რეაქციის იონური მექანიზმი. ქიმიური რეაქციების სახეები ორგანულ ქიმიაში – ცოდნის ჰიპერმარკეტი

ქიმიური რეაქციების სახეები არაორგანულ და ორგანულ ქიმიაში.

1. ქიმიური რეაქცია არის პროცესი, რომლის დროსაც სხვა ნივთიერებები წარმოიქმნება ერთი ნივთიერებისგან. პროცესის ბუნებიდან გამომდინარე, განასხვავებენ ქიმიური რეაქციების ტიპებს.

1) საბოლოო შედეგის მიხედვით

2) სითბოს გამოყოფის ან შთანთქმის საფუძველზე

3) რეაქციის შექცევადობაზე დაყრდნობით

4) რეაქტიული ნივთიერებების შემადგენელი ატომების ჟანგვის მდგომარეობის ცვლილებებზე დაყრდნობით

საბოლოო შედეგის მიხედვით, რეაქციები შემდეგი ტიპისაა:

ა) ჩანაცვლება: RH+Cl 2 →RCl+HCl

ბ) შეერთება: CH 2 =CH 2 +Cl 2 →CH 2 Cl-CH 2 Cl

ბ) ელიმინაცია: CH 3 -CH 2 OH → CH 2 =CH 2 + H 2 O

დ) დაშლა: CH 4 →C+2H 2

დ) იზომერიზაცია

ე) გაცვლა

ზ) კავშირები

დაშლის რეაქციაარის პროცესი, რომლის დროსაც ერთი ნივთიერებისგან ორი ან მეტი სხვა წარმოიქმნება.

გაცვლის რეაქციაეს არის პროცესი, რომლის დროსაც რეაქციაში მყოფი ნივთიერებები ცვლის მათ შემადგენელ ნაწილებს.

ჩანაცვლების რეაქციებიხდება მარტივი და რთული ნივთიერებების მონაწილეობით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ახალი მარტივი და რთული ნივთიერებები.

Როგორც შედეგი ნაერთი რეაქციებიორი ან მეტი ნივთიერებისგან წარმოიქმნება ერთი ახალი.

სითბოს გათავისუფლების ან შთანთქმის საფუძველზე, რეაქციები შემდეგი ტიპისაა:

ა) ეგზოთერმული

ბ) ენდოთერმული

ეგზოთერმული -ეს არის რეაქციები, რომლებიც წარმოიქმნება სითბოს გათავისუფლებით.

ენდოთერმული- ეს არის რეაქციები, რომლებიც ხდება გარემოდან სითბოს შეწოვით.

შექცევადობის მიხედვით, რეაქციები შემდეგი ტიპისაა:

ა) შექცევადი

ბ) შეუქცევადია

რეაქციებს, რომლებიც მიმდინარეობს მხოლოდ ერთი მიმართულებით და მთავრდება საწყისი რეაქტორების სრული გარდაქმნით საბოლოო ნივთიერებებად, ეწოდება შეუქცევადი.

შექცევადირეაქციებს, რომლებიც ერთდროულად ხდება ორი ურთიერთსაპირისპირო მიმართულებით, ეწოდება.

რეაქტიული ნივთიერებების შემადგენელი ატომების ჟანგვის მდგომარეობის ცვლილებებიდან გამომდინარე, რეაქციები შემდეგი ტიპისაა:

ა) რედოქსი

რეაქციები, რომლებიც წარმოიქმნება ატომების ჟანგვის მდგომარეობის ცვლილებით (როდესაც ელექტრონები გადადიან ერთი ატომიდან, მოლეკულიდან ან იონიდან მეორეზე) ე.წ. რედოქსი.

2. რეაქციის მექანიზმის მიხედვით, რეაქციები იყოფა იონურ და რადიკალურად.

იონური რეაქციებიიონებს შორის ურთიერთქმედება ქიმიური ბმის ჰეტეროლიზური რღვევის შედეგად (ელექტრონების წყვილი მთლიანად მიდის ერთ-ერთ „ფრაგმენტში“).

იონური რეაქციები ორი ტიპისაა (რეაგენტის ტიპის მიხედვით):

ა) ელექტროფილური - ელექტროფილთან რეაქციის დროს.

ელექტროფილი- ჯგუფი, რომელსაც აქვს თავისუფალი ორბიტალები ან ცენტრები შემცირებული ელექტრონის სიმკვრივით ზოგიერთ ატომში (მაგალითად: H +, Cl - ან AlCl 3)

ბ) ნუკლეოფილური – ნუკლეოფილთან ურთიერთობისას

ნუკლეოფილი -უარყოფითად დამუხტული იონი ან მოლეკულა მარტოხელა ელექტრონული წყვილით (ამჟამად არ მონაწილეობს ქიმიური ბმის ფორმირებაში).

(მაგალითები: F - , Cl - , RO - , I -).

რეალური ქიმიური პროცესები იშვიათად შეიძლება აღწერილი იყოს მარტივი მექანიზმებით. ქიმიური პროცესების დეტალური გამოკვლევა მოლეკულური კინეტიკური თვალსაზრისით გვიჩვენებს, რომ მათი უმეტესობა მიმდინარეობს რადიკალური ჯაჭვის მექანიზმის გასწვრივ; ჯაჭვური რეაქციების თავისებურებაა თავისუფალი რადიკალების წარმოქმნა შუალედურ ეტაპებზე (მოლეკულების არასტაბილური ფრაგმენტები ან ატომები ხანმოკლე სიცოცხლის ხანგრძლივობით. , ყველას აქვს უფასო კომუნიკაცია.

წვის, აფეთქების, ჟანგვის, ფოტოქიმიური რეაქციების და ბიოქიმიური რეაქციების პროცესები ცოცხალ ორგანიზმებში მიმდინარეობს ჯაჭვის მექანიზმით.

ჯაჭვის სისტემას აქვს რამდენიმე ეტაპი:

1) ჯაჭვის ნუკლეაცია - ჯაჭვური რეაქციების ეტაპი, რის შედეგადაც თავისუფალი რადიკალები წარმოიქმნება ვალენტობით გაჯერებული მოლეკულებიდან.

2) ჯაჭვის გაგრძელება - წრიული ჯაჭვის ეტაპი, რომელიც მიმდინარეობს თავისუფალი საფეხურების საერთო რაოდენობის შენარჩუნებით.

3) ჯაჭვის გაწყვეტა - პროცესების ჯაჭვის ელემენტარული ეტაპი, რომელიც იწვევს თავისუფალი ობლიგაციების გაქრობას.

არსებობს განშტოებული და განშტოებული ჯაჭვური რეაქციები.

ჯაჭვის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი კონცეფციაა ჯაჭვის სიგრძე- ჯაჭვის გაგრძელების ელემენტარული ეტაპების საშუალო რაოდენობა თავისუფალი რადიკალის გამოჩენის შემდეგ მის გაქრობამდე.

მაგალითი: წყალბადის ქლორიდის სინთეზი

1) CL 2 შთანთქავს ენერგიის კვანტს და რადიკალ 2-ის გამოსახულებას: CL 2 +hv=CL * +CL *

2) აქტიური ნაწილაკი აერთიანებს m-მოლეკულას H 2 წყალბადის ქლორიდს და აქტიური ნაწილაკი H 2: CL 1 + H 2 = HCL + H *

3)CL 1 +H 2 =HCL+CL * და ა.შ.

6)H * +CL * =HCL - ღია წრე.

განშტოებული მექანიზმი:

F * +H 2 =HF+H * და ა.შ.

F * +H 2 =HF+H * და ა.შ.

წყალში უფრო რთულია - წარმოიქმნება OH*, O* რადიკალები და H* რადიკალები.

რეაქციები, რომლებიც წარმოიქმნება მაიონებელი გამოსხივების გავლენის ქვეშ: რენტგენის სხივები, კათოდური სხივები და ა.შ. რადიოქიმიური ეწოდება.

მოლეკულების რადიაციასთან ურთიერთქმედების შედეგად შეინიშნება მოლეკულების დაშლა ყველაზე რეაქტიული ნაწილაკების წარმოქმნით.

ასეთი რეაქციები ხელს უწყობს ნაწილაკების რეკომბინაციას და მათი სხვადასხვა კომბინაციით ნივთიერებების წარმოქმნას.

ამის მაგალითია ჰიდრაზინი N 2 H 4 - რაკეტის საწვავის კომპონენტი. ბოლო დროს გაკეთდა მცდელობები ამიაკისგან ჰიდრაზინის მიღებაზე γ-სხივების ზემოქმედების შედეგად:

NH 3 → NH 2 * + H*

2NH 2 *→ N 2 H 4

რადიოქიმიური რეაქციები, მაგალითად, წყლის რადიოლიზი, მნიშვნელოვანია ორგანიზმების სიცოცხლისთვის.

ლიტერატურა:

1. ახმეტოვი, ნ.ს. ზოგადი და არაორგანული ქიმია / N.S. ახმეტოვი. - მე-3 გამოცემა. – მ.: უმაღლესი სკოლა, 2000. – 743გვ.

1. კოროვინი ნ.ვ. ზოგადი ქიმია / N.V. Korovin. – მ.: უმაღლესი სკოლა, 2006. – 557გვ.
2. კუზმენკო ნ.ე. მოკლე კურსი ქიმიაში / N.E. კუზმენკო, ვ.ვ.ერემინი, ვ.ა. პოპკოვი. – მ.: უმაღლესი სკოლა, 2002. – 415გვ.
3. ზაიცევი, ო.ს. ზოგადი ქიმია. ნივთიერებების სტრუქტურა და ქიმიური რეაქციები / O.S. Zaitsev. – მ.: ქიმია, 1990 წ.
4. კარაპეტიანცი, მ.ხ. მატერიის სტრუქტურა / მ.ხ. კარაპეტიანცი, S.I. Drakin. – მ.: უმაღლესი სკოლა, 1981 წ.
5. კოტონი F. არაორგანული ქიმიის საფუძვლები / F. Cotton, J. Wilkinson. – მ.: მირი, 1981 წ.
6. უგაი, ია.ა. ზოგადი და არაორგანული ქიმია / Ya.A.Ugai. – მ.: უმაღლესი სკოლა, 1997 წ.

გაიდლაინები I კურსის სტუდენტების დამოუკიდებელი მუშაობისათვის ბიოლოგიურ და ბიოორგანულ ქიმიაში

(მოდული 1)

დამტკიცებულია

უნივერსიტეტის აკადემიური საბჭო

ხარკოვის KhNMU

რეაქციების ძირითადი ტიპები და მექანიზმები ორგანულ ქიმიაში: მეთოდი. განკარგულება. I კურსის სტუდენტებისთვის / კომპ. ა.ო. სიროვაია, ლ.გ. შაპოვალი, ვ.ნ. პეტიუნინა, ე.რ. გრაბოვეცკაია, ვ.ა. მაკაროვი, ს.ვ. ანდრეევა, ს.ა. ნაკონეჩნაია, ლ.ვ. ლუკიანოვა, რ.ო. ბაჩინსკი, ს.ნ. კოზუბი, თ.ს. ტიშაკოვა, ო.ლ. ლევაშოვა, ნ.ვ. კოპოტევა, ნ.ნ. ჩალენკო. – ხარკოვი: KhNMU, 2014. – გვ. 32.

შემდგენელი: ა.ო. სიროვაია, ლ.გ. შაპოვალი, ვ.ნ. პეტიუნინა, ე.რ. გრაბოვეცკაია, ვ.ა. მაკაროვი, ს.ვ. ანდრეევა, ლ.ვ. ლუკიანოვა, ს.ა. ნაკონეჩნაია, რ.ო. ბაჩინსკი, ს.ნ. კოზუბი, თ.ს. ტიშაკოვა, ო.ლ. ლევაშოვა, ნ.ვ. კოპოტევა, ნ.ნ. ჩალენკო

თემა I: ქიმიური რეაქციების კლასიფიკაცია.

ალკანების, ალკენების, არენების, ალკოჰოლური სასმელების, ფენოლების, ამინების, ალდეჰიდების, კეტონებისა და კარბოქსილის მჟავების რეაქტიულობა

თემის სამოტივაციო მახასიათებლები

ამ თემის შესწავლა საფუძველს წარმოადგენს ორგანიზმში მეტაბოლური პროცესის დროს მიმდინარე ზოგიერთი ბიოქიმიური რეაქციის გასაგებად (ლიპიდური პეროქსიდაცია, კრებსის ციკლში უჯერი მჟავებისგან ჰიდროქსი მჟავების წარმოქმნა და ა.შ.), ასევე. ასეთი რეაქციების მექანიზმის გაგება სამედიცინო პრეპარატებისა და ანალოგების ბუნებრივი ნაერთების სინთეზში.

სასწავლო მიზანი

შეეძლოს ორგანული ნაერთების ძირითადი კლასების ჰომოლიზურ და ჰეტეროლიზურ რეაქციებში შესვლის უნარის პროგნოზირება მათი ელექტრონული სტრუქტურისა და შემცვლელების ელექტრონული ეფექტების მიხედვით.

1. თავისუფალი რადიკალური და ელექტროფილური რეაქციები (ნახშირწყალბადების რეაქტიულობა)

სასწავლო-მიზნობრივი კითხვები

1. შეძლოს შემდეგი რეაქციების მექანიზმების აღწერა:

რადიკალური ჩანაცვლება - რ ს

ელექტროფილური კავშირი - A E

ელექტროფილური ჩანაცვლება - S E

2. ელექტროფილური ურთიერთქმედებისას ელექტროფილური ურთიერთქმედების დროს ახსნას შემცვლელების გავლენა რეაქტიულობაზე.

საბაზისო

1. ნახშირბადის ატომის სტრუქტურა. მისი ელექტრონული ორბიტალების ჰიბრიდიზაციის სახეები.

2. - და - ბმების აგებულება, სიგრძე და ენერგია.

3. ციკლოჰექსანის კონფორმაციები.

4. დაწყვილება. ღია და დახურული (არომატული) კონიუგირებული სისტემები.

5. შემცვლელების ელექტრონული ეფექტები.

6. გარდამავალი მდგომარეობა. კარბოკატიონის ელექტრონული სტრუქტურა. შუამავლები - და -კომპლექსები.

პრაქტიკული ნავისკი

1. ისწავლეთ კოვალენტური ბმის გაწყვეტის შესაძლებლობის განსაზღვრა, რეაქციის ტიპი და მექანიზმი.

2. შეძლოს ორმაგი ბმებითა და არომატული ნაერთების მქონე ნაერთების ბრომირების რეაქციების ექსპერიმენტულად შესრულება.

საკონტროლო კითხვები

1. მიეცით ეთილენის ჰიდროგენიზაციის რეაქციის მექანიზმი.

2. აღწერეთ პროპენომჟავას ჰიდრატაციის რეაქციის მექანიზმი. ახსენით მჟავა კატალიზის როლი.

3. დაწერეთ ტოლუოლის (მეთილბენზოლი) ნიტრაციის რეაქციის განტოლება. რა მექანიზმით ხდება ეს რეაქცია?

4. ახსენით ნიტრო ჯგუფის დეაქტივაციისა და ორიენტირების ეფექტი ნიტრობენზოლის მოლეკულაში ბრომირების რეაქციის მაგალითის გამოყენებით.

საგანმანათლებლო ამოცანები და მათი ამოხსნის ალგორითმები

დავალება No1. აღწერეთ იზობუტანისა და ციკლოპენტანის ბრომირების რეაქციის მექანიზმი სინათლით დასხივებისას.

ამოხსნის ალგორითმი . იზობუტანისა და ციკლოპენტანის მოლეკულები შედგება sp 3 ჰიბრიდირებული ნახშირბადის ატომებისგან. C - C ბმები მათ მოლეკულებში არის არაპოლარული, ხოლო C - H ბმები დაბალპოლარულია. ეს ობლიგაციები საკმაოდ ადვილად ექვემდებარება ჰომოლიზურ რღვევას თავისუფალი რადიკალების წარმოქმნით - ნაწილაკებს, რომლებსაც აქვთ დაუწყვილებელი ელექტრონები. ამრიგად, ამ ნივთიერებების მოლეკულებში უნდა მოხდეს რადიკალური ჩანაცვლების რეაქცია - R S რეაქცია ან ჯაჭვური რეაქცია.

ნებისმიერი R S რეაქციის ეტაპებია: დაწყება, ზრდა და ჯაჭვის შეწყვეტა.

ინიცირება არის თავისუფალი რადიკალების წარმოქმნის პროცესი მაღალ ტემპერატურაზე ან ულტრაიისფერ დასხივებაზე:

ჯაჭვის ზრდა ხდება მაღალი რეაქტიული თავისუფალი რადიკალის ურთიერთქმედების გამო  Br დაბალი პოლარობის C-H ბმით ციკლოპენტანის მოლეკულაში ახალი ციკლოპენტილის რადიკალის წარმოქმნით:

ციკლოპენტილის რადიკალი ურთიერთქმედებს ბრომის ახალ მოლეკულასთან, იწვევს მასში ბმის ჰომოლიზურ გაწყვეტას და წარმოქმნის ბრომოციკლოპენტანს და ბრომის ახალ რადიკალს:

ბრომის თავისუფალი რადიკალები თავს ესხმის ციკლოპენტანის ახალ მოლეკულას. ამრიგად, ჯაჭვის ზრდის ეტაპი ბევრჯერ მეორდება, ანუ ხდება ჯაჭვური რეაქცია. ჯაჭვის შეწყვეტა ასრულებს ჯაჭვურ რეაქციას სხვადასხვა რადიკალების კომბინაციით:

ვინაიდან ციკლოპენტანის მოლეკულაში ნახშირბადის ყველა ატომი თანაბარია, იქმნება მხოლოდ მონოციკლობრომოპენტანი.

იზობუტანში C - H ბმები არ არის ეკვივალენტური. ისინი განსხვავდებიან ჰომლიზური დისოციაციის ენერგიით და წარმოქმნილი თავისუფალი რადიკალების სტაბილურობით. ცნობილია, რომ C-H ბმის გაწყვეტის ენერგია იზრდება მესამეულიდან პირველადი ნახშირბადის ატომამდე. თავისუფალი რადიკალების სტაბილურობა მცირდება იმავე თანმიმდევრობით. სწორედ ამიტომ, იზობუტანის მოლეკულაში ბრომირების რეაქცია მიმდინარეობს რეგიოსელექტიურად - მესამეულ ნახშირბადის ატომში:

უნდა აღინიშნოს, რომ უფრო აქტიური ქლორის რადიკალისთვის რეგიოსელექტურობა სრულად არ არის დაცული. ქლორირების დროს, წყალბადის ატომები ნახშირბადის ნებისმიერ ატომში შეიძლება ექვემდებარებოდეს ჩანაცვლებას, მაგრამ შემცვლელი პროდუქტის შემცველობა მესამეულ ნახშირბადში ყველაზე დიდი იქნება.

დავალება No2. მაგალითად, ოლეინის მჟავის გამოყენებით, აღწერეთ ლიპიდური პეროქსიდაციის რეაქციის მექანიზმი, რომელიც ხდება რადიაციული ავადმყოფობის დროს უჯრედის მემბრანების დაზიანების შედეგად. რა ნივთიერებები მოქმედებს როგორც ანტიოქსიდანტები ჩვენს ორგანიზმში?

ამოხსნის ალგორითმი. რადიკალური რეაქციის მაგალითია ლიპიდური პეროქსიდაცია, რომლის დროსაც უჯერი ცხიმოვანი მჟავები, რომლებიც უჯრედის მემბრანის ნაწილია, ექვემდებარება რადიკალებს. რადიოაქტიური დასხივების დროს წყლის მოლეკულები შეიძლება დაიშალა რადიკალებად. ჰიდროქსილის რადიკალები თავს ესხმიან უჯერი მჟავის მოლეკულას მეთილენის ჯგუფში ორმაგი ბმის მიმდებარედ. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება რადიკალი, რომელიც სტაბილიზდება დაუწყვილებელი ელექტრონის  ბმების ელექტრონებთან კონიუგაციაში მონაწილეობის გამო. შემდეგ ორგანული რადიკალი ურთიერთქმედებს დირადიკალურ ჟანგბადის მოლეკულასთან და წარმოქმნის არასტაბილურ ჰიდროპეროქსიდებს, რომლებიც იშლება ალდეჰიდების წარმოქმნით, რომლებიც იჟანგება მჟავებად - რეაქციის საბოლოო პროდუქტებად. პეროქსიდის დაჟანგვის შედეგია უჯრედის მემბრანების განადგურება:

E ვიტამინის (ტოკოფეროლი) ინჰიბიტორული მოქმედება ორგანიზმში განპირობებულია უჯრედებში წარმოქმნილი თავისუფალი რადიკალების შებოჭვის უნარით:

ფენოქსიდის რადიკალში, რომელიც წარმოიქმნება, დაუწყვილებელი ელექტრონი კონიუგირებულია არომატული რგოლის -ელექტრონულ ღრუბელთან, რაც იწვევს მის შედარებით სტაბილურობას.

დავალება No3. მიეცით ეთილენ ბრომირების რეაქციის მექანიზმი.

ამოხსნის ალგორითმი. ნაერთებისთვის, რომლებიც შედგება ნახშირბადის ატომებისგან sp 2 - ან sp-ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში, ტიპიური რეაქციებია, რომლებიც წარმოიქმნება  ობლიგაციების რღვევით, ანუ დამატების რეაქციები. ეს რეაქციები შეიძლება მიმდინარეობდეს რადიკალური ან იონური მექანიზმით, რაც დამოკიდებულია რეაგენტის ბუნებაზე, გამხსნელის პოლარობაზე, ტემპერატურაზე და ა.შ. , რომლებიც ჩუქნიან თავიანთ ელექტრონებს. ელექტროფილური რეაგენტები შეიძლება იყოს კათიონები და ნაერთები, რომლებსაც აქვთ ატომები შეუვსებელი ელექტრონული გარსებით. უმარტივესი ელექტროფილური რეაგენტი არის პროტონი. ნუკლეოფილური რეაგენტები არის ანიონები, ან ნაერთები ატომებთან, რომლებსაც აქვთ გაუზიარებელი ელექტრონული წყვილი.

ალკენებისთვის - ნაერთებისთვის, რომლებსაც აქვთ sp 2 - ან sp-ჰიბრიდირებული ნახშირბადის ატომი, დამახასიათებელია ელექტროფილური დამატების რეაქციები - A E რეაქციები. პოლარულ გამხსნელებში მზის სინათლის არარსებობის შემთხვევაში, ჰალოგენაციის რეაქცია მიმდინარეობს იონური მექანიზმით კარბოკაციების წარმოქმნით:

ეთილენში π ბმის გავლენის ქვეშ ბრომის მოლეკულა პოლარიზდება და წარმოიქმნება არასტაბილური π კომპლექსი, რომელიც გადაიქცევა კარბოკატიონად. მასში ბრომი უკავშირდება ნახშირბადს π ბმით. პროცესი სრულდება ბრომის ანიონის ურთიერთქმედებით ამ კარბოკატიონთან საბოლოო რეაქციის პროდუქტის, დიბრომეთანის წარმოქმნით.

დავალება No4 . პროპენის ჰიდრატაციის რეაქციის მაგალითის გამოყენებით დაასაბუთეთ მარკოვნიკოვის წესი.

ამოხსნის ალგორითმი. ვინაიდან წყლის მოლეკულა არის ნუკლეოფილური რეაგენტი, მისი დამატება ორმაგ კავშირში კატალიზატორის გარეშე შეუძლებელია. ასეთ რეაქციებში მჟავები მოქმედებენ როგორც კატალიზატორები. კარბოკაციონების წარმოქმნა ხდება მჟავა პროტონის დამატებისას, როდესაც π ბმა იშლება:

წყლის მოლეკულა მიმაგრებულია კარბოკატიონზე, რომელიც წარმოიქმნება ჟანგბადის ატომის დაწყვილებული ელექტრონების გამო. იქმნება ოქსონიუმის სტაბილური ალკილის წარმოებული, რომელიც სტაბილიზდება პროტონის გამოთავისუფლებით. რეაქციის პროდუქტია წამ-პროპანოლი (პროპან-2-ოლი).

ჰიდრატაციის რეაქციაში, მარკოვნიკოვის წესის მიხედვით, პროტონი ემატება უფრო ჰიდროგენიზებულ ნახშირბადის ატომს, რადგან CH 3 ჯგუფის დადებითი ინდუქციური ეფექტის გამო, ელექტრონის სიმკვრივე გადადის ამ ატომზე. გარდა ამისა, პროტონის დამატების შედეგად წარმოქმნილი მესამეული კარბოკატიონი უფრო სტაბილურია, ვიდრე პირველადი (ორი ალკილის ჯგუფის გავლენა).

დავალება No5. დაასაბუთეთ ციკლოპროპანის ბრომირების დროს 1,3-დიბრომოპროპანის წარმოქმნის შესაძლებლობა.

ამოხსნის ალგორითმი. მოლეკულები, რომლებიც სამ ან ოთხწევრიანი რგოლებია (ციკლოპროპანი და ციკლობუტანი) ავლენენ უჯერი ნაერთების თვისებებს, რადგან მათი „ბანანის“ ბმების ელექტრონული მდგომარეობა წააგავს π კავშირს. ამიტომ, უჯერი ნაერთების მსგავსად, ისინი განიცდიან დამატების რეაქციებს რგოლის რღვევით:

დავალება No6. აღწერეთ წყალბადის ბრომიდის რეაქცია 1,3 ბუტადიენთან. რა არის განსაკუთრებული ამ რეაქციაში?

ამოხსნის ალგორითმი. როდესაც წყალბადის ბრომიდი რეაგირებს 1,3 ბუტადიენთან, წარმოიქმნება პროდუქტები 1,2 დამატება (1) და 1,4 დამატება (2):

პროდუქტის (2) წარმოქმნა განპირობებულია მთელი მოლეკულისთვის საერთო π-ელექტრონული ღრუბლის კონიუგირებულ სისტემაში არსებობით, რის შედეგადაც იგი შედის ელექტროფილურ დამატების რეაქციაში (A E - რეაქცია) სახით. მთელი ბლოკი:

დავალება No7. აღწერეთ ბენზოლის ბრომირების რეაქციის მექანიზმი.

ამოხსნის ალგორითმი. არომატული ნაერთებისთვის, რომლებიც შეიცავენ დახურულ კონიუგირებულ ელექტრონულ სისტემას და რომლებსაც აქვთ მნიშვნელოვანი სიძლიერე, დამახასიათებელია ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციები. გაზრდილი ელექტრონის სიმკვრივის არსებობა რგოლის ორივე მხარეს იცავს მას ნუკლეოფილური რეაგენტების შეტევისგან და, პირიქით, ხელს უწყობს კათიონებისა და სხვა ელექტროფილური რეაგენტების შეტევის შესაძლებლობას.

ბენზოლის ურთიერთქმედება ჰალოგენებთან ხდება კატალიზატორების - AlCl 3, FeCl 3 (ე.წ. Lewis მჟავების) თანდასწრებით. ისინი იწვევენ ჰალოგენის მოლეკულის პოლარიზაციას, რის შემდეგაც ის თავს ესხმის ბენზოლის რგოლის π ელექტრონებს:

π-კომპლექსი σ-კომპლექსი

თავდაპირველად წარმოიქმნება π-კომპლექსი, რომელიც ნელ-ნელა გარდაიქმნება σ-კომპლექსად, რომლის დროსაც ბრომი აყალიბებს კოვალენტურ კავშირს ნახშირბადის ერთ-ერთ ატომთან არომატული რგოლის ექვსი ელექტრონიდან ორის ხარჯზე. დარჩენილი ოთხი π ელექტრონი თანაბრად ნაწილდება ნახშირბადის რგოლის ხუთ ატომს შორის; σ-კომპლექსი ნაკლებად ხელსაყრელი სტრუქტურაა არომატის დაკარგვის გამო, რომელიც აღდგება პროტონის გამოყოფით.

არომატულ ნაერთებში ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციები ასევე მოიცავს სულფონაციას და ნიტრაციას. ნიტრატირებელი აგენტის როლს ასრულებს ნიტროილ კატიონი - NO 2+, რომელიც წარმოიქმნება კონცენტრირებული გოგირდის და აზოტის მჟავების ურთიერთქმედებით (ნიტრატორული ნარევი); და სულფონირებადი აგენტის როლი არის SO 3 H + კატიონი, ან გოგირდის ოქსიდი (IV), თუ სულფონაცია ხორციელდება ოლეუმით.

ამოხსნის ალგორითმი. ნაერთების აქტივობა SE რეაქციებში დამოკიდებულია ელექტრონის სიმკვრივეზე არომატულ ბირთვში (პირდაპირი ურთიერთობა). ამასთან დაკავშირებით, ნივთიერებების რეაქტიულობა უნდა იქნას გათვალისწინებული შემცვლელებისა და ჰეტეროატომების ელექტრონულ ეფექტებთან დაკავშირებით.

ანილინის ამინოჯგუფი ავლენს +M ეფექტს, რის შედეგადაც იზრდება ელექტრონის სიმკვრივე ბენზოლის რგოლში და მისი უმაღლესი კონცენტრაცია აღინიშნება ორთო და პარა პოზიციებზე. რეაქცია უფრო ადვილად ვითარდება.

ნიტრობენზოლის ნიტრო ჯგუფს აქვს -I და -M ეფექტები, ამიტომ ის ააქტიურებს ბენზოლის რგოლს ორთო და პარა პოზიციებში. ვინაიდან ელექტროფილის ურთიერთქმედება ხდება ელექტრონის უმაღლესი სიმკვრივის ადგილზე, ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება მეტაიზომერები. ამგვარად, ელექტრონის გამცემი შემცვლელები არიან ორთო- და პარა-ორიენტანტები (პირველი ტიპის ორიენტატორები და SE რეაქციების აქტივატორები; ელექტრონის გამომტანი შემცვლელები არიან SE რეაქციების მეტაორიენტანტები (მეორე ტიპის ორიენტანტები) დეაქტივატორები).

ხუთწევრიან ჰეტეროციკლებში (პიროლი, ფურანი, თიოფენი), რომლებიც მიეკუთვნებიან π-ჭარბ სისტემებს, S E რეაქციები უფრო ადვილად მიმდინარეობს, ვიდრე ბენზოლში; ამ შემთხვევაში, α-პოზიცია უფრო რეაქტიულია.

ჰეტეროციკლური სისტემები პირიდინის აზოტის ატომით არის π-დეფიციტური, ამიტომ მათ უფრო რთულია ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციების გავლა; ამ შემთხვევაში ელექტროფილი იკავებს β-პოზიციას აზოტის ატომთან მიმართებაში.

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

დანამატის რეაქციები

ასეთი რეაქციები დამახასიათებელია მრავალჯერადი (ორმაგი ან სამმაგი) ბმის შემცველი ორგანული ნაერთებისთვის. ამ ტიპის რეაქციები მოიცავს ალკენებსა და ალკინებში ჰალოგენების, წყალბადის ჰალოგენების და წყლის დამატების რეაქციებს.

CH3 -CH=CH2 + HCl ---- CH3 -CH(Cl)-CH3

ელიმინაციის რეაქციები

ეს არის რეაქციები, რომლებიც იწვევს მრავალი ბმის წარმოქმნას. წყალბადის ჰალოიდების და წყლის აღმოფხვრისას შეინიშნება რეაქციის გარკვეული სელექციურობა, რომელიც აღწერილია ზაიცევის წესით, რომლის მიხედვითაც წყალბადის ატომი გამოიყოფა ნახშირბადის ატომიდან, სადაც წყალბადის ატომები ნაკლებია. მაგალითი რეაქცია

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

პოლიმერიზაცია და პოლიკონდენსაცია

n(CH 2 =CHCl)  (-CH 2 -CHCl)n

რედოქსი

ჟანგვითი რეაქციებიდან ყველაზე ინტენსიური არის წვა, რეაქცია, რომელიც დამახასიათებელია ორგანული ნაერთების ყველა კლასისთვის. ამ შემთხვევაში, წვის პირობებიდან გამომდინარე, ნახშირბადი იჟანგება C (ჭვარტლში), CO ან CO 2-მდე და წყალბადი გარდაიქმნება წყალში. თუმცა, ორგანული ქიმიკოსებისთვის, ჟანგვის რეაქციები, რომლებიც წარმოიქმნება ბევრად უფრო მსუბუქ პირობებში, ვიდრე წვა, დიდი ინტერესია. გამოყენებული ჟანგვის აგენტები: Br2-ის ხსნარები წყალში ან Cl2 CCl4-ში; KMnO 4 წყალში ან განზავებულ მჟავაში; სპილენძის ოქსიდი; ახლად დალექილი ვერცხლის(I) ან სპილენძის(II) ჰიდროქსიდები.

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

ესტერიფიკაცია (და მისი საპირისპირო ჰიდროლიზის რეაქცია)

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. ორგანული რეაქციების კლასიფიკაცია მექანიზმის მიხედვით. მაგალითები.

რეაქციის მექანიზმი მოიცავს ქიმიური რეაქციების დეტალურ ეტაპობრივ აღწერას. ამასთან, დგინდება, რომელი კოვალენტური ბმები წყდება, რა თანმიმდევრობით და რა გზით. ასევე საგულდაგულოდ არის აღწერილი რეაქციის პროცესში ახალი ბმების წარმოქმნა. რეაქციის მექანიზმის განხილვისას, უპირველეს ყოვლისა, ყურადღება მიაქციეთ რეაგირების მოლეკულაში კოვალენტური ბმის გაწყვეტის მეთოდს. არსებობს ორი ასეთი გზა - ჰომოლიზური და ჰეტეროლიზური.

რადიკალური რეაქციებიმიმდინარეობს კოვალენტური ბმის ჰომლიზური (რადიკალური) გაწყვეტით:

არაპოლარული ან დაბალპოლარული კოვალენტური ბმები (C–C, N–N, C–H) განიცდიან რადიკალურ რღვევას მაღალ ტემპერატურაზე ან სინათლის გავლენის ქვეშ. CH 3 რადიკალში ნახშირბადს აქვს 7 გარე ელექტრონი (CH 4-ში სტაბილური ოქტეტის გარსის ნაცვლად). რადიკალები არასტაბილურია; ისინი მიდრეკილნი არიან დაიჭირონ დაკარგული ელექტრონი (წყვილამდე ან ოქტეტამდე). სტაბილური პროდუქტების ფორმირების ერთ-ერთი გზაა დიმერიზაცია (ორი რადიკალის კომბინაცია):

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,

N + N N : ნ.

რადიკალური რეაქციები - ეს არის, მაგალითად, ალკანების ქლორირების, ბრომირების და ნიტრაციის რეაქციები:

იონური რეაქციები წარმოიქმნება ჰეტეროლიზური ბმის დაშლით. ამ შემთხვევაში, ხანმოკლე ორგანული იონები - კარბოკაციონები და კარბანიონები - ნახშირბადის ატომზე მუხტით შუალედურად წარმოიქმნება. იონურ რეაქციებში შემაკავშირებელი ელექტრონული წყვილი არ არის გამოყოფილი, მაგრამ მთლიანად გადადის ერთ-ერთ ატომში და აქცევს მას ანიონად:

ძლიერ პოლარული (H–O, C–O) და ადვილად პოლარიზებადი (C–Br, C–I) ბმები მიდრეკილია ჰეტეროლიზური გახლეჩისკენ.

გამოარჩევენ ნუკლეოფილური რეაქციები (ნუკლეოფილი– ვეძებთ ბირთვს, ადგილს ელექტრონების ნაკლებობით) და ელექტროფილური რეაქციები (ელექტროფილი– ვეძებთ ელექტრონებს). განცხადება, რომ კონკრეტული რეაქცია არის ნუკლეოფილური ან ელექტროფილური, ყოველთვის ეხება რეაგენტს. Რეაგენტი– რეაქციაში მონაწილე ნივთიერება უფრო მარტივი სტრუქტურით. სუბსტრატი– საწყისი ნივთიერება უფრო რთული სტრუქტურით. გამავალი ჯგუფიარის შესაცვლელი იონი, რომელიც მიბმულია ნახშირბადთან. რეაქციის პროდუქტი– ახალი ნახშირბადის შემცველი ნივთიერება (ჩაწერილია რეაქციის განტოლების მარჯვენა მხარეს).

TO ნუკლეოფილური რეაგენტები(ნუკლეოფილები) მოიცავს უარყოფითად დამუხტულ იონებს, ნაერთებს ელექტრონების მარტოხელა წყვილით, ნაერთებს ორმაგი ნახშირბად-ნახშირბადის ბმებით. TO ელექტროფილური რეაგენტები(ელექტროფილები) მოიცავს დადებითად დამუხტულ იონებს, ნაერთებს შეუვსებელი ელექტრონული გარსებით (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), ნაერთებს კარბონილის ჯგუფებთან, ჰალოგენებთან. ელექტროფილები არის ნებისმიერი ატომი, მოლეკულა ან იონი, რომელსაც შეუძლია დაამატოს წყვილი ელექტრონები ახალი ბმის ფორმირების პროცესში. იონური რეაქციების მამოძრავებელი ძალა არის საპირისპიროდ დამუხტული იონების ან სხვადასხვა მოლეკულის ფრაგმენტების ურთიერთქმედება ნაწილობრივი მუხტით (+ და –).

რეაქციების კლასიფიკაცია საწყისი და საბოლოო ნივთიერებების რაოდენობის მიხედვით: 1. დამატება 2. ელიმინაცია (ელიმინაცია) 3. ჩანაცვლება

რეაქციების კლასიფიკაცია ბმის გაწყვეტის მექანიზმის მიხედვით: 1. ჰომოლიზური (რადიკალური) რადიკალები 2. ჰეტეროლიზური (იონური) იონები.

რეაქციის მექანიზმი მექანიზმი არის ქიმიური რეაქციის დეტალური აღწერა ეტაპობრივად, შუალედური პროდუქტებისა და ნაწილაკების მითითებით. რეაქციის სქემა: რეაქციის მექანიზმი:

რეაქციების კლასიფიკაცია რეაგენტების ტიპის მიხედვით 1. რადიკალი რადიკალი არის ქიმიურად აქტიური ნაწილაკი დაუწყვილებელი ელექტრონით. 2. ელექტროფილური ელექტროფილი არის ელექტრონის დეფიციტი ნაწილაკი ან მოლეკულა ელექტრონის დეფიციტის ატომით. 3. ნუკლეოფილური ნუკლეოფილი არის ანიონი ან ნეიტრალური მოლეკულა, რომელსაც აქვს ატომი მარტოხელა ელექტრონული წყვილით.

ქიმიური ბმების სახეები ორგანულ ნივთიერებებში ბმის ძირითადი ტიპია კოვალენტური (ნაკლებად გავრცელებული იონური) სიგმა ბმა (σ-): Pi ბმა (-)

ალკანები - ალიფატური (ცხიმოვანი) ნახშირწყალბადები "ალიფატოსი" - ზეთი, ცხიმი (ბერძნ.). Cn. H 2 n+2 გაჯერებული ნახშირწყალბადები

ჰომოლოგიური სერია: CH 4 - მეთანი C 2 H 6 - ეთანი C 3 H 8 - პროპან C 4 H 10 - ბუტანი C 5 H 12 - პენტანი და ა.შ. C 6 H 14 - ჰექსანი C 7 H 16 - ჰეპტანი C 8 H 18 - ოქტანი C 9 H 20 - ნონანი C 10 H 22 - დეკანი და C 390 H 782 - არაკონტრატრიტანი (1985)

მეთანის მოლეკულის ატომურ-ორბიტალური მოდელი მეთანის მოლეკულაში ნახშირბადის ატომს აღარ აქვს S- და P-ორბიტალები! მისი 4 ჰიბრიდული SP 3 ორბიტალი, თანაბარი ენერგიით და ფორმით, ქმნის 4 ბმას წყალბადის ატომის S ორბიტალებთან. H H 4 ბმები

ნიტრაციული რეაქცია კონოვალოვი დიმიტრი პეტროვიჩი (1856 -1928) 1880 წ. პირველი წარმატებული მცდელობა "ქიმიური მკვდრების" გაცოცხლების, რომლებიც ითვლებოდა ალკანებად. მე ვიპოვე ალკანების ნიტრაციის პირობები. ბრინჯი. წყარო: http://images. Yandex. ru.

ქიმიური თვისებები I. რეაქციები C-H ბმების რღვევასთან (ჩანაცვლების რეაქციები): 1. ჰალოგენაცია 2. ნიტრაცია 3. სულფოქლორირება II. რეაქციები C-C ბმების გაწყვეტით: 1. წვა 2. გაბზარვა 3. იზომერიზაცია

როგორ მოვძებნოთ ქიმიკოსი? თუ გინდა ქიმიკოსის პოვნა, ჰკითხე, რა არის ჩრჩილი და არაიონიზირებული. ხოლო თუ ბეწვიან ცხოველებზე და შრომის ორგანიზებაზე დაიწყებს საუბარს, მშვიდად წადით. სამეცნიერო ფანტასტიკის მწერალი, მეცნიერების პოპულარიზატორი ისააკ ასიმოვი (1920–1992) ნახ. წყარო: http://images. Yandex. ru.

1. ჰალოგენაციის რეაქცია ქლორირება: RH + Cl 2 hv RCl + HCl ბრომირება: RH + Br 2 hv RBr + HBr მაგალითად, მეთანის ქლორირება: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

თავისუფალი რადიკალების მექანიზმის ეტაპები რეაქციის სქემა: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl რეაქციის მექანიზმი: I. ჯაჭვის დაწყება - თავისუფალი რადიკალების წარმოქმნის ეტაპი. Cl Cl 2 Cl რადიკალი არის აქტიური ნაწილაკი, რეაქციის ინიციატორი. – – სცენა მოითხოვს ენერგიას გათბობის ან განათების სახით. შემდგომი ეტაპები შეიძლება ჩატარდეს სიბნელეში, გათბობის გარეშე.

თავისუფალი რადიკალების მექანიზმის ეტაპები II. ჯაჭვის ზრდა მთავარი ეტაპია. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl სტადია შეიძლება მოიცავდეს რამდენიმე ქვესტადიას, რომელთაგან თითოეულში წარმოიქმნება ახალი რადიკალი, მაგრამ არა H!!! II ეტაპზე, მთავარ ეტაპზე, მთავარი პროდუქტი აუცილებლად ყალიბდება!

თავისუფალი რადიკალების მექანიზმის ეტაპები III. ჯაჭვის შეწყვეტა - რადიკალების რეკომბინაცია. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 ნებისმიერი ორი რადიკალი გაერთიანებულია.

ჩანაცვლების სელექციურობა სელექციურობა – სელექციურობა. რეგიოსელექტურობა არის სელექციურობა რეაქციების გარკვეულ არეალში. მაგალითად, ჰალოგენაციის სელექციურობა: 45% 3% დასკვნა? 55% 97%

ჰალოგენაციის სელექციურობა დამოკიდებულია შემდეგ ფაქტორებზე: რეაქციის პირობები. დაბალ ტემპერატურაზე ის უფრო შერჩევითია. ჰალოგენის ბუნება. რაც უფრო აქტიურია ჰალოგენი, მით ნაკლებია შერჩევითი რეაქცია. F 2 რეაგირებს ძალიან ენერგიულად, C-C ობლიგაციების განადგურებით. I 2 არ რეაგირებს ალკანებთან ამ პირობებში. ალკანური სტრუქტურა.

ალკანის სტრუქტურის გავლენა ჩანაცვლების სელექციურობაზე. თუ ნახშირბადის ატომები ალკანში არათანაბარია, მაშინ თითოეული მათგანის ჩანაცვლება ხდება განსხვავებული სიჩქარით. ნათესავი ჩანაცვლების რეაქციის სიჩქარე პირველადი. H ატომი მეორადი ატომი H ტერტ. H ატომის ქლორირება 1 3, 9 5, 1 ბრომირება 1 82 1600 დასკვნა?

მესამეული წყალბადის ატომის ამოღებას ნაკლები ენერგია სჭირდება, ვიდრე მეორადი და პირველადი! ალკანის ფორმულა ჰომოლიზის შედეგი ED, k. J / მოლი 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

რეაქციების მიმართულება ნებისმიერი რეაქცია უპირატესად მიმდინარეობს უფრო სტაბილური შუალედური ნაწილაკების წარმოქმნის მიმართულებით!

რადიკალურ რეაქციებში შუალედური ნაწილაკი თავისუფალი რადიკალია. ყველაზე სტაბილური რადიკალი ყველაზე მარტივად ყალიბდება! რადიკალების სტაბილურობის სერია: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 ალკილის ჯგუფები აჩვენებენ ელექტრონ-დონორის ეფექტს, რის გამოც ისინი ასტაბილურებენ რადიკალს

სულფოქლორირების რეაქცია რეაქციის სქემა: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl რეაქციის მექანიზმი: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl და ა.შ. 3. 2 Cl Cl 2 და ა.შ.

დ.პ.კონოვალოვის რეაქცია.ნიტრაცია კონოვალოვის მიხედვით ხორციელდება განზავებული აზოტმჟავას მოქმედებით 140o ტემპერატურაზე. გ.რეაქციის სქემა: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O

კონოვალოვის რეაქციის მექანიზმი 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 და ა.შ. 3 .ღია წრე.

ალკენები არის უჯერი ნახშირწყალბადები ერთი C=C ​​ბმით, Cn. H 2 n С=С – ალკენების ფუნქციური ჯგუფი

ალკენების ქიმიური თვისებები ზოგადი მახასიათებლები ალკენები ნაერთების რეაქტიული კლასია. ისინი შედიან უამრავ რეაქციაში, რომელთა უმეტესობა გამოწვეულია ნაკლებად ძლიერი პი ბმის რღვევით. E C-C (σ-) ~ 350 კჯ/მოლი E C=C (-) ~ 260 კჯ/მოლი

დამახასიათებელი რეაქციები დანამატი რეაქციის ყველაზე დამახასიათებელი ტიპია. ორმაგი ბმა არის ელექტრონის დონორი, ამიტომ ის მიდრეკილია დაამატოთ: E - ელექტროფილები, კატიონები ან რადიკალები.

ელექტროფილური დამატების რეაქციების მაგალითები 1. ჰალოგენების დამატება - ყველა ჰალოგენი არ ემატება, მაგრამ მხოლოდ ქლორი და ბრომი! - ნეიტრალური ჰალოგენის მოლეკულის პოლარიზაცია შეიძლება მოხდეს პოლარული გამხსნელის ან ალკენის ორმაგი ბმის მოქმედებით. წითელ-ყავისფერი ბრომის ხსნარი ხდება უფერო

ელექტროფილური დანამატი რეაქციები მიმდინარეობს ოთახის ტემპერატურაზე და არ საჭიროებს განათებას. მექანიზმი იონურია. რეაქციის სქემა: XY = Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O

სიგმა კომპლექსი არის კარბოკატიონი - ნახშირბადის ატომზე დადებითი მუხტის მქონე ნაწილაკი. თუ სხვა ანიონები იმყოფება რეაქციის გარემოში, მათ ასევე შეუძლიათ მიმაგრება კარბოკატიონთან.

მაგალითად, წყალში გახსნილი ბრომის დამატება. ეს თვისებრივი რეაქცია ორმაგ C=C კავშირზე მიმდინარეობს ბრომის ხსნარის გაუფერულებით და ორი პროდუქტის წარმოქმნით:

დამატება არასიმეტრიულ ალკენებში დამატების რეგიოშერჩევითობა! მარკოვნიკოვის წესი (1869): მჟავები და წყალი ემატება არასიმეტრიულ ალკენებს ისე, რომ წყალბადი ემატება უფრო ჰიდროგენიზებულ ნახშირბადის ატომს.

მარკოვნიკოვი ვლადიმერ ვასილიევიჩი (1837 - 1904) ყაზანის უნივერსიტეტის კურსდამთავრებული. 1869 წლიდან - ქიმიის განყოფილების პროფესორი. სამეცნიერო სკოლის დამფუძნებელი. ბრინჯი. წყარო: http://images. Yandex. ru.

მარკოვნიკოვის წესის ახსნა რეაქცია მიმდინარეობს ყველაზე სტაბილური შუალედური ნაწილაკის - კარბოკატიონის წარმოქმნით. პირველადი მეორადი, უფრო სტაბილური

კარბოკაციონების სტაბილურობის სერია: მესამეული მეორადი პირველადი მეთილის მარკოვნიკოვის წესი თანამედროვე ფორმულირებაში: პროტონის დამატება ალკენში ხდება უფრო სტაბილური კარბოკაციონის წარმოქმნით.

ანტი-მარკოვნიკოვის დამატება CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br ფორმალურად, რეაქცია ეწინააღმდეგება მარკოვნიკოვის წესს. CF 3 – ელექტრონის ამომყვანი შემცვლელი სხვა ელექტრონის ამომყვანი აგენტები: NO 2, SO 3 H, COOH, ჰალოგენები და ა.შ.

ანტი-მარკოვნიკოვის დანამატი უფრო სტაბილური არასტაბილური CF 3 - ელექტრონის მიმღები, ახდენს კარბოკატიონის დესტაბილიზაციას, რეაქცია მხოლოდ ფორმალურად ეწინააღმდეგება მარკოვნიკოვის წესს. ფაქტობრივად, ის ემორჩილება მას, ვინაიდან გადის უფრო სტაბილურ კარბოკატიონში.

ხარაშის პეროქსიდის ეფექტი X CH 3 -CH=CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR თავისუფალი რადიკალების მექანიზმი: 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 უფრო სტაბილური რადიკალი CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br და ა.შ. .

ელექტროფილური დანამატი 3. ჰიდრატაცია - წყლის დამატება - რეაქცია ხდება მჟავა კატალიზატორების, ყველაზე ხშირად გოგირდმჟავას არსებობისას. - რეაქცია ემორჩილება მარკოვნიკოვის წესს. ალკოჰოლის მიღების იაფი გზა

გამოცდის დროს აკადემიკოსი ივან ალექსეევიჩ კაბალუკოვი სთხოვს სტუდენტს, უთხრას, როგორ წარმოიქმნება წყალბადი ლაბორატორიაში. "ვერცხლისწყლისგან," პასუხობს ის. "როგორ გულისხმობთ "ვერცხლისწყლისგან დამზადებული"? ! ისინი ჩვეულებრივ ამბობენ "თუთიისგან დამზადებული", მაგრამ ვერცხლისწყლისგან დამზადებული რაღაც ორიგინალურია. დაწერეთ რეაქცია." მოსწავლე წერს: Hg = H + g და ამბობს: „მერკური თბება; ის იშლება H და g-ად. H არის წყალბადი, ის მსუბუქია და ამიტომ მიფრინავს, მაგრამ g არის გრავიტაციის აჩქარება, მძიმე, რჩება. ”ასეთი პასუხისთვის თქვენ უნდა მიეცით A”, - ამბობს კაბალუკოვი. - ჩანაწერების წიგნი ავიღოთ. ჯერ "ხუთსაც" გავათბებ. "სამი" მიფრინავს, მაგრამ "ორი" რჩება."

ორი ქიმიკოსი ლაბორატორიაში: - ვასია, ჩაავლე ხელი ამ ჭიქაში. - ჩავაგდე. -რამეს გრძნობ? - არა. - ასე რომ, სხვა ჭიქაში არის გოგირდის მჟავა.

არომატული ნახშირწყალბადები არომატული – სურნელოვანი? ? არომატული ნაერთები არის ბენზოლი და ნივთიერებები, რომლებიც მას ქიმიური ქცევით ჰგავს!

ბევრი ჩანაცვლებითი რეაქცია ხსნის გზას სხვადასხვა ნაერთების წარმოებისთვის, რომლებსაც აქვთ ეკონომიკური გამოყენება. ელექტროფილური და ნუკლეოფილური ჩანაცვლება უზარმაზარ როლს თამაშობს ქიმიურ მეცნიერებაში და მრეწველობაში. ორგანულ სინთეზში ამ პროცესებს აქვთ მთელი რიგი მახასიათებლები, რომლებსაც ყურადღება უნდა მიექცეს.

ქიმიური ფენომენების მრავალფეროვნება. ჩანაცვლების რეაქციები

ნივთიერებების ტრანსფორმაციასთან დაკავშირებული ქიმიური ცვლილებები გამოირჩევა მთელი რიგი მახასიათებლებით. საბოლოო შედეგები და თერმული ეფექტი შეიძლება განსხვავდებოდეს; ზოგიერთი პროცესი სრულდება, ზოგიერთში ხდება ნივთიერებების ცვლილება, რომელსაც ხშირად თან ახლავს ჟანგვის ხარისხის მატება ან შემცირება. ქიმიური ფენომენების საბოლოო შედეგის მიხედვით კლასიფიცირებისას ყურადღება ეთმობა ხარისხობრივ და რაოდენობრივ განსხვავებას რეაგენტებსა და პროდუქტებს შორის. ამ მახასიათებლების საფუძველზე შეიძლება განვასხვავოთ ქიმიური გარდაქმნების 7 ტიპი, მათ შორის ჩანაცვლება, რომელიც მიჰყვება სქემას: A-B + C A-C + B. ქიმიური ფენომენების მთელი კლასის გამარტივებული აღნიშვნა იძლევა აზრს, რომ საწყის ნივთიერებებს შორის არის ეგრეთ წოდებული „შეტევა“ ნაწილაკი, რომელიც ცვლის ატომს, იონს ან ფუნქციურ ჯგუფს რეაგენტში. ჩანაცვლების რეაქცია დამახასიათებელია შეზღუდვისა და

ჩანაცვლების რეაქციები შეიძლება მოხდეს ორმაგი გაცვლის სახით: A-B + C-E A-C + B-E. ერთ-ერთი ქვესახეობაა, მაგალითად, სპილენძის გადაადგილება რკინით სპილენძის სულფატის ხსნარიდან: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. "შეტევის" ნაწილაკი შეიძლება იყოს ატომები, იონები ან ფუნქციური ჯგუფები

ჰომოლიზური ჩანაცვლება (რადიკალური, SR)

კოვალენტური ბმების გაწყვეტის რადიკალური მექანიზმით, სხვადასხვა ელემენტებისთვის საერთო ელექტრონული წყვილი პროპორციულად ნაწილდება მოლეკულის „ფრაგმენტებს“ შორის. იქმნება თავისუფალი რადიკალები. ეს არის არასტაბილური ნაწილაკები, რომელთა სტაბილიზაცია ხდება შემდგომი გარდაქმნების შედეგად. მაგალითად, მეთანისგან ეთანის წარმოებისას ჩნდება თავისუფალი რადიკალები, რომლებიც მონაწილეობენ ჩანაცვლების რეაქციაში: CH 4 CH 3. + .N; CH 3. + .CH 3 → C2H5; N. + .N → N2. ჰომოლიზური ბმის გაწყვეტა ზემოაღნიშნული ჩანაცვლების მექანიზმის მიხედვით ჯაჭვური ხასიათისაა. მეთანში H ატომები შეიძლება თანმიმდევრულად შეიცვალოს ქლორით. ბრომთან რეაქცია ანალოგიურად ხდება, მაგრამ იოდს არ შეუძლია უშუალოდ შეცვალოს წყალბადი ალკანებში; ფტორი მათთან ძალიან ენერგიულად რეაგირებს.

ჰეტეროლიზური ბმის გაწყვეტის მეთოდი

ჩანაცვლებითი რეაქციების იონური მექანიზმით, ელექტრონები არათანაბრად ნაწილდება ახლად წარმოქმნილ ნაწილაკებს შორის. ელექტრონების შემაკავშირებელი წყვილი მთლიანად მიდის ერთ-ერთ "ფრაგმენტთან", ყველაზე ხშირად ბმის პარტნიორთან, რომლისკენაც გადავიდა უარყოფითი სიმკვრივე პოლარულ მოლეკულაში. ჩანაცვლების რეაქციები მოიცავს მეთილის სპირტის CH 3 OH წარმოქმნას. ბრომომეთანში CH3Br მოლეკულის რღვევა ჰეტეროლიზურია, დამუხტული ნაწილაკები კი სტაბილურია. მეთილი იძენს დადებით მუხტს, ბრომი კი უარყოფით მუხტს: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; CH 3 + + OH - → CH 3 OH; Na + + Br - ↔ NaBr.

ელექტროფილები და ნუკლეოფილები

ნაწილაკებს, რომლებსაც აკლიათ ელექტრონები და შეუძლიათ მათი მიღება, ეწოდება "ელექტროფილები". მათ შორისაა ნახშირბადის ატომები, რომლებიც დაკავშირებულია ჰალოგენებთან ჰალოალკანებში. ნუკლეოფილებს აქვთ გაზრდილი ელექტრონის სიმკვრივე; ისინი "აძლევენ" წყვილ ელექტრონებს კოვალენტური ბმის შექმნისას. ჩანაცვლებითი რეაქციების დროს ნეგატიური მუხტით მდიდარ ნუკლეოფილებს ესხმიან ელექტროფილები, რომლებსაც შიმშილი აქვთ ელექტროფილები. ეს ფენომენი ასოცირდება ატომის ან სხვა ნაწილაკების მოძრაობასთან – წასული ჯგუფის. ჩანაცვლების რეაქციის კიდევ ერთი ტიპია ელექტროფილის შეტევა ნუკლეოფილის მიერ. ზოგჯერ რთულია ორი პროცესის გარჩევა და ჩანაცვლების მიკუთვნება ამა თუ იმ ტიპისთვის, რადგან ძნელია ზუსტად მიუთითო რომელი მოლეკულაა სუბსტრატი და რომელია რეაგენტი. როგორც წესი, ასეთ შემთხვევებში გათვალისწინებულია შემდეგი ფაქტორები:

• წასული ჯგუფის ბუნება;
• ნუკლეოფილური რეაქტიულობა;
• გამხსნელის ბუნება;
• ალკილის ნაწილის სტრუქტურა.

ნუკლეოფილური ჩანაცვლება (SN)

ორგანულ მოლეკულაში ურთიერთქმედების პროცესის დროს, პოლარიზაციის ზრდა შეინიშნება. განტოლებებში ნაწილობრივი დადებითი ან უარყოფითი მუხტი მითითებულია ბერძნული ანბანის ასოებით. ბონდის პოლარიზაცია შესაძლებელს ხდის ვიმსჯელოთ მისი რღვევის ბუნებაზე და მოლეკულის „ფრაგმენტების“ შემდგომ ქცევაზე. მაგალითად, იოდომეთანში ნახშირბადის ატომს აქვს ნაწილობრივი დადებითი მუხტი და წარმოადგენს ელექტროფილურ ცენტრს. ის იზიდავს წყლის დიპოლის იმ ნაწილს, სადაც განთავსებულია ჟანგბადი, რომელსაც აქვს ელექტრონების ჭარბი რაოდენობა. როდესაც ელექტროფილი ურთიერთქმედებს ნუკლეოფილურ რეაგენტთან, წარმოიქმნება მეთანოლი: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. ნუკლეოფილური ჩანაცვლების რეაქციები მიმდინარეობს უარყოფითად დამუხტული იონის ან მოლეკულის მონაწილეობით თავისუფალი ელექტრონული წყვილით, რომელიც არ მონაწილეობს ქიმიურ ბმაში. იოდომეთანის აქტიური მონაწილეობა SN 2 რეაქციებში აიხსნება მისი ღიაობით ნუკლეოფილური შეტევისადმი და იოდის მობილურობით.

ელექტროფილური ჩანაცვლება (SE)

ორგანული მოლეკულა შეიძლება შეიცავდეს ნუკლეოფილურ ცენტრს, რომელიც ხასიათდება ელექტრონის სიმკვრივის გადაჭარბებით. ის რეაგირებს ელექტროფილურ რეაგენტთან, რომელსაც აკლია უარყოფითი მუხტები. ასეთ ნაწილაკებს მიეკუთვნება ატომები თავისუფალი ორბიტალებით და მოლეკულები ელექტრონის დაბალი სიმკვრივის უბნებით. B ნახშირბადი, რომელსაც აქვს „-“ მუხტი, ურთიერთქმედებს წყლის დიპოლის დადებით ნაწილთან - წყალბადთან: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. ამ ელექტროფილური ჩანაცვლების რეაქციის პროდუქტია მეთანი. ჰეტეროლიზურ რეაქციებში ორგანული მოლეკულების საპირისპიროდ დამუხტული ცენტრები ურთიერთქმედებენ, რაც მათ არაორგანული ნივთიერებების ქიმიაში იონების მსგავსს ხდის. მხედველობიდან არ უნდა გამოგვრჩეს, რომ ორგანული ნაერთების ტრანსფორმაციას იშვიათად ახლავს ნამდვილი კათიონებისა და ანიონების წარმოქმნა.

მონომოლეკულური და ბიმოლეკულური რეაქციები

ნუკლეოფილური ჩანაცვლება მონომოლეკულურია (SN1). ეს მექანიზმი გამოიყენება ორგანული სინთეზის მნიშვნელოვანი პროდუქტის - მესამეული ბუტილ ქლორიდის ჰიდროლიზებისთვის. პირველი ეტაპი ნელია, ის დაკავშირებულია თანდათანობით დისოციაციასთან კარბონიუმის კატიონად და ქლორიდის ანიონად. მეორე ეტაპი უფრო სწრაფად მიმდინარეობს, ხდება ნახშირბადის იონის რეაქცია წყალთან. ალკანში ჰალოგენის ჩანაცვლება ჰიდროქსი ჯგუფით და პირველადი სპირტის მიღება: (CH 3) 3 C—Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C—OH + H + . პირველადი და მეორადი ალკილის ჰალოიდების ერთსაფეხურიანი ჰიდროლიზი ხასიათდება ნახშირბად-ჰალოგენური ბმის ერთდროული განადგურებით და C-OH წყვილის წარმოქმნით. ეს არის ნუკლეოფილური ბიმოლეკულური ჩანაცვლების მექანიზმი (SN2).

ჰეტეროლიზური ჩანაცვლების მექანიზმი

ჩანაცვლების მექანიზმი დაკავშირებულია ელექტრონების გადაცემასთან და შუალედური კომპლექსების შექმნასთან. რაც უფრო სწრაფად ხდება რეაქცია, მით უფრო ადვილია მისი დამახასიათებელი შუალედური პროდუქტები. ხშირად პროცესი ერთდროულად რამდენიმე მიმართულებით მიდის. უპირატესობა ჩვეულებრივ მიდის გზაზე, რომელიც იყენებს ნაწილაკებს, რომლებიც საჭიროებენ ყველაზე ნაკლებ ენერგიას მათი ფორმირებისთვის. მაგალითად, ორმაგი ბმის არსებობა ზრდის ალილის კათიონის CH2=CH—CH 2 + გაჩენის ალბათობას CH 3 + იონთან შედარებით. მიზეზი მდგომარეობს მრავალჯერადი ბმის ელექტრონის სიმკვრივეში, რაც გავლენას ახდენს მოლეკულაში გაფანტული დადებითი მუხტის დელოკალიზაციაზე.

ბენზოლის შემცვლელი რეაქციები

ჯგუფი, რომელსაც ახასიათებს ელექტროფილური ჩანაცვლება, არის არენები. ბენზოლის რგოლი არის მოსახერხებელი სამიზნე ელექტროფილური შეტევისთვის. პროცესი იწყება ბმის პოლარიზებით მეორე რეაგენტში, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ელექტროფილი ბენზოლის რგოლის ელექტრონის ღრუბელთან. შედეგად, ჩნდება გარდამავალი კომპლექსი. ელექტროფილურ ნაწილაკსა და ნახშირბადის ერთ-ერთ ატომს შორის ჯერ არ არის სრული კავშირი; ის იზიდავს "არომატიული ექვსი" ელექტრონის მთელი უარყოფითი მუხტით. პროცესის მესამე საფეხურზე ელექტროფილი და რგოლის ერთი ნახშირბადის ატომი დაკავშირებულია ელექტრონების საერთო წყვილით (კოვალენტური ბმა). მაგრამ ამ შემთხვევაში განადგურებულია "არომატული ექვსი", რაც არახელსაყრელია სტაბილური, სტაბილური ენერგეტიკული მდგომარეობის მიღწევის თვალსაზრისით. შეინიშნება ფენომენი, რომელსაც შეიძლება ეწოდოს "პროტონის გამოდევნა". H+ აღმოფხვრილია და აღდგება არენებისთვის დამახასიათებელი სტაბილური საკომუნიკაციო სისტემა. ქვეპროდუქტი შეიცავს წყალბადის კათიონს ბენზოლის რგოლიდან და ანიონს მეორე რეაგენტიდან.

შემცვლელი რეაქციების მაგალითები ორგანული ქიმიიდან

ალკანებს განსაკუთრებით ახასიათებს ჩანაცვლების რეაქცია. ელექტროფილური და ნუკლეოფილური გარდაქმნების მაგალითები შეიძლება მოვიყვანოთ ციკლოალკანებსა და არენებზე. მსგავსი რეაქციები ორგანული ნივთიერებების მოლეკულებში ხდება ნორმალურ პირობებში, მაგრამ უფრო ხშირად გაცხელებისას და კატალიზატორების თანდასწრებით. გავრცელებული და კარგად შესწავლილი პროცესები მოიცავს ელექტროფილურ ჩანაცვლებას არომატულ რგოლში. ამ ტიპის ყველაზე მნიშვნელოვანი რეაქციები:

1. ბენზოლის ნიტრაცია H 2 SO 4 თანდასწრებით მიმდინარეობს სქემის მიხედვით: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
2. ბენზოლის კატალიზური ჰალოგენაცია, კერძოდ ქლორირება, განტოლების მიხედვით: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
3. არომატული პროცესი მიმდინარეობს გოგირდის მჟავით „ამომწვარი“, წარმოიქმნება ბენზოლის სულფონის მჟავები.
4. ალკილაცია არის წყალბადის ატომის ჩანაცვლება ბენზოლის რგოლიდან ალკილით.
5. აცილაცია - კეტონების წარმოქმნა.
6. ფორმილაცია არის წყალბადის ჩანაცვლება CHO ჯგუფით და ალდეჰიდების წარმოქმნა.

ჩანაცვლების რეაქციები მოიცავს ალკანებსა და ციკლოალკანებში რეაქციებს, რომლებშიც ჰალოგენები თავს ესხმიან ხელმისაწვდომ C-H კავშირს. წარმოებულების წარმოქმნა შეიძლება მოიცავდეს წყალბადის ერთი, ორი ან ყველა ატომის ჩანაცვლებას გაჯერებულ ნახშირწყალბადებში და ციკლოპარაფინებში. ბევრი ჰალოალკანი მცირე მოლეკულური მასით გამოიყენება სხვადასხვა კლასს მიეკუთვნება უფრო რთული ნივთიერებების წარმოებაში. ჩანაცვლებითი რეაქციების მექანიზმების შესწავლაში მიღწეულმა პროგრესმა ძლიერი ბიძგი მისცა ალკანებზე, ციკლოპარაფინებზე, არენებზე და ჰალოგენურ ნახშირწყალბადებზე დაფუძნებული სინთეზების განვითარებას.