,
CH≡CH + Cl 2 → CHCl \u003d CHCl
adición nucleofílica - para alquinos.
CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C (OC 2 H 5) \u003d CH 2
