Quel est le mécanisme des réactions entre les substances. Mécanismes de réaction radicaux et ioniques. Thème I: classification des réactions chimiques
De nombreuses réactions de substitution ouvrent la voie à la préparation de divers composés à usage économique. La substitution électrophile et nucléophile joue un rôle énorme dans la science et l'industrie chimiques. En synthèse organique, ces procédés présentent un certain nombre de caractéristiques à noter.
Variété de phénomènes chimiques. Réactions de substitution
Les changements chimiques associés à la transformation des substances diffèrent par un certain nombre de caractéristiques. Les résultats finaux, les effets thermiques peuvent être différents; certains processus vont jusqu'à la fin, dans d'autres un changement de substances s'accompagne souvent d'une augmentation ou d'une diminution de l'état d'oxydation. Lors de la classification des phénomènes chimiques en fonction de leur résultat final, une attention est portée aux différences qualitatives et quantitatives entre les réactifs et les produits. Sur ces bases, 7 types de transformations chimiques peuvent être distingués, dont la substitution procédant selon le schéma: A - B + C A - C + B.Une notation simplifiée de toute une classe de phénomènes chimiques donne une idée que parmi les substances initiales il y a un soi-disant «attaquant »Une particule qui remplace un atome, un ion ou un groupe fonctionnel dans le réactif. La réaction de substitution est typique pour limiter et
Les réactions de substitution peuvent se produire sous la forme d'un double échange: A - B + C - E A - C + B - E. L'une des sous-espèces est le déplacement, par exemple, du cuivre par le fer de la solution sulfate de cuivre: CuSO 4 + Fe \u003d FeSO 4 + Cu. Les atomes, ions ou groupes fonctionnels peuvent agir comme une particule «attaquante»
Substitution homolytique (radical, SR)
Avec un mécanisme radical de rupture des liaisons covalentes, une paire d'électrons commune à différents éléments est répartie proportionnellement entre les «fragments» de la molécule. Des radicaux libres se forment. Ce sont des particules instables dont la stabilisation se produit à la suite de transformations ultérieures. Par exemple, lorsque l'éthane est obtenu à partir du méthane, des radicaux libres sont générés qui participent à la réaction de substitution: CH 4 CH 3. + .H; CH 3. + .CH 3 → C2H5; H +. H → H2. La rupture de liaison homolytique selon le mécanisme de substitution donné est de type chaîne. Dans le méthane, les atomes H peuvent être successivement remplacés par du chlore. La réaction avec le brome se déroule de manière similaire, mais l'iode est incapable de remplacer directement l'hydrogène dans les alcanes, le fluor réagit trop vigoureusement avec eux.
Manière hétérolytique de rompre le lien
Avec le mécanisme ionique des réactions de substitution, les électrons sont inégalement répartis entre les particules nouvellement formées. La paire d'électrons de liaison part complètement vers l'un des "fragments", le plus souvent vers ce partenaire de liaison, vers lequel la densité négative dans la molécule polaire a été déplacée. Les réactions de substitution incluent la formation d'alcool méthylique CH 3 OH. Dans le bromométhane CH3Br, la rupture moléculaire est hétérolytique, les particules chargées sont stables. Le méthyle acquiert une charge positive et le brome acquiert une charge négative: CH 3 Br → CH 3 + + Br -; NaOH → Na + + OH -; CH 3 + + OH - → CH 3 OH; Na + + Br - ↔ NaBr.
Electrophiles et nucléophiles
Les particules qui manquent d'électrons et peuvent les accepter sont appelées "électrophiles". Ceux-ci comprennent des atomes de carbone liés à des halogènes dans des haloalcanes. Les nucléophiles ont une densité électronique accrue, ils "donnent" une paire d'électrons lors de la création d'une liaison covalente. Dans les réactions de substitution, les nucléophiles riches en charges négatives sont attaqués par des électrophiles dépourvus d'électrons. Ce phénomène est associé au mouvement d'un atome ou d'une autre particule - un groupe sortant. Un autre type de réactions de substitution est l'attaque d'un électrophile par un nucléophile. Parfois, il est difficile de faire la distinction entre deux processus, de classer la substitution dans un type ou un autre, car il est difficile d'indiquer exactement laquelle des molécules est un substrat et laquelle est un réactif. En règle générale, dans de tels cas, les facteurs suivants sont pris en compte:
- la nature du groupe partant;
- la réactivité du nucléophile;
- la nature du solvant;
- la structure de la partie alkyle.
Substitution nucléophile (SN)
Dans le processus d'interaction dans une molécule organique, une augmentation de la polarisation est observée. Dans les équations, une charge partielle positive ou négative est indiquée par la lettre de l'alphabet grec. La polarisation de la liaison permet de juger de la nature de sa rupture et du comportement ultérieur des «fragments» de la molécule. Par exemple, l'atome de carbone dans l'iodométhane a une charge positive partielle et est un centre électrophile. Il attire la partie du dipôle d'eau où se trouve l'oxygène, qui a un excès d'électrons. Lorsqu'un électrophile interagit avec un réactif nucléophile, il se forme du méthanol: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Les réactions de substitution nucléophile ont lieu avec la participation d'un ion chargé négativement ou d'une molécule qui a une paire d'électrons libres qui ne participe pas à la création d'une liaison chimique. La participation active de l'iodométhane dans les réactions SN 2 s'explique par son ouverture aux attaques nucléophiles et la mobilité de l'iode.
Substitution électrophile (SE)
Une molécule organique peut contenir un centre nucléophile, qui est caractérisé par un excès de densité électronique. Il réagit avec un réactif électrophile dépourvu de charges négatives. Ces particules comprennent des atomes avec des orbitales libres, des molécules avec des zones de faible densité électronique. Dans le carbone, qui a une charge "-", interagit avec la partie positive du dipôle eau - avec l'hydrogène: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Le produit de cette réaction de substitution électrophile est le méthane. Dans les réactions hétérolytiques, les centres de molécules organiques de charge opposée interagissent, ce qui les rend similaires aux ions dans la chimie des substances inorganiques. Il ne faut pas oublier que la transformation des composés organiques s'accompagne rarement de la formation de vrais cations et anions.
Réactions monomoléculaires et bimoléculaires
La substitution nucléophile est monomoléculaire (SN1). Par ce mécanisme, l'hydrolyse d'un produit de synthèse organique important, le chlorure de butyle tertiaire, se produit. La première étape est lente; elle est associée à une dissociation progressive en cation carbonium et anion chlorure. La deuxième étape est plus rapide, la réaction de l'ion carbonium avec l'eau se poursuit. substitution d'un halogène dans un alcane par un groupe oxy et obtention d'un alcool primaire: (CH 3) 3 C - Cl → (CH 3) 3 C + + Cl -; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C - OH + H +. L'hydrolyse en une étape des halogénures d'alkyle primaires et secondaires est caractérisée par la destruction simultanée de la liaison entre le carbone et l'halogène et la formation d'un couple C-OH. C'est le mécanisme de la substitution nucléophile bimoléculaire (SN2).
Mécanisme de substitution hétérolytique
Le mécanisme de substitution est associé au transfert d'un électron, à la création de complexes intermédiaires. Plus la réaction se déroule rapidement, plus les produits intermédiaires caractéristiques de celle-ci apparaissent facilement. Très souvent, le processus se déroule simultanément dans plusieurs directions. L'avantage réside généralement dans la manière dont les particules sont utilisées qui nécessitent le moins d'énergie pour leur formation. Par exemple, la présence d'une double liaison augmente la probabilité d'apparition d'un cation allylique CH2 \u003d CH - CH 2 +, en comparaison avec l'ion CH 3 +. La raison réside dans la densité électronique de la liaison multiple, qui affecte la délocalisation de la charge positive dispersée dans la molécule.
Réactions de substitution du benzène
Le groupe qui se caractérise par la substitution électrophile sont les arènes. Le cycle benzénique est une cible pratique pour les attaques électrophiles. Le processus commence par la polarisation de la liaison dans le deuxième réactif, entraînant la formation d'un électrophile adjacent au nuage d'électrons du cycle benzénique. Le résultat est un complexe de transition. Il n'y a toujours pas de liaison à part entière d'une particule électrophile avec l'un des atomes de carbone, elle est attirée par toute la charge négative du «six aromatique» des électrons. Dans la troisième étape du processus, un électrophile et un atome de carbone du cycle sont liés par une paire commune d'électrons (liaison covalente). Mais dans ce cas, la destruction du «six aromatique» se produit, ce qui est désavantageux du point de vue de l'obtention d'un état énergétique stable et stable. On observe un phénomène que l'on peut appeler «éjection de protons». Le H + est séparé et le système de communication stable caractéristique des arènes est rétabli. Le sous-produit contient un cation hydrogène du cycle benzénique et un anion du second réactif.
Exemples de réactions de substitution issues de la chimie organique
La réaction de substitution est particulièrement caractéristique pour les alcanes. Des exemples de transformations électrophiles et nucléophiles peuvent être donnés pour les cycloalcanes et les arènes. Des réactions similaires dans les molécules de substances organiques se produisent dans des conditions normales, mais plus souvent - lorsqu'elles sont chauffées et en présence de catalyseurs. La substitution électrophile dans le noyau aromatique est un processus courant et bien étudié. Les réactions les plus importantes de ce type sont:
- La nitration du benzène en présence de H 2 SO 4 - se fait selon le schéma: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
- Halogénation catalytique du benzène, en particulier chloration, selon l'équation: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
- Des écoulements aromatiques avec de l'acide sulfurique "fumant", des acides benzènesulfoniques se forment.
- L'alkylation est le remplacement d'un atome d'hydrogène du cycle benzénique par un alkyle.
- L'acylation est la formation de cétones.
- La formylation est le remplacement de l'hydrogène par le groupe CHO et la formation d'aldéhydes.
Les réactions de substitution comprennent la réaction dans les alcanes et les cycloalcanes, dans laquelle les halogènes attaquent la liaison CH disponible. La dérivation peut être associée au remplacement d'un, deux ou tous les atomes d'hydrogène dans les hydrocarbures saturés et les cycloparaffines. De nombreux haloalcanes de bas poids moléculaire sont utilisés dans la production de substances plus complexes liées à différentes classes... Les succès obtenus dans l'étude des mécanismes des réactions de substitution ont donné une impulsion puissante au développement de synthèses à base d'alcanes, de cycloparaffines, d'arènes et d'hydrocarbures halogénés.
Types de réactions chimiques en chimie inorganique et organique.
1. Une réaction chimique est un processus dans lequel d'autres substances sont formées à partir de certaines substances. Selon la nature du processus, les types de réactions chimiques sont distingués.
1) Selon le résultat final
2) Sur la base du dégagement ou de l'absorption de chaleur
3) Basé sur la réversibilité de la réaction
4) Sur la base d'un changement de l'état d'oxydation des atomes composant les réactifs
Selon le résultat final, les réactions sont des types suivants:
A) Substitution: RH + Cl 2 → RCl + HCl
B) Connexion: CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 → CH 2 Cl-CH 2 Cl
C) Élimination: CH 3 -CH 2 OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O
D) Décomposition: CH 4 → C + 2H 2
E) Isomérisation
E) Échange
G) Connexions
Réaction de décomposition est appelé un processus dans lequel deux ou plusieurs autres sont formés à partir d'une substance.
Réaction d'échangeest appelé le processus dans lequel les substances réactives sont des composants échangés.
Réactions et substitutions procéder avec la participation d'une substance simple et complexe, en conséquence de nouvelles substances simples et complexes sont formées.
Par conséquent réactions composées une nouvelle substance est formée de deux ou plusieurs substances.
Sur la base de la libération ou de l'absorption de la chaleur de réaction, il existe les types suivants:
A) Exothermique
B) Endothermique
Exothermique - ce sont des réactions qui se produisent avec le dégagement de chaleur.
Endothermique- Ce sont des réactions qui ont lieu avec l'absorption de chaleur de l'environnement.
Sur la base de la réversibilité, les réactions sont des types suivants:
A) Réversible
B) Irréversible
Les réactions qui se déroulent dans une seule direction et se terminent par la transformation complète des substances réactives initiales en substances finales sont appelées irréversible.
Réversible on appelle ces réactions qui se déroulent simultanément dans deux directions opposées.
Sur la base d'un changement de l'état d'oxydation des atomes qui composent les réactifs, les réactions sont des types suivants:
A) Oxydo-réduction
Les réactions procédant d'un changement de l'état d'oxydation des atomes (dans lequel il y a une transition d'électrons d'un atome, d'une molécule ou d'un ion à un autre) sont appelées redox.
2. Selon le mécanisme de la réaction, ils sont divisés en ionique et radical.
Réactions ioniques - interaction entre ions suite à la rupture hétérolytique d'une liaison chimique (une paire d'électrons va entièrement vers l'un des "fragments").
Les réactions ioniques sont de deux types (par type de réactif):
A) électrophile - au cours d'une réaction avec un électrophile.
Électrophile - un groupe qui a des orbitales libres au niveau de certains atomes, ou des centres à densité électronique réduite (par exemple: H +, Cl - ou AlCl 3)
B) Nucléophile - lors de l'interaction avec un nucléophile
Nucléophile - ion chargé négativement ou molécule avec une seule paire d'électrons (ne participant pas actuellement à la formation d'une liaison chimique).
(Exemples: F -, Cl -, RO -, I -).
Les processus chimiques réels, seulement dans de rares cas, peuvent être décrits par des mécanismes simples. Un examen détaillé des processus chimiques d'un point de vue cinétique moléculaire montre que la plupart d'entre eux procèdent selon un mécanisme de chaîne radicalaire, une caractéristique de la chaîne p-tion est la formation de radicaux libres à des stades intermédiaires (les fragments de molécules ou d'atomes à courte durée de vie sont instables, tous ont la communication.
Les processus de combustion, explosion, oxydation, réactions photochimiques, biochimie chez les organismes vivants se déroulent selon un mécanisme en chaîne.
Les districts de la chaîne comportent plusieurs étapes:
1) l'initiation de la chaîne - l'étape des réactions en chaîne, à la suite de laquelle les radicaux libres proviennent de molécules saturées en valence.
2) poursuite de la chaîne - étape de la chaîne de la p-tion, en procédant à la préservation du nombre total d'étapes libres.
3) la terminaison de la chaîne - une étape élémentaire de la chaîne du quartier menant à la disparition des liens libres.
Distinguer les réactions en chaîne ramifiées et non ramifiées.
L'un des concepts les plus importants de la chaîne est longueur de la chaîne - le nombre moyen d'étapes élémentaires de continuation de chaîne après l'émergence d'un radical libre jusqu'à sa disparition.
Exemple: synthèse de chlorure d'hydrogène
1) m-la CL 2 absorbe un quantum d'énergie et image 2 du radical: CL 2 + hv \u003d CL * + CL *
2) la particule active se combine avec la molécule H 2 m pour former du chlorure d'hydrogène et la particule active H 2: CL 1 + H 2 \u003d HCL + H *
3) CL 1 + H 2 \u003d HCL + CL * etc.
6) H * + CL * \u003d HCL - circuit ouvert.
Mécanisme fourchu:
F * + H 2 \u003d HF + H * etc.
F * + H 2 \u003d HF + H * etc.
Près de l'eau - c'est plus difficile - se forment des radicaux OH *, O * et le radical H *.
Réactions sous l'influence des rayonnements ionisants: rayons X, rayons cathodiques, etc. - sont appelés radiochimiques.
En raison de l'interaction des molécules avec le rayonnement, la désintégration des molécules est observée avec la formation des particules les plus réactives.
De telles réactions contribuent à la recombinaison des particules et à la formation de substances avec leurs diverses combinaisons.
Un exemple est l'hydrazine N 2 H 4, un composant propulseur. DANS ces derniers temps Des tentatives sont en cours pour obtenir de l'hydrazine à partir de l'ammoniac suite à une exposition aux rayons γ:
NH 3 → NH 2 * + H *
2NH 2 * → N 2 H 4
Les réactions radiochimiques, telles que la radiolyse de l'eau, sont essentielles à la vie des organismes.
Littérature:
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\u003e\u003e Chimie: Types de réactions chimiques en chimie organique
Les réactions des substances organiques peuvent être formellement divisées en quatre types principaux: substitution, addition, élimination (élimination) et réarrangement (isomérisation). Il est évident que toute la variété des réactions des composés organiques ne peut être ramenée dans le cadre de la classification proposée (par exemple, les réactions de combustion). Cependant, une telle classification aidera à établir des analogies avec les classifications des réactions qui se produisent entre des substances inorganiques déjà familières au cours de la chimie inorganique.
En règle générale, le principal composé organique participant à la réaction est appelé substrat, et l'autre composant de la réaction est classiquement considéré comme un réactif.
Réactions de substitution
Les réactions entraînant le remplacement d'un atome ou d'un groupe d'atomes dans la molécule d'origine (substrat) par d'autres atomes ou groupes d'atomes sont appelées réactions de substitution.
Les composés saturés et aromatiques, tels que par exemple les alcanes, les cycloalcanes ou les arènes, entrent dans des réactions de substitution.
Donnons des exemples de telles réactions.
Lorsque des réactions chimiques se produisent, certaines liaisons se rompent et d'autres liaisons apparaissent. Les réactions chimiques sont classiquement divisées en organiques et inorganiques. Les réactions organiques sont considérées comme des réactions dans lesquelles au moins un des réactifs est un composé organique qui change sa structure moléculaire au cours de la réaction. La différence entre les réactions organiques et inorganiques est que, en règle générale, les molécules y sont impliquées. Le taux de ces réactions est faible et le rendement en produit n'est généralement que de 50 à 80%. Pour augmenter la vitesse de réaction, des catalyseurs sont utilisés, la température ou la pression est augmentée. Ensuite, considérez les types de réactions chimiques en chimie organique.
Classification selon la nature des transformations chimiques
- Réactions de substitution
- Réactions d'addition
- Réaction d'isomérisation et réarrangement
- Réactions d'oxydation
- Réactions de décomposition
Réactions de substitution
Au cours des réactions de substitution, un atome ou groupe d'atomes de la molécule initiale est remplacé par d'autres atomes ou groupes d'atomes, formant une nouvelle molécule. Typiquement, ces réactions sont typiques pour les hydrocarbures saturés et aromatiques, par exemple:
Réactions d'addition
Au cours des réactions d'addition, une molécule d'un nouveau composé est formée à partir de deux molécules ou plus de substances. De telles réactions sont typiques des composés insaturés. Il existe des réactions d'hydrogénation (réduction), d'halogénation, d'hydrohalogénation, d'hydratation, de polymérisation, etc.
- Hydrogénation - fixation d'une molécule d'hydrogène:
Réaction d'élimination (clivage)
À la suite de réactions de clivage, les molécules organiques perdent des atomes ou des groupes d'atomes, et une nouvelle substance est formée contenant une ou plusieurs liaisons multiples. Les réactions d'élimination comprennent des réactions déshydrogénation, déshydratation, déshydrohalogénation etc.:
Réactions d'isomérisation et réarrangement
Au cours de telles réactions, un réarrangement intramoléculaire se produit, c.-à-d. transition d'atomes ou de groupes d'atomes d'une partie de la molécule à une autre sans changer la formule moléculaire de la substance participant à la réaction, par exemple: 
Réactions d'oxydation
En raison de l'action d'un réactif oxydant, l'état d'oxydation du carbone dans un atome, une molécule ou un ion organique augmente en raison du don d'électrons, à la suite de quoi un nouveau composé est formé: 
Réactions de condensation et de polycondensation
Ils consistent en l'interaction de plusieurs (deux ou plus) composés organiques avec la formation nouveau S-S liaisons et composés de bas poids moléculaire:
La polycondensation est la formation d'une molécule de polymère à partir de monomères contenant des groupes fonctionnels avec la libération d'un composé de faible poids moléculaire. Contrairement à la réaction de polymérisation, qui conduit à la formation d'un polymère ayant une composition similaire au monomère, à la suite de réactions de polycondensation, la composition du polymère formé diffère de son monomère:
Réactions de décomposition
Il s'agit du processus de décomposition d'un composé organique complexe en substances moins complexes ou simples:
C 18 H 38 → C 9 H 18 + C 9 H 20
Classification des réactions chimiques par mécanismes
Le déroulement des réactions avec la rupture des liaisons covalentes dans les composés organiques est possible par deux mécanismes (c'est-à-dire le chemin menant à la rupture de l'ancienne liaison et à la formation d'une nouvelle) - hétérolytique (ionique) et homolytique (radical).
Mécanisme hétérolytique (ionique)
Dans les réactions se déroulant selon le mécanisme hétérolytique, des particules intermédiaires de type ionique avec un atome de carbone chargé se forment. Les particules portant une charge positive sont appelées carbocations et les particules négatives sont appelées carbanions. Dans ce cas, il n'y a pas de rupture de la paire d'électrons commune, mais sa transition vers l'un des atomes, avec formation d'un ion: 
Les liaisons fortement polaires, par exemple, H-O, C-O, et facilement polarisables, par exemple, C-Br, C-I, présentent une tendance au clivage hétérolytique.
Les réactions procédant selon le mécanisme hétérolytique sont divisées en nucléophile et électrophile réactions. Un réactif qui a une paire d'électrons pour former une liaison est appelé nucléophile ou donneur d'électrons. Par exemple, HO -, RO -, Cl -, RCOO -, CN -, R -, NH 2, H 2 O, NH 3, C 2 H 5 OH, alcènes, arènes.
Réactif qui a une couche électronique non remplie et est capable de fixer une paire d'électrons lors de la formation d'une nouvelle liaison. Les réactifs électrophiles comprennent les cations suivants: H +, R 3 C +, AlCl 3, ZnCl 2, SO 3, BF 3, R-Cl, R 2 C \u003d O
Réactions de substitution nucléophile
Typique pour les halogénures d'alkyle et d'aryle: 
Réactions d'addition nucléophile 
Réactions de substitution électrophile
Réactions d'addition électrophile 
Homolytique (mécanisme radical)
Dans les réactions se déroulant selon le mécanisme homolytique (radical), au premier stade, la liaison covalente est rompue avec la formation de radicaux. En outre, le radical libre formé agit comme un réactif attaquant. Interrompre la communication en mécanisme radical caractéristique des liaisons covalentes non polaires ou de faible polarité (C - C, N - N, C - H).
Distinguer les réactions de substitution de radicaux et d'addition de radicaux
Réactions radicales de substitution
Typique pour les alcanes 
Réactions d'addition radicale
Typique pour les alcènes et les alcynes 
Ainsi, nous avons examiné les principaux types de réactions chimiques en chimie organique.
Catégories,Classification des réactions
Il existe quatre principaux types de réactions dans lesquelles des composés organiques sont impliqués: substitution (déplacement), addition, élimination (élimination), réarrangement.
3.1 Réactions de substitution
Dans les réactions du premier type, la substitution se produit généralement au niveau d'un atome de carbone, mais l'atome substitué peut être un atome d'hydrogène ou un autre atome ou groupe d'atomes. En substitution électrophile, l'atome d'hydrogène est le plus souvent remplacé; un exemple est la substitution aromatique classique:
Avec la substitution nucléophile, ce n'est pas l'atome d'hydrogène qui est remplacé le plus souvent, mais d'autres atomes, par exemple:
NC - + R - Br → NC - R + BR -
3.2 Réactions de couplage
Les réactions d'addition peuvent également être électrophiles, nucléophiles ou radicalaires, selon le type de particules amorçant le processus. La fixation à des doubles liaisons carbone-carbone communes est généralement induite par un électrophile ou un radical. Par exemple rejoindre HBr
peut commencer par une attaque sur la double liaison par le proton Н + ou par le radical Br ·.
3.3 Réactions d'élimination
Les réactions d'élimination sont essentiellement l'inverse des réactions d'addition; le type le plus courant d'une telle réaction est l'élimination d'un atome d'hydrogène et d'un autre atome ou groupe d'atomes de carbone adjacents pour former des alcènes:
3.4 Réactions de réarrangement
Les réarrangements peuvent également se faire par des intermédiaires qui sont des cations, des anions ou des radicaux; le plus souvent, ces réactions se déroulent avec la formation de carbocations ou d'autres particules déficientes en électrons. Les réarrangements peuvent impliquer des réarrangements importants du squelette de carbone. L'étape de réarrangement proprement dite dans de telles réactions est souvent suivie d'étapes de substitution, d'addition ou de clivage conduisant à la formation d'un produit final stable.
Une description détaillée d'une réaction chimique par étapes est appelée un mécanisme. D'un point de vue électronique, le mécanisme d'une réaction chimique est compris comme la méthode de rupture des liaisons covalentes dans les molécules et la séquence d'états par lesquels les réactifs passent avant d'être convertis en produits de réaction.
4.1 Réactions radicalaires
Les réactions radicalaires sont des processus chimiques qui impliquent des molécules qui ont des électrons non appariés. Certains aspects des réactions radicalaires sont uniques par rapport à d'autres types de réactions. La principale différence est que de nombreuses réactions radicalaires sont des réactions en chaîne. Cela signifie qu'il existe un mécanisme par lequel de nombreuses molécules sont converties en un produit par un processus répétitif initié par la création d'une seule particule réactive. Un exemple typique est illustré à l'aide du mécanisme hypothétique suivant:
L'étape à laquelle l'intermédiaire réactionnel, dans ce cas A ·, est généré, est appelée initiation. Cette étape se déroule à haute température, sous l'influence des UV ou des peroxydes, dans des solvants apolaires. Les quatre équations suivantes de cet exemple répètent la séquence de deux réactions; ils représentent la phase de développement de la chaîne. Les réactions en chaîne sont caractérisées par une longueur de chaîne qui correspond au nombre d'étapes de développement par étape d'initiation. La deuxième étape procède avec la synthèse simultanée du composé et la formation d'un nouveau radical, qui continue la chaîne des transformations. La dernière étape est l'étape de terminaison de chaîne, qui comprend toute réaction dans laquelle l'un des intermédiaires de réaction nécessaires au développement de la chaîne est détruit. Plus il y a d'étapes de terminaison de chaîne, plus la longueur de la chaîne est courte.
Les réactions radicalaires ont lieu: 1) à la lumière, à des températures élevées ou en présence de radicaux qui se forment lors de la décomposition d'autres substances; 2) sont inhibés par des substances qui réagissent facilement avec les radicaux libres; 3) procéder dans des solvants non polaires ou en phase vapeur; 4) ont souvent une période autocatalytique et d'induction avant le début de la réaction; 5) sont en chaîne cinétique.
Les réactions de substitution radicale sont caractéristiques des alcanes et les réactions d'addition radicalaire sont caractéristiques des alcènes et des alcynes.
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 connexion des radicaux libres entre eux et la terminaison de la chaîne se produit principalement sur les parois du réacteur.
4.2 Réactions ioniques
Réactions dans lesquelles hétérolytique la rupture des liaisons et la formation de particules intermédiaires de type ionique sont appelées réactions ioniques.
Les réactions ioniques se déroulent: 1) en présence de catalyseurs (acides ou bases et ne sont pas influencés par la lumière ou les radicaux libres, en particulier, résultant de la décomposition des peroxydes); 2) ne sont pas influencés par les piégeurs de radicaux libres; 3) le déroulement de la réaction est influencé par la nature du solvant; 4) se produisent rarement en phase vapeur; 5) cinétiquement sont principalement des réactions du premier ou du second ordre.
De par la nature du réactif agissant sur la molécule, les réactions ioniques sont divisées en électrophile et nucléophile... Les réactions de substitution nucléophile sont typiques pour les halogénures d'alkyle et d'aryle,
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
substitution électrophile - pour les alcanes en présence de catalyseurs
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH (CH 3) -CH 2 -CH 3
et les arènes.
C 6 H 6 + HNO 3 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
Les réactions d'addition électrophile sont caractéristiques des alcènes
CH 3 -CH \u003d CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 2 Br
et alcynes,
CH≡CH + Cl 2 → CHCl \u003d CHCl
addition nucléophile - pour les alcynes.
CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C (OC 2 H 5) \u003d CH 2
