آلية التفاعل الأيونية. أنواع التفاعلات الكيميائية في الكيمياء العضوية – نولدج هايبر ماركت

أنواع التفاعلات الكيميائية في الكيمياء العضوية وغير العضوية.

1. التفاعل الكيميائي هو عملية تتشكل فيها مواد أخرى من مادة واحدة. اعتمادا على طبيعة العملية، يتم تمييز أنواع التفاعلات الكيميائية.

1) وفقا للنتيجة النهائية

2) على أساس إطلاق أو امتصاص الحرارة

3) على أساس انعكاس رد الفعل

4) بناءً على التغيرات في حالة أكسدة الذرات المكونة للمواد المتفاعلة

ووفقا للنتيجة النهائية فإن ردود الفعل هي من الأنواع التالية:

أ) الاستبدال: RH+Cl 2 →RCl+HCl

ب) الانضمام: CH 2 = CH 2 + Cl 2 → CH 2 Cl-CH 2 Cl

ب) الإزالة: CH 3 -CH 2 OH → CH 2 = CH 2 + H 2 O

د) التحلل: CH 4 →C+2H 2

د) الأيزومرة

ه) الصرف

ز) الاتصالات

رد فعل التحللهي عملية يتم فيها تكوين مادتين أو أكثر من مادة واحدة.

رد فعل التبادلهي عملية تقوم فيها المواد المتفاعلة بتبادل الأجزاء المكونة لها.

ردود الفعل الاستبدالتحدث بمشاركة مواد بسيطة ومعقدة، ونتيجة لذلك يتم تشكيل مواد جديدة بسيطة ومعقدة.

نتيجة ل ردود الفعل المركبةمن مادتين أو أكثر تتكون مادة واحدة جديدة.

بناءً على إطلاق أو امتصاص الحرارة، تكون التفاعلات من الأنواع التالية:

أ) طاردة للحرارة

ب) ماص للحرارة

طاردة للحرارة –هذه هي ردود الفعل التي تحدث مع إطلاق الحرارة.

ماص للحرارة- هذه هي التفاعلات التي تحدث مع امتصاص الحرارة من البيئة.

بناءً على قابلية الانعكاس، تكون التفاعلات من الأنواع التالية:

أ) عكسها

ب) لا رجعة فيه

تسمى التفاعلات التي تتم في اتجاه واحد فقط وتنتهي بالتحويل الكامل للمواد المتفاعلة الأولية إلى المواد النهائية لا رجعة فيه.

تفريغتسمى التفاعلات التي تحدث في وقت واحد في اتجاهين متعاكسين.

بناءً على التغيرات في حالة أكسدة الذرات التي تتكون منها المواد المتفاعلة، تكون التفاعلات من الأنواع التالية:

أ) الأكسدة

تسمى التفاعلات التي تحدث مع تغير حالة أكسدة الذرات (التي تنتقل فيها الإلكترونات من ذرة أو جزيء أو أيون إلى آخر) الأكسدة والاختزال.

2. وفقا لآلية التفاعل تنقسم التفاعلات إلى أيونية وجذرية.

التفاعلات الأيونية– التفاعل بين الأيونات نتيجة للتمزق المتغاير للرابطة الكيميائية (يذهب زوج من الإلكترونات بالكامل إلى إحدى "الشظايا").

التفاعلات الأيونية هي من نوعين (حسب نوع الكاشف):

أ) محب للكهرباء - أثناء التفاعل مع محب للكهرباء.

محب للكهرباء- مجموعة لها مدارات حرة أو مراكز ذات كثافة إلكترونية منخفضة في بعض الذرات (مثال: H +، Cl - أو AlCl 3)

ب) محب للنواة - أثناء التفاعل مع محب للنواة

محب للنواة –أيون أو جزيء سالب الشحنة يحتوي على زوج إلكترون وحيد (لا يشارك حاليًا في تكوين رابطة كيميائية).

(أمثلة: F - , Cl - , RO - , I -).

نادرًا ما يمكن وصف العمليات الكيميائية الحقيقية بآليات بسيطة. يُظهر الفحص التفصيلي للعمليات الكيميائية من وجهة نظر حركية جزيئية أن معظمها يسير وفق آلية سلسلة جذرية؛ خصوصية التفاعلات المتسلسلة هي تكوين الجذور الحرة في المراحل المتوسطة (أجزاء غير مستقرة من الجزيئات أو الذرات ذات عمر قصير جميعها لديها اتصالات مجانية.

إن عمليات الاحتراق والانفجار والأكسدة والتفاعلات الكيميائية الضوئية والتفاعلات الكيميائية الحيوية في الكائنات الحية تتم من خلال آلية متسلسلة.

أنظمة السلسلة لها عدة مراحل:

1) النواة المتسلسلة - مرحلة التفاعلات المتسلسلة، ونتيجة لذلك تنشأ الجذور الحرة من جزيئات مشبعة بالتكافؤ.

2) استمرار السلسلة - مرحلة سلسلة الدائرة، مع الحفاظ على العدد الإجمالي للمراحل الحرة.

3) كسر السلسلة - المرحلة الأولية لسلسلة العمليات التي تؤدي إلى اختفاء الروابط الحرة.

هناك تفاعلات متسلسلة متفرعة وغير متفرعة.

من أهم مفاهيم السلسلة طول السلسلة- متوسط ​​عدد المراحل الأولية لاستمرار السلسلة بعد ظهور الجذور الحرة حتى اختفائها.

مثال: تخليق كلوريد الهيدروجين

1) CL 2 يمتص كمية من الطاقة وصورة جذرية 2 : CL 2 +hv=CL * +CL *

2) يتحد الجسيم النشط مع الجزيء m H 2 لتكوين كلوريد الهيدروجين والجسيم النشط H 2: CL 1 + H 2 = HCL + H *

3)CL 1 + H 2 = HCL + CL * إلخ.

6)H * +CL * =HCL - دائرة مفتوحة.

آلية متفرعة:

F * +H 2 =HF+H * إلخ.

F * +H 2 =HF+H * إلخ.

يكون الأمر أكثر تعقيدًا في الماء - حيث تتشكل جذور OH* وO* وجذور H*.

التفاعلات التي تحدث تحت تأثير الإشعاعات المؤينة: الأشعة السينية، وأشعة الكاثود، وما إلى ذلك - تسمى الكيمياء الإشعاعية.

نتيجة لتفاعل الجزيئات مع الإشعاع، لوحظ تفكك الجزيئات مع تكوين الجزيئات الأكثر تفاعلا.

تساهم مثل هذه التفاعلات في إعادة تركيب الجزيئات وتكوين المواد بمجموعات مختلفة منها.

ومن الأمثلة على ذلك هيدرازين N 2 H 4 - أحد مكونات وقود الصواريخ. جرت مؤخرًا محاولات للحصول على الهيدرازين من الأمونيا نتيجة التعرض لأشعة جاما:

نه3 → نه2 * + ح*

2NH 2 *← ن 2 ح 4

تعتبر التفاعلات الكيميائية الإشعاعية، مثل التحليل الإشعاعي للمياه، مهمة لحياة الكائنات الحية.

الأدب:

1. أحمدوف، ن.س. الكيمياء العامة وغير العضوية / إن إس أحمدوف. – الطبعة الثالثة. – م: الثانوية العامة 2000. – 743 ص.

1. كوروفين إن.في. الكيمياء العامة / N. V. كوروفين. – م: الثانوية العامة 2006. – 557 ص.
2. كوزمينكو ن. دورة قصيرة في الكيمياء / N.E. كوزمينكو، V. V. إرمين، V.A. بوبكوف. – م: الثانوية العامة 2002. – 415 ص.
3. زايتسيف، أو.س. كيمياء عامة. هيكل المواد والتفاعلات الكيميائية / أو إس زايتسيف. - م: الكيمياء، 1990.
4. كارابيتيانتس، م.خ. بنية المادة / م.خ. Karapetyants، S. I. دراكين. - م: الثانوية العامة 1981.
5. قطن ف. أساسيات الكيمياء غير العضوية / ف. كوتون، ج. ويلكنسون. - م: مير، 1981.
6. أوجاي، يا.أ. الكيمياء العامة وغير العضوية / Ya.A.Ugai. - م: الثانوية العامة 1997.

مبادئ توجيهية للعمل المستقل لطلاب السنة الأولى في الكيمياء البيولوجية والعضوية الحيوية

(وحدة 1)

موافقة

المجلس الأكاديمي للجامعة

خاركوف KhNMU

الأنواع الأساسية وآليات التفاعلات في الكيمياء العضوية: الطريقة. مرسوم. لطلاب السنة الأولى / شركات. أ.و. سيروفايا، إل.جي. شابوفال ، ف.ن. بيتيونينا، إ.ر. جرابوفيتسكايا ، ف. ماكاروف، إس. أندريفا، س. ناكونيتشنايا، إل.في. لوكيانوفا، ر.و. باتشينسكي، إس.إن. كوزوب، ت.س. تيشاكوفا، O.L. ليفاشوفا، ن.ف. كوبوتيفا، ن.ن. تشالينكو. – خاركوف: KhNMU، 2014. – ص 32.

إعداد: أ.و. سيروفايا، إل.جي. شابوفال ، ف.ن. بيتيونينا، إ.ر. جرابوفيتسكايا ، ف. ماكاروف، إس. أندريفا، إل.في. لوكيانوفا، س.أ. ناكونيشنايا، آر.أو. باتشينسكي، إس.إن. كوزوب، ت.س. تيشاكوفا، O.L. ليفاشوفا، ن.ف. كوبوتيفا، ن.ن. تشالينكو

الموضوع الأول: تصنيف التفاعلات الكيميائية.

تفاعل الألكانات والألكينات والأرينات والكحولات والفينول والأمينات والألدهيدات والكيتونات والأحماض الكربوكسيلية

الخصائص التحفيزية للموضوع

تعتبر دراسة هذا الموضوع الأساس لفهم بعض التفاعلات البيوكيميائية التي تحدث أثناء عملية التمثيل الغذائي في الجسم (بيروكسيد الدهون، وتكوين أحماض الهيدروكسي من الأحماض غير المشبعة في دورة كريبس، وغيرها)، وكذلك ل فهم آلية مثل هذه التفاعلات في تركيب الأدوية الطبية ونظائرها من المركبات الطبيعية.

هدف التعلم

القدرة على التنبؤ بقدرة الفئات الرئيسية للمركبات العضوية على الدخول في التفاعلات الانحلالية وغير المتجانسة وفقاً لبنيتها الإلكترونية والتأثيرات الإلكترونية للبدائل.

1. التفاعلات الجذرية والكهربائية الحرة (تفاعلية الهيدروكربونات)

أسئلة تعليمية هادفة

1. كن قادرًا على وصف آليات التفاعلات التالية:

الاستبدال الجذري - R S

الاتصال الكهربي - A E

الاستبدال الكهربي - S E

2. أن يكون قادراً على شرح تأثير البدائل على التفاعلات أثناء التفاعلات الكهربية المعتمدة على التأثيرات الإلكترونية.

حدود

1. هيكل ذرة الكربون. أنواع تهجين مداراتها الإلكترونية.

2. هيكل وطول وطاقة الروابط  و .

3. مطابقة الهكسان الحلقي.

4. الاقتران. الأنظمة المترافقة المفتوحة والمغلقة (العطرية).

5. التأثيرات الإلكترونية للبدائل.

6. الدولة الانتقالية. الهيكل الإلكتروني للكربوهيدرات. الوسطاء - و -المجمعات.

التنقل العمليسكي

1. تعلم كيفية تحديد إمكانية كسر الرابطة التساهمية ونوع وآلية التفاعل.

2. أن يكون قادراً على إجراء تفاعلات المعالجة بالبرومة تجريبياً للمركبات ذات الروابط المزدوجة والمركبات العطرية.

أسئلة التحكم

1. إعطاء آلية تفاعل هدرجة الإيثيلين.

2. وصف آلية تفاعل ترطيب حمض البروبينويك. اشرح دور الحفز الحمضي.

3. اكتب معادلة تفاعل نترجة التولوين (ميثيل بنزين). بأي آلية يحدث هذا التفاعل؟

4. اشرح تأثير التعطيل والتوجيه لمجموعة النيترو في جزيء النيتروبنزين باستخدام مثال تفاعل البرومة.

المهام التعليمية والخوارزميات لحلها

المهمة رقم 1. وصف آلية التفاعل لمعالجة الأيزوبيوتان والسيكلوبنتان بالبروم عند التشعيع بالضوء.

خوارزمية الحل . تتكون جزيئات الأيزوبيوتان والسيكلوبنتان من ذرات كربون مهجنة sp3. الروابط C - C في جزيئاتها غير قطبية، والروابط C - H منخفضة القطبية. تخضع هذه الروابط بسهولة تامة للانقسام المتماثل مع تكوين الجذور الحرة - وهي جزيئات تحتوي على إلكترونات غير متزاوجة. وبالتالي، في جزيئات هذه المواد يجب أن يحدث تفاعل استبدال جذري - تفاعل R S أو تفاعل متسلسل.

مراحل أي تفاعل R S هي: البداية والنمو وإنهاء السلسلة.

البدء هو عملية تكوين الجذور الحرة عند درجة حرارة عالية أو الأشعة فوق البنفسجية:

يحدث نمو السلسلة بسبب تفاعل الجذور الحرة شديدة التفاعل  Br مع رابطة C-H منخفضة القطبية في جزيء السيكلوبنتان مع تكوين جذري سيكلوبنتيل جديد:

يتفاعل جذر السيكلوبنتيل مع جزيء بروم جديد، مسببًا انقسامًا متجانسًا للرابطة الموجودة فيه ويشكل بروم حلقي البنتان وجذر بروم جديد:

تهاجم الجذور الحرة للبروم جزيء السيكلوبنتين الجديد. وهكذا تتكرر مرحلة نمو السلسلة عدة مرات، أي يحدث تفاعل متسلسل. يكمل إنهاء السلسلة التفاعل المتسلسل من خلال الجمع بين الجذور المختلفة:

وبما أن جميع ذرات الكربون في جزيء السيكلوبنتان متساوية، فإنه يتكون فقط أحادي سيكلوبروموبنتان.

في الأيزوبيوتان، روابط C - H ليست متكافئة. وهي تختلف في طاقة التفكك المتماثل واستقرار الجذور الحرة المتكونة. من المعروف أن طاقة انقسام رابطة C-H تزداد من المستوى الثالث إلى ذرة الكربون الأولية. يتناقص استقرار الجذور الحرة بنفس الترتيب. هذا هو السبب في أن تفاعل المعالجة بالبروم في جزيء الأيزوبيوتان يستمر بشكل انتقائي - عند ذرة الكربون الثالث:

تجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة لجذر الكلور الأكثر نشاطًا، لا يتم ملاحظة الانتقائية الإقليمية بشكل كامل. أثناء عملية الكلورة، قد تخضع ذرات الهيدروجين الموجودة في أي ذرات كربون للاستبدال، ولكن محتوى منتج الاستبدال عند الكربون الثالث سيكون أكبر.

المهمة رقم 2. باستخدام حمض الأوليك كمثال، قم بوصف آلية تفاعل بيروكسيد الدهون الذي يحدث أثناء مرض الإشعاع نتيجة لتلف أغشية الخلايا. ما هي المواد التي تعمل كمضادات للأكسدة في أجسامنا؟

خوارزمية الحل. مثال على التفاعل الجذري هو بيروكسيد الدهون، حيث تتعرض الأحماض الدهنية غير المشبعة، والتي هي جزء من أغشية الخلايا، إلى الجذور. أثناء التشعيع الإشعاعي، قد تتفكك جزيئات الماء إلى جذور. تهاجم جذور الهيدروكسيل جزيء حمض غير مشبع في مجموعة الميثيلين المجاورة للرابطة المزدوجة. في هذه الحالة، يتم تشكيل جذري، واستقر بسبب مشاركة الإلكترون غير المتزوج في الاقتران مع إلكترونات الروابط . بعد ذلك، يتفاعل الجذر العضوي مع جزيء الأكسجين ثنائي الجذر لتكوين هيدرو بيروكسيدات غير مستقرة، والتي تتحلل لتشكل الألدهيدات، التي تتأكسد إلى أحماض - المنتجات النهائية للتفاعل. نتيجة أكسدة البيروكسيد هي تدمير أغشية الخلايا:

يرجع التأثير المثبط لفيتامين E (توكوفيرول) في الجسم إلى قدرته على ربط الجذور الحرة التي تتشكل في الخلايا:

في جذر الفينوكسيد الذي يتكون، يقترن الإلكترون غير المقترن بسحابة -إلكترون للحلقة العطرية، مما يؤدي إلى استقراره النسبي.

المهمة رقم 3. أعط آلية تفاعل برومة الإيثيلين.

خوارزمية الحل. بالنسبة للمركبات التي تتكون من ذرات الكربون في حالة sp2 - أو التهجين sp، فإن التفاعلات النموذجية هي تلك التي تحدث مع تمزق الروابط ، أي تفاعلات الإضافة. يمكن أن تتم هذه التفاعلات بآلية جذرية أو أيونية اعتمادًا على طبيعة الكاشف، قطبية المذيب، درجة الحرارة، وما إلى ذلك. تحدث التفاعلات الأيونية تحت تأثير إما الكواشف الكهربية، التي لها ميل للإلكترون، أو الكواشف المحبة للنواة. ، والتي تتبرع بإلكتروناتها. يمكن أن تكون الكواشف الكهربية عبارة عن كاتيونات ومركبات تحتوي على ذرات ذات أغلفة إلكترونية غير مملوءة. أبسط كاشف إلكتروفيلي هو البروتون. الكواشف النيوكليوفيلية هي أنيونات، أو مركبات ذات ذرات تحتوي على أزواج إلكترونات غير مشتركة.

بالنسبة للألكينات - المركبات التي تحتوي على sp 2 - أو ذرة الكربون المهجنة sp، فإن تفاعلات الإضافة الكهربية - تفاعلات A E - تعتبر نموذجية. في المذيبات القطبية في غياب ضوء الشمس، يستمر تفاعل الهلجنة بواسطة آلية أيونية مع تكوين الكاتيونات الكربونية:

تحت تأثير الرابطة π في الإيثيلين، يتم استقطاب جزيء البروم ليشكل مركب π غير مستقر، والذي يتحول إلى كاتيون كربوني. وفيه يرتبط البروم بالكربون بواسطة رابطة π. تكتمل العملية بتفاعل أنيون البروم مع هذا الكاتيون الكربوني لتكوين منتج التفاعل النهائي، ثنائي برومو إيثان.

المهمة رقم 4 . باستخدام مثال تفاعل ترطيب البروبين، برر قاعدة ماركوفنيكوف.

خوارزمية الحل. وبما أن جزيء الماء عبارة عن كاشف محب للنواة، فإن إضافته إلى الرابطة المزدوجة بدون محفز أمر مستحيل. تعمل الأحماض كمحفزات في مثل هذه التفاعلات. يحدث تكوين الكاتيونات الكربونية عند إضافة بروتون حمضي عند كسر الرابطة π:

يرتبط جزيء الماء بالكاتيون الكربوني الذي يتشكل بسبب الإلكترونات المقترنة بذرة الأكسجين. يتكون مشتق ألكيل مستقر من الأكسونيوم، والذي يستقر مع إطلاق البروتون. منتج التفاعل هو ثانية-بروبانول (بروبان-2-أول).

في تفاعل الترطيب، تتم إضافة بروتون وفقًا لقاعدة ماركوفنيكوف إلى ذرة كربون أكثر هدرجة، نظرًا للتأثير الاستقرائي الإيجابي لمجموعة CH 3، تنتقل كثافة الإلكترون إلى هذه الذرة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الكاتيون الكربوني الثالثي المتكون نتيجة إضافة بروتون يكون أكثر استقرارًا من الكاتيون الأولي (تأثير مجموعتي ألكيل).

المهمة رقم 5. برر إمكانية تكوين 1,3-ثنائي بروموبروبان أثناء معالجة البروبان الحلقي بالبروم.

خوارزمية الحل. تظهر الجزيئات التي تتكون من حلقات ثلاثية أو رباعية الأعضاء (البروبان الحلقي والبيوتان الحلقي) خصائص المركبات غير المشبعة، حيث أن الحالة الإلكترونية لروابط "الموزة" الخاصة بها تشبه رابطة π. لذلك، مثل المركبات غير المشبعة، فإنها تخضع لتفاعلات إضافة مع تمزق الحلقة:

المهمة رقم 6. صف تفاعل بروميد الهيدروجين مع 1,3 بيوتادين. ما هو المميز في رد الفعل هذا؟

خوارزمية الحل. عندما يتفاعل بروميد الهيدروجين مع 1,3 بوتادين، يتم تكوين المنتجات 1,2 إضافة (1) و1,4 إضافة (2):

يرجع تكوين المنتج (2) إلى وجود سحابة إلكترون π مشتركة في الجزيء بأكمله في النظام المقترن، ونتيجة لذلك يدخل في تفاعل إضافة محب للكهرباء (A E - تفاعل) في شكل كتلة كاملة:

المهمة رقم 7. وصف آلية تفاعل برومة البنزين.

خوارزمية الحل. بالنسبة للمركبات العطرية التي تحتوي على نظام إلكتروني مترافق مغلق، وبالتالي لها قوة كبيرة، فإن تفاعلات الاستبدال الإلكتروفيلية هي مميزة. إن وجود كثافة إلكترون متزايدة على جانبي الحلقة يحميها من هجوم الكواشف المحبة للنواة، وبالعكس، يسهل إمكانية الهجوم بواسطة الكاتيونات والكواشف الكهربية الأخرى.

يحدث تفاعل البنزين مع الهالوجينات في وجود المحفزات - AlCl 3، FeCl 3 (ما يسمى بأحماض لويس). إنها تتسبب في استقطاب جزيء الهالوجين، وبعد ذلك يهاجم إلكترونات π في حلقة البنزين:

π-معقد σ-معقد

في البداية، يتشكل مركب π، والذي يتحول ببطء إلى مركب σ، حيث يشكل البروم رابطة تساهمية مع إحدى ذرات الكربون على حساب اثنين من الإلكترونات الستة للحلقة العطرية. يتم توزيع إلكترونات π الأربعة المتبقية بالتساوي بين الذرات الخمس لحلقة الكربون؛ يعتبر المركب σ بنية أقل ملاءمة بسبب فقدان العطرية، والتي يتم استعادتها عن طريق إطلاق البروتون.

تشمل تفاعلات الاستبدال الكهربي في المركبات العطرية أيضًا السلفنة والنترات. يتم تنفيذ دور عامل النترات بواسطة كاتيون النيترويل - NO 2+، والذي يتكون من تفاعل أحماض الكبريتيك والنيتريك المركزة (خليط النترات)؛ ودور عامل السلفنة هو SO 3 H + الكاتيون، أو أكسيد الكبريت (IV)، إذا تم إجراء السلفنة مع الزيت.

خوارزمية الحل. يعتمد نشاط المركبات في تفاعلات SE على كثافة الإلكترون في النواة العطرية (علاقة مباشرة). وفي هذا الصدد، ينبغي النظر في تفاعلية المواد فيما يتعلق بالتأثيرات الإلكترونية للبدائل والذرات غير المتجانسة.

تُظهر المجموعة الأمينية في الأنيلين تأثير +M، ونتيجة لذلك تزداد كثافة الإلكترون في حلقة البنزين ويلاحظ أعلى تركيز لها في المواضع أورثو وبارا. يتقدم التفاعل بشكل أسهل.

مجموعة النيترو في النيتروبنزين لها تأثيرات -I و -M، وبالتالي تقوم بإلغاء تنشيط حلقة البنزين في الوضعين أورثو وبارا. نظرًا لأن تفاعل المحب الكهربائي يحدث في الموقع ذي الكثافة الإلكترونية الأعلى، تتشكل الأيزومرات الفوقية في هذه الحالة. وبالتالي، فإن البدائل المتبرعة بالإلكترون هي موجهات تقويمية وشبه موجهة (موجهات من النوع الأول ومنشطات تفاعلات SE؛ وبدائل سحب الإلكترون هي موجهات فوقية (موجهات من النوع الثاني) معطلة لتفاعلات SE).

في الحلقات غير المتجانسة ذات خمسة أعضاء (بيرول، فوران، ثيوفين)، والتي تنتمي إلى أنظمة π الزائدة، تحدث تفاعلات S E بسهولة أكبر من تفاعلات البنزين؛ في هذه الحالة، يكون موضع α أكثر تفاعلاً.

الأنظمة الحلقية غير المتجانسة التي تحتوي على ذرة نيتروجين البيريدين تعاني من نقص π، وبالتالي يكون من الصعب إجراء تفاعلات الاستبدال الإلكتروفيلية؛ في هذه الحالة، يحتل المحب للكهرباء موقع β بالنسبة لذرة النيتروجين.

CH 3 -CH 3 + Cl 2 - (hv) ---- CH 3 -CH 2 Cl + حمض الهيدروكلوريك

C 6 H 5 CH 3 + Cl 2 --- 500 C --- C 6 H 5 CH 2 Cl + HCl

تفاعلات الإضافة

تعتبر مثل هذه التفاعلات نموذجية للمركبات العضوية التي تحتوي على روابط متعددة (مزدوجة أو ثلاثية). تشمل التفاعلات من هذا النوع تفاعلات إضافة الهالوجينات وهاليدات الهيدروجين والماء إلى الألكينات والألكينات

CH 3 -CH = CH 2 + حمض الهيدروكلوريك ---- CH 3 -CH(Cl)-CH 3

ردود الفعل الإزالة

هذه هي ردود الفعل التي تؤدي إلى تكوين روابط متعددة. عند إزالة هاليدات الهيدروجين والماء، لوحظ انتقائية معينة للتفاعل، الموصوفة بقاعدة زايتسيف، والتي بموجبها يتم إزالة ذرة الهيدروجين من ذرة الكربون التي يوجد بها ذرات هيدروجين أقل. رد فعل المثال

CH3-CH(Cl)-CH 2 -CH 3 + KOH →CH 3 -CH=CH-CH 3 + حمض الهيدروكلوريك

البلمرة والتكثيف

ن (CH 2 = CHCl)  (-CH 2 -CHCl)n

الأكسدة والاختزال

أشد التفاعلات التأكسدية هو الاحتراق، وهو تفاعل مميز لجميع فئات المركبات العضوية. في هذه الحالة، اعتمادًا على ظروف الاحتراق، يتأكسد الكربون إلى C (السخام) أو CO أو CO 2، ويتم تحويل الهيدروجين إلى ماء. ومع ذلك، بالنسبة للكيميائيين العضويين، فإن تفاعلات الأكسدة التي تتم في ظل ظروف أكثر اعتدالًا من الاحتراق تعتبر ذات أهمية كبيرة. العوامل المؤكسدة المستخدمة: محاليل Br2 في الماء أو Cl2 في CCl 4؛ KMnO 4 في الماء أو الحمض المخفف؛ أكسيد النحاس؛ هيدروكسيدات الفضة (I) أو النحاس (II) المترسبة حديثًا.

3C 2 H 2 + 8KMnO 4 +4H 2 O→3HOOC-COOH + 8MnO 2 + 8KOH

الأسترة (وتفاعل التحلل المائي العكسي)

R 1 COOH + HOR 2 H+  R 1 COOR 2 + H 2 O

اضافة حلقية

ص ص ص-ر

‖ + ‖ → ǀ ǀ

ص ص ص-ي

‖ + →

11. تصنيف التفاعلات العضوية حسب الآلية. أمثلة.

تتضمن آلية التفاعل وصفًا تفصيليًا خطوة بخطوة للتفاعلات الكيميائية. وفي الوقت نفسه، يتم تحديد الروابط التساهمية التي يتم كسرها وبأي ترتيب وبأي طريقة. كما تم وصف تكوين روابط جديدة أثناء عملية التفاعل بعناية. عند النظر في آلية التفاعل، أولا وقبل كل شيء، انتبه إلى طريقة كسر الرابطة التساهمية في الجزيء المتفاعل. هناك طريقتان من هذا القبيل - متجانس ومغاير.

ردود فعل جذريةالمضي قدمًا بالانقسام المتماثل (الجذري) للرابطة التساهمية:

تخضع الروابط التساهمية غير القطبية أو المنخفضة القطبية (C–C، N–N، C–H) إلى انقسام جذري عند درجات حرارة عالية أو تحت تأثير الضوء. يحتوي الكربون الموجود في جذر CH 3 على 7 إلكترونات خارجية (بدلاً من الغلاف الثماني المستقر في CH 4). الجذور غير مستقرة؛ فهي تميل إلى التقاط الإلكترون المفقود (ما يصل إلى زوج أو ما يصل إلى ثمانية). إحدى طرق تكوين منتجات مستقرة هي التقليص (مزيج من جذرين):

سي 3 + سي 3 سي 3 : الفصل 3،

ن + ن ن : ن.

ردود فعل جذرية - هذه، على سبيل المثال، تفاعلات الكلورة والبرومة والنترتة للألكانات:

التفاعلات الأيونية تحدث مع انقسام الرابطة غير المتجانسة. في هذه الحالة، تتشكل بشكل وسيط الأيونات العضوية قصيرة العمر - الكربوكاتيون والأيونات الكربونية - ذات الشحنة على ذرة الكربون. في التفاعلات الأيونية، لا ينفصل زوج الإلكترونات الرابطة، بل ينتقل بالكامل إلى إحدى الذرات، ويحولها إلى أنيون:

تكون الروابط القطبية القوية (H–O، C–O) والقابلة للاستقطاب بسهولة (C–Br، C–I) عرضة للانقسام المغاير.

يميز ردود الفعل النووية (محب للنواة- البحث عن النواة، مكان خالي من الإلكترونات) و ردود الفعل الكهربية (محب للكهرباء- البحث عن الإلكترونات). إن العبارة التي تشير إلى أن تفاعلًا معينًا هو محب للنواة أو محب للإلكترونات تشير دائمًا إلى الكاشف. كاشف– مادة تشارك في التفاعل ذات بنية أبسط. المادة المتفاعلة- مادة أولية ذات بنية أكثر تعقيدًا. المجموعة الصادرةهو أيون قابل للاستبدال تم ربطه بالكربون. منتج التفاعل– مادة جديدة تحتوي على الكربون (مكتوبة على الجانب الأيمن من معادلة التفاعل).

ل الكواشف النووية(أليف النيوكليوفيلات) تشمل الأيونات السالبة الشحنة، والمركبات التي تحتوي على أزواج وحيدة من الإلكترونات، والمركبات التي لها روابط كربون-كربون مزدوجة. ل الكواشف الكهربية(المحبون للكهرباء) تشمل الأيونات الموجبة الشحنة، والمركبات ذات الأغلفة الإلكترونية غير المملوءة (AlCl 3، BF 3، FeCl 3)، والمركبات التي تحتوي على مجموعات الكربونيل، والهالوجينات. محبو الإلكترونات هم أي ذرة أو جزيء أو أيون قادر على إضافة زوج من الإلكترونات في عملية تكوين رابطة جديدة. القوة الدافعة للتفاعلات الأيونية هي تفاعل الأيونات المشحونة بشكل معاكس أو أجزاء من جزيئات مختلفة مع شحنة جزئية (+ و-).

تصنيف التفاعلات حسب عدد المواد الأولية والنهائية: 1. الإضافة 2. الإزالة (الإزالة) 3. الإحلال

تصنيف التفاعلات حسب آلية كسر الروابط: 1. الجذور المتجانسة (الجذرية) 2. الأيونات غير المتجانسة (الأيونية)

آلية التفاعل هي وصف تفصيلي للتفاعل الكيميائي على مراحل، مع الإشارة إلى المنتجات الوسيطة والجزيئات. مخطط التفاعل: آلية التفاعل:

تصنيف التفاعلات حسب نوع الكواشف 1. الجذري الجذري هو جسيم نشط كيميائيا مع إلكترون غير متزاوج. 2. Electrophilic Electrophilic هو جسيم أو جزيء يعاني من نقص الإلكترون مع ذرة تعاني من نقص الإلكترون. 3. Nucleophilic Nucleophile هو أنيون أو جزيء محايد يحتوي على ذرة مع زوج إلكترون وحيد.

أنواع الروابط الكيميائية في المواد العضوية النوع الرئيسي من الروابط هو الرابطة التساهمية (الأقل شيوعا الأيونية) رابطة سيجما (σ-): رابطة باي (-)

الألكانات - الهيدروكربونات الأليفاتية (الدهنية) "الأليفاتوس" - الزيت والدهون (يونانية). CN. H 2 n +2 هيدروكربونات مشبعة

سلسلة متجانسة: CH 4 - الميثان C 2 H 6 - الإيثان C 3 H 8 - البروبان C 4 H 10 - البيوتان C 5 H 12 - البنتان، إلخ. C 6 H 14 - الهكسان C 7 H 16 - الهيبتان C 8 H 18 - الأوكتان C 9 H 20 - نونان C 10 H 22 - ديكان و C 390 H 782 - نوكونتاتريكتان (1985)

النموذج المداري الذري لجزيء الميثان في جزيء الميثان، لم تعد ذرة الكربون تحتوي على مدارات S وP! تشكل مداراتها الأربعة SP 3 الهجينة، المتساوية في الطاقة والشكل، 4 روابط مع مدارات S لذرة الهيدروجين. روابط H H 4

تفاعل النتروجين كونوفالوف ديمتري بتروفيتش (1856 -1928) 1880. أول محاولة ناجحة لإحياء "الموت الكيميائي" والتي كانت تعتبر الألكانات. لقد وجدت شروط نترتة الألكانات. أرز. المصدر: http://images. ياندكس. رو.

الخواص الكيميائية I. التفاعلات مع تمزق روابط CH (تفاعلات الاستبدال): 1. الهلجنة 2. النترتة 3. الكلورة الكبريتية II. التفاعلات مع كسر روابط CC: 1. الاحتراق 2. التكسير 3. الأيزومرة

كيف تجد الكيميائي؟ إذا كنت تريد العثور على صيدلي، اسأل ما هي العثة وغير المتأينة. وإذا بدأ الحديث عن الحيوانات ذات الفراء وتنظيم العمل، فاترك بهدوء. كاتب خيال علمي ومروج للعلم إسحاق أسيموف (1920-1992) المصدر: http://images. ياندكس. رو.

1. تفاعل الهلجنة الكلورة: RH + Cl 2 hv RCl + HCl المعالجة بالبروم: RH + Br 2 hv RBr + HBr على سبيل المثال، كلورة الميثان: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

مراحل آلية الجذور الحرة مخطط التفاعل: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl آلية التفاعل: I. بدء السلسلة - مرحلة توليد الجذور الحرة. Cl Cl 2 Cl جذري هو جسيم نشط، البادئ للتفاعل. – – تحتاج المرحلة إلى طاقة على شكل تدفئة أو إضاءة. يمكن أن تتم المراحل اللاحقة في الظلام، دون تدفئة.

مراحل آلية الجذور الحرة II. نمو السلسلة هو المرحلة الرئيسية. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl قد تتضمن المرحلة عدة مراحل فرعية، يتشكل في كل مرحلة منها جذري جديد، ولكن ليس H!!! في المرحلة الثانية، المرحلة الرئيسية، يتم تشكيل المنتج الرئيسي بالضرورة!

مراحل آلية الجذور الحرة III. إنهاء السلسلة – إعادة التركيب بين الجذور. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 أي يجمع بين جذرين.

انتقائية الاستبدال الانتقائية – الانتقائية. الانتقائية الإقليمية هي انتقائية في منطقة معينة من ردود الفعل. على سبيل المثال، انتقائية الهالوجين: 45% 3% الاستنتاج؟ 55% 97%

تعتمد انتقائية الهلجنة على العوامل التالية: ظروف التفاعل. في درجات الحرارة المنخفضة يكون أكثر انتقائية. طبيعة الهالوجين. كلما كان الهالوجين أكثر نشاطًا، كان التفاعل أقل انتقائية. يتفاعل F2 بقوة شديدة، مع تدمير روابط CC. لا يتفاعل I2 مع الألكانات في ظل هذه الظروف. هيكل ألكان.

تأثير هيكل الألكان على انتقائية الاستبدال. إذا كانت ذرات الكربون في الألكان غير متساوية، فإن استبدال كل منها يحدث بمعدل مختلف. نسبي معدل رد فعل الاستبدال الابتدائي. H ذرة ثانوية الذرة H ثالثي. H الكلورة الذرية 1 3, 9 5, 1 البرومة 1 82 1600 الخلاصة؟

تتطلب إزالة ذرة هيدروجين ثالثية طاقة أقل من إزالة ذرة هيدروجين ثانوية وأولية! صيغة الألكان نتيجة التحلل المتجانس ED، كيلوجول/مول 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 (الفصل 3)3 ج + ح 377

اتجاه التفاعلات أي تفاعل يسير في الغالب في اتجاه تكوين جسيم وسيط أكثر استقرارًا!

الجسيم الوسيط في التفاعلات الجذرية هو جذر حر. يتم تشكيل الجذر الأكثر استقرارا بسهولة أكبر! سلسلة ثبات الجذور: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 تظهر مجموعات الألكيل تأثيرًا متبرعًا بالإلكترونات، مما يؤدي إلى تثبيت الجذور

تفاعل الكلورة الكبريتية مخطط التفاعل: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl آلية التفاعل: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl، إلخ إلخ 3. 2 Cl Cl 2 إلخ.

رد فعل كونوفالوف D. P. يتم تنفيذ النترتة وفقًا لكونوفالوف بفعل حمض النيتريك المخفف عند درجة حرارة 140 درجة مئوية. ج. مخطط التفاعل: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O

آلية تفاعل كونوفالوف 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، إلخ. 3 .فتح دائرة كهربائية.

الألكينات هي هيدروكربونات غير مشبعة لها رابطة C=C واحدة، Cn. H 2 n С=С – مجموعة وظيفية من الألكينات

الخواص الكيميائية للألكينات الخصائص العامة الألكينات هي فئة تفاعلية من المركبات. وتخضع لتفاعلات عديدة، معظمها يحدث عن طريق كسر رابطة باي الأضعف. E C-C (σ-) ~ 350 كيلوجول/مول E C=C (-) ~ 260 كيلوجول/مول

التفاعلات المميزة الإضافة هي أكثر أنواع التفاعلات تميزًا. الرابطة المزدوجة هي مانح للإلكترون، لذلك تميل إلى إضافة: E - محبة للكهرباء، أو الكاتيونات، أو الجذور

أمثلة على تفاعلات الإضافة الكهربية 1. إضافة الهالوجينات - لا تضاف جميع الهالوجينات، ولكن الكلور والبروم فقط! – يمكن أن يحدث استقطاب جزيء الهالوجين المتعادل تحت تأثير مذيب قطبي أو تحت تأثير الرابطة المزدوجة للألكين. يصبح محلول البروم الأحمر والبني عديم اللون

تحدث تفاعلات الإضافة الكهربية في درجة حرارة الغرفة ولا تتطلب إضاءة. الآلية أيونية. مخطط التفاعل: XY = Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O

مجمع سيجما هو كاربوكاتيون - جسيم ذو شحنة موجبة على ذرة الكربون. في حالة وجود أنيونات أخرى في وسط التفاعل، فيمكنها أيضًا الانضمام إلى الكاتيون الكربوني.

على سبيل المثال إضافة البروم المذاب في الماء. يستمر هذا التفاعل النوعي للرابطة المزدوجة C=C مع تغير لون محلول البروم وتكوين منتجين:

الإضافة إلى الألكينات غير المتناظرة قاعدة ماركوفنيكوف (1869): تضاف الأحماض والماء إلى الألكينات غير المتماثلة بطريقة يضيف فيها الهيدروجين إلى ذرة الكربون الأكثر هدرجة.

ماركوفنيكوف فلاديمير فاسيليفيتش (1837 - 1904) خريج جامعة كازان. منذ عام 1869 - أستاذ قسم الكيمياء. مؤسس المدرسة العلمية . أرز. المصدر: http://images. ياندكس. رو.

شرح قاعدة ماركوفنيكوف يستمر التفاعل من خلال تكوين الجسيم الوسيط الأكثر استقرارًا - وهو الكاتيون الكربوني. الابتدائي الثانوي، أكثر استقرارا

سلسلة استقرار الكاتيونات الكربونية: قاعدة ميثيل ماركوفنيكوف الأولية الثانوية الثلاثية في الصيغة الحديثة: إضافة بروتون إلى الألكين يحدث مع تكوين كاتيون كربوني أكثر استقرارًا.

إضافة مضاد ماركوفنيكوف CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br رسميًا، رد الفعل يتعارض مع قاعدة ماركوفنيكوف. CF 3 - بدائل سحب الإلكترون عوامل سحب الإلكترون الأخرى: NO 2، SO 3 H، COOH، الهالوجينات، إلخ.

إضافة مضاد ماركوفنيكوف CF 3 أكثر استقرارًا وغير مستقر – متقبل الإلكترون، يزعزع استقرار الكاتيون الكربوني، رد الفعل يتعارض بشكل رسمي فقط مع قاعدة ماركوفنيكوف. في الواقع، فهو يطيعه، لأنه يمر عبر كاربوكاتيون أكثر استقرارًا.

تأثير بيروكسيد خراش X CH 3 -CH=CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR آلية الجذور الحرة: 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 جذري أكثر ثباتاً CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br الخ 3. أي جذرين يجمعان بينكما .

الإضافة الكهربية 3. الترطيب - إضافة الماء - يحدث التفاعل في وجود محفزات حمضية، غالبًا حمض الكبريتيك. - رد الفعل يطيع قاعدة ماركوفنيكوف. طريقة رخيصة للحصول على الكحول

أثناء الامتحان، يطلب الأكاديمي إيفان ألكسيفيتش كابلوكوف من الطالب أن يخبره عن كيفية إنتاج الهيدروجين في المختبر. فيجيب: «من الزئبق». "كيف تعني "مصنوعة من الزئبق"؟ ! عادة ما يقولون "مصنوع من الزنك"، لكن المصنوع من الزئبق هو شيء أصلي. اكتب رد فعل." يكتب الطالب: Hg = H + g ويقول: «الزئبق يسخن؛ يتحلل إلى H و g. H هو الهيدروجين، وهو خفيف وبالتالي يطير بعيدًا، لكن g هو تسارع الجاذبية، وهو ثقيل، ويظل قائمًا. يقول كابلوكوف: "لمثل هذه الإجابة يجب أن تعطي علامة A". - دعونا الحصول على كتاب سجل. سأقوم بإحماء "الخمسة" أولاً أيضًا. "ثلاثة" يطير بعيدا، ولكن يبقى "اثنان".

اثنان من الكيميائيين في المختبر: - فاسيا، ضع يدك في هذا الزجاج. - لقد أسقطته. - هل تشعر بأي شيء؟ - لا. - إذًا يوجد حمض الكبريتيك في كوب آخر.

الهيدروكربونات العطرية عطرية – عطرة؟ ؟ المركبات العطرية هي البنزين والمواد التي تشبهه في السلوك الكيميائي!

تفتح العديد من تفاعلات الاستبدال الطريق أمام إنتاج مجموعة متنوعة من المركبات ذات التطبيقات الاقتصادية. يلعب الاستبدال الكهربي والنيوكليوفيلي دورًا كبيرًا في العلوم والصناعة الكيميائية. في التخليق العضوي، تتمتع هذه العمليات بعدد من الميزات التي يجب الانتباه إليها.

مجموعة متنوعة من الظواهر الكيميائية. ردود الفعل الاستبدال

تتميز التغيرات الكيميائية المرتبطة بتحول المواد بعدد من الميزات. قد تختلف النتائج النهائية والتأثيرات الحرارية؛ تكتمل بعض العمليات، وفي حالات أخرى يحدث تغير في المواد، وغالبًا ما يكون مصحوبًا بزيادة أو نقصان في درجة الأكسدة. عند تصنيف الظواهر الكيميائية حسب نتيجتها النهائية، يتم الاهتمام بالاختلافات النوعية والكمية بين الكواشف والمنتجات. بناءً على هذه الخصائص، يمكن تمييز 7 أنواع من التحولات الكيميائية، بما في ذلك الاستبدال، الذي يتبع المخطط: A-B + C A-C + B. إن التدوين المبسط لفئة كاملة من الظواهر الكيميائية يعطي فكرة أنه من بين المواد البادئة هناك ما يسمى "الهجوم" هو الجسيم الذي يحل محل ذرة أو أيون أو مجموعة وظيفية في الكاشف. رد فعل الاستبدال هو سمة من سمات الحد و

يمكن أن تحدث تفاعلات الاستبدال في شكل تبادل مزدوج: A-B + C-E A-C + B-E. أحد الأنواع الفرعية هو إزاحة النحاس بالحديد، على سبيل المثال، من محلول كبريتات النحاس: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. يمكن أن يكون الجسيم "المهاجم" ذرات أو أيونات أو مجموعات وظيفية

الاستبدال المتجانس (الجذري، SR)

مع الآلية الجذرية لكسر الروابط التساهمية، يتم توزيع زوج الإلكترون المشترك بين العناصر المختلفة بشكل متناسب بين "شظايا" الجزيء. تتشكل الجذور الحرة. هذه هي الجزيئات غير المستقرة، والتي يحدث استقرارها نتيجة للتحولات اللاحقة. على سبيل المثال، عند إنتاج الإيثان من الميثان، تظهر الجذور الحرة التي تشارك في تفاعل الاستبدال: CH 4 CH 3. + .ن؛ الفصل 3. + .CH 3 → C2H5؛ ن.+.ن → ن2. إن انقسام الرابطة المتجانسة وفقًا لآلية الاستبدال المذكورة أعلاه هو ذو طبيعة متسلسلة. في الميثان، يمكن استبدال ذرات H بالكلور على التوالي. يحدث التفاعل مع البروم بشكل مشابه، لكن اليود غير قادر على استبدال الهيدروجين مباشرة في الألكانات، ويتفاعل الفلور معها بقوة كبيرة.

طريقة كسر الروابط غير المتجانسة

مع الآلية الأيونية لتفاعلات الاستبدال، يتم توزيع الإلكترونات بشكل غير متساو بين الجسيمات المشكلة حديثًا. ويذهب زوج الإلكترونات المترابط بالكامل إلى أحد "الشظايا"، وفي أغلب الأحيان إلى شريك الرابطة الذي تم إزاحة الكثافة السلبية في الجزيء القطبي نحوه. تتضمن تفاعلات الاستبدال تكوين كحول الميثيل CH 3 OH. في بروموميثان CH3Br، يكون انقسام الجزيء متحللًا، وتكون الجسيمات المشحونة مستقرة. يكتسب الميثيل شحنة موجبة، ويكتسب البروم شحنة سالبة: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; هيدروكسيد الصوديوم → نا + + أوه - ; CH 3 + + أوه - → CH 3 أوه؛ Na + + Br - ↔ NaBr.

محبو الكهربية والنيوكليوفيلات

تسمى الجسيمات التي تفتقر إلى الإلكترونات والتي يمكنها قبولها "أليف الكهربية". وتشمل هذه ذرات الكربون المرتبطة بالهالوجينات في الهالوكانات. النيوكليوفيلات لديها زيادة في كثافة الإلكترونات، فهي "تتبرع" بزوج من الإلكترونات عند تكوين رابطة تساهمية. في تفاعلات الاستبدال، تتعرض النيوكليوفيلات الغنية بالشحنات السالبة للهجوم من قبل محبي الإلكترونات المتعطشين للإلكترون. ترتبط هذه الظاهرة بحركة الذرة أو أي جسيم آخر - المجموعة المغادرة. نوع آخر من تفاعل الاستبدال هو مهاجمة المحب للكهرباء بواسطة محب للنواة. من الصعب في بعض الأحيان التمييز بين عمليتين ونسب الاستبدال إلى نوع أو آخر، لأنه من الصعب الإشارة بدقة إلى أي من الجزيئات هو الركيزة وأيها هو الكاشف. عادة في مثل هذه الحالات يتم أخذ العوامل التالية بعين الاعتبار:

• طبيعة المجموعة المغادرة؛
• تفاعل النيوكليوفيل.
• طبيعة المذيب
• هيكل جزء الألكيل.

الاستبدال النووي (SN)

خلال عملية التفاعل في جزيء عضوي، لوحظ زيادة في الاستقطاب. في المعادلات، تتم الإشارة إلى الشحنة الجزئية الموجبة أو السالبة بحرف من الأبجدية اليونانية. يتيح استقطاب السندات الحكم على طبيعة تمزقها والسلوك الإضافي لـ "شظايا" الجزيء. على سبيل المثال، تحتوي ذرة الكربون في اليودوميثان على شحنة موجبة جزئية وهي مركز محب للكهرباء. إنه يجذب ذلك الجزء من ثنائي القطب المائي حيث يوجد الأكسجين الذي يحتوي على فائض من الإلكترونات. عندما يتفاعل المحب للكهرباء مع كاشف محب للنواة، يتكون الميثانول: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. تحدث تفاعلات الاستبدال المحبة للنواة بمشاركة أيون أو جزيء سالب الشحنة مع زوج إلكترون حر لا يشارك في تكوين رابطة كيميائية. يتم تفسير المشاركة النشطة لليودوميثان في تفاعلات SN 2 من خلال انفتاحه على الهجوم النووي وحركة اليود.

الاستبدال الكهربي (SE)

قد يحتوي الجزيء العضوي على مركز محب للنواة، والذي يتميز بزيادة كثافة الإلكترون. يتفاعل مع كاشف إلكتروفيلي يفتقر إلى الشحنات السالبة. وتشمل هذه الجسيمات ذرات ذات مدارات حرة وجزيئات ذات مناطق ذات كثافة إلكترونية منخفضة. يتفاعل الكربون B، الذي له شحنة "-"، مع الجزء الموجب من ثنائي القطب المائي - مع الهيدروجين: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. ناتج تفاعل الاستبدال الإلكتروفيلي هذا هو الميثان. في التفاعلات غير المتجانسة، تتفاعل مراكز الجزيئات العضوية المشحونة بشكل معاكس، مما يجعلها مشابهة للأيونات في كيمياء المواد غير العضوية. لا ينبغي إغفال أن تحول المركبات العضوية نادرًا ما يكون مصحوبًا بتكوين الكاتيونات والأنيونات الحقيقية.

التفاعلات الأحادية الجزيئية والثنائية الجزيئية

الاستبدال النووي هو أحادي الجزيء (SN1). تُستخدم هذه الآلية لتحليل منتج مهم من التخليق العضوي - كلوريد البوتيل الثلاثي. المرحلة الأولى بطيئة، وترتبط بالتفكك التدريجي إلى كاتيون الكربون وأنيون الكلوريد. تستمر المرحلة الثانية بشكل أسرع، ويحدث تفاعل أيون الكربونيوم مع الماء. استبدال الهالوجين الموجود في الألكان بمجموعة هيدروكسي والحصول على كحول أولي: (CH 3) 3 C—Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ؛ (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C—OH + H + . يتميز التحلل المائي في مرحلة واحدة لهاليدات الألكيل الأولية والثانوية بالتدمير المتزامن لرابطة الهالوجين الكربوني وتكوين زوج C-OH. هذه هي آلية الاستبدال ثنائي الجزيئات المحبة للنواة (SN2).

آلية استبدال التحلل

ترتبط آلية الاستبدال بنقل الإلكترون وإنشاء مجمعات وسيطة. كلما حدث التفاعل بشكل أسرع، كلما كانت منتجاته الوسيطة المميزة أسهل. غالبًا ما تسير العملية في عدة اتجاهات في وقت واحد. وتذهب الميزة عادة إلى المسار الذي يستخدم الجسيمات التي تتطلب أقل قدر من الطاقة لتكوينها. على سبيل المثال، وجود رابطة مزدوجة يزيد من احتمال ظهور الأيون الموجب CH2=CH—CH2 + مقارنة بالأيون CH3 +. ويكمن السبب في كثافة الإلكترونات في الرابطة المتعددة، مما يؤثر على عدم تمركز الشحنة الموجبة المنتشرة في جميع أنحاء الجزيء.

تفاعلات استبدال البنزين

المجموعة التي تتميز بالاستبدال الإلكتروفيلي هي الأرينات. تعتبر حلقة البنزين هدفًا مناسبًا للهجوم الكهربي. تبدأ العملية باستقطاب الرابطة في الكاشف الثاني، مما يؤدي إلى تكوين محب للكهرباء مجاور للسحابة الإلكترونية لحلقة البنزين. ونتيجة لذلك، يظهر مجمع انتقالي. لا يوجد حتى الآن اتصال كامل بين الجسيم المحب للكهرباء وإحدى ذرات الكربون، فهو ينجذب إلى كامل الشحنة السالبة للإلكترونات "الستة العطرية". في المرحلة الثالثة من العملية، يرتبط المحب للكهرباء وذرة كربون واحدة في الحلقة بزوج مشترك من الإلكترونات (رابطة تساهمية). ولكن في هذه الحالة، يتم تدمير "الستة العطرية"، وهو أمر غير موات من وجهة نظر تحقيق حالة طاقة مستقرة ومستقرة. وقد لوحظت ظاهرة يمكن أن تسمى "قذف البروتون". تمت إزالة H+، واستعادة نظام الاتصال المستقر الخاص بـ arenes. يحتوي المنتج الثانوي على كاتيون هيدروجين من حلقة البنزين وأنيون من الكاشف الثاني.

أمثلة على تفاعلات الاستبدال من الكيمياء العضوية

تتميز الألكانات بشكل خاص بتفاعل الاستبدال. يمكن إعطاء أمثلة على التحولات المحبة للكهرباء والنوكليوفيلية للألكانات الحلقية والأرينات. تحدث تفاعلات مماثلة في جزيئات المواد العضوية في الظروف العادية، ولكن في كثير من الأحيان عند تسخينها وفي وجود المحفزات. تشمل العمليات الشائعة والمدروسة جيدًا الاستبدال الإلكتروفيلي في الحلقة العطرية. أهم ردود الفعل من هذا النوع:

1. تتم نترات البنزين في وجود H 2 SO 4 وفقًا للمخطط: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
2. الهلجنة الحفزية للبنزين، وخاصة الكلورة، وفقا للمعادلة: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
3. تستمر العملية العطرية بحمض الكبريتيك "المدخن"، وتتشكل أحماض البنزين سلفونيك.
4. الألكلة هي استبدال ذرة الهيدروجين من حلقة البنزين بألكيل.
5. الأسيلة – تكوين الكيتونات.
6. الفورميل هو استبدال الهيدروجين بمجموعة C H O وتكوين الألدهيدات.

تتضمن تفاعلات الاستبدال تفاعلات في الألكانات والألكانات الحلقية حيث تهاجم الهالوجينات رابطة C-H التي يمكن الوصول إليها. قد يتضمن تكوين المشتقات استبدال ذرة أو اثنتين أو كل ذرات الهيدروجين في الهيدروكربونات المشبعة والبارافينات الحلقية. يتم استخدام العديد من الهالوكانات ذات الأوزان الجزيئية الصغيرة في إنتاج مواد أكثر تعقيدًا تنتمي إلى فئات مختلفة. أعطى التقدم المحرز في دراسة آليات تفاعلات الاستبدال زخما قويا لتطوير التوليفات القائمة على الألكانات، والبارافينات الحلقية، والأرينات والهيدروكربونات المهلجنة.