TIPURI DE REACȚII ORGANICE
Reacțiile organice pot fi împărțite în două tipuri generale.
Reacții hemolitice. Aceste reacții se desfășoară de-a lungul unui mecanism radical. Vom lua cunoștință de ele în detaliu în capitolul următor. Kinetica și mecanismul de reacții de acest tip au fost discutate în Ch. 9.
Reacții heteroidice. Aceste reacții sunt, în esență, reacții ionice. Ele pot fi, la rândul lor, împărțite în reacții de substituție, adiție și eliminare (clivare).
Reacții de substituție
În aceste reacții, un atom sau grup de atomi este înlocuit cu un alt atom sau grup. Ca un exemplu de reacții de acest tip, se dă hidroliza clorometanului pentru a forma metanol:
Ionul hidroxilic este un nucleofil. Prin urmare, substituția în cauză se numește substituție nucleofilă. Este notat de SN. O particulă de înlocuire (ionul clorului în acest caz) este numită grup de plecare.
Notând simbolul nucleofilul și grupa fugace-simbol, atunci putem scrie ecuația generalizată a reacției de substituție nucleofilă la atomii de carbon saturați în gruparea alchil R în felul următor:
O investigație a ratei de reacție de acest tip arată că reacțiile pot fi împărțite în
Reacții tip Pentru unele reacții de tipul SN, ecuația cinetică a vitezei de reacție (vezi secțiunea 9.1) are forma
Astfel, aceste reacții sunt de ordinul întâi pe substrat, dar la o cinetică de ordinul zero al reactivului, ceea ce este caracteristic pentru o primă reacție comandă, este un indiciu sigur că etapa de limitare a vitezei de reacție este un proces unimolecular. Prin urmare, acest tip de reacție sunt desemnate simbol.
-reacția are ordinea zero în reactiv, deoarece rata sa nu depinde de concentrația reactivului.Prin urmare, putem scrie:
Deoarece nucleofilul nu participă la etapa de limitare a reacției, mecanismul unei astfel de reacții trebuie să includă cel puțin două etape. Pentru astfel de reacții, se propune următorul mecanism:
Prima etapă este ionizarea cu formarea de carbocitare. Această etapă este limitată (lentă).
Un exemplu de reacții de tip este hidroliza alcalină a alchilgalogenilor terțiari. De exemplu
În cazul în cauză, rata de reacție este determinată de ecuație
Reacții tip Pentru unele reacții de substituție nucleofile SN, ecuația de viteză are forma
În acest caz, reacția este de ordinul întâi în ordinea primei nucleofilul pe. În general, este o a doua reacție de comandă. Acesta este un motiv suficient pentru a crede că etapa de limitare a acestei reacții este un proces bimolecular. De aceea, această reacție de tip este notat Deoarece reacția etapa de limitare angajată simultan și nucleofil, iar substratul poate presupune că această reacție are loc într-o singură etapă printr-o stare de tranziție (a se vedea secțiunea 9.2 ..):
Hidroliza halogenurilor alchilice primare într-un mediu alcalin se efectuează conform mecanismului
Această reacție are următoarea ecuație cinetică:
Până acum am considerat substituția nucleofilă doar pentru un atom de carbon saturat. Înlocuirea nucleofilă este posibilă și pentru un atom de carbon nesaturat:
Reacțiile de acest tip se numesc substituție acil nucleofilă.
Înlocuirea electrofilă. În ciclurile de benzen, pot apărea și reacții de substituție electrofilă. Cu acest tip de substituție, inelul benzenic alimentează electrofilul cu doi dintre electronii lui delocalizați. Se formează un compus intermediar, un complex instabil al unui electrofil și al unei grupări lasate. Pentru o reprezentare schematică a unor astfel de complexe, se utilizează un cerc neînchis, indicând pierderea a doi electroni:
Un exemplu al reacțiilor de substituție electrofilă poate fi nitrarea benzenului:
Nitrarea benzenului se efectuează într-un aparat de refrigerare la o temperatură cuprinsă între 55 și 60 ° C, utilizând un amestec de nitrare. Acest amestec conține cantități egale de acizi azotați și sulfurici concentrați. Reacția dintre acești acizi conduce la formarea unui cation de nitroil
Reacția adăugării
În reacțiile de acest tip, un electrofil sau nucleofil este atașat la un atom de carbon nesaturat. Considerăm aici un exemplu de adăugare electrofilă și adăugare nucleofilă.
Un exemplu de adăugare electrofilă este reacția dintre bromhidrat și o anumită alchenă. O reacție între acidul sulfuric concentrat și bromura de sodiu poate fi utilizată pentru a produce bromhidrat în condiții de laborator (vezi secțiunea 16.2). Moleculele bromurii de hidrogen sunt polar, deoarece atomul de brom are un efect inductiv negativ asupra hidrogenului. Prin urmare, molecula de hidrogen de brom are proprietățile unui acid puternic. Conform vederilor moderne, reacția bromurii de hidrogen cu alkenurile are loc în două etape. În prima etapă, un atom de hidrogen încărcat pozitiv atacă o dublă legătură care acționează ca o sursă de electroni. Ca rezultat, se formează un complex activat și un ion de bromură:
Apoi, ionul de bromură atacă acest complex, rezultând formarea de bromură de alchil:
Ca un exemplu de adăugare nucleofilă, poate fi menționată adăugarea de acid cianhidric la orice aldehidă sau cetonă. În primul rând, o aldehidă sau cetonă este tratată cu o soluție apoasă de cianură de sodiu s-a adăugat apoi o cantitate în exces dintr-un acid mineral, ceea ce duce la formarea HCN cianhidric. Ionul de cianură este un nucleofil. Ea atacă un atom de carbon încărcat pozitiv pe grupul carbonil al aldehidei sau cetonei. Încărcarea pozitivă și polaritatea grupării carbonilice se datorează efectului mezomeric descris mai sus. Reacția poate fi reprezentată prin următoarea schemă:
Reacțiile de eliminare (scindare)
Aceste reacții sunt inverse la reacțiile de adiție. Acestea conduc la îndepărtarea oricăror atomi sau grupuri de atomi de la doi atomi de carbon legați împreună printr-o legătură simplă covalentă, rezultând o legătură multiplă între ele.
Un exemplu de astfel de reacție este eliminarea hidrogenului și a halogenului din halogenurile alchilice:
Pentru a realiza această reacție, halogenura de alchil este tratată cu hidroxid de potasiu în alcool la o temperatură de 60 ° C
Trebuie remarcat faptul că tratarea halogenurii de alchil cu hidroxid duce, de asemenea, la o substituție nucleofilă (a se vedea mai sus). Ca rezultat, două reacții de substituție și de clivaj concurente apar simultan, ceea ce duce la formarea unui amestec de produse de substituție și scindare. Care dintre aceste reacții va predomina depinde de o serie de factori, inclusiv de mediul în care se efectuează reacția. Înlocuirea nucleofilă a halogenurilor alchilice se efectuează în prezența apei. Spre deosebire de aceasta, reacțiile de scindare sunt efectuate în absența apei și la temperaturi mai ridicate.
Deci, să spunem din nou!
1. În timpul divizării hemolitice a unei legături, doi electroni socializați sunt distribuiți uniform între atomi.
2. În divizarea heterolitică a unei legături, doi electroni socializați sunt distribuiți neuniform între atomi.
3. Carbanionul este un ion care conține un atom de carbon cu o sarcină negativă.
4. Carbocația este un ion care conține un atom de carbon cu o sarcină pozitivă.
5. Efectele solventului pot avea un efect semnificativ asupra proceselor chimice și asupra constantelor lor de echilibru.
6. Efectul mediului chimic al grupului funcțional din moleculă asupra reactivității acestui grup funcțional se numește efectul structural.
7. Efectele electronice și efectele sterice se numesc efecte structurale.
8. Cele mai importante două efecte electronice sunt efectul inductiv și efectul mezomeric (rezonant).
9. Efectul inductiv este deplasarea densității electronilor de la un atom la altul, ceea ce duce la polarizarea legăturii dintre cei doi atomi. Acest efect poate fi pozitiv sau negativ.
10. Particulele moleculare cu legături multiple pot exista sub formă de hibrizi rezonanți între două sau mai multe structuri rezonante.
11. Efectul mezomer (rezonant) constă în stabilizarea hibrizilor rezonanți datorită delocalizării electronilor.
12. O piedică sterică poate apărea în cazul în care grupurile voluminoase dintr-o moleculă interferează mecanic cu cursul reacției.
13. Nucleofil - o particulă care atacă un atom de carbon, furnizându-i o pereche electronică. Nucleofilul este baza Lewis.
14. Un electrofil este o particulă care atacă un atom de carbon prin acceptarea perechii sale electronice. Nucleofilul este un acid Lewis.
15. Reacțiile hemolitice sunt reacții radicale.
16. Reacțiile heterologice sunt în principal reacții ionice.
17. Substituirea unui grup într-o moleculă de către un reactiv nucleofil este numită substituție nucleofilă. Un grup de înlocuire în acest caz este numit grup de plecare.
18. Substituția electrofilă pe inelul benzen implică donarea a doi electroni delocalizați la un electrofil.
19. în reacțiile de adiție electrofilă, un electrofil este atașat la un atom de carbon nesaturat.
20. Adăugarea cianurii la aldehide sau cetone este un exemplu de adăugare nucleofilă.
21. În reacțiile de eliminare (scindare), atomii sau grupurile de atomi sunt separate de doi atomi de carbon, legați împreună printr-o legătură simplă covalentă. Ca rezultat, se formează o legătură multiplă între acești atomi de carbon.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: