A reakció ionos mechanizmusa. A kémiai reakciók típusai a szerves kémiában – Tudáshipermarket

A kémiai reakciók típusai a szervetlen és szerves kémiában.

1. A kémiai reakció olyan folyamat, amelyben egy anyagból más anyagok képződnek. A folyamat természetétől függően a kémiai reakciók típusait különböztetjük meg.

1) A végeredmény szerint

2) A hő felszabadulása vagy elnyelése alapján

3) A reakció reverzibilitása alapján

4) A reagáló anyagokat alkotó atomok oxidációs állapotának változása alapján

A végeredmény szerint a reakciók a következő típusúak:

A) Szubsztitúció: RH+Cl2 →RCl+HCl

B) Csatlakozás: CH 2 =CH 2 +Cl 2 → CH 2 Cl-CH 2 Cl

B) Elimináció: CH 3 -CH 2 OH → CH 2 =CH 2 + H 2 O

D) Bomlás: CH4 →C+2H2

D) Izomerizáció

E) Csere

G) Csatlakozások

Bomlási reakció olyan folyamat, amelyben egy anyagból kettő vagy több másik is keletkezik.

Csere reakció olyan folyamat, amelyben a reagáló anyagok kicserélik alkotórészeiket.

Szubsztitúciós reakciók egyszerű és összetett anyagok részvételével fordulnak elő, amelynek eredményeként új egyszerű és összetett anyagok képződnek.

Ennek eredményeként összetett reakciók két vagy több anyagból egy új keletkezik.

A hő felszabadulása vagy elnyelése alapján a reakciók a következő típusúak:

A) Exoterm

B) Endoterm

Exoterm - Ezek olyan reakciók, amelyek a hő felszabadulásával jönnek létre.

Endoterm- Ezek olyan reakciók, amelyek a környezet hőelnyelésével mennek végbe.

A reverzibilitás alapján a reakciók a következő típusúak:

A) Megfordítható

B) Visszafordíthatatlan

Azokat a reakciókat, amelyek csak egy irányban zajlanak le, és a kezdeti reagensek végső anyagokká történő teljes átalakulásával végződnek, ún. visszafordíthatatlan.

Megfordítható Azokat a reakciókat, amelyek egyidejűleg két, egymással ellentétes irányban mennek végbe, nevezzük.

A reagáló anyagokat alkotó atomok oxidációs állapotának változása alapján a reakciók a következő típusúak:

A) Redox

Az atomok oxidációs állapotának megváltozásával járó reakciókat (amelyek során az elektronok egyik atomból, molekulából vagy ionból a másikba kerülnek) ún. redox.

2. A reakció mechanizmusa szerint a reakciókat ionos és gyökös reakciókra osztják.

Ionos reakciók– ionok közötti kölcsönhatás egy kémiai kötés heterolitikus szakadása következtében (egy elektronpár teljes egészében az egyik „töredékhez” megy).

Az ionos reakcióknak két típusa van (a reagens típusától függően):

A) elektrofil - elektrofil reakció során.

Elektrofil– olyan csoport, amelynek szabad pályái vagy központjai egyes atomokban csökkentett elektronsűrűséggel rendelkeznek (például: H +, Cl - vagy AlCl 3)

B) Nukleofil - nukleofil kölcsönhatás során

nukleofil – negatív töltésű ion vagy molekula magányos elektronpárral (jelenleg nem vesz részt kémiai kötés kialakításában).

(Példák: F - , Cl - , RO - , I -).

A valódi kémiai folyamatok csak ritkán írhatók le egyszerű mechanizmusokkal. A kémiai folyamatok részletes molekuláris kinetikai vizsgálata azt mutatja, hogy ezek többsége gyöklánc-mechanizmus mentén megy végbe, a láncreakciók sajátossága a szabad gyökök képződése a köztes szakaszokban (rövid élettartamú molekulák vagy atomok instabil töredékei). , mindegyik ingyenes kommunikációval rendelkezik.

Az égés, a robbanás, az oxidáció, a fotokémiai reakciók és a biokémiai reakciók az élő szervezetekben láncmechanizmuson keresztül mennek végbe.

A láncrendszerek több szakaszból állnak:

1) láncmagképződés - a láncreakciók szakasza, amelynek eredményeként a vegyértéktel telített molekulákból szabad gyökök keletkeznek.

2) a lánc folytatása - az áramköri lánc szakasza, a szabad szakaszok teljes számának megőrzése mellett.

3) láncszakadás - a folyamatok láncolatának elemi szakasza, amely a szabad kötések eltűnéséhez vezet.

Léteznek elágazó és el nem ágazó láncreakciók.

A lánc egyik legfontosabb fogalma az lánc hossza- a láncfolytatás elemi szakaszainak átlagos száma a szabad gyök megjelenése után annak eltűnéséig.

Példa: Hidrogén-klorid szintézis

1) CL 2 elnyeli az energiakvantumot és a 2 gyök képét: CL 2 +hv=CL * +CL *

2) az aktív részecske egyesül a H 2 m-molekulával hidrogén-kloridot képezve, az aktív részecske pedig H 2: CL 1 + H 2 = HCL + H *

3) CL 1 +H 2 =HCL+CL * stb.

6)H * +CL * =HCL - szakadt áramkör.

Elágazó mechanizmus:

F*+H2=HF+H* stb.

F*+H2=HF+H* stb.

Vízben bonyolultabb - OH*, O* gyökök és H* gyök keletkeznek.

Ionizáló sugárzás hatására fellépő reakciók: röntgensugarak, katódsugarak stb. radiokémiainak nevezik.

A molekulák sugárzással való kölcsönhatásának eredményeként a molekulák szétesése figyelhető meg a legreaktívabb részecskék képződésével.

Az ilyen reakciók elősegítik a részecskék rekombinációját és az anyagok különböző kombinációit tartalmazó anyagok képződését.

Példa erre a hidrazin N 2 H 4 - a rakéta-üzemanyag összetevője. A közelmúltban kísérleteket tettek hidrazin előállítására ammóniából a γ-sugárzás hatására:

NH 3 → NH 2 * + H*

2NH2*→N2H4

A radiokémiai reakciók, például a víz radiolízise, ​​fontosak az élőlények életében.

Irodalom:

1. Akhmetov, N.S. Általános és szervetlen kémia / N.S. Akhmetov. – 3. kiadás – M.: Felsőiskola, 2000. – 743 p.

1. Korovin N.V. Általános kémia / N. V. Korovin. – M.: Felsőiskola, 2006. – 557 p.
2. Kuzmenko N.E. Kémia rövid kurzusa / N.E. Kuzmenko, V.V. Eremin, V.A. Popkov. – M.: Felsőiskola, 2002. – 415 p.
3. Zaicev, O.S. Általános kémia. Az anyagok szerkezete és kémiai reakciók / O.S. Zaitsev. – M.: Kémia, 1990.
4. Karapetyants, M.Kh. Az anyag szerkezete / M.Kh. Karapetyants, S. I. Drakin. – M.: Felsőiskola, 1981.
5. Cotton F. A szervetlen kémia alapjai / F. Cotton, J. Wilkinson. – M.: Mir, 1981.
6. Ugay, Ya.A. Általános és szervetlen kémia / Ya.A.Ugai. – M.: Felsőiskola, 1997.

Útmutató a biológiai és bioszerves kémia 1. éves hallgatók önálló munkájához

(1. modul)

Jóváhagyott

Egyetemi Tudományos Tanács

Harkov KhNMU

A reakciók alaptípusai és mechanizmusai a szerves kémiában: Módszer. rendelet. 1. éves hallgatóknak / ösz. A.O. Syrovaya, L.G. Shapoval, V.N. Petyunina, E.R. Grabovetskaya, V.A. Makarov, S.V. Andreeva, S.A. Nakonechnaya, L.V. Lukyanova, R.O. Bachinsky, S.N. Kozub, T.S. Tishakova, O.L. Levashova, N.V. Kopoteva, N.N. Chalenko. – Harkov: KhNMU, 2014. – 32. o.

Összeállította: A.O. Syrovaya, L.G. Shapoval, V.N. Petyunina, E.R. Grabovetskaya, V.A. Makarov, S.V. Andreeva, L.V. Lukyanova, S.A. Nakonechnaya, R.O. Bachinsky, S.N. Kozub, T.S. Tishakova, O.L. Levashova, N.V. Kopoteva, N.N. Chalenko

I. témakör: a kémiai reakciók osztályozása.

ALKÁNOK, ALKÉNEK, ARÉNEK, ALKOHOLMOK, FENOLOK, AMINOK, ALDEHIDEK, KETONOK ÉS KARBONSAVAK REAKCIÓKÉPESSÉGE

A téma motivációs jellemzői

Ennek a témának a tanulmányozása képezi az alapját a szervezetben lezajló anyagcsere-folyamatok (lipidperoxidáció, hidroxisavak képződése a telítetlen savakból a Krebs-ciklusban stb.) néhány biokémiai reakció megértésének, valamint a az ilyen reakciók mechanizmusának megértése az orvosi gyógyszerek és analógok természetes vegyületek szintézisében.

Tanulási cél

Legyen képes megjósolni a főbb szerves vegyületek osztályok homolitikus és heterolitikus reakcióba való belépési képességét elektronszerkezetük és a szubsztituensek elektronhatása alapján.

1. SZABADGYÖKSÉG ÉS ELEKTROFIL REAKCIÓK (SZÉNhidrogén REAKCIÓKÉPESSÉGE)

Oktatási célú kérdések

1. Legyen képes leírni a következő reakciók mechanizmusait:

Gyökös helyettesítés – R S

Elektrofil csatlakozás - A E

Elektrofil szubsztitúció – S E

2. Tudja megmagyarázni a szubsztituensek hatását az elektrofil kölcsönhatások reakcióképességére az elektronikus hatások alapján.

Alapvonal

1. A szénatom szerkezete. Elektronikus pályái hibridizációjának típusai.

2. A - és - kötések szerkezete, hossza és energiája.

3. A ciklohexán konformációi.

4. Párosítás. Nyitott és zárt (aromás) konjugált rendszerek.

5. Szubsztituensek elektronikus hatásai.

6. Átmeneti állapot. A karbokation elektronikus szerkezete. Közvetítők - és -komplexek.

Praktikus Navski

1. Tanulja meg meghatározni a kovalens kötés felszakadásának lehetőségét, a reakció típusát és mechanizmusát.

2. Legyen képes kísérletileg végrehajtani kettőskötésű vegyületek és aromás vegyületek brómozási reakcióit.

Ellenőrző kérdések

1. Adja meg az etilén hidrogénezési reakciójának mechanizmusát!

2. Ismertesse a propénsav hidratációs reakciójának mechanizmusát! Ismertesse a savas katalízis szerepét!

3. Írja fel a toluol (metil-benzol) nitrálási reakciójának egyenletét! Milyen mechanizmussal jön létre ez a reakció?

4. Magyarázza meg a nitrobenzol molekulában lévő nitrocsoport dezaktiváló és orientáló hatását a brómozási reakció példáján keresztül!

Oktatási feladatok és megoldási algoritmusok

1. számú feladat. Ismertesse az izobután és ciklopentán brómozásának reakciómechanizmusát fénnyel történő besugárzás hatására!

Megoldási algoritmus . Az izobután és ciklopentán molekulák sp 3 hibridizált szénatomokból állnak. Molekulájukban a C-C kötések nem polárisak, a C-H kötések pedig alacsony polárisak. Ezek a kötések meglehetősen könnyen homolitikus hasításnak vannak kitéve szabad gyökök képződésével - olyan részecskék, amelyek párosítatlan elektronokkal rendelkeznek. Így ezeknek az anyagoknak a molekuláiban gyökös szubsztitúciós reakciónak kell végbemennie - RS reakciónak vagy láncreakciónak.

Bármely RS reakció szakaszai a következők: iniciáció, növekedés és láncvégződés.

Az iniciáció a szabad gyökök képződésének folyamata magas hőmérsékleten vagy ultraibolya besugárzással:

A láncnövekedés egy nagyon reaktív szabad gyök kölcsönhatása miatt következik be  Br alacsony poláris C-H kötéssel egy ciklopentánmolekulában, új ciklopentil-gyök képződésével:

A ciklopentil gyök kölcsönhatásba lép egy új brómmolekulával, ami a benne lévő kötés homolitikus hasadását okozza, és brómciklopentánt és új bróm gyököt képez:

A bróm szabad gyökök megtámadják az új ciklopentán molekulát. Így a láncnövekedés szakasza sokszor megismétlődik, azaz láncreakció lép fel. A lánclezárás különböző gyökök kombinálásával teszi teljessé a láncreakciót:

Mivel a ciklopentánmolekulában az összes szénatom egyenlő, csak monociklobromopentán képződik.

Az izobutánban a C-H kötések nem egyenértékűek. Különböznek a homolitikus disszociáció energiájában és a képződött szabad gyökök stabilitásában. Ismeretes, hogy a C-H kötés felhasadásának energiája a tercier szénatomtól az elsődleges szénatomig növekszik. A szabad gyökök stabilitása ugyanebben a sorrendben csökken. Ezért az izobután molekulában a brómozási reakció regioszelektív módon megy végbe - a tercier szénatomon:

Megjegyzendő, hogy az aktívabb klórgyök esetében a regioszelektivitás nem figyelhető meg teljesen. A klórozás során bármely szénatomon lévő hidrogénatom helyettesíthető, de a helyettesítő termék tartalma a tercier szénnél lesz a legnagyobb.

2. feladat. Példaként az olajsav felhasználásával írja le a lipidperoxidációs reakció mechanizmusát, amely sugárbetegség során a sejtmembránok károsodása következtében lép fel. Milyen anyagok működnek antioxidánsként a szervezetünkben?

Megoldási algoritmus. A gyökös reakcióra példa a lipidperoxidáció, amelynek során a sejtmembrán részét képező telítetlen zsírsavak gyököknek vannak kitéve. A radioaktív besugárzás során a vízmolekulák gyökökké bomlhatnak. A hidroxil gyökök megtámadják a telítetlen savmolekulát a kettős kötéssel szomszédos metiléncsoportnál. Ebben az esetben egy gyök képződik, amely stabilizálódik a párosítatlan elektron részvétele miatt a  kötések elektronjaival való konjugációban. Ezután a szerves gyök kölcsönhatásba lép egy diradikális oxigénmolekulával, instabil hidroperoxidokat képezve, amelyek bomlanak aldehidekké, amelyek savakká oxidálódnak - a reakció végtermékeivé. A peroxid oxidációjának következménye a sejtmembránok pusztulása:

Az E-vitamin (tokoferol) gátló hatása a szervezetben annak köszönhető, hogy képes megkötni a sejtekben képződő szabad gyököket:

A képződő fenoxid gyökben a párosítatlan elektron az aromás gyűrű -elektronfelhőjével konjugálódik, ami annak viszonylagos stabilitásához vezet.

3. feladat. Adja meg az etilén-brómozási reakció mechanizmusát!

Megoldási algoritmus. Azoknál a vegyületeknél, amelyek sp 2 - vagy sp-hibridizált állapotban lévő szénatomokból állnak, azok a reakciók jellemzőek, amelyek a  kötések felszakadásakor mennek végbe, azaz addíciós reakciók. Ezek a reakciók a reagens természetétől, az oldószer polaritásától, a hőmérséklettől stb. függően gyökös vagy ionos mechanizmussal mehet végbe. Az ionos reakciók vagy elektrofil reagensek, amelyek elektronaffinitást mutatnak, vagy nukleofil reagensek hatására játszódnak le. , amelyek az elektronjaikat adják. Az elektrofil reagensek lehetnek kationok és vegyületek, amelyek atomjai töltetlen elektronhéjjal rendelkeznek. A legegyszerűbb elektrofil reagens a proton. A nukleofil reagensek anionok vagy olyan vegyületek, amelyek atomjai nem megosztott elektronpárokkal rendelkeznek.

Az alkénekre - olyan vegyületekre, amelyek sp 2 - vagy sp-hibridizált szénatomot tartalmaznak, az elektrofil addíciós reakciók - A E reakciók - jellemzőek. Poláris oldószerekben napfény hiányában a halogénezési reakció ionos mechanizmussal megy végbe, karbokationok képződésével:

Az etilénben lévő π kötés hatására a brómmolekula polarizálódik, és instabil π komplexet képez, amely karbokationná alakul. Ebben a bróm π kötéssel kapcsolódik a szénhez. A folyamat a bróm-anion és a karbokation kölcsönhatásával fejeződik be, így keletkezik a reakció végterméke, a dibróm-etán.

4. feladat . A propén hidratációs reakciójának példáján igazolja Markovnikov szabályát.

Megoldási algoritmus. Mivel a vízmolekula egy nukleofil reagens, a kettős kötéshez való hozzáadása katalizátor nélkül lehetetlen. A savak katalizátorként működnek az ilyen reakciókban. A karbokationok képződése egy savas proton hozzáadásakor következik be, amikor a π kötés megszakad:

A karbokationhoz egy vízmolekula kapcsolódik, amely az oxigénatom elektronpárosodása miatt képződik. Az oxónium stabil alkilszármazéka képződik, amely egy proton felszabadulásával stabilizálódik. A reakciótermék szek-propanol (propan-2-ol).

A hidratációs reakcióban Markovnikov szabálya szerint protont adnak egy hidrogénezettebb szénatomhoz, mivel a CH 3 csoport pozitív induktív hatása miatt az elektronsűrűség erre az atomra tolódik el. Ezenkívül a proton hozzáadása következtében kialakuló tercier karbokation stabilabb, mint az elsődleges (két alkilcsoport hatása).

5. feladat. Indokolja meg az 1,3-dibróm-propán képződésének lehetőségét a ciklopropán brómozása során.

Megoldási algoritmus. A három- vagy négytagú gyűrűs molekulák (ciklopropán és ciklobután) a telítetlen vegyületek tulajdonságait mutatják, mivel „banán” kötéseik elektronállapota π kötésre hasonlít. Ezért a telítetlen vegyületekhez hasonlóan addíciós reakciókon mennek keresztül gyűrűszakadással:

6. feladat. Ismertesse a hidrogén-bromid reakcióját 1,3-butadiénnel! Mi a különleges ebben a reakcióban?

Megoldási algoritmus. Amikor a hidrogén-bromid reagál 1,3-butadiénnel, az 1,2 addíciós (1) és 1,4 addíciós (2) termékek keletkeznek:

A (2) termék képződése annak köszönhető, hogy a konjugált rendszerben egy, az egész molekulára jellemző π-elektronfelhő jelen van, aminek eredményeként elektrofil addíciós reakcióba (A E - reakció) lép fel egy szál formájában. teljes blokk:

7. feladat. Ismertesse a benzol brómozási reakciójának mechanizmusát!

Megoldási algoritmus. Azokra az aromás vegyületekre, amelyek zárt konjugált elektronikus rendszert tartalmaznak, és amelyeknek ezért jelentős az erőssége, elektrofil szubsztitúciós reakciók a jellemzőek. A megnövekedett elektronsűrűség jelenléte a gyűrű mindkét oldalán megvédi azt a nukleofil reagensek támadásától, és fordítva, megkönnyíti a kationok és más elektrofil reagensek támadásának lehetőségét.

A benzol és a halogének kölcsönhatása katalizátorok - AlCl 3, FeCl 3 (az úgynevezett Lewis-savak) jelenlétében történik. A halogén molekula polarizálódását idézik elő, majd megtámadják a benzolgyűrű π elektronjait:

π-komplex σ-komplexus

Kezdetben egy π-komplex keletkezik, amely lassan σ-komplexsé alakul, amelyben a bróm kovalens kötést képez az egyik szénatommal az aromás gyűrű hat elektronja közül kettő rovására. A megmaradt négy π elektron egyenletesen oszlik el a széngyűrű öt atomja között; A σ-komplex egy kevésbé kedvező szerkezet az aromásság elvesztése miatt, amely proton felszabadulásával helyreáll.

Az aromás vegyületek elektrofil szubsztitúciós reakciói közé tartozik a szulfonálás és a nitrálás is. A nitrálószer szerepét a nitroil-kation - NO 2+ tölti be, amely tömény kénsav és salétromsav kölcsönhatása révén képződik (nitráló keverék); a szulfonálószer szerepe pedig az SO 3 H + kation vagy kén-oxid (IV), ha a szulfonálást óleummal végezzük.

Megoldási algoritmus. A vegyületek aktivitása az SE reakciókban az aromás magban lévő elektronsűrűségtől függ (közvetlen kapcsolat). Ebben a tekintetben az anyagok reakcióképességét a szubsztituensek és heteroatomok elektronikus hatásaival összefüggésben kell figyelembe venni.

Az anilinben lévő aminocsoport +M hatást fejt ki, aminek következtében a benzolgyűrűben megnő az elektronsűrűség, és a legmagasabb koncentrációja az orto és para helyzetben figyelhető meg. A reakció könnyebben halad előre.

A nitrobenzolban lévő nitrocsoport -I és -M hatású, ezért deaktiválja a benzolgyűrűt orto és para helyzetben. Mivel az elektrofil kölcsönhatása a legnagyobb elektronsűrűség helyén megy végbe, ebben az esetben meta-izomerek képződnek. Így az elektrondonor szubsztituensek orto- és para-orientánsok (az első típusú orientánsok és az SE-reakciók aktivátorai; az elektronvonó szubsztituensek a meta-orientánsok (második típusú orientánsok) az SE-reakciók dezaktivátorai).

A π-feleslegrendszerekhez tartozó öttagú heterociklusokban (pirrol, furán, tiofén) az S E reakciók könnyebben mennek végbe, mint a benzolban; ebben az esetben az α-helyzet reaktívabb.

A piridin nitrogénatomot tartalmazó heterociklusos rendszerek π-hiányosak, ezért nehezebben mennek keresztül elektrofil szubsztitúciós reakciókon; ebben az esetben az elektrofil a nitrogénatomhoz képest a β-helyzetet foglalja el.

CH 3 -CH 3 + Cl 2 – (hv) ---- CH 3 -CH 2 Cl + HCl

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

Addíciós reakciók

Az ilyen reakciók jellemzőek a többszörös (kettős vagy hármas) kötést tartalmazó szerves vegyületekre. Az ilyen típusú reakciók közé tartoznak a halogének, hidrogén-halogenidek és víz alkénekhez és alkinokhoz történő addíciós reakciói.

CH 3 -CH=CH 2 + HCl ---- CH 3 -CH(Cl)-CH 3

Eliminációs reakciók

Ezek olyan reakciók, amelyek több kötés kialakulásához vezetnek. A hidrogén-halogenidek és a víz eliminálásakor a reakció bizonyos szelektivitása figyelhető meg, amelyet Zaicev szabálya ír le, amely szerint egy hidrogénatomot eliminálnak abból a szénatomból, amelynél kevesebb hidrogénatom van. Példa reakció

CH3-CH(Cl)-CH2-CH3 + KOH →CH3-CH=CH-CH3 + HCl

Polimerizáció és polikondenzáció

n(CH2=CHCl) (-CH2-CHCl)n

Redox

Az oxidatív reakciók közül a legintenzívebb az égés, amely a szerves vegyületek minden osztályára jellemző. Ebben az esetben az égés körülményeitől függően a szén C-vé (korom), CO vagy CO 2 oxidálódik, és a hidrogén vízzé alakul. A szerves vegyészek számára azonban nagy érdeklődésre tartanak számot az égetésnél sokkal enyhébb körülmények között végrehajtott oxidációs reakciók. Alkalmazott oxidálószerek: Br2 vizes vagy Cl2 CCl 4 oldatai; KMnO 4 vízben vagy híg savban; réz-oxid; frissen kicsapott ezüst(I) vagy réz(II)-hidroxidok.

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

Észterezés (és fordított hidrolízis reakciója)

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

Cycloaddition

Y R Y-R

‖ + ‖ → ǀ ǀ

R Y R-Y

‖ + →

11. Szerves reakciók osztályozása mechanizmus szerint. Példák.

A reakciómechanizmus magában foglalja a kémiai reakciók részletes, lépésről lépésre történő leírását. Ugyanakkor megállapítható, hogy mely kovalens kötések szakadnak meg, milyen sorrendben és milyen módon. Gondosan leírják a reakciófolyamat során új kötések kialakulását is. A reakciómechanizmus mérlegelésekor mindenekelőtt ügyeljen a reagáló molekulában lévő kovalens kötés felszakításának módjára. Két ilyen mód van - homolitikus és heterolitikus.

Radikális reakciók egy kovalens kötés homolitikus (gyökös) hasításával járjunk el:

A nem-poláris vagy alacsony poláris kovalens kötések (C–C, N–N, C–H) magas hőmérsékleten vagy fény hatására gyökös hasadáson mennek keresztül. A CH 3 gyökben lévő szénnek 7 külső elektronja van (a CH 4-ben lévő stabil oktetthéj helyett). A gyökök instabilak; hajlamosak befogni a hiányzó elektronokat (egy párig vagy legfeljebb egy oktettig). A stabil termékek előállításának egyik módja a dimerizáció (két gyök kombinációja):

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,

N + N N : N.

Radikális reakciók - ezek például az alkánok klórozási, brómozási és nitrálási reakciói:

Ionos reakciók heterolitikus kötéshasadással fordulnak elő. Ebben az esetben közbensően képződnek rövid élettartamú szerves ionok - karbokationok és karbanionok - a szénatomon töltéssel. Az ionos reakciókban a kötő elektronpár nem válik szét, hanem teljesen átmegy az egyik atomhoz, anionná alakítva azt:

Az erősen poláris (H–O, C–O) és könnyen polarizálható (C–Br, C–I) kötések hajlamosak a heterolitikus hasadásra.

Megkülönböztetni nukleofil reakciók (nukleofil– az atommagot, elektronhiányos helyet keresve) és elektrofil reakciók (elektrofil– elektronokat keres). Az az állítás, hogy egy adott reakció nukleofil vagy elektrofil, mindig a reagensre vonatkozik. Reagens– a reakcióban részt vevő, egyszerűbb szerkezetű anyag. Szubsztrát– bonyolultabb szerkezetű kiindulási anyag. Kimenő csoport egy cserélhető ion, amely szénhez kötött. Reakciótermék– új széntartalmú anyag (a reakcióegyenlet jobb oldalára írva).

NAK NEK nukleofil reagensek(nukleofilek) közé tartoznak a negatív töltésű ionok, a magányos elektronpárokkal rendelkező vegyületek, a kettős szén-szén kötéssel rendelkező vegyületek. NAK NEK elektrofil reagensek(elektrofilek) közé tartoznak a pozitív töltésű ionok, a töltetlen elektronhéjú vegyületek (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), a karbonilcsoportokat tartalmazó vegyületek, a halogének. Az elektrofil minden olyan atom, molekula vagy ion, amely képes egy elektronpárt hozzáadni egy új kötés kialakítása során. Az ionos reakciók hajtóereje ellentétes töltésű ionok vagy különböző molekulák fragmenseinek kölcsönhatása részleges töltéssel (+ és –).

A reakciók osztályozása a kiindulási és véganyagok száma szerint: 1. Addíció 2. Elimináció (elimináció) 3. Helyettesítés

A reakciók osztályozása a kötésbontás mechanizmusa szerint: 1. Homolitikus (gyök) gyökök 2. Heterolitikus (ionos) ionok

Reakciómechanizmus A mechanizmus egy kémiai reakció szakaszos részletes leírása, megjelölve a közbenső termékeket és részecskéket. Reakcióséma: Reakciómechanizmus:

A reakciók osztályozása a reagensek típusa szerint 1. Gyök A gyök egy kémiailag aktív részecske párosítatlan elektronnal. 2. Elektrofil Az elektrofil elektronhiányos részecske vagy molekula elektronhiányos atommal. 3. Nukleofil A nukleofil anion vagy semleges molekula, amelynek atomja magányos elektronpárral rendelkezik.

A kémiai kötések típusai szerves anyagokban A kötések fő típusa a kovalens (kevésbé gyakori ionos) Szigma kötés (σ-): Pi kötés (-)

ALKÁNOK - alifás (zsíros) szénhidrogének „Alifatos” - olaj, zsír (görög). Cn. H 2 n+2 Telített szénhidrogének

Homológ sorozat: CH 4 - metán C 2 H 6 - etán C 3 H 8 - propán C 4 H 10 - bután C 5 H 12 - pentán stb. C 6 H 14 - hexán C 7 H 16 - heptán C 8 H 18 - oktánszámú C 9 H 20 - nonán C 10 H 22 - dekán és C 390 H 782 - noncontatrictan (1985)

A metánmolekula atomi-pályamodellje A metánmolekulában a szénatomnak már nincs S- és P-pályája! 4 hibrid SP 3 pályája, amelyek energiája és alakja egyenlő, 4 kötést képez a hidrogénatom S pályáival. H H 4 kötések

Nitrálási reakció Konovalov Dmitrij Petrovics (1856-1928) 1880. Az első sikeres kísérlet a „kémiai halottak” felélesztésére, amelyeket alkánoknak tekintettek. Megtaláltam az alkánok nitrálásának feltételeit. Rizs. Forrás: http://images. yandex. ru.

Kémiai tulajdonságok I. Reakciók a C-H kötések felszakadásával (szubsztitúciós reakciók): 1. halogénezés 2. nitrálás 3. szulfoklórozás II. Reakciók a C-C kötések felszakadásával: 1. égés 2. repedés 3. izomerizáció

Hogyan lehet vegyészt találni? Ha vegyészt szeretne találni, kérdezze meg, mi az a moly és a nem ionizált. És ha a prémes állatokról és a munkaszervezésről kezd beszélni, nyugodtan távozzon. Sci-fi író, a tudomány népszerűsítője Isaac Asimov (1920–1992) Fig. Forrás: http://images. yandex. ru.

1. Halogénezési reakció Klórozás: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Brómozás: RH + Br 2 hv RBr + HBr Például metán klórozása: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

A szabadgyök-mechanizmus szakaszai Reakcióséma: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Reakciómechanizmus: I. Lánckezdés - a szabad gyökök keletkezésének szakasza. A Cl Cl 2 Cl gyök egy aktív részecske, egy reakció iniciátora. – – A színpad energiát igényel fűtés vagy világítás formájában. A következő szakaszok sötétben, fűtés nélkül is lezajlanak.

A szabadgyök-mechanizmus szakaszai II. A lánc növekedése a fő szakasz. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl A szakasz több részszakaszból is állhat, amelyek mindegyikénél új gyök keletkezik, de H nem!!! A II. szakaszban, a fő szakaszban szükségszerűen kialakul a fő termék!

A szabadgyök-mechanizmus szakaszai III. Láncvégződés – gyökök rekombinációja. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Bármely két gyök egyesül.

A helyettesítés szelektivitása Selectivity – szelektivitás. A regioszelektivitás szelektivitás a reakciók egy bizonyos területén. Például halogénezési szelektivitás: 45% 3% Következtetés? 55% 97%

A halogénezés szelektivitása a következő tényezőktől függ: Reakciókörülmények. Alacsony hőmérsékleten szelektívebb. A halogén természete. Minél aktívabb a halogén, annál kevésbé szelektív a reakció. Az F 2 nagyon hevesen reagál, a C-C kötések megsemmisülésével. Az I2 ilyen körülmények között nem lép reakcióba alkánokkal. Alkán szerkezet.

Az alkánszerkezet hatása a szubsztitúciós szelektivitásra. Ha egy alkánban a szénatomok egyenlőtlenek, akkor mindegyikük helyettesítése eltérő sebességgel megy végbe. Relatív szubsztitúciós reakció sebessége Elsődleges. H atom Másodlagos atom H Tert. H atom klórozás 1 3, 9 5, 1 brómozás 1 82 1600 Következtetés?

Egy tercier hidrogénatom eltávolítása kevesebb energiát igényel, mint egy másodlagos és primer atom eltávolítása! Alkánképlet A homolízis eredménye ED, 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

A reakciók iránya Bármely reakció túlnyomórészt egy stabilabb köztes részecske képződésének irányába megy végbe!

A gyökös reakciók közbenső részecske egy szabad gyök. A legstabilabb gyök keletkezik a legkönnyebben! A gyökök stabilitási sorozata: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Az alkilcsoportok elektrondonor hatást fejtenek ki, aminek köszönhetően stabilizálják a gyököt

Szulfoklórozási reakció Reakcióséma: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Reakciómechanizmus: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl stb. stb. 3. 2 Cl Cl 2 stb.

Konovalov reakciója D.P. A Konovalov szerinti nitrálást híg salétromsav hatására 140 °C hőmérsékleten hajtják végre. C. Reakcióvázlat: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O

Konovalov reakció mechanizmusa 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 stb. 3 .Nyitott áramkör.

Az alkének telítetlen szénhidrogének egy C=C kötéssel, Cn. H 2 n С=С – alkének funkcionális csoportja

Az alkének kémiai tulajdonságai Általános jellemzők Az alkének a vegyületek reaktív osztályát alkotják. Számos reakción mennek keresztül, amelyek többsége a gyengébb pi-kötés megszakadásával jön létre. E C-C (σ-) ~ 350 KJ/mol E C=C (-) ~ 260 KJ/mol

Jellemző reakciók Az addíció a reakció legjellemzőbb típusa. A kettős kötés elektrondonor, ezért hajlamos hozzáadni: E - elektrofilek, kationok vagy gyökök

Példák elektrofil addíciós reakciókra 1. Halogének hozzáadása – Nem minden halogén ad hozzá, csak klór és bróm! – A semleges halogénmolekula polarizációja történhet poláris oldószer hatására vagy alkén kettős kötésének hatására. A vörösesbarna brómos oldat színtelenné válik

Elektrofil addíció A reakciók szobahőmérsékleten mennek végbe, és nem igényelnek világítást. A mechanizmus ionos. Reakcióvázlat: XY = Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O

A szigma-komplex egy karbokation - a szénatomon pozitív töltésű részecske. Ha más anionok is jelen vannak a reakcióközegben, ezek is csatlakozhatnak a karbokationhoz.

Például vízben oldott bróm hozzáadása. Ez a minőségi reakció a kettős C=C kötésre a brómoldat elszíneződésével és két termék képződésével megy végbe:

Addíció aszimmetrikus alkénekhez Az addíció regioszelektivitása! Markovnikov szabálya (1869): a savak és a víz az aszimmetrikus alkénekhez oly módon adódnak, hogy a hidrogén hozzáadódik a hidrogénezettebb szénatomhoz.

Markovnikov Vlagyimir Vasziljevics (1837-1904) A kazanyi egyetemen végzett. 1869-től a kémiai tanszék professzora. Tudományos iskola alapítója. Rizs. Forrás: http://images. yandex. ru.

A Markovnikov-szabály magyarázata A reakció a legstabilabb köztes részecske, a karbokation képződésén keresztül megy végbe. elsődleges másodlagos, stabilabb

Karbokationok stabilitási sorozata: harmadlagos szekunder primer metil Markovnikov-szabály a modern megfogalmazásban: egy proton hozzáadása egy alkénhez stabilabb karbokation képződésével történik.

Anti-Markovnikov addíció CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Formálisan a reakció ellentétes a Markovnikov-szabállyal. CF 3 – elektronszívó szubsztituens Egyéb elektronszívó szerek: NO 2, SO 3 H, COOH, halogének stb.

Anti-Markovnikov addíció stabilabb instabil CF 3 – elektronakceptor, destabilizálja a karbokationt A reakció csak formálisan mond ellent a Markovnikov-szabálynak. Valójában engedelmeskedik neki, mivel stabilabb karbokáción megy keresztül.

Kharash-peroxid hatás X CH 3 -CH=CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR Szabadgyök-mechanizmus: 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 stabilabb gyök CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br stb 3. Bármely két gyök egyesül egymás között .

Elektrofil addíció 3. Hidratálás - víz hozzáadása - A reakció savkatalizátorok, leggyakrabban kénsav jelenlétében megy végbe. – A reakció engedelmeskedik Markovnikov szabályának. Olcsó módja az alkoholok beszerzésének

A vizsga során Ivan Alekseevich Kablukov akadémikus arra kéri a hallgatót, hogy mondja el, hogyan állítják elő a hidrogént a laboratóriumban. – Higanyból – válaszolja. – Hogy érted azt, hogy „higanyból készült”? ! Általában azt mondják, hogy „cinkből készült”, de a higanyból készült valami eredeti. Írj reakciót." A tanuló ezt írja: Hg = H + g És azt mondja: „A higanyt felmelegítik; H-ra és g-re bomlik. H hidrogén, könnyű, ezért elrepül, de g a gravitáció gyorsulása, nehéz, marad.” „Egy ilyen válaszhoz A-t kell adni” – mondja Kablukov. - Vegyünk egy rekordkönyvet. Először csak bemelegítem az „ötöst”. A „három” elrepül, de a „kettő” megmarad.”

Két vegyész a laboratóriumban: - Vasya, tedd a kezed ebbe a pohárba. - Elejtettem. - Érzel valamit? - Nem. - Tehát kénsav van egy másik pohárban.

Aromás szénhidrogének Aromás – illatos? ? Az aromás vegyületek a benzol és olyan anyagok, amelyek kémiai viselkedésükben hasonlítanak rá!

Számos szubsztitúciós reakció megnyitja az utat számos olyan vegyület előállításához, amelyeknek gazdasági alkalmazása is van. Az elektrofil és nukleofil szubsztitúció óriási szerepet játszik a kémiai tudományban és az iparban. A szerves szintézisben ezeknek a folyamatoknak számos olyan jellemzője van, amelyekre figyelni kell.

Változatos kémiai jelenségek. Szubsztitúciós reakciók

Az anyagok átalakulásával kapcsolatos kémiai változásokat számos jellemző különbözteti meg. A végeredmények és a hőhatások változhatnak; Egyes folyamatok befejeződnek, másokban anyagváltozás következik be, ami gyakran az oxidációs fok növekedésével vagy csökkenésével jár. A kémiai jelenségek végeredmény szerinti osztályozása során figyelmet fordítanak a reagensek és termékek közötti minőségi és mennyiségi különbségekre. Ezen jellemzők alapján a kémiai átalakulások 7 típusa különböztethető meg, beleértve a szubsztitúciót is, amely a következő sémát követi: A-B + C A-C + B. A kémiai jelenségek egész osztályának egyszerűsített jelölése azt a képet ad, hogy a kiindulási anyagok között van egy az úgynevezett „támadás” olyan részecske, amely egy atomot, iont vagy funkciós csoportot helyettesít egy reagensben. A helyettesítési reakció jellemző a korlátozó és

A szubsztitúciós reakciók kettős csere formájában történhetnek: A-B + C-E A-C + B-E. Az egyik alfaj például a réz vassal történő kiszorítása réz-szulfát oldatból: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. A „támadó” részecske lehet atom, ion vagy funkciós csoport

Homolitikus szubsztitúció (gyök, SR)

A kovalens kötések felszakításának radikális mechanizmusával a különböző elemekben közös elektronpár arányosan oszlik el a molekula „töredékei” között. Szabad gyökök képződnek. Ezek instabil részecskék, amelyek stabilizálódása a későbbi átalakulások eredményeként következik be. Például ha metánból etánt állítanak elő, szabad gyökök jelennek meg, amelyek részt vesznek a szubsztitúciós reakcióban: CH 4 CH 3. + .N; CH 3. + .CH3 → C2H5; N. + .N → N2. A homolitikus kötéshasítás a fenti szubsztitúciós mechanizmus szerint lánc jellegű. A metánban a H atomok egymást követően klórral helyettesíthetők. A brómmal való reakció hasonlóan megy végbe, de a jód nem képes közvetlenül helyettesíteni a hidrogént az alkánokban, a fluor túl hevesen reagál velük.

Heterolitikus kötésbontási módszer

A helyettesítési reakciók ionos mechanizmusával az elektronok egyenetlenül oszlanak el az újonnan képződött részecskék között. A kötő elektronpár teljes egészében az egyik „töredékhez” megy, leggyakrabban ahhoz a kötéspartnerhez, amely felé a poláris molekulában a negatív sűrűség eltolódott. A szubsztitúciós reakciók közé tartozik a CH 3 OH metil-alkohol képződése. A bróm-metán CH3Br-ben a molekula hasítása heterolitikus, a töltött részecskék stabilak. A metil pozitív, a bróm negatív töltést kap: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; CH 3 + + OH - → CH 3OH; Na + + Br - ↔ NaBr.

Elektrofilek és nukleofilek

Azokat a részecskéket, amelyekből hiányoznak az elektronok, és képesek elfogadni azokat, „elektrofileknek” nevezzük. Ide tartoznak a halogén-alkánokban halogénatomokhoz kapcsolódó szénatomok. A nukleofileknek megnövekedett az elektronsűrűsége; kovalens kötés létrehozása során egy pár elektront „adnak”. A szubsztitúciós reakciókban a negatív töltésekben gazdag nukleofileket megtámadják az elektronhiányos elektrofilek. Ez a jelenség egy atom vagy más részecske mozgásához kapcsolódik - egy távozó csoporthoz. A szubsztitúciós reakció másik típusa az elektrofil nukleofil támadása. Néha nehéz különbséget tenni két folyamat között, és a szubsztitúciót egyik vagy másik típushoz rendelni, mivel nehéz pontosan megjelölni, hogy a molekulák közül melyik a szubsztrát és melyik a reagens. Ilyen esetekben általában a következő tényezőket veszik figyelembe:

• a távozó csoport jellege;
• nukleofil reaktivitás;
• az oldószer jellege;
• az alkilrész szerkezete.

Nukleofil szubsztitúció (SN)

Egy szerves molekulában a kölcsönhatási folyamat során a polarizáció növekedése figyelhető meg. Az egyenletekben a részleges pozitív vagy negatív töltést a görög ábécé betűje jelzi. A kötéspolarizáció lehetővé teszi szakadásának természetének és a molekula „töredékeinek” további viselkedésének megítélését. Például a jód-metán szénatomja részleges pozitív töltésű, és elektrofil központ. Vonzza a vízdipólnak azt a részét, ahol az elektronfelesleggel rendelkező oxigén található. Amikor egy elektrofil kölcsönhatásba lép egy nukleofil reagenssel, metanol képződik: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. A nukleofil szubsztitúciós reakciók egy negatív töltésű ion vagy molekula részvételével mennek végbe egy szabad elektronpárral, amely nem vesz részt a kémiai kötés létrehozásában. A jód-metán aktív részvétele az SN 2 reakciókban a nukleofil támadásokra való nyitottságával és a jód mobilitásával magyarázható.

Elektrofil szubsztitúció (SE)

Egy szerves molekula tartalmazhat egy nukleofil centrumot, amelyet túlzott elektronsűrűség jellemez. Negatív töltés nélküli elektrofil reagenssel reagál. Az ilyen részecskék közé tartoznak a szabad pályával rendelkező atomok és az alacsony elektronsűrűségű területekkel rendelkező molekulák. A „-” töltésű B szén kölcsönhatásba lép a vízdipólus pozitív részével - hidrogénnel: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Ennek az elektrofil szubsztitúciós reakciónak a terméke a metán. A heterolitikus reakciókban a szerves molekulák ellentétes töltésű centrumai kölcsönhatásba lépnek, ami hasonlóvá teszi őket a szervetlen anyagok kémiájában előforduló ionokhoz. Nem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy a szerves vegyületek átalakulása ritkán jár valódi kationok és anionok képződésével.

Monomolekuláris és bimolekuláris reakciók

A nukleofil szubsztitúció monomolekuláris (SN1). Ezt a mechanizmust használják a szerves szintézis egyik fontos termékének, a tercier-butil-kloridnak a hidrolizálására. Az első szakasz lassú, a karbónium-kationra és klorid-anionra való fokozatos disszociációval jár. A második szakasz gyorsabban megy végbe, a karbóniumion és a víz reakciója megtörténik. az alkánban a halogént hidroxilcsoporttal helyettesítjük, és egy primer alkoholt kapunk: (CH 3) 3 C-Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C—OH + H + . A primer és szekunder alkil-halogenidek egylépcsős hidrolízisét a szén-halogén kötés egyidejű bomlása és egy C-OH pár képződése jellemzi. Ez egy nukleofil bimolekuláris szubsztitúciós (SN2) mechanizmus.

A heterolitikus helyettesítés mechanizmusa

A szubsztitúciós mechanizmus az elektrontranszferhez és a köztes komplexek létrehozásához kapcsolódik. Minél gyorsabban megy végbe a reakció, annál könnyebben keletkeznek jellegzetes köztes termékei. A folyamat gyakran több irányban halad egyszerre. Az előny általában az az út jár, amelyik olyan részecskéket használ fel, amelyek kialakulásához a legkevesebb energiát igényel. Például egy kettős kötés jelenléte növeli a CH2=CH-CH 2 + allilkation megjelenésének valószínűségét a CH 3 + ionhoz képest. Az ok a többszörös kötés elektronsűrűségében rejlik, ami befolyásolja a molekulában szétszórt pozitív töltés delokalizációját.

Benzol szubsztitúciós reakciók

Az elektrofil szubsztitúcióval jellemezhető csoport az arének. A benzolgyűrű kényelmes célpont az elektrofil támadásokhoz. A folyamat a kötés polarizációjával kezdődik a második reagensben, ami a benzolgyűrű elektronfelhőjével szomszédos elektrofil kialakulását eredményezi. Ennek eredményeként egy átmeneti komplexum jelenik meg. Még nincs teljes kapcsolat az elektrofil részecske és az egyik szénatom között, az „aromás hat” elektron teljes negatív töltése vonzza. A folyamat harmadik szakaszában az elektrofilt és a gyűrű egy szénatomját egy közös elektronpár köti össze (kovalens kötés). De ebben az esetben az „aromás hatos” megsemmisül, ami a stabil, stabil energiaállapot elérése szempontjából kedvezőtlen. Egy olyan jelenséget figyelünk meg, amelyet „proton-ejekciónak” nevezhetünk. A H+ megszűnik, és visszaáll az arénákra jellemző stabil kommunikációs rendszer. A melléktermék egy hidrogénkationt tartalmaz a benzolgyűrűből és egy aniont a második reagensből.

Példák szubsztitúciós reakciókra a szerves kémiából

Az alkánokat különösen a szubsztitúciós reakció jellemzi. Példák elektrofil és nukleofil transzformációkra a cikloalkánok és arének esetében. Hasonló reakciók a szerves anyagok molekuláiban is végbemennek normál körülmények között, de gyakrabban hevítéskor és katalizátorok jelenlétében. Az általános és jól tanulmányozott eljárások közé tartozik az elektrofil szubsztitúció az aromás gyűrűben. A legfontosabb ilyen típusú reakciók:

1. A benzol nitrálása H 2 SO 4 jelenlétében a következő séma szerint megy végbe: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
2. A benzol katalitikus halogénezése, különösen klórozása a következő egyenlet szerint: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
3. Az aromás folyamat „füstölgő” kénsavval megy végbe, benzolszulfonsavak keletkeznek.
4. Az alkilezés a benzolgyűrűből származó hidrogénatom alkilre való helyettesítése.
5. Acilezés – ketonok képződése.
6. A formiláció a hidrogén helyettesítése CHO csoporttal és aldehidek képződése.

A szubsztitúciós reakciók közé tartoznak az alkánokban és cikloalkánokban zajló reakciók, amelyekben a halogének megtámadják a hozzáférhető CH-kötést. A származékok képzése magában foglalhatja egy, kettő vagy az összes hidrogénatom helyettesítését a telített szénhidrogénekben és cikloparaffinokban. A kis molekulatömegű halogén-alkánok közül sokat különböző osztályokba tartozó összetettebb anyagok előállítására használnak. A szubsztitúciós reakciók mechanizmusainak tanulmányozása terén elért haladás erőteljes lendületet adott az alkánokon, cikloparaffinokon, aréneken és halogénezett szénhidrogéneken alapuló szintézisek kifejlesztésének.