Kāds ir vielu reakciju mehānisms. Radikālo un jonu reakcijas mehānismi. I tēma: ķīmisko reakciju klasifikācija

Daudzas aizstāšanas reakcijas paver ceļu dažādu savienojumu ekonomiskai izmantošanai. Elektrofīlai un nukleofīlai aizstāšanai ir milzīga loma ķīmijas zinātnē un rūpniecībā. Organiskajā sintēzē šiem procesiem ir vairākas iezīmes, kas jāņem vērā.

Ķīmisko parādību dažādība. Aizstāšanas reakcijas

Ķīmiskās izmaiņas, kas saistītas ar vielu pārveidošanu, atšķiras ar vairākām pazīmēm. Gala rezultāti, termiskie efekti var būt dažādi; daži procesi iet uz beigām, citos vielu maiņu bieži pavada oksidācijas stāvokļa palielināšanās vai samazināšanās. Klasificējot ķīmiskās parādības pēc to gala rezultāta, uzmanība tiek pievērsta kvalitatīvām un kvantitatīvām atšķirībām starp reaģentiem un produktiem. Saskaņā ar šīm pazīmēm var atšķirt 7 ķīmisko transformāciju veidus, ieskaitot aizstāšanas procesu saskaņā ar shēmu: A - B + C A - C + B. Vienkāršota visas ķīmisko parādību klases apzīmēšana dod priekšstatu, ka starp sākotnējām vielām ir tā saucamais “uzbrūkošais” »Daļiņa, kas reaģentā aizstāj atomu, jonu vai funkcionālo grupu. Aizstāšanas reakcija ir tipiska, lai ierobežotu un

Aizstāšanas reakcijas var notikt divkāršas apmaiņas veidā: A - B + C - E A - C + B - E. Viena no pasugām ir, piemēram, vara pārvietošana ar dzelzi no šķīduma vara sulfāts: CuSO 4 + Fe \u003d FeSO 4 + Cu. Atomi, joni vai funkcionālās grupas var darboties kā "uzbrūkoša" daļiņa

Homolītiskā aizstāšana (radikāls, SR)

Ar radikālu kovalento saišu pārrāvuma mehānismu elektronu pāris, kas kopīgs dažādiem elementiem, tiek proporcionāli sadalīts starp molekulas "fragmentiem". Veidojas brīvie radikāļi. Tās ir nestabilas daļiņas, kuru stabilizācija notiek turpmāko transformāciju rezultātā. Piemēram, kad etānu iegūst no metāna, rodas brīvie radikāļi, kas piedalās aizvietošanas reakcijā: CH4CH3. + .H; CH 3. + CH3 → C2H5; H +. H → H2. Homolītiskās saites pārtraukumam saskaņā ar doto aizstāšanas mehānismu ir ķēdes raksturs. Metānā H atomus var secīgi aizstāt ar hloru. Reakcija ar bromu norit līdzīgā veidā, taču jods nespēj tieši aizstāt ūdeņradi alkānos, fluors ar tiem reaģē pārāk enerģiski.

Heterolītisks saites pārrāvuma veids

Aizstāšanas reakciju jonu mehānismā elektroni nevienmērīgi sadalās starp jaunizveidotajām daļiņām. Saistošais elektronu pāris pilnībā attālinās līdz vienam no “fragmentiem”, visbiežāk pie saites partnera, uz kuru polārā molekulā tika novirzīts negatīvais blīvums. Aizstāšanas reakcijās ietilpst metilspirta CH3OH veidošanās. Bromometānā CH3Br molekulārais plīsums ir heterolītisks, lādētas daļiņas ir stabilas. Metils iegūst pozitīvu lādiņu, bet broms - negatīvu lādiņu: CH 3 Br → CH 3 + + Br -; NaOH → Na + + OH -; CH3 + + OH - → CH3OH; Na + + Br - ↔ NaBr.

Elektrofili un nukleofili

Daļiņas, kurām trūkst elektronu un kuras tās var pieņemt, sauc par "elektrofiliem". Tie ietver oglekļa atomus, kas halogēnalkānos saistīti ar halogēniem. Nukleofiliem ir palielināts elektronu blīvums, veidojot kovalento saiti, viņi "ziedo" elektronu pāri. Aizstāšanas reakcijās nukleofiliem, kas bagāti ar negatīviem lādiņiem, uzbrūk elektrofīli, kuriem trūkst elektronu. Šī parādība ir saistīta ar atoma vai citas daļiņas - izejošās grupas - kustību. Cits aizvietošanas reakciju veids ir elektrofila uzbrukums nukleofilam. Dažreiz ir grūti atšķirt divus procesus, klasificēt aizvietošanu kā vienu vai otru veidu, jo ir grūti precīzi norādīt, kura no molekulām ir substrāts un kura ir reaģents. Parasti šādos gadījumos tiek ņemti vērā šādi faktori:

• aizejošās grupas raksturs;
• nukleofila reaktivitāte;
• šķīdinātāja veids;
• alkildaļas struktūra.

Nukleofilā aizstāšana (SN)

Mijiedarbības procesā organiskajā molekulā tiek novērota polarizācijas palielināšanās. Vienādojumos daļēju pozitīvu vai negatīvu lādiņu norāda ar grieķu alfabēta burtu. Saites polarizācija ļauj spriest par tās pārrāvuma būtību un turpmāko molekulas "fragmentu" uzvedību. Piemēram, oglekļa atomam jodometānā ir daļējs pozitīvs lādiņš un tas ir elektrofīlais centrs. Tas piesaista to ūdens dipola daļu, kur atrodas skābeklis, kurā ir pārmērīgs elektronu daudzums. Elektrofilam mijiedarbojoties ar nukleofilu reaģentu, veidojas metanols: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Nukleofilās aizvietošanas reakcijas notiek, piedaloties negatīvi lādētam jonam vai molekulai, kurai ir brīvs elektronu pāris, kas nepiedalās ķīmiskās saites veidošanā. Jodometāna aktīvo dalību SN 2 reakcijās izskaidro tā atvērtība nukleofīlajam uzbrukumam un joda mobilitāte.

Elektrofilā aizstāšana (SE)

Organiskā molekula var saturēt nukleofīlo centru, kam raksturīgs elektronu blīvuma pārsniegums. Tas reaģē ar elektrofilu reaģentu, kuram trūkst negatīvu lādiņu. Šādas daļiņas ietver atomus ar brīvām orbitālēm, molekulas ar zema elektronu blīvuma zonām. Ogleklī, kura lādiņš ir "-", mijiedarbojas ar ūdens dipola pozitīvo daļu - ar ūdeņradi: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Šīs elektrofilās aizvietošanas reakcijas produkts ir metāns. Heterolītiskās reakcijās mijiedarbojas pretēji uzlādēti organisko molekulu centri, kas tos padara līdzīgus joniem neorganisko vielu ķīmijā. Nevajadzētu aizmirst, ka organisko savienojumu pārveidošanu reti pavada patiesu katjonu un anjonu veidošanās.

Monomolekulāras un bimolekulāras reakcijas

Nukleofilā aizstāšana ir monomolekulāra (SN1). Izmantojot šo mehānismu, notiek svarīga organiskā sintēzes produkta - terciārā butilhlorīda - hidrolīze. Pirmais posms ir lēns; tas ir saistīts ar pakāpenisku disociāciju karbonija katjonā un hlorīda anjonā. Otrais posms ir ātrāks, notiek oglekļa jonu reakcija ar ūdeni. halogēna aizvietošana alkānā ar oksi grupu un primārā spirta iegūšana: (CH3) 3C-Cl → (CH3) 3C + + Cl-; (CH3) 3C + + H20 → (CH3) 3C - OH + H +. Primāro un sekundāro alkilhalogenīdu vienpakāpes hidrolīzi raksturo vienlaicīga oglekļa un halogēna saites iznīcināšana un C - OH pāra veidošanās. Tas ir nukleofilās bimolekulārās aizvietošanas (SN2) mehānisms.

Heterolītiskās aizstāšanas mehānisms

Aizstāšanas mehānisms ir saistīts ar elektronu pārnesi, starpkompleksu izveidi. Reakcija notiek ātrāk, jo vieglāk rodas tai raksturīgie starpprodukti. Diezgan bieži process notiek vienlaikus vairākos virzienos. Priekšrocības parasti iegūst veidu, kādā tiek izmantotas daļiņas, kuru veidošanai ir nepieciešami vismazāk enerģijas patēriņa. Piemēram, dubultās saites klātbūtne palielina alilkatjona CH2 \u003d CH - CH2 + parādīšanās varbūtību salīdzinājumā ar CH 3 + jonu. Iemesls slēpjas vairāku saišu elektronu blīvumā, kas ietekmē visā molekulā izkliedētā pozitīvā lādiņa delokalizāciju.

Benzola aizstāšanas reakcijas

Grupa, kurai raksturīga elektrofilā aizstāšana, ir arēnas. Benzola gredzens ir ērts elektrofilā uzbrukuma mērķis. Process sākas ar saites polarizāciju otrajā reaģentā, kā rezultātā veidojas elektrofils blakus benzola gredzena elektronu mākonim. Rezultāts ir pārejas komplekss. Joprojām nav pilnvērtīgas elektrofilās daļiņas saites ar vienu no oglekļa atomiem; to piesaista viss elektronu “aromātiskā sešinieka” negatīvais lādiņš. Procesa trešajā posmā elektrofilu un vienu gredzena oglekļa atomu saista kopīgs elektronu pāris (kovalentā saite). Bet šajā gadījumā notiek "aromātiskā sešinieka" iznīcināšana, kas ir neizdevīgi no stabila stabila enerģijas stāvokļa sasniegšanas viedokļa. Tiek novērota parādība, ko var saukt par "protonu izgrūšanu". H + ir sadalīts, un tiek atjaunota stabila, arēnām raksturīga sakaru sistēma. Blakusprodukts satur ūdeņraža katjonu no benzola gredzena un anjonu no otrā reaģenta.

Organiskās ķīmijas aizvietošanas reakciju piemēri

Aizvietošanas reakcija ir īpaši raksturīga alkāniem. Cikloalkāniem un arēniem var sniegt elektrofilās un nukleofilās transformācijas piemērus. Līdzīgas reakcijas organisko vielu molekulās notiek normālos apstākļos, bet biežāk - karsējot un katalizatoru klātbūtnē. Elektrofilā aizstāšana aromātiskajā kodolā ir izplatīts un labi izpētīts process. Vissvarīgākās šāda veida reakcijas ir:

1. Benzola nitrēšana H 2 SO 4 klātbūtnē notiek saskaņā ar shēmu: C 6 H 6 → C 6 H 5 —NO 2.
2. Benzola katalītiskā halogenēšana, jo īpaši hlorēšana, saskaņā ar vienādojumu: C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl.
3. Aromātiski plūst ar "kūpošo" sērskābi, veidojas benzolsulfonskābes.
4. Alkilēšana ir ūdeņraža atoma aizvietošana no benzola gredzena ar alkilgrupu.
5. Acilēšana ir ketonu veidošanās.
6. Formilēšana ir ūdeņraža aizstāšana ar CHO grupu un aldehīdu veidošanās.

Aizstāšanas reakcijās ietilpst reakcija alkānos un cikloalkānos, kuros halogēni uzbrūk pieejamai CH saitei. Atvasināšana var būt saistīta ar viena, divu vai visu ūdeņraža atomu aizstāšanu piesātinātajos ogļūdeņražos un cikloparafīnos. Daudzi no zemas molekulmasas halogēnalkāniem tiek izmantoti sarežģītāku vielu ražošanā, kas saistītas ar dažādas klases... Panākumi, kas gūti, pētot aizstāšanas reakciju mehānismus, deva spēcīgu stimulu tādu sintēžu attīstībai, kuru pamatā ir alkāni, cikloparafīni, arēni un halogenētie ogļūdeņraži.

Ķīmisko reakciju veidi neorganiskajā un organiskajā ķīmijā.

1. Ķīmiska reakcija ir process, kurā no dažām vielām veidojas citas vielas. Atkarībā no procesa rakstura tiek izdalīti ķīmisko reakciju veidi.

1) Pēc gala rezultāta

2) Pamatojoties uz siltuma izdalīšanos vai absorbciju

3) Pamatojoties uz reakcijas atgriezeniskumu

4) Pamatojoties uz reaktantu veidojošo atomu oksidācijas stāvokļa izmaiņām

Saskaņā ar galīgo rezultātu reakcijas ir šāda veida:

A) Aizstāšana: RH + Cl2 → RCl + HCl

B) Savienojums: CH2 \u003d CH2 + Cl2 → CH2Cl-CH2Cl

C) Eliminācija: CH3-CH2OH → CH2 \u003d CH2 + H20

D) Sadalīšanās: CH4 → C + 2H2

E) Izomerizācija

E) apmaiņa

G) Savienojumi

Sadalīšanās reakcija sauc par procesu, kurā no vienas vielas veidojas divi vai vairāki citi.

Apmaiņas reakcijasauc par procesu, kurā reaģenti tiek apmainīti ar komponentiem.

Reakcijas un aizstāšana turpināt piedalīties ar vienkāršu un sarežģītu vielu, kā rezultātā veidojas jaunas vienkāršas un sarežģītas vielas.

Rezultātā saliktas reakcijas viena jauna viela tiek veidota no divām vai vairākām vielām.

Pamatojoties uz reakcijas siltuma izdalīšanos vai absorbciju, ir šādi veidi:

A) Eksotermisks

B) Endotermisks

Eksotermisks - tās ir reakcijas, kas rodas, atbrīvojot siltumu.

Endotermisks- Tās ir reakcijas, kas notiek, absorbējot siltumu no vides.

Pamatojoties uz atgriezeniskumu, reakcijas ir šāda veida:

A) Atgriezeniska

B) Neatgriezenisks

Tiek sauktas reakcijas, kas norisinās tikai vienā virzienā un beidzas ar sākotnējo reaģējošo vielu pilnīgu pārveidošanu gala vielās neatgriezenisks.

Atgriezeniska tiek sauktas tādas reakcijas, kas vienlaikus norisinās divos savstarpēji pretējos virzienos.

Pamatojoties uz reaktoru sastāvā esošo atomu oksidācijas stāvokļa izmaiņām, reakcijas ir šāda veida:

A) Oksidācijas samazināšana

Reakcijas, kas norisinās ar atomu oksidācijas stāvokļa izmaiņām (kurās notiek elektronu pāreja no viena atoma, molekulas vai jona uz citu), tiek sauktas redokss.

2. Pēc reakcijas mehānisma tie tiek sadalīti jonu un radikāļu grupās.

Joniskās reakcijas - mijiedarbība starp joniem ķīmiskas saites heterolītiskas pārrāvuma rezultātā (elektronu pāris pilnībā nonāk vienā no "fragmentiem").

Jonu reakcijas ir divu veidu (pēc reaģenta veida):

A) elektrofīls - reakcijas gaitā ar elektrofilu.

Elektrofils - grupa, kurai pie dažiem atomiem ir brīvas orbitāles vai centri ar samazinātu elektronu blīvumu (piemēram: H +, Cl - vai AlCl 3)

B) Nukleofīls - mijiedarbības laikā ar nukleofilu

Nukleofils - negatīvi lādēts jons vai molekula ar vientuļu elektronu pāri (pašlaik nepiedalās ķīmiskās saites veidošanā).

(Piemēri: F-, Cl-, RO-, I-).

Īstus ķīmiskos procesus tikai retos gadījumos var aprakstīt ar vienkāršiem mehānismiem. Detalizēta ķīmisko procesu izpēte no molekulāri kinētiskā viedokļa rāda, ka lielākā daļa no tām notiek pa radikālas ķēdes mehānismu, ķēdes p-iezīme ir brīvo radikāļu veidošanās starpposmos (molekulu vai atomu fragmenti ar īsu kalpošanas laiku ir nestabili, visiem ir brīvi komunikācija.

Dzīvo organismu sadegšanas, eksplozijas, oksidēšanās, fotoķīmisko reakciju, bioķīmijas procesi notiek pa ķēdes mehānismu.

Ķēžu rajoniem ir vairāki posmi:

1) ķēdes iniciācija - ķēdes reakciju posms, kā rezultātā no valences piesātinātām molekulām rodas brīvie radikāļi.

2) ķēdes turpinājums - p-cijas ķēdes posms, turpinot kopējo brīvo posmu skaita saglabāšanu.

3) ķēdes pārtraukšana - rajona ķēdes pamatposms, kas noved pie brīvo saišu izzušanas.

Izšķir sazarotās un nesazarotās ķēdes reakcijas.

Viens no svarīgākajiem ķēdes jēdzieniem ir ķēdes garums - vidējais ķēdes turpināšanas posmu vidējais skaits pēc brīvā radikāļa parādīšanās līdz tā pazušanai.

Piemērs: hlorūdeņraža sintēze

1) m-la CL 2 absorbē enerģijas kvantu un radikāla 2. attēlu: CL 2 + hv \u003d CL * + CL *

2) aktīvā daļiņa apvienojas ar H 2 m-molekulu, veidojot ūdeņraža hlorīdu un aktīvo H 2 daļiņu: CL 1 + H 2 \u003d HCL + H *

3) CL 1 + H 2 \u003d HCL + CL * utt.

6) H * + CL * \u003d HCL - atvērta ķēde.

Dakšu mehānisms:

F * + H 2 \u003d HF + H * utt.

F * + H 2 \u003d HF + H * utt.

Pie ūdens - tas ir grūtāk - veidojas radikāļi OH *, O * un radikāļi H *.

Reakcijas jonizējošā starojuma ietekmē: rentgenstari, katoda stari un tā tālāk - tiek saukti par radioķīmiskiem.

Molekulu mijiedarbības ar starojumu rezultātā tiek novērota molekulu sadalīšanās, veidojoties visreaktīvākajām daļiņām.

Šādas reakcijas veicina daļiņu rekombināciju un vielu veidošanos ar to dažādajām kombinācijām.

Piemērs ir hidrazīns N2H4, propelenta sastāvdaļa. AT pēdējie laiki Y-staru iedarbības rezultātā tiek mēģināts iegūt hidrazīnu no amonjaka:

NH 3 → NH 2 * + H *

2NH 2 * → N 2 H 4

Organismu dzīvībai būtiskas ir radioķīmiskās reakcijas, piemēram, ūdens radiolīze.

Literatūra:

1. Ahmetovs, NS Vispārējā un neorganiskā ķīmija / N.S.Ahmetovs. - 3. izdev. - M.: Augstākā skola, 2000. g. - 743.

1. Korovins N.V. Vispārīgā ķīmija / N.V.Korovins. - M.: Augstskola, 2006. - 557 lpp.
2. Kuzmenko N.E. Īss ķīmijas kurss / N.E. Kuzmenko, V.V. Ēremins, V.A. Popkovs. - M.: Augstākā skola, 2002. - 415 lpp.
3. Zaicevs, O.S. Vispārīgā ķīmija. Vielu struktūra un ķīmiskās reakcijas / O.S. Zaicevs. - M.: ķīmija, 1990. gads.
4. Karapetanti, M.Kh. Matērijas struktūra / M.Kh. Karapetieši, S. I. Drakins. - M.: Augstākā skola, 1981. gads.
5. Kokvilna F. Neorganiskās ķīmijas pamati / F. Cotton, J. Wilkinson. - M.: Mir, 1981. gads.
6. Ugai, Ja. Vispārējā un neorganiskā ķīmija / Ya.A. Ugai. - M.: Augstākā skola, 1997. gads.

\u003e\u003e Ķīmija: Ķīmisko reakciju veidi organiskajā ķīmijā

Organisko vielu reakcijas formāli var iedalīt četros galvenajos veidos: aizstāšana, pievienošana, eliminācija (eliminācija) un pārkārtošana (izomerizācija). Ir acīmredzams, ka visu organisko savienojumu reakciju dažādību nevar iekļaut ierosinātās klasifikācijas ietvaros (piemēram, sadegšanas reakcijas). Tomēr šāda klasifikācija palīdzēs noteikt analoģijas ar to neorganisko vielu reakciju klasifikācijām, kas jums jau pazīstamas neorganiskās ķīmijas gaitā.

Parasti galveno organisko savienojumu, kas piedalās reakcijā, sauc par substrātu, un pārējo reakcijas sastāvdaļu parasti uzskata par reaģentu.

Aizstāšanas reakcijas

Reakcijas, kuru rezultātā viens atoms vai atomu grupa sākotnējā molekulā (substrātā) tiek aizstāta ar citiem atomiem vai atomu grupām, tiek sauktas par aizvietošanas reakcijām.

Piesātinātie un aromātiskie savienojumi, piemēram, piemēram, alkāni, cikloalkāni vai arēni, nonāk aizvietošanas reakcijās.

Sniegsim šādu reakciju piemērus.

Nodarbības saturs stundas izklāsts atbalsta rāmja stundu prezentācijas paātrinošās metodes interaktīvās tehnoloģijas Prakse uzdevumi un vingrinājumi pašpārbaudes semināri, apmācības, gadījumi, mājasdarbu meklējumi, skolēnu retoriski jautājumi Ilustrācijas audio, videoklipi un multivide fotogrāfijas, attēlu diagrammas, tabulas, humora shēmas, joki, jautrība, komiksu līdzības, teicieni, krustvārdu mīklas, pēdiņas Papildinājumi tēzes raksti mikroshēmas ziņkārīgajiem apkrāptu lapu mācību grāmatām pamata un papildu vārdu krājums citi Mācību grāmatu un stundu pilnveidošana kļūdu labojumi apmācībā fragmenta atjaunināšana mācību grāmatas inovāciju elementos stundā, aizstājot novecojušās zināšanas ar jaunu T tikai skolotājiem ideālas nodarbības kalendārais plāns gadam diskusiju programmas metodiskie ieteikumi Integrētās nodarbības

Kad notiek ķīmiskas reakcijas, dažas saites saplīst un rodas citas saites. Ķīmiskās reakcijas parasti iedala organiskajās un neorganiskajās. Par organiskām reakcijām tiek uzskatītas reakcijas, kurās vismaz viens no reaģentiem ir organisks savienojums, kas reakcijas laikā maina tā molekulāro struktūru. Atšķirība starp organiskām un neorganiskām reakcijām ir tāda, ka parasti tajās ir iesaistītas molekulas. Šādu reakciju ātrums ir zems, un produkta raža parasti ir tikai 50-80%. Lai palielinātu reakcijas ātrumu, tiek izmantoti katalizatori, paaugstināta temperatūra vai spiediens. Pēc tam apsveriet ķīmisko reakciju veidus organiskajā ķīmijā.

Klasifikācija pēc ķīmisko pārveidojumu rakstura

• Aizstāšanas reakcijas
• Pievienošanās reakcijas
• Izomerizācijas reakcija un pārkārtošanās
• Oksidācijas reakcijas
• Sadalīšanās reakcijas

Aizstāšanas reakcijas

Aizstāšanas reakciju gaitā viens atoms vai atomu grupa sākotnējā molekulā tiek aizstāta ar citiem atomiem vai atomu grupām, veidojot jaunu molekulu. Parasti šīs reakcijas ir raksturīgas piesātinātiem un aromātiskiem ogļūdeņražiem, piemēram:

Pievienošanās reakcijas

Pievienošanas reakciju gaitā no divām vai vairākām vielu molekulām tiek izveidota viena jauna savienojuma molekula. Šādas reakcijas ir raksturīgas nepiesātinātiem savienojumiem. Ir hidrogenēšanas (reducēšanas), halogenēšanas, hidrogēnhidrogenēšanas, hidratācijas, polimerizācijas utt.

1. Hidrogenēšana - ūdeņraža molekulas pievienošana:

Eliminācijas (šķelšanās) reakcija

Sadalīšanās reakciju rezultātā organiskās molekulas zaudē atomus vai atomu grupas, un tiek izveidota jauna viela, kas satur vienu vai vairākas vairākkārtējas saites. Eliminācijas reakcijas ietver reakcijas dehidrogenēšana, dehidratācija, dehidrohalogenēšana utt .:

Izomerizācijas reakcijas un pārkārtošanās

Šādu reakciju gaitā notiek intramolekulāra pārkārtošanās, t.i. atomu vai atomu grupu pāreja no vienas molekulas daļas uz otru, nemainot reakcijā iesaistītās vielas molekulāro formulu, piemēram:

Oksidācijas reakcijas

Oksidējoša reaģenta darbības rezultātā organisko atomu, molekulu vai jonu oglekļa oksidācijas stāvoklis palielinās elektronu ziedošanas dēļ, kā rezultātā tiek izveidots jauns savienojums:

Kondensāta un polikondensāta reakcijas

Tie sastāv no vairāku (divu vai vairāku) organisko savienojumu mijiedarbības ar veidošanos jauns S-S saites un savienojumi ar zemu molekulmasu:

Polikondensācija ir polimēra molekulas veidošanās no monomēriem, kas satur funkcionālās grupas, atbrīvojot zemas molekulmasas savienojumu. Atšķirībā no polimerizācijas reakcijas, kuras rezultātā veidojas polimērs, kura sastāvs ir līdzīgs monomēram, polikondensācijas reakciju rezultātā izveidotā polimēra sastāvs atšķiras no tā monomēra:

Sadalīšanās reakcijas

Šis ir sarežģīta organiskā savienojuma sadalīšanas process mazāk sarežģītās vai vienkāršās vielās:

C18H38 → C9H18 + C9H20

Ķīmisko reakciju klasifikācija pēc mehānismiem

Reakciju gaita ar kovalento saišu pārrāvumu organiskos savienojumos ir iespējama ar diviem mehānismiem (t.i., ceļu, kas noved pie vecās saites pārrāvuma un jaunas veidošanās) - heterolītisks (jonu) un homolītisks (radikāls).

Heterolītiskais (jonu) mehānisms

Reakcijās, kas notiek saskaņā ar heterolītisko mehānismu, tiek veidotas jonu tipa starpposma daļiņas ar uzlādētu oglekļa atomu. Daļiņas, kurām ir pozitīvs lādiņš, sauc par karbokācijām, bet negatīvās - par karbanjoniem. Šajā gadījumā notiek nevis kopējā elektronu pāra sadalījums, bet tā pāreja uz vienu no atomiem, veidojoties jonam:

Ļoti polāri, piemēram, H - O, C - O un viegli polarizējami, piemēram, C - Br, C - I saites, ir pakļauti heterolītiskai šķelšanai.

Reakcijas, kas notiek saskaņā ar heterolītisko mehānismu, tiek sadalītas nukleofīlie un elektrofīls reakcijas. Reaģentu, kuram ir elektronu pāris, lai izveidotu saiti, sauc par nukleofilu vai elektronu donoru. Piemēram, HO-, RO-, Cl-, RCOO-, CN-, R-, NH2, H2O, NH3, C2H5OH, alkēni, arēni.

Reaģents, kuram ir neaizpildīta elektronu apvalks un kas jaunas saites veidošanās laikā spēj piesaistīt elektronu pāri. Elektrofilie reaģenti ietver šādus katjonus: H +, R 3 C +, AlCl 3, ZnCl 2, SO 3, BF 3, R-Cl, R 2 C \u003d O

Nukleofilās aizvietošanas reakcijas

Tipiski alkil- un arilhalogenīdiem:

Nukleofilās pievienošanās reakcijas

Elektrofilās aizvietošanas reakcijas

Elektrofilās pievienošanās reakcijas

Homolītisks (radikāls mehānisms)

Reakcijās, kas norisinās pēc homolītiskā (radikālā) mehānisma, pirmajā posmā kovalentā saite tiek pārtraukta ar radikāļu veidošanos. Izveidotie brīvie radikāļi darbojas kā uzbrukuma reaģents. Pārtrauciet saziņu pēc radikāls mehānisms raksturīgs nepolārām vai zemas polaritātes kovalentām saitēm (C - C, N - N, C - H).

Izšķir radikālās aizstāšanas un radikālās pievienošanās reakcijas

Radikālas aizstāšanas reakcijas

Tipisks alkāniem

Radikālas pievienošanās reakcijas

Tipisks alkēniem un alkīniem

Tādējādi mēs pārbaudījām galvenos ķīmisko reakciju veidus organiskajā ķīmijā.

Kategorijas,

Reakciju klasifikācija

Ir četri galvenie reakciju veidi, kuros piedalās organiskie savienojumi: aizstāšana (pārvietošana), pievienošana, eliminācija (eliminācija), pārkārtošanās.

3.1 Aizstāšanas reakcijas

Pirmā tipa reakcijās aizstāšana parasti notiek pie oglekļa atoma, bet aizvietotais atoms var būt ūdeņraža atoms vai kāds cits atoms vai atomu grupa. Elektrofilajā aizvietošanā ūdeņraža atoms tiek aizstāts visbiežāk; piemērs ir klasiskā aromātiskā aizstāšana:

Ar nukleofilu aizvietošanu biežāk tiek aizstāts nevis ūdeņraža atoms, bet citi atomi, piemēram:

NC - + R - Br → NC - R + BR -

3.2 Savienošanas reakcijas

Pievienošanās reakcijas var būt arī elektrofilas, nukleofīlas vai radikālas, atkarībā no procesa uzsākšanas daļiņu veida. Piesaistīšanos parastajām oglekļa-oglekļa dubultajām saitēm parasti izraisa elektrofils vai radikāls. Piemēram, pievienošanās HBr

var sākties ar H + protona vai Br · radikāļa divkāršās saites uzbrukumu.

3.3 Eliminācijas reakcijas

Eliminācijas reakcijas būtībā ir pretējās pievienošanas reakcijām; visizplatītākais šādas reakcijas veids ir ūdeņraža atoma un cita atoma vai grupas atdalīšana no blakus esošajiem oglekļa atomiem, veidojot alkēnus:

3.4 Pārkārtošanās reakcijas

Pārkārtošanās var notikt arī ar starpproduktiem, kas ir katjoni, anjoni vai radikāļi; visbiežāk šīs reakcijas turpinās, veidojoties karbokācijām vai citām daļiņām, kurās trūkst elektronu. Pārkārtojumi var ietvert ievērojamus oglekļa skeleta pārkārtojumus. Faktiskajam pārkārtošanās posmam šādās reakcijās bieži seko aizstāšanas, pievienošanas vai šķelšanas soļi, kas noved pie stabila galaprodukta veidošanās.

Detalizēts ķīmiskās reakcijas apraksts posmos tiek saukts par mehānismu. No elektroniskā viedokļa ķīmiskās reakcijas mehānismu saprot kā kovalento saišu pārtraukšanas metodi molekulās un stāvokļu secību, caur kuru reaģenti iziet, pirms tie tiek pārvērsti reakcijas produktos.

4.1 Brīvo radikāļu reakcijas

Brīvo radikāļu reakcijas ir ķīmiski procesi, kuros iesaistītas molekulas, kurām ir nepāra elektroni. Daži brīvo radikāļu reakciju aspekti ir unikāli, salīdzinot ar citiem reakciju veidiem. Galvenā atšķirība ir tā, ka daudzas brīvo radikāļu reakcijas ir ķēdes reakcijas. Tas nozīmē, ka pastāv mehānisms, ar kura palīdzību daudzas molekulas tiek pārvērstas produktā, veicot atkārtojošu procesu, ko sāk viena reaktīvā daļiņa. Tipisks piemērs ir ilustrēts, izmantojot šādu hipotētisku mehānismu:

Stadiju, kurā rodas reakcijas starpprodukts, šajā gadījumā A ·, sauc par iniciāciju. Šis posms notiek augstā temperatūrā, UV vai peroksīdu ietekmē, nepolāros šķīdinātājos. Nākamie četri šī piemēra vienādojumi atkārto divu reakciju secību; tie pārstāv ķēdes attīstības fāzi. Ķēdes reakcijas raksturo ķēdes garums, kas atbilst attīstības stadiju skaitam katrā iniciācijas posmā. Otrais posms notiek ar savienojuma vienlaicīgu sintēzi un jauna radikāļa veidošanos, kas turpina transformāciju ķēdi. Pēdējais posms ir ķēdes beigu posms, kas ietver jebkuru reakciju, kurā tiek iznīcināts viens no ķēdes attīstībai nepieciešamajiem reakcijas starpproduktiem. Jo vairāk ķēdes pārtraukšanas posmu, jo īsāks kļūst ķēdes garums.

Brīvo radikāļu reakcijas notiek: 1) gaismā, augstā temperatūrā vai radikāļu klātbūtnē, kas veidojas citu vielu sadalīšanās laikā; 2) kavē vielas, kas viegli reaģē ar brīvajiem radikāļiem; 3) rīkoties nepolāros šķīdinātājos vai tvaika fāzē; 4) pirms reakcijas sākuma bieži ir autokatalītiskais un indukcijas periods; 5) ir kinētiski ķēdes.

Radikālas aizvietošanas reakcijas ir raksturīgas alkāniem, un radikāļu pievienošanas reakcijas ir raksturīgas alkēniem un alkīniem.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

CH3-CH \u003d CH2 + HBr → CH3-CH2-CH2Br

CH3-C≡CH + HCl → CH3-CH \u003d CHCl

Brīvo radikāļu savienojums savā starpā un ķēdes pārtraukšana notiek galvenokārt uz reaktora sienām.

4.2. Jonu reakcijas

Reakcijas, kurās notiek heterolītisks saites saites un jonu tipa starpposma daļiņu veidošanos sauc par jonu reakcijām.

Jonu reakcijas norisinās: 1) katalizatoru (skābju vai bāzu klātbūtnē, un tos neietekmē vieglie vai brīvie radikāļi, īpaši, kas rodas peroksīdu sadalīšanās rezultātā); 2) tos neietekmē brīvo radikāļu iznīcinātāji; 3) reakcijas gaitu ietekmē šķīdinātāja raksturs; 4) reti rodas tvaika fāzē; 5) galvenokārt ir kinētiski pirmās vai otrās kārtas reakcijas.

Pēc reaģenta, kas iedarbojas uz molekulu, rakstura jonu reakcijas tiek sadalītas elektrofīls un nukleofīls... Nukleofilās aizvietošanas reakcijas ir raksturīgas alkil- un arilhalogenīdiem,

CH3Cl + H2O → CH3OH + HCl

C6H5-Cl + H2O → C6H5-OH + HCl

C2H5OH + HCl → C2H5Cl + H20

C2H5NH2 + CH3Cl → CH3-NH-C2H5 + HCl

elektrofilā aizvietošana - alkāniem katalizatoru klātbūtnē

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH (CH3) -CH2-CH3

un arēnās.

C6H6 + HNO3 + H2S04 → C6H5-NO2 + H20

Elektrofilās pievienošanās reakcijas ir raksturīgas alkēniem

CH3-CH \u003d CH2 + Br2 → CH3-CHBr-CH2Br

un alkīni,

CH≡CH + Cl2 → CHCl \u003d CHCl

nukleofīlais papildinājums - alkīniem.

CH3-C≡CH + C2H5OH + NaOH → CH3-C (OC2H5) \u003d CH2