Klasifikimi i reaksioneve
Ekzistojnë katër lloje kryesore të reaksioneve në të cilat përfshihen komponimet organike: zëvendësimi (zhvendosja), shtimi, eliminimi (eliminimi), rirregullimi.
3.1 Reagimet e zëvendësimit
Në reagimet e tipit të parë, zëvendësimi zakonisht ndodh në një atom karboni, por atomi i zëvendësuar mund të jetë një atom hidrogjeni ose ndonjë atom tjetër ose grup atomesh. Në zëvendësimin elektrofilik, atomi i hidrogjenit zëvendësohet më shpesh; një shembull është zëvendësimi klasik aromatik:
Me zëvendësimin nukleofilik, nuk është atomi i hidrogjenit që zëvendësohet më shpesh, por atomet e tjerë, për shembull:
NC - + R - Br → NC - R + BR -
3.2 Reagimet e bashkimit
Reagimet e shtimit gjithashtu mund të jenë elektrofile, nukleofile ose radikale, në varësi të llojit të grimcave që fillojnë procesin. Lidhja me lidhjet e zakonshme të dyfishta karbon-karbon zakonisht shkaktohet nga një elektrofil ose një radikal. Për shembull, bashkimi me HBr
mund të fillojë me një sulm në lidhjen e dyfishtë nga një proton Н + ose nga një Br · radikal.
3.3 Reagimet e eliminimit
Reagimet e eliminimit janë në thelb e kundërta e reaksioneve shtesë; lloji më i zakonshëm i një reagimi të tillë është eliminimi i një atomi hidrogjeni dhe një atomi ose grupi tjetër nga atomet e karbonit ngjitur për të formuar alkene:
3.4 Reagimet e rirregullimit
Rirregullimet gjithashtu mund të vazhdojnë përmes ndërmjetësve që janë katione, anione ose radikalë; më shpesh, këto reaksione vazhdojnë me formimin e karbokacioneve ose grimcave të tjera me mungesë elektroni. Rirregullimet mund të përfshijnë riorganizime të rëndësishme të skeletit të karbonit. Hapi aktual i rirregullimit në reagime të tilla shpesh ndiqet nga zëvendësimi, shtimi ose eliminimi i hapave që çojnë në formimin e një produkti përfundimtar të qëndrueshëm.
Një përshkrim i hollësishëm i një reaksioni kimik në faza quhet mekanizëm. Nga pikëpamja elektronike, mekanizmi i një reaksioni kimik kuptohet si metoda e prishjes së lidhjeve kovalente në molekula dhe sekuenca e gjendjeve nëpër të cilat kalojnë reagentët para se të shndërrohen në produkte reagimi.
4.1 Reagimet e radikalëve të lirë
Reaksionet radikale të lira janë procese kimike që përfshijnë molekula që kanë elektrone të palidhura. Disa aspekte të reaksioneve radikale të lira janë unike kur krahasohen me llojet e tjera të reagimeve. Dallimi kryesor është se shumë reagime radikale të lira janë reaksione zinxhir. Kjo do të thotë se ekziston një mekanizëm me të cilin shumë molekula shndërrohen në një produkt përmes një procesi të përsëritur të filluar nga krijimi i një grimce të vetme reaktive. Një shembull tipik ilustrohet duke përdorur mekanizmin hipotetik të mëposhtëm:
Faza në të cilën gjenerohet ndërmjetësi i reagimit, në këtë rast A ·, quhet inicim. Kjo fazë zhvillohet në temperatura të larta, nën ndikimin e UV ose peroksidëve, në tretës jo polarë. Katër ekuacionet e ardhshme të këtij shembulli përsërisin sekuencën e dy reaksioneve; ato përfaqësojnë fazën e zhvillimit të zinxhirit. Reagimet zinxhir karakterizohen nga një gjatësi zinxhir që korrespondon me numrin e fazave të zhvillimit për fazën e fillimit. Faza e dytë vazhdon me sintezën e njëkohshme të përbërjes dhe formimin e një radikali të ri, i cili vazhdon zinxhirin e transformimeve. Faza përfundimtare është faza e përfundimit të zinxhirit, e cila përfshin çdo reagim në të cilin një nga ndërmjetësit e reagimit të kërkuar për zhvillimin e zinxhirit shkatërrohet. Sa më shumë faza të përfundimit të zinxhirit, aq më e shkurtër bëhet gjatësia e zinxhirit.
Reaksionet radikale të lira zhvillohen: 1) në dritë, në temperatura të larta ose në prani të radikalëve që formohen gjatë dekompozimit të substancave të tjera; 2) pengohen nga substanca që reagojnë lehtësisht me radikalet e lira; 3) të vazhdohet në tretës jo polarë ose në fazën e avullit; 4) shpesh kanë një periudhë autokatalitike dhe induksioni para fillimit të reagimit; 5) janë zinxhir kinetik.
Reagimet radikale të zëvendësimit janë tipike për alkane, dhe shtim radikal - për alkene dhe alkine.
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
CH 3 -CH = CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 -CH 2 Br
CH 3 -C≡CH + HCl → CH 3 -CH = CHCl
Lidhja e radikalëve të lirë me njëri -tjetrin dhe përfundimi i zinxhirit ndodh kryesisht në muret e reaktorit.
4.2 Reagimet jonike
Reagimet në të cilat ndodh heterolitik prishja e lidhjeve dhe formimi i grimcave të ndërmjetme të tipit jonik quhen reaksione jonike.
Reagimet jonike vazhdojnë: 1) në prani të katalizatorëve (acide ose baza dhe nuk ndikohen nga drita ose radikalet e lira, në veçanti, që dalin nga dekompozimi i peroksideve); 2) nuk ndikohen nga pastruesit e radikalëve të lirë; 3) rrjedha e reaksionit ndikohet nga natyra e tretësit; 4) rrallë ndodhin në fazën e avullit; 5) janë kinetikisht, kryesisht, reagime të rendit të parë ose të dytë.
Nga natyra e reagentit që vepron në molekulë, reaksionet jonike ndahen në elektrofilike dhe nukleofilike... Reagimet e zëvendësimit nukleofilik janë tipike për halidet alkil dhe aril,
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
zëvendësim elektrofilik - për alkane në prani të katalizatorëve
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH (CH 3) -CH 2 -CH 3
dhe arena.
C 6 H 6 + HNO 3 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
Reaksionet e shtimit elektrofilik janë karakteristikë e alkeneve
CH 3 -CH = CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr -CH 2 Br
dhe alkine,
CH≡CH + Cl 2 → CHCl = CHCl
shtimi nukleofilik - për alkine.
CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C (OC 2 H 5) = CH 2
>> Kimi: Llojet e reaksioneve kimike në kiminë organike
Reagimet e substancave organike mund të ndahen zyrtarisht në katër lloje kryesore: zëvendësimi, shtimi, eliminimi (eliminimi) dhe rirregullimi (izomerizimi). Isshtë e qartë se e gjithë larmia e reaksioneve të përbërjeve organike nuk mund të futet në kuadrin e klasifikimit të propozuar (për shembull, reagimet e djegies). Sidoqoftë, një klasifikim i tillë do të ndihmojë në krijimin e analogjive me klasifikimin e reaksioneve që ndodhin midis substancave inorganike që tashmë janë të njohura për ju nga rrjedha e kimisë inorganike.
Si rregull, përbërësi kryesor organik që merr pjesë në reagim quhet substrat, dhe përbërësi tjetër i reagimit konsiderohet në mënyrë konvencionale si një reagent.
Reagimet e zëvendësimit
Reagimet që rezultojnë në zëvendësimin e një atomi ose grupi të atomeve në molekulën (substratin) origjinal me atome ose grupe të tjera të atomeve quhen reaksione zëvendësuese.
Komponimet e ngopura dhe aromatike, të tilla si, për shembull, alkane, cikloalkane ose arene, hyjnë në reaksione zëvendësuese.
Le të japim shembuj të reagimeve të tilla.
Klasifikimi i reaksioneve Sipas numrit të substancave fillestare dhe përfundimtare: 1. Shtimi 2. Çarja (eliminimi) 3. Zëvendësimi
Klasifikimi i reaksioneve Sipas mekanizmit të prishjes së lidhjes: 1. Radikalët homolitikë (radikalë) 2. Jonet heterolitike (jonike)
Mekanizmi i reagimit Mekanizmi - një përshkrim i hollësishëm i një reaksioni kimik sipas fazave, duke treguar produktet dhe grimcat e ndërmjetme. Skema e reagimit: Mekanizmi i reagimit:
Klasifikimi i reaksioneve sipas llojit të reagentëve 1. Radikali Një radikal është një grimcë kimikisht aktive me një elektron të paçiftuar. 2. Elektrofili Elektrofil është një grimcë ose molekulë me mungesë elektronesh me një atom me mungesë elektroni. 3. Nukleofil Nukleofili është një anion ose molekulë neutrale që ka një atom me një palë elektronike të vetme.
Llojet e lidhjeve kimike në substancat organike Lloji kryesor i lidhjes është kovalente (jonike është më pak e zakonshme) Lidhja Sigma (σ-): Lidhja Pi (-)
ALKANE - hidrokarbure alifatike (yndyrore) "Aliphatos" - vaj, yndyrë (greke). Cn H 2 n + 2 Hidrokarburet e ngopura
Seritë homologe: CH 4 - metan C 2 H 6 - etan C 3 H 8 - propan C 4 H 10 - butan C 5 H 12 - pentan etj C 6 H 14 - heksan C 7 H 16 - heptan C 8 H 18 - oktani С 9 Н 20 - nonane С 10 Н 22 - dekane dhe С 390 Н 782 - jookontraktuese (1985)
Modeli atomik-orbital i molekulës metan Në molekulën e metanit, atomi i karbonit nuk ka më orbitale S- dhe P! 4 hibridet e tij, ekuivalente në energji dhe formë, orbitalet SP 3, formojnë 4 lidhje me orbitalet S të atomit të hidrogjenit. H H 4 -lidhje
Reagimi i nitrimit Konovalov Dmitry Petrovich (1856 -1928) 1880. Përpjekja e parë e suksesshme për të ringjallur "të vdekurit kimikë", të cilët konsideroheshin alkane. Gjeti kushtet për nitratimin e alkaneve. Oriz. Burimi: http: // imazhe. yandex. ru
Vetitë kimike I. Reagimet me këputjen e lidhjeve C-H (reaksionet e zëvendësimit): 1. halogjenizimi 2. nitratimi 3. sulfoklorinimi II. Reagimet me ndarjen e obligacioneve C-C: 1.djegje 2. plasaritje 3.isomerizim
Si mund të gjej një kimist? Nëse doni të gjeni një kimist, pyesni se çfarë janë mola dhe jo-jonizuara. Dhe nëse ai fillon të flasë për kafshët e leshit dhe organizimin e punës, largohuni me qetësi. Shkrimtari i trillimeve shkencore, popullarizuesi i shkencës Isaac Asimov (1920–1992) Fig. Burimi: http: // imazhe. yandex. ru
1. Reagimi i halogjenimit Klorinimi: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Brominimi: RH + Br 2 hv RBr + HBr Për shembull, klorimi i metanit: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl
Fazat e mekanizmit të radikalëve të lirë Skema e reagimit: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Mekanizmi i reagimit: I. Fillimi i zinxhirit - faza e bërthamëzimit të radikalëve të lirë. Cl Cl 2 Cl Radikal - një grimcë aktive, inicuesi i reagimit. - - Skena kërkon energji në formën e ngrohjes ose ndriçimit. Fazat pasuese mund të vazhdojnë në errësirë pa ngrohje.
Fazat e mekanizmit të radikalëve të lirë II. Rritja e zinxhirit është faza kryesore. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Faza mund të përfshijë disa nënstaza, në secilën prej të cilave formohet një radikal i ri, por jo H !!! Në fazën II, kryesore, produkti kryesor formohet domosdoshmërisht!
Fazat e mekanizmit të radikalëve të lirë III. Përfundimi i zinxhirit - rekombinim radikal. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Çdo dy radikalë janë të lidhur.
Përzgjedhshmëria e zëvendësimit Përzgjedhshmëria - selektiviteti. Regioselektiviteti - selektiviteti në një zonë të caktuar reagimesh. Për shembull, selektiviteti i halogjenizimit: 45% 3% Përfundim? 55% 97%
Selektiviteti i halogjenizimit varet nga faktorët e mëposhtëm: Kushtet e reagimit. Moreshtë më selektive në temperatura të ulëta. Natyra e halogjenit. Sa më aktiv të jetë halogjeni, aq më pak selektiv është reagimi. F 2 reagon shumë fuqishëm, me shkatërrimin e lidhjeve C-C. I 2 nuk reagon me alkane në këto kushte. Struktura alkane.
Ndikimi i strukturës së alkanit në selektivitetin e zëvendësimit. Nëse atomet e karbonit në alkan janë të pabarabartë, atëherë zëvendësimi në secilën prej tyre vazhdon me një ritëm të ndryshëm. Relative shkalla e reagimit të zëvendësimit Primar. atom H Sekondar atom H Tert. atom H klorinim 1 3, 9 5, 1 bromacion 1 82 1600 Përfundim?
Shkëputja e një atomi tretës të hidrogjenit kërkon më pak energji sesa shkëputja e sekondarit dhe atij parësor! Formula alkane Rezultati i homolizës AU, kJ / mol CH 4 CH 3 + H 435 CH 3 - CH 3 C 2 H 5 + H 410 CH 3 CH 2 CH 3 (CH 3) 2 CH + H 395 (CH 3) 3 CH (CH 3) 3 C + H 377
Drejtimi i reaksioneve Çdo reagim vazhdon kryesisht në drejtim të formimit të një grimce të ndërmjetme më të qëndrueshme!
Një grimcë e ndërmjetme në reaksionet radikale është një radikal i lirë. Radikali më i qëndrueshëm formohet më lehtë! Gama e qëndrueshmërisë së radikalëve: R 3 C> R 2 CH> RCH 2> CH 3 Grupet alkil shfaqin një efekt dhurues elektronesh, duke stabilizuar kështu radikalin
Reagimi i sulfoklorinimit Skema e reagimit: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Mekanizmi i reagimit: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl etj. etj 3.2 Cl Cl 2 etj.
Reagimi i PD Konovalov.Nitratimi sipas Konovalov kryhet nga veprimi i acidit nitrik të holluar në një temperaturë prej 140 rreth. C. Skema e reagimit: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O
Mekanizmi i reaksionit Konovalov HNO 3 N 2 O 4 1. N 2 O 4 2 NO 2 2. RH + NO 2 R + HNO 2 R + HNO 3 RNO 2 + OH RH + OH R + H 2 O etj 3 Qark i hapur.
Alkenet janë hidrokarbure të pangopura me një lidhje C = C Cn. H 2 n С = С - grup funksional i alkeneve
Vetitë kimike të alkeneve Karakteristikat e përgjithshme Alkenet janë një klasë reaktive e komponimeve. Ata hyjnë në reagime të shumta, shumica e të cilave janë për shkak të prishjes së lidhjes pi më të dobët. Е С-С (σ-) ~ 350 KJ / mol Е С = С (-) 260 KJ / mol
Reagimet karakteristike Bashkangjitja është lloji më karakteristik i reagimit. Lidhja e dyfishtë është një dhurues elektronesh, kështu që tenton të shtojë: E - elektrofile, katione ose radikalë
Shembuj të reaksioneve të shtimit elektrofilik 1. Lidhja e halogjeneve - Jo të gjitha halogjenet janë bashkangjitur, por vetëm klor dhe brom! - Polarizimi i një molekule halogjene neutrale mund të ndodhë nën veprimin e një tretësi polar ose nën veprimin e një lidhje të dyfishtë alkeni. Zgjidhja e bromit të kuq-kafe bëhet pa ngjyrë
Shtimi elektrofilik Reagimet vazhdojnë në temperaturën e dhomës dhe nuk kërkojnë ndriçim. Mekanizmi është jonik. Skema e reagimit: XY = Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O
Sigma - një kompleks është një karbokacion - një grimcë me një ngarkesë pozitive në atomin e karbonit. Nëse anionet e tjerë janë të pranishëm në mjedisin e reagimit, ato gjithashtu mund të shtojnë karbokacionin.
Për shembull, shtimi i bromit të tretur në ujë. Ky reagim cilësor ndaj lidhjes së dyfishtë C = C vazhdon me njollë të tretësirës së bromit dhe formimin e dy produkteve:
Bashkëngjitja ndaj alkeneve josimetrike Regioselektiviteti i lidhjes! Rregulli i Markovnikov (1869): acidet dhe uji i bashkëngjiten alkeneve josimetrike në atë mënyrë që hidrogjeni të ngjitet në një atom karboni më të hidrogjenizuar.
Markovnikov Vladimir Vasilievich (1837 - 1904) I diplomuar në Universitetin Kazan. Që nga viti 1869 - Profesor i Departamentit të Kimisë. Themelues i një shkolle shkencore. Oriz. Burimi: http: // imazhe. yandex. ru
Shpjegimi i rregullit të Markovnikov Reagimi vazhdon përmes formimit të grimcës më të qëndrueshme të ndërmjetme - karbokacionit. sekondare parësore, më e qëndrueshme
Gama e qëndrueshmërisë së karbokacioneve: rregulli terciar primar metil Markovnikov në një formulim modern: shtimi i një protoni në një alken ndodh me formimin e një karbokacioni më të qëndrueshëm.
Shtimi Anti -Markovnikov CF 3 -CH = CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Formalisht, reagimi shkon kundër rregullit të Markovnikov. CF 3 - zëvendësues i pranuesit të elektroneve Pranues të tjerë të elektroneve: NO 2, SO 3 H, COOH, halogjene, etj.
Shtimi Anti -Markovnikov më i qëndrueshëm i paqëndrueshëm CF 3 - pranuesi i elektroneve destabilizon karbokacionin Reagimi vetëm formalisht shkon kundër rregullit të Markovnikov. Në fakt, ai i bindet, pasi kalon nëpër një karbonacion më të qëndrueshëm.
Efekti i peroksidit të Harashit X CH 3 -CH = CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR Mekanizmi është radikal i lirë: 1. H 2 O 2 2 OH + HBr H 2 O + Br 2. CH 3 -CH = CH 2 + Br CH 3 -CH -CH 2 Br një radikal më i qëndrueshëm CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br, etj. 3. Çdo dy radikalë janë të lidhura mes jush.
Shtimi elektrofilik 3. Hidratimi - shtimi i ujit - Reagimi zhvillohet në prani të katalizatorëve të acidit, më shpesh është acid sulfurik. - Reagimi i bindet rregullit të Markovnikov. Mënyra më e lirë për të marrë alkool
Në provim, Akademiku Ivan Alekseevich Kablukov i kërkon studentit të tregojë se si merret hidrogjeni në laborator. "Nga merkuri," përgjigjet ai. "Si është" nga merkuri "? ! Zakonisht ata thonë "nga zinku", por nga merkuri - kjo është diçka origjinale. Shkruani një reagim ". Nxënësi shkruan: Hg = H + g Dhe thotë: “Merkuri nxehet; zbërthehet në H dhe g. H - hidrogjen, është i lehtë dhe për këtë arsye fluturon larg, dhe g - përshpejtimi i gravitetit, i rëndë, mbetet ". "Për një përgjigje të tillë, duhet të jepni një" pesë ", - thotë Kablukov. - Le të marrim librin e rekordeve. Vetëm "pesë" gjithashtu do të ngrohem së pari. "Tre" fluturojnë larg, por "dy" mbeten. "
Dy kimistë në laborator: - Vasya, fut dorën në këtë gotë. - E uli. - Ndjeni ndonjë gjë? - Jo - Pra acid sulfurik në një gotë tjetër.
Hidrokarburet aromatike Aromatike - aromatik? ? Komponimet aromatike janë benzeni dhe substanca që i ngjajnë atij në sjelljen kimike!
Shumë reagime zëvendësimi i hapin rrugën përgatitjes së komponimeve të ndryshme me përdorim ekonomik. Zëvendësimi elektrofilik dhe nukleofil luan një rol të madh në shkencën dhe industrinë kimike. Në sintezën organike, këto procese kanë një numër karakteristikash që duhet të theksohen.
Një larmi fenomenesh kimike. Reagimet e zëvendësimit
Ndryshimet kimike të lidhura me transformimin e substancave dallohen nga një numër karakteristikash. Rezultatet përfundimtare, efektet termike mund të jenë të ndryshme; disa procese shkojnë deri në fund, në të tjerat vijnë.ndërrimi i substancave shpesh shoqërohet me një rritje ose ulje të gjendjes së oksidimit. Kur klasifikohen fenomenet kimike sipas rezultatit përfundimtar të tyre, vëmendje i kushtohet ndryshimeve cilësore dhe sasiore midis reagentëve dhe produkteve. Bazuar në këto karakteristika, mund të dallohen 7 lloje të transformimeve kimike, duke përfshirë zëvendësimin që vazhdon sipas skemës: A - B + CA - C + B. Një shënim i thjeshtuar i një klase të tërë të fenomeneve kimike jep një ide që ndër fillimet substanca ekziston një e ashtuquajtur "sulmuese" Një grimcë që zëvendëson një atom, jon ose grup funksional në reagent. Reagimi i zëvendësimit është tipik për kufizimin dhe
Reagimet e zëvendësimit mund të ndodhin në formën e një shkëmbimi të dyfishtë: A - B + C - E A - C + B - E. Një nga nënllojet është zhvendosja, për shembull, e bakrit me hekur nga një zgjidhje e sulfatit të bakrit: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. Atomet, jonet ose grupet funksionale mund të veprojnë si një grimcë "sulmuese".
Zëvendësimi homolitik (radikal, SR)
Me një mekanizëm radikal të prishjes së lidhjeve kovalente, një çift elektronesh i zakonshëm për elementë të ndryshëm shpërndahet proporcionalisht midis "fragmenteve" të molekulës. Formohen radikalet e lira. Këto janë grimca të paqëndrueshme, stabilizimi i të cilave ndodh si rezultat i transformimeve të mëvonshme. Për shembull, kur merret etani nga metani, krijohen radikalë të lirë që marrin pjesë në reagimin e zëvendësimit: CH 4 CH 3. + .H; CH 3 +. CH3 → C2H5; H. +. H → H2. Thyerja homolitike e lidhjes sipas mekanizmit të dhënë të zëvendësimit është e një natyre zinxhir. Në metan, atomet H mund të zëvendësohen në mënyrë të njëpasnjëshme me klor. Reagimi me bromin vazhdon në një mënyrë të ngjashme, por jodi nuk është në gjendje të zëvendësojë drejtpërdrejt hidrogjenin në alkane, fluori reagon shumë fuqishëm me to.
Mënyra heterolitike e prishjes së lidhjes
Në mekanizmin jonik të reaksioneve të zëvendësimit, elektronet shpërndahen në mënyrë të pabarabartë midis grimcave të sapoformuara. Çifti lidhës i elektroneve largohet plotësisht në një nga "fragmentet", më shpesh tek ai partner lidhës, drejt të cilit dendësia negative në molekulën polare u zhvendos. Reagimet e zëvendësimit përfshijnë formimin e alkoolit metil CH 3 OH. Në bromometan CH3Br, këputja e molekulës është heterolitike, grimcat e ngarkuara janë të qëndrueshme. Metil fiton një ngarkesë pozitive, dhe bromi merr një ngarkesë negative: CH 3 Br → CH 3 + + Br -; NaOH → Na + + OH -; CH3 + + OH - → CH3OH; Na + + Br - ↔ NaBr.
Elektrofilet dhe nukleofilet
Grimcat që nuk kanë elektrone dhe mund t'i pranojnë ato quhen "elektrofile". Këto përfshijnë atomet e karbonit të lidhura me halogjenet në haloalkane. Nukleofilet kanë një densitet të shtuar elektronik, ata "dhurojnë" një palë elektrone kur krijojnë një lidhje kovalente. Në reagimet e zëvendësimit, nukleofilet e pasur me ngarkesa negative sulmohen nga elektrofilet, pa elektrone. Ky fenomen shoqërohet me lëvizjen e një atomi ose grimce tjetër - një grup në dalje. Një lloj tjetër i reaksioneve të zëvendësimit është sulmi i një elektrofili nga një nukleofil. Ndonjëherë është e vështirë të bëhet dallimi midis dy proceseve, të klasifikohet zëvendësimi si një lloj ose një tjetër, pasi është e vështirë të tregosh saktësisht se cila nga molekulat është nënshtresa dhe cila është reagenti. Në mënyrë tipike, në raste të tilla, faktorët e mëposhtëm merren parasysh:
- natyra e grupit që largohet;
- reaktiviteti i nukleofilit;
- natyra e tretësit;
- struktura e pjesës alkil.
Zëvendësimi nukleofilik (SN)
Në procesin e ndërveprimit në një molekulë organike, vërehet një rritje e polarizimit. Në ekuacionet, një ngarkesë e pjesshme pozitive ose negative tregohet me shkronjën e alfabetit grek. Polarizimi i lidhjes bën të mundur gjykimin e natyrës së prishjes së saj dhe sjelljen e mëtejshme të "fragmenteve" të molekulës. Për shembull, atomi i karbonit në jodometan ka një ngarkesë të pjesshme pozitive dhe është një qendër elektrofile. Ajo tërheq atë pjesë të dipolit të ujit ku ndodhet oksigjeni, e cila ka një tepricë të elektroneve. Kur një elektrofil bashkëvepron me një reagent nukleofil, formohet metanol: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Reagimet e zëvendësimit nukleofilik zhvillohen me pjesëmarrjen e një joni të ngarkuar negativisht ose të një molekule që ka një çift elektronesh të lirë që nuk merr pjesë në krijimin e një lidhjeje kimike. Pjesëmarrja aktive e jodometanit në reaksionet SN 2 shpjegohet me hapjen e tij ndaj sulmit nukleofilik dhe lëvizshmërinë e jodit.
Zëvendësimi elektrofilik (SE)
Një molekulë organike mund të përmbajë një qendër nukleofile, e cila karakterizohet nga një tepricë e densitetit të elektroneve. Ai reagon me një reagent elektrofilik të cilit i mungojnë ngarkesat negative. Grimca të tilla përfshijnë atome me orbitale të lira, molekula me zona me densitet të ulët elektronik. Në karbon, i cili ka një ngarkesë " -", ndërvepron me pjesën pozitive të dipolit të ujit - me hidrogjen: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Produkti i këtij reagimi zëvendësues elektrofilik është metani. Në reaksionet heterolitike, qendrat e ngarkuara kundrejt molekulave organike ndërveprojnë, gjë që i bën ato të ngjashme me jonet në kiminë e substancave inorganike. Nuk duhet anashkaluar se transformimi i komponimeve organike rrallë shoqërohet me formimin e kationeve dhe anioneve të vërteta.
Reaksionet monomolekulare dhe bimolekulare
Zëvendësimi nukleofilik është monomolekulare (SN1). Sipas këtij mekanizmi, hidroliza e një produkti të rëndësishëm të sintezës organike, klorur terciar butil, vazhdon. Faza e parë është e ngadaltë; shoqërohet me shkëputje graduale në kationin e karbonit dhe anionin e klorurit. Faza e dytë vazhdon më shpejt, reagimi i jonit të karbonit me ujin vazhdon. zëvendësimi i një halogjeni në një alkane me një grup oksi dhe marrja e një alkooli primar: (CH 3) 3 C -Cl → (CH 3) 3 C + + Cl -; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C - OH + H +. Hidroliza me një fazë e halideve alkilike parësore dhe dytësore karakterizohet nga shkatërrimi i njëkohshëm i lidhjes së karbonit me një halogjen dhe formimi i një çifti C-OH. Ky është mekanizmi i zëvendësimit bimolekulare nukleofilik (SN2).
Mekanizmi zëvendësues heterolitik
Mekanizmi i zëvendësimit shoqërohet me transferimin e një elektroni, krijimin e komplekseve të ndërmjetme. Reagimi vazhdon më shpejt, aq më lehtë dalin produktet e ndërmjetme karakteristike për të. Shumë shpesh procesi shkon njëkohësisht në disa drejtime. Avantazhi zakonisht merret nga mënyra në të cilën përdoren grimcat që kërkojnë konsumin më të ulët të energjisë për formimin e tyre. Për shembull, prania e një lidhjeje të dyfishtë rrit mundësinë e shfaqjes së një kationi alilik CH2 = CH - CH 2 +, në krahasim me jonin CH 3 +. Arsyeja qëndron në dendësinë e elektroneve të lidhjes së shumëfishtë, e cila ndikon në delokalizimin e ngarkesës pozitive të shpërndarë në të gjithë molekulën.
Reagimet e zëvendësimit të benzenit
Grupi që karakterizohet nga zëvendësimi elektrofilik janë arena. Unaza e benzenit është një objektiv i përshtatshëm për sulmet elektrofile. Procesi fillon me polarizimin e lidhjes në reagentin e dytë, duke rezultuar në formimin e një elektrofili ngjitur me renë elektronike të unazës së benzenit. Rezultati është një kompleks kalimtar. Ende nuk ka një lidhje të plotë midis grimcës elektrofile dhe një prej atomeve të karbonit; ajo tërhiqet nga e gjithë ngarkesa negative e "gjashtë aromatike" të elektroneve. Në fazën e tretë të procesit, një elektrofil dhe një atom karboni i unazës lidhen me një palë të përbashkët elektronesh (lidhje kovalente). Por në këtë rast, ndodh shkatërrimi i "gjashtë aromatik", i cili është i pafavorshëm nga pikëpamja e arritjes së një gjendje të qëndrueshme të qëndrueshme të energjisë. Vihet re një fenomen që mund të quhet "nxjerrje e protonit". H + ndahet dhe një sistem komunikimi i qëndrueshëm tipik për arenat rikthehet. Nënprodukti përmban një kation hidrogjeni nga unaza e benzenit dhe një anion nga reagenti i dytë.
Shembuj të reaksioneve të zëvendësimit nga kimia organike
Për alkane, reagimi i zëvendësimit është veçanërisht karakteristik. Shembuj të transformimeve elektrofilike dhe nukleofile mund të jepen për cikloalkanet dhe arenat. Reagime të ngjashme në molekulat e substancave organike ndodhin në kushte normale, por më shpesh - kur nxehen dhe në prani të katalizatorëve. Zëvendësimi elektrofilik në bërthamën aromatike është një proces i zakonshëm dhe i studiuar mirë. Reagimet më të rëndësishme të këtij lloji janë:
- Nitracioni i benzenit në prani të H 2 SO 4 - shkon sipas skemës: C 6 H 6 → C 6 H 5 —NO 2.
- Halogjenizimi katalitik i benzenit, në veçanti klorinimi, sipas ekuacionit: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
- Rrjedhat aromatike me acid sulfurik "tymosës", formohen acide benzenesulfonic.
- Alkilimi është zëvendësimi i një atomi hidrogjeni nga unaza e benzenit me një alkil.
- Acilimi është formimi i ketoneve.
- Formilimi është zëvendësimi i hidrogjenit me një grup CHO dhe formimi i aldehideve.
Reagimet e zëvendësimit përfshijnë reagimin në alkane dhe cikloalkane, në të cilat halogjenet sulmojnë lidhjen CH të disponueshme. Derivimi mund të shoqërohet me zëvendësimin e një, dy ose të gjithë atomeve të hidrogjenit në hidrokarburet e ngopura dhe cikloparafina. Shumë nga haloalkanet me peshë të ulët molekulare përdoren në prodhimin e substancave më komplekse që i përkasin klasave të ndryshme. Sukseset e arritura në studimin e mekanizmave të reaksioneve të zëvendësimit i dhanë një shtysë të fuqishme zhvillimit të sintezave të bazuara në alkane, cikloparafina, arene dhe hidrokarbure të halogjenizuara.
Reagimet organike mund të ndahen zyrtarisht në katër lloje kryesore: zëvendësimi, shtimi, eliminimi (eliminimi) dhe rirregullimi (izomerizimi)... Obviousshtë e qartë se e gjithë larmia e reaksioneve të përbërjeve organike nuk mund të reduktohet në klasifikimin e propozuar (për shembull, reagimet e djegies). Sidoqoftë, një klasifikim i tillë do të ndihmojë në krijimin e analogjive me reagimet tashmë të njohura për ju që ndodhin midis substancave inorganike.
Si rregull, përbërja kryesore organike e përfshirë në reagim quhet substrati, dhe komponenti tjetër i reagimit konsiderohet në mënyrë konvencionale si reagjent.
Reagimet e zëvendësimit
Reagimet e zëvendësimit janë reaksione që rezultojnë në zëvendësimin e një atomi ose grupi të atomeve në molekulën (substratin) origjinal me atome ose grupe të tjera të atomeve.
Komponimet e ngopura dhe aromatike, të tilla si alkane, cikloalkane ose arene, hyjnë në reaksione zëvendësuese. Le të japim shembuj të reagimeve të tilla.
Nën ndikimin e dritës, atomet e hidrogjenit në një molekulë metani mund të zëvendësohen nga atomet halogjen, për shembull, nga atomet e klorit:
Një shembull tjetër i zëvendësimit të hidrogjenit me halogjen është konvertimi i benzenit në bromobenzene:
Ekuacioni për këtë reagim mund të shkruhet ndryshe:
Në këtë formë regjistrimi, reagentët, katalizatori dhe kushtet e reagimit regjistrohen mbi shigjetën, dhe produktet e reagimit inorganik - nën të.
Si rezultat i reagimeve zëvendësimet për substancat organike nuk janë të thjeshta dhe komplekse substanca, si në kiminë inorganike, dhe dy substanca komplekse.
Reagimet e mbledhjes
Reagimet e mbledhjes- këto janë reaksione si rezultat i të cilave dy ose më shumë molekula të substancave reaguese kombinohen në një.
Komponimet e pangopura të tilla si alkene ose alkine hyjnë në reaksionin e shtimit. Në varësi të asaj molekule që vepron si reagent, bëhet një dallim midis hidrogjenizimit (ose reduktimit), halogjenimit, hidrohalogjenizimit, hidratimit dhe reaksioneve të tjera shtesë. Secila prej tyre kërkon kushte të caktuara.
1.Hidrogjenizimi- reagimi i shtimit të një molekule hidrogjeni në një lidhje të shumëfishtë:
2. Hidrohalogjenizimi- reagimi i shtimit të halidit të hidrogjenit (hidroklorinimi):
3. Halogjenizimi- reagimi i shtimit të halogjenit:
4.Polimerizimi- një lloj i veçantë i reaksioneve shtesë, gjatë së cilës molekulat e një substance me një peshë të ulët molekulare kombinohen me njëra -tjetrën për të formuar molekula të një substance me një peshë molekulare shumë të lartë - makromolekula.
Reagimet e polimerizimit janë proceset e kombinimit të shumë molekulave të një substance me peshë të ulët molekulare (monomer) në molekula të mëdha (makromolekula) të një polimeri.
Një shembull i një reaksioni të polimerizimit është prodhimi i polietilenit nga etileni (eteni) nën veprimin e rrezatimit ultravjollcë dhe inicatorit radikal të polimerizimit R.
Lidhja kovalente më karakteristike për komponimet organike formohet kur orbitalet atomike mbivendosen dhe krijohen çifte elektronike të zakonshme. Si rezultat i kësaj, formohet një orbital i zakonshëm për dy atome, mbi të cilin ndodhet një palë elektronike e zakonshme. Kur lidhja prishet, fati i këtyre elektroneve të përbashkëta mund të jetë i ndryshëm.
Llojet e grimcave reaktive
Një orbital me një elektron të paçiftëzuar që i përket një atomi mund të mbivendoset me orbitën e një atomi tjetër, i cili gjithashtu përmban një elektron të paçiftuar. Në këtë rast, formimi i një lidhje kovalente ndodh sipas mekanizmit të shkëmbimit:
Mekanizmi i shkëmbimit për formimin e një lidhje kovalente realizohet nëse një çift elektronik i zakonshëm formohet nga elektrone të palidhura që i përkasin atomeve të ndryshme.
Procesi i kundërt me formimin e një lidhje kovalente nga mekanizmi i shkëmbimit është këputja e lidhjes, në të cilën një elektron largohet për secilin atom (). Si rezultat, dy grimca të pa ngarkuara formohen me elektrone të palidhura:
Këto grimca quhen radikalet e lira.
Radikalet e lira- atomet ose grupet e atomeve me elektrone të çiftuara.
Reagimet radikale të lira- këto janë reagime që ndodhin nën veprimin dhe me pjesëmarrjen e radikalëve të lirë.
Gjatë rrjedhës së kimisë inorganike, këto janë reagimet e ndërveprimit të hidrogjenit me oksigjenin, halogjenet, reagimet e djegies. Reagimet e këtij lloji karakterizohen nga shpejtësia e lartë, lëshimi i një sasie të madhe të nxehtësisë.
Një lidhje kovalente mund të formohet edhe nga mekanizmi donator-pranues. Një nga orbitalet e një atomi (ose anioni), në të cilin ndodhet çifti i vetëm elektronik, mbivendoset me orbitën e paplotësuar të një atomi tjetër (ose kationi) që ka një orbital të paplotësuar, dhe formohet një lidhje kovalente, për shembull:
Prishja e lidhjes kovalente çon në formimin e grimcave të ngarkuara pozitivisht dhe negativisht (); meqenëse në këtë rast të dy elektronet nga një çift elektronik i zakonshëm mbeten me njërin prej atomeve, atomi tjetër ka një orbital të paplotësuar:
Konsideroni ndarjen elektrolitike të acideve:
Ju lehtë mund ta merrni me mend se një grimcë me një palë elektronike të vetme R: -, domethënë një jon të ngarkuar negativisht, do të tërhiqet nga atomet e ngarkuar pozitivisht ose nga atomet mbi të cilët ka të paktën një ngarkesë pozitive të pjesshme ose efektive.
Grimcat me çifte elektronike të vetme quhen agjentë nukleofilikë (bërthamë- "bërthama", pjesa e ngarkuar pozitivisht e atomit), domethënë "miqtë" e bërthamës, një ngarkesë pozitive.
Nukleofilet(Nu) - anionet ose molekulat që kanë një palë të vetme elektronesh që ndërveprojnë me rajonet e molekulave në të cilat është përqendruar ngarkesa pozitive efektive.
Shembuj të nukleofileve: Cl - (jon klorur), OH - (anion hidroksid), CH 3 O - (anion metoksid), CH 3 COO - (anion acetat).
Grimcat me një orbital të paplotësuar, nga ana tjetër, do të priren ta mbushin atë dhe, për këtë arsye, do të tërhiqen në rajonet e molekulave ku ka një densitet të rritur elektronesh, ngarkesë negative dhe një palë elektronike të vetme. Ato janë elektrofile, "miq" të një elektroni, një ngarkese negative ose grimca me një densitet të shtuar elektronik.
Elektrofile- kationet ose molekulat që kanë një orbital elektronik bosh, që tentojnë ta mbushin atë me elektrone, pasi kjo çon në një konfigurim elektronik më të favorshëm të atomit.
Jo çdo grimcë është një elektrofile me një orbital të paplotësuar. Kështu, për shembull, kationet e metaleve alkali kanë konfigurimin e gazeve inerte dhe nuk kanë tendencë të marrin elektrone, pasi ato kanë një afiniteti i elektroneve.
Nga kjo mund të konkludojmë se, pavarësisht nga prania e një orbitale të paplotësuar, grimca të tilla nuk do të jenë elektrofile.
Mekanizmat bazë të reagimit
Janë identifikuar tre lloje kryesore të grimcave reaguese - radikalet e lira, elektrofilet, nukleofilet - dhe tre lloje përkatëse të mekanizmave të reagimit:
- radikal i lirë;
- elektrofilike;
- nullofilike
Përveç klasifikimit të reaksioneve sipas llojit të grimcave reaguese, në kiminë organike, katër lloje të reaksioneve dallohen sipas parimit të ndryshimit të përbërjes së molekulave: shtimi, zëvendësimi, eliminimi ose eliminimi (nga anglishtja. te eliminoj- fshini, ndani) dhe riorganizimet. Meqenëse shtimi dhe zëvendësimi mund të ndodhë nën veprimin e të tre llojeve të grimcave reaktive, disa i madhmekanizmat e reaksioneve.
Përveç kësaj, ne do të marrim parasysh reagimet e ndarjes, ose eliminimit, të cilat vazhdojnë nën ndikimin e grimcave nukleofile - bazave.
6. Eliminimi:
Një tipar dallues i alkeneve (hidrokarbureve të pangopura) është aftësia për të hyrë në reaksione shtesë. Shumica e këtyre reaksioneve vazhdojnë me mekanizmin e shtimit elektrofilik.
Hidrohalogjenizimi (shtimi i halogjenit hidrogjen):
Kur halidi i hidrogjenit lidhet me një alken hidrogjeni bashkohet me më të hidrogjenizuarin atomi i karbonit, pra atomi me më shumë atome hidrogjen, dhe halogjen - më pak të hidrogjenizuar.
