Реакцияның иондық механизмі. Органикалық химиядағы химиялық реакциялардың түрлері – Knowledge Hypermarket

Бейорганикалық және органикалық химиядағы химиялық реакциялардың түрлері.

1. Химиялық реакция деп бір заттан басқа заттардың түзілуін айтады. Процестің сипатына қарай химиялық реакциялардың түрлері бөлінеді.

1) Соңғы нәтижеге сәйкес

2) Жылудың бөлінуіне немесе сіңірілуіне негізделген

3) Реакцияның қайтымдылығына негізделген

4) Әрекеттесуші заттарды құрайтын атомдардың тотығу дәрежесінің өзгеруіне негізделген

Соңғы нәтижеге сәйкес реакциялар келесі түрлерге бөлінеді:

A) Ауыстыру: RH+Cl 2 →RCl+HCl

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

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

D) Ыдырау: CH 4 →C+2H 2

D) Изомерлену

E) Айырбастау

G) Қосылымдар

Ыдырау реакциясыбір заттан екі немесе одан да көп басқа заттар түзілетін процесс.

Алмасу реакциясыреакцияға түсетін заттардың құрамдас бөліктерімен алмасу процесі болып табылады.

Орынбасу реакцияларыжай және күрделі заттардың қатысуымен пайда болады, нәтижесінде жаңа қарапайым және күрделі заттар түзіледі.

Нәтижесінде қосылыс реакцияларыекі немесе одан да көп заттардан бір жаңасы түзіледі.

Жылудың бөлінуіне немесе жұтылуына байланысты реакциялар келесі түрлерге бөлінеді:

A) Экзотермиялық

B) Эндотермиялық

Экзотермиялық –Бұл жылу бөлінуімен жүретін реакциялар.

Эндотермиялық- Бұл қоршаған ортадан жылуды сіңірумен болатын реакциялар.

Қайтымдылығына қарай реакциялар келесі түрлерге бөлінеді:

A) Қайтымды

B) Қайтымсыз

Тек бір бағытта жүретін және бастапқы әрекеттесуші заттардың соңғы заттарға толық айналуымен аяқталатын реакциялар деп аталады. қайтымсыз.

ҚайтымдыБір мезгілде екі өзара қарама-қарсы бағытта жүретін реакциялар деп аталады.

Әрекеттесуші заттарды құрайтын атомдардың тотығу дәрежесінің өзгеруіне байланысты реакциялар келесі түрлерге бөлінеді:

A) Тотығу-тотықсыздану

Атомдардың тотығу дәрежесінің өзгеруімен (электрондар бір атомнан, молекуладан немесе ионнан екінші атомға ауысатын) жүретін реакциялар деп аталады. тотығу-тотықсыздану.

2. Реакция механизмі бойынша реакциялар иондық және радикалды болып бөлінеді.

Иондық реакциялар– химиялық байланыстың гетеролитикалық үзілуі нәтижесінде иондар арасындағы өзара әрекеттесу (электрон жұбы толығымен «фрагменттердің» біріне өтеді).

Иондық реакциялар екі түрге бөлінеді (реагент түріне байланысты):

А) электрофильді – электрофилмен реакция кезінде.

Электрофильді– бос орбитальдары немесе кейбір атомдардағы электронды тығыздығы төмендеген орталықтары бар топ (мысалы: H +, Cl - немесе AlCl 3)

B) Нуклеофильді – нуклеофильмен әрекеттесу кезінде

Нуклеофиль-теріс зарядталған ион немесе жалғыз электрон жұбы бар молекула (қазіргі уақытта химиялық байланыстың түзілуіне қатыспайды).

(Мысалдар: F - , Cl - , RO - , I -).

Нағыз химиялық процестерді қарапайым механизмдермен сипаттауға сирек болады. Химиялық процестерді молекулярлық-кинетикалық тұрғыдан егжей-тегжейлі зерттеу олардың көпшілігі радикалды тізбекті механизм бойынша жүретінін көрсетеді; тізбекті реакциялардың ерекшелігі аралық сатыларда бос радикалдардың түзілуі болып табылады (молекулалардың немесе атомдардың өмір сүру ұзақтығы қысқа фрагменттердің тұрақсыз бөліктері). , барлығында тегін байланыс бар.

Тірі ағзалардағы жану, жарылыс, тотығу, фотохимиялық реакциялар, биохимиялық реакциялар тізбекті механизм арқылы жүреді.

Тізбекті жүйелер бірнеше кезеңнен тұрады:

1) тізбекті нуклеация – тізбекті реакциялар кезеңі, нәтижесінде валентті қаныққан молекулалардан бос радикалдар пайда болады.

2) тізбектің жалғасы – бос сатылардың жалпы санын сақтай отырып, жалғасатын тізбек тізбегінің сатысы.

3) тізбектің үзілуі – бос байланыстардың жойылуына әкелетін процестер тізбегінің элементарлы кезеңі.

Тармақталған және тармақталмаған тізбекті реакциялар болады.

Тізбектің ең маңызды ұғымдарының бірі болып табылады тізбек ұзындығы- бос радикал пайда болғаннан кейін ол жойылғанға дейін тізбектің жалғасуының элементарлы сатыларының орташа саны.

Мысалы: хлорсутек синтезі

1) CL 2 энергия квантын жұтады және радикал 2 бейнесі: CL 2 +hv=CL * +CL *

2) белсенді бөлшек m-молекуласымен Н 2 қосылып хлорсутек пен белсенді бөлшек Н 2 түзеді: CL 1 + H 2 = HCL + H *

3)CL 1 +H 2 =HCL+CL * т.б.

6)H * +CL * =HCL – ашық тізбек.

Тармақталған механизм:

F * +H 2 =HF+H * т.б.

F * +H 2 =HF+H * т.б.

Суда ол күрделірек – OH*, O* радикалдары және Н* радикалдары түзіледі.

Иондаушы сәулелердің әсерінен болатын реакциялар: рентген сәулелері, катодтық сәулелер және т.б. радиохимиялық деп аталады.

Молекулалардың сәулеленумен әрекеттесуі нәтижесінде молекулалардың ыдырауы ең реактивті бөлшектердің пайда болуымен байқалады.

Мұндай реакциялар бөлшектердің рекомбинациясына және олардың әртүрлі комбинациялары бар заттардың түзілуіне ықпал етеді.

Мысал ретінде гидразин N 2 H 4 – зымыран отынының құрамдас бөлігі болып табылады. Соңғы уақытта γ-сәулелерінің әсерінен аммиактан гидразин алу әрекеттері жасалды:

NH 3 → NH 2 * + H*

2NH 2 *→ N 2 H 4

Радиохимиялық реакциялар, мысалы, судың радиолизі организмдердің тіршілігі үшін маңызды.

Әдебиет:

1. Ахметов, Н.С. Жалпы және бейорганикалық химия / Н.С.Ахметов. – 3-ші басылым. – М.: Жоғары мектеп, 2000. – 743 б.

1. Коровин Н.В. Жалпы химия / Н.В.Коровин. – М.: Жоғары мектеп, 2006. – 557 б.
2. Кузьменко Н.Е. Химиядан қысқаша курс / Н.Е. Кузьменко, В.В.Еремин, В.А. Попков. – М.: Жоғары мектеп, 2002. – 415 б.
3. Зайцев, О.С. Жалпы химия. Заттардың құрылымы және химиялық реакциялар / О.С.Зайцев. – М.: Химия, 1990 ж.
4. Карапетянц, М.Х. Заттың құрылымы / М.Х. Карапетянц, С.И.Дракин. – М.: Жоғары мектеп, 1981 ж.
5. Мақта Ф. Бейорганикалық химия негіздері / Ф.Коттон, Дж.Уилкинсон. – М.: Мир, 1981 ж.
6. Угай, Я.А. Жалпы және бейорганикалық химия / Я.А.Угай. – М.: Жоғары мектеп, 1997 ж.

Биологиялық және биоорганикалық химиядан 1 курс студенттерінің өзіндік жұмысына әдістемелік нұсқаулар

(модуль 1)

Бекітілген

Университеттің Ғылыми кеңесі

Харьков ХНМУ

Органикалық химиядағы реакциялардың негізгі түрлері мен механизмдері: Әдіс. Жарлық. 1 курс студенттеріне арналған / құраст. А.О. Сыровая, Л.Г. Шаповал, В.Н. Петюнина, Е.Р. Грабовецкая, В.А. Макаров, С.В. Андреева, С.А. Наконечная, Л.В. Лукьянова, Р.О. Бачинский, С.Н. Козуб, Т.С. Тишакова, О.Л. Левашова, Н.В. Копотева, Н.Н. Чаленко. – Харьков: ХНМУ, 2014. – 32 б.

Құрастырушы: А.О. Сыровая, Л.Г. Шаповал, В.Н. Петюнина, Е.Р. Грабовецкая, В.А. Макаров, С.В. Андреева, Л.В. Лукьянова, С.А. Наконечная, Р.О. Бачинский, С.Н. Козуб, Т.С. Тишакова, О.Л. Левашова, Н.В. Копотева, Н.Н. Чаленко

Тақырып I: Химиялық реакциялардың классификациясы.

АЛКАНДАРДЫҢ, АЛКЕНДЕРДІҢ, АРЕНДЕРДІҢ, СПИРТТЕРДІҢ, ФЕНОЛДЕРДІҢ, АМИНДЕРДІҢ, АЛЬДЕГИДТЕРДІҢ, КЕТОНДЕРДІҢ ЖӘНЕ КӨМІРБЕК ҚЫШҚЫЛДАРЫНЫҢ РЕАКТИВТІЛІГІ

Тақырыптың мотивациялық сипаттамасы

Бұл тақырыпты зерттеу организмдегі зат алмасу процесі кезінде жүретін кейбір биохимиялық реакцияларды (липидтердің асқын тотығуы, Кребс цикліндегі қанықпағандардан гидроксиқышқылдардың түзілуі және т.б.) түсінуге негіз болады. медициналық препараттар мен аналогтар табиғи қосылыстардың синтезіндегі мұндай реакциялардың механизмін түсіну.

Оқу мақсаты

Органикалық қосылыстардың негізгі кластарының электрондық құрылымына және орынбасарлардың электрондық әсерлеріне қарай гомолитикалық және гетеролитикалық реакцияларға түсу қабілетін болжай білу.

1. ЕРКІН РАДИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОФИЛДІК РЕАКЦИЯЛАР (КӨМІРСУТЕКТЕРДІҢ РЕАКТИВНІЛІГІ)

Тәрбиелік-мақсатты сұрақтар

1. Төмендегі реакциялардың механизмдерін сипаттай білу:

Радикалды алмастыру - R S

Электрофильді байланыс - A E

Электрофильді алмастыру - S E

2. Электрондық әсерлер негізінде электрофильді әрекеттесу кезінде орынбасарлардың реактивтілікке әсерін түсіндіре білу.

Базалық

1. Көміртек атомының құрылысы. Оның электрондық орбитальдарының гибридтену түрлері.

2. - және - байланыстың құрылымы, ұзындығы және энергиясы.

3. Циклогексанның конформациясы.

4. Жұптастыру. Ашық және жабық (ароматты) конъюгацияланған жүйелер.

5. Орынбасарлардың электрондық әсерлері.

6. Өтпелі күй. Карбокатионның электрондық құрылымы. Делдалдар - және -кешендері.

Практикалық Navски

1. Коваленттік байланыстың үзілу мүмкіндігін, реакцияның түрі мен механизмін анықтауға үйрету.

2. Қос байланысы бар қосылыстардың және ароматты қосылыстардың бромдау реакцияларын тәжірибе жүзінде жүргізе білу.

Бақылау сұрақтары

1. Этиленді гидрлеу реакциясының механизмін көрсетіңіз.

2. Пропен қышқылының гидратация реакциясының механизмін сипаттаңыз. Қышқылдық катализдің рөлін түсіндіріңіз.

3. Толуолдың (метилбензол) нитрлену реакциясының теңдеуін жазыңыз. Бұл реакция қандай механизммен жүреді?

4. Нитробензол молекуласындағы нитротоптың деактивациялау және бағдарлау әсерін бромдау реакциясының мысалы арқылы түсіндіріңіз.

Оқу тапсырмалары және оларды шешу алгоритмдері

№1 тапсырма. Жарықпен сәулелендіру кезінде изобутан мен циклопентанның бромдану реакциясының механизмін сипаттаңыз.

Шешу алгоритмі . Изобутан және циклопентан молекулалары sp 3 гибридтелген көміртек атомдарынан тұрады. Олардың молекулаларындағы С - С байланыстары полюссіз, ал С - Н байланыстары төмен полюсті. Бұл байланыстар еркін радикалдардың – жұпталмаған электрондары бар бөлшектердің түзілуімен гомолитикалық ыдырауға оңай ұшырайды. Осылайша, бұл заттардың молекулаларында радикалды алмастыру реакциясы болуы керек - R S реакциясы немесе тізбекті реакция.

Кез келген R S реакциясының кезеңдері: бастау, өсу және тізбектің аяқталуы.

Инициация – жоғары температурада немесе ультракүлгін сәулеленуде бос радикалдардың түзілу процесі:

Тізбектің өсуі жоғары реактивті бос радикалдың әрекеттесуіне байланысты болады  Жаңа циклопентил радикалының түзілуімен циклопентан молекуласындағы төмен полярлы С - Н байланысымен Br:

Циклопентил радикалы жаңа бром молекуласымен әрекеттесіп, ондағы байланыстың гомолитикалық ыдырауын тудырады және бромоциклопентан мен жаңа бром радикалын түзеді:

Бромның бос радикалы циклопентанның жаңа молекуласына әсер етеді. Осылайша, тізбектің өсу кезеңі бірнеше рет қайталанады, яғни тізбекті реакция пайда болады. Тізбекті тоқтату әртүрлі радикалдарды біріктіру арқылы тізбекті реакцияны аяқтайды:

Циклопентан молекуласындағы барлық көміртек атомдары тең болғандықтан, тек моноциклобромопентан түзіледі.

Изобутанда C - H байланыстары эквивалентті емес. Олар гомолитикалық диссоциациялану энергиясымен және түзілген бос радикалдардың тұрақтылығымен ерекшеленеді. С-Н байланысының үзілу энергиясы үшіншіліктен біріншілік көміртек атомына дейін өсетіні белгілі. Бос радикалдардың тұрақтылығы бірдей ретпен төмендейді. Сондықтан изобутан молекуласында бромдау реакциясы региоселективті түрде жүреді – үшінші көміртегі атомында:

Неғұрлым белсенді хлор радикалы үшін региоселективтілік толық байқалмайтынын атап өткен жөн. Хлорлау кезінде кез келген көміртегі атомдарындағы сутегі атомдары алмастыруға ұшырауы мүмкін, бірақ үшінші реттік көміртегідегі алмастыру өнімінің мөлшері ең көп болады.

№2 тапсырма. Мысал ретінде олеин қышқылын қолданып, жасуша мембраналарының зақымдануы нәтижесінде сәуле ауруы кезінде пайда болатын липидтердің асқын тотығу реакциясының механизмін сипаттаңыз. Қандай заттар біздің ағзамызда антиоксидант ретінде әрекет етеді?

Шешу алгоритмі. Радикалды реакцияның мысалы ретінде жасуша мембраналарының құрамына кіретін қанықпаған май қышқылдары радикалдардың әсеріне ұшырайтын липидтердің асқын тотығуын келтіруге болады. Радиоактивті сәулелену кезінде су молекулалары радикалдарға ыдырауы мүмкін. Гидроксильді радикалдар қос байланысқа жақын орналасқан метилен тобында қанықпаған қышқыл молекуласына әсер етеді. Бұл жағдайда жұпталмаған электронның  байланыс электрондарымен конъюгацияға қатысуы есебінен тұрақтанатын радикал түзіледі. Одан әрі органикалық радикал дирадикал оттегі молекуласымен әрекеттесіп, тұрақсыз гидропероксидтер түзеді, олар ыдырайтын альдегидтер түзеді, олар қышқылдарға – реакцияның соңғы өнімдері тотығады. Пероксид тотығуының салдары жасушалық мембраналардың бұзылуы болып табылады:

Е витаминінің (токоферол) ағзаға ингибиторлық әсері оның жасушаларда түзілетін бос радикалдарды байланыстыру қабілетіне байланысты:

Түзілген феноксид радикалында жұпталмаған электрон ароматты сақинаның -электронды бұлтымен конъюгацияланады, бұл оның салыстырмалы тұрақтылығына әкеледі.

№3 тапсырма. Этиленді бромдау реакциясының механизмін көрсетіңіз.

Шешу алгоритмі. sp 2 - немесе sp-гибридтену күйіндегі көміртек атомдарынан тұратын қосылыстар үшін типтік реакциялар  байланыстарының үзілуімен жүретін реакциялар, яғни қосылу реакциялары болып табылады. Бұл реакциялар реагенттің табиғатына, еріткіштің полярлығына, температураға және т.б. байланысты радикалды немесе иондық механизммен жүруі мүмкін. Иондық реакциялар электронға жақындығы бар электрофильді реагенттердің немесе нуклеофильді реагенттердің әсерінен жүреді. , олар өздерінің электрондарын береді. Электрофильді реагенттер атомдары толтырылмаған электрон қабаттары бар катиондар мен қосылыстар болуы мүмкін. Ең қарапайым электрофильді реагент - протон. Нуклеофильді реагенттер - бұл аниондар немесе атомдары бөлінбеген электрон жұптары бар қосылыстар.

Алкендер үшін - sp 2 - немесе sp-гибридтелген көміртек атомы бар қосылыстар, электрофильді қосылу реакциялары - A E реакциялары тән. Полярлы еріткіштерде күн сәулесі болмаған кезде галогендеу реакциясы карбокатиондардың түзілуімен иондық механизм бойынша жүреді:

Этилендегі π байланысының әсерінен бром молекуласы поляризацияланып, тұрақсыз π комплекс түзеді, ол карбокатионға айналады. Онда бром көміртекпен π байланысы арқылы байланысады. Процесс бром анионының осы карбокациямен әрекеттесуімен аяқталып, соңғы реакция өнімі диброметан түзіледі.

№4 тапсырма . Пропеннің гидратация реакциясының мысалын қолдана отырып, Марковников ережесін негіздеңіз.

Шешу алгоритмі. Су молекуласы нуклеофильді реагент болғандықтан, оның қос байланысқа катализаторсыз қосылуы мүмкін емес. Мұндай реакцияларда қышқылдар катализатор қызметін атқарады. Карбокатиондардың түзілуі π байланысы үзілген кезде қышқыл протонды қосқанда жүреді:

Оттегі атомының жұп электрондары есебінен түзілетін карбокатионға су молекуласы қосылады. Оксонияның тұрақты алкил туындысы түзіледі, ол протонның бөлінуімен тұрақтанады. Реакция өнімі сек-пропанол (пропан-2-ол).

Гидратация реакциясында протон Марковников ережесі бойынша көбірек гидрленген көміртегі атомына қосылады, өйткені CH 3 тобының оң индуктивті әсерінен электрон тығыздығы осы атомға ауысады. Сонымен қатар, протонның қосылуы нәтижесінде түзілетін үшінші карбокатион біріншілікке қарағанда тұрақты (екі алкил тобының әсері).

№5 тапсырма. Циклопропанды бромдау кезінде 1,3-дибромопропанның түзілу мүмкіндігін негіздеңіз.

Шешу алгоритмі. Үш немесе төрт мүшелі сақиналардан тұратын молекулалар (циклопропан және циклобутан) қанықпаған қосылыстардың қасиеттерін көрсетеді, өйткені олардың «банан» байланыстарының электрондық күйі π байланысына ұқсайды. Сондықтан қанықпаған қосылыстар сияқты олар сақинаның жарылуымен қосылу реакцияларына түседі:

№6 тапсырма. Бромсутектің 1,3 бутадиенмен әрекеттесуін сипаттаңыз. Бұл реакцияның ерекшелігі неде?

Шешу алгоритмі. Бромсутек 1,3 бутадиенмен әрекеттескенде 1,2 қосу (1) және 1,4 қосу (2) өнімдері түзіледі:

Өнімнің (2) түзілуі конъюгацияланған жүйеде бүкіл молекулаға ортақ π-электрондық бұлттың болуына байланысты, нәтижесінде ол электрофильді қосылу реакциясына (А Е - реакция) түседі. Бүкіл блок:

№7 тапсырма. Бензолдың бромдау реакциясының механизмін сипаттаңыз.

Шешу алгоритмі. Құрамында тұйық конъюгацияланған электрондық жүйесі бар және сондықтан айтарлықтай беріктігі бар ароматты қосылыстар үшін электрофильді орын басу реакциялары тән. Сақинаның екі жағындағы электрон тығыздығының жоғарылауы оны нуклеофильді реагенттердің шабуылынан қорғайды және керісінше катиондар мен басқа электрофильді реагенттермен шабуыл жасау мүмкіндігін жеңілдетеді.

Бензолдың галогендермен әрекеттесуі катализаторлардың – AlCl 3, FeCl 3 (Льюис қышқылдары деп аталатын) қатысуымен жүреді. Олар галоген молекуласының поляризациясын тудырады, содан кейін ол бензол сақинасының π электрондарына шабуыл жасайды:

π-комплекс σ-комплекс

Бастапқыда π-комплекс түзіледі, ол баяу σ-комплекске айналады, онда бром ароматты сақинаның алты электронының екеуінің есебінен көміртегі атомдарының бірімен ковалентті байланыс түзеді. Қалған төрт π электрон көміртек сақинасының бес атомы арасында біркелкі бөлінген; σ-комплекс протонның бөлінуімен қалпына келетін хош иістіліктің жоғалуына байланысты онша қолайлы емес құрылым.

Ароматты қосылыстардағы электрофильді орынбасу реакцияларына сульфондау және нитрлеу де жатады. Нитрлеуші ​​агент рөлін концентрлі күкірт және азот қышқылдарының (нитрлеуші ​​қоспа) әрекеттесуі нәтижесінде түзілетін нитроил катионы – NO 2+ атқарады; ал сульфондауыштың рөлі SO 3 H + катионы немесе күкірт оксиді (IV), егер сульфондау олеуммен жүргізілсе.

Шешу алгоритмі. SE реакцияларындағы қосылыстардың белсенділігі ароматты ядродағы электрон тығыздығына байланысты (тікелей қатынас). Осыған байланысты заттардың реактивтілігін орынбасарлар мен гетероатомдардың электрондық әсерлеріне байланысты қарастыру керек.

Анилиндегі амин тобы +M эффектісін көрсетеді, соның нәтижесінде бензол сақинасындағы электрон тығыздығы артады және оның ең жоғары концентрациясы орто және пара позицияларында байқалады. Реакция оңайырақ жүреді.

Нитробензолдағы нитротоптың -I және -M әсерлері бар, сондықтан ол орто және пара позицияларында бензол сақинасын сөндіреді. Электрофилдің өзара әрекеттесуі электрон тығыздығы ең жоғары жерде болатындықтан, бұл жағдайда метаизомерлер түзіледі. Осылайша, электрондарды беретін орынбасарлар орто- және пара-ориентанттар (бірінші текті ориентанттар және SE реакцияларының активаторлары; электрондарды алып кететін орынбасарлар - SE реакцияларының мета-бағдарлары (екінші текті ориентанттар) деактиваторлары).

π-артық жүйелерге жататын бес мүшелі гетероциклдерде (пиррол, фуран, тиофен) бензолға қарағанда S E реакциялары жеңіл жүреді; бұл жағдайда α-позициясы белсендірек болады.

Пиридиндік азот атомы бар гетероциклді жүйелер π- тапшы, сондықтан олардың электрофильді орын басу реакцияларына түсуі қиынырақ; бұл жағдайда электрофил азот атомына қатысты β-орынды алады.

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

Қосылу реакциялары

Мұндай реакциялар құрамында көп (қос немесе үш) байланысы бар органикалық қосылыстарға тән. Бұл түрдегі реакцияларға алкендер мен алкиндерге галогендер, галогенсутек және су қосу реакциялары жатады.

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

Элиминация реакциялары

Бұл көптеген байланыстардың пайда болуына әкелетін реакциялар. Галогенсутектерді және суды жою кезінде Зайцев ережесімен сипатталған реакцияның белгілі бір селективтілігі байқалады, оған сәйкес сутегі атомдары азырақ көміртегі атомынан сутегі атомы жойылады. Мысал реакция

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

Полимерлену және поликонденсация

n(CH 2 =CHCl)  (-CH 2 -CHCl)n

Тотығу-тотықсыздану

Тотығу реакцияларының ең қарқындысы жану болып табылады, бұл органикалық қосылыстардың барлық кластарына тән реакция. Бұл жағдайда жану жағдайына байланысты көміртегі С (күйе), СО немесе СО 2 тотығады, ал сутегі суға айналады. Дегенмен, органикалық химиктер үшін жануға қарағанда әлдеқайда жұмсақ жағдайларда жүргізілетін тотығу реакциялары үлкен қызығушылық тудырады. Қолданылатын тотықтырғыштар: Br2 судағы немесе CCl 4-тегі Cl2 ерітінділері; KMnO 4 суда немесе сұйылтылған қышқылда; мыс оксиді; жаңадан тұндырылған күміс (I) немесе мыс (II) гидроксидтері.

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

Эстерификация (және оның кері гидролиз реакциясы)

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

Цикложүктеу

Y Р Y-Р

‖ + ‖ → ǀ ǀ

R Y R-Y

‖ + →

11. Органикалық реакциялардың механизмі бойынша жіктелуі. Мысалдар.

Реакция механизмі химиялық реакциялардың егжей-тегжейлі қадамдық сипаттамасын қамтиды. Сонымен бірге қандай коваленттік байланыстардың қандай ретпен және қандай жолмен үзілетіні белгіленеді. Реакция процесінде жаңа байланыстардың пайда болуы да мұқият сипатталған. Реакция механизмін қарастырғанда ең алдымен әрекеттесуші молекуладағы коваленттік байланыстың үзілу әдісіне назар аударыңыз. Мұндай екі жол бар - гомолитикалық және гетеролитикалық.

Радикалды реакцияларковаленттік байланыстың гомолитикалық (радикал) ыдырауы арқылы жүреді:

Полярлы емес немесе төмен полярлы коваленттік байланыстар (С–С, N–N, С–Н) жоғары температурада немесе жарық әсерінен радикалды ыдырауға ұшырайды. CH 3 радикалындағы көміртегінің 7 сыртқы электроны бар (CH 4-тегі тұрақты октеттік қабаттың орнына). Радикалдар тұрақсыз; олар жетіспейтін электронды ұстауға бейім (жұпқа дейін немесе октетке дейін). Тұрақты өнімдерді қалыптастыру әдістерінің бірі - димеризация (екі радикалдың қосындысы):

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,

N + N N : Н.

Радикалды реакциялар бұл, мысалы, алкандарды хлорлау, бромдау және нитрлеу реакциялары:

Иондық реакциялар гетеролитикалық байланыстың үзілуімен жүреді. Бұл жағдайда көміртегі атомында заряды бар қысқа мерзімді органикалық иондар – карбокатиондар мен карбаниондар түзіледі. Иондық реакцияларда байланыстырушы электрон жұбы ажырамайды, бірақ толығымен атомдардың біріне өтіп, оны анионға айналдырады:

Күшті полярлы (H–O, C–O) және оңай поляризацияланатын (C–Br, C–I) байланыстар гетеролитикалық ыдырауға бейім.

Айыру нуклеофильдік реакциялар (нуклеофиль– ядроны іздеу, электрондары жетіспейтін жер) және электрофильдік реакциялар (электрофил– электрондарды іздеу). Белгілі бір реакцияның нуклеофильді немесе электрофильді екендігі туралы мәлімдеме әрқашан реагентке қатысты. Реагент– қарапайым құрылымды реакцияға қатысатын зат. Субстрат– құрылымы күрделірек бастапқы зат. Шығатын топкөміртекпен байланысқан ауыстырылатын ион. Реакция өнімі– құрамында көміртегі бар жаңа зат (реакция теңдеуінің оң жағында жазылған).

TO нуклеофильді реагенттер(нуклеофильдер) теріс зарядты иондар, жалғыз жұп электрондары бар қосылыстар, қос көміртек-көміртек байланыстары бар қосылыстар жатады. TO электрофильді реагенттер(электрофильдерге) оң зарядталған иондар, толтырылмаған электрондық қабаттары бар қосылыстар (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), карбонил топтары бар қосылыстар, галогендер жатады. Электрофильдер - жаңа байланыс түзу процесінде электрон жұбын қосуға қабілетті кез келген атом, молекула немесе ион. Иондық реакциялардың қозғаушы күші қарама-қарсы зарядталған иондардың немесе жартылай зарядты (+ және –) әртүрлі молекулалардың фрагменттерінің әрекеттесуі болып табылады.

Реакциялардың жіктелуі Бастапқы және соңғы заттардың санына қарай: 1. Қосу 2. Элиминация (жою) 3. Орынбасу

Реакциялардың жіктелуі Байланыстың үзілу механизмі бойынша: 1. Гомолитикалық (радикал) радикалдар 2. Гетеролитикалық (иондық) иондар

Реакция механизмі Механизм – аралық өнімдер мен бөлшектерді көрсететін химиялық реакцияның кезеңдері бойынша толық сипаттамасы. Реакция схемасы: Реакция механизмі:

Реагенттер типі бойынша реакциялардың жіктелуі 1. Радикал Радикал – жұпталмаған электроны бар химиялық белсенді бөлшек. 2. Электрофильді Электрофиль – электрон жетіспейтін бөлшек немесе атомы электрон тапшы молекула. 3. Нуклеофильді нуклеофил – жалғыз электрон жұбы бар атомы бар анион немесе бейтарап молекула.

Органикалық заттардағы химиялық байланыстың түрлері Байланыстың негізгі түрі ковалентті (аз таралған иондық) Сигма байланысы (σ-): Pi байланысы (-)

АЛКАНДАР – алифаттық (майлы) көмірсутектер “Алифатос” – май, май (грек.). Cn. H 2 n+2 Қаныққан көмірсутектер

Гомологиялық қатар: CH 4 - метан C 2 H 6 - этан C 3 H 8 - пропан C 4 H 10 - бутан C 5 H 12 - пентан, т.б. C 6 H 14 - гексан C 7 H 16 - гептан C 8 H 18 - октан C 9 H 20 - nonan C 10 H 22 - декан және C 390 H 782 - контратриктан емес (1985 ж.)

Метан молекуласының атомдық-орбитальдық моделі Метан молекуласында көміртек атомында енді S- және P-орбитальдары болмайды! Оның энергиясы мен пішіні бойынша бірдей 4 гибридті SP 3 орбитальдары сутегі атомының S орбитальдарымен 4 байланыс түзеді. H H 4 байланыстары

Нитрлеу реакциясы Коновалов Дмитрий Петрович (1856 -1928) 1880 ж. Алкандар деп саналатын «химиялық өлілерді» тірілтудің алғашқы сәтті әрекеті. Алкандардың нитрленуінің шарттарын таптым. Күріш. Дереккөз: http: //суреттер. Яндекс. ru.

Химиялық қасиеттері I. С-Н байланыстарының үзілуімен жүретін реакциялар (алмасу реакциялары): 1. галогендеу 2. нитрлеу 3. сульфохлорлау II. С-С байланыстарының үзілуімен жүретін реакциялар: 1. жану 2. крекинг 3. изомерлену

Химикті қалай табуға болады? Егер сіз химикті тапқыңыз келсе, көбелектің және иондалмағанның не екенін сұраңыз. Ал терісі бағалы аңдар мен еңбекті ұйымдастыру туралы айта бастаса, жайбарақат кетіңіз. Ғылыми фантаст жазушы, ғылымды танымал етуші Исаак Азимов (1920–1992) сур. Дереккөз: http: //суреттер. Яндекс. ru.

1. Галогендеу реакциясы Хлорлау: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Бромдау: RH + Br 2 hv RBr + HBr Мысалы, метанды хлорлау: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

Бос радикалдар механизмінің кезеңдері Реакция схемасы: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Реакция механизмі: I. Тізбек инициациясы – бос радикалдардың генерациялау кезеңі. Cl Cl 2 Cl Радикал - белсенді бөлшек, реакцияның бастамашысы. – – Сахна жылыту немесе жарықтандыру түріндегі энергияны қажет етеді. Кейінгі кезеңдер жылытусыз, қараңғы жерде өтуі мүмкін.

Бос радикал механизмінің кезеңдері II. Тізбектің өсуі - негізгі кезең. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Кезең бірнеше қосалқы сатыларды қамтуы мүмкін, олардың әрқайсысында жаңа радикал түзіледі, бірақ Н емес!!! II кезеңде негізгі кезең, негізгі өнім міндетті түрде қалыптасады!

Бос радикал механизмінің кезеңдері III. Тізбектің аяқталуы – радикалдардың рекомбинациясы. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Кез келген екі радикал біріктіріледі.

Ауыстырудың таңдаулылығы Селективтілігі – селективтілігі. Региоселективтілік – реакциялардың белгілі бір аймағындағы селективтілік. Мысалы, галогендеу селективтілігі: 45% 3% Қорытынды? 55% 97%

Галогендеудің селективтілігі келесі факторларға байланысты: Реакция жағдайлары. Төмен температурада ол селективті болады. Галогеннің табиғаты. Галоген неғұрлым белсенді болса, соғұрлым селективті реакция аз болады. F 2 өте қарқынды әрекеттеседі, С-С байланыстары бұзылады. I 2 бұл шарттарда алкандармен әрекеттеспейді. Алкандық құрылым.

Алкандар құрылымының алмастыру селективтілігіне әсері. Егер алкандағы көміртек атомдары тең емес болса, онда олардың әрқайсысының орнын басуы әртүрлі жылдамдықпен жүреді. Туыстық орын басу реакциясының жылдамдығы Біріншілік. Н атомы Екіншілік атом H Терт. Н атомды хлорлау 1 3, 9 5, 1 бромдау 1 82 1600 Қорытынды?

Үшіншілік сутегі атомын жою үшін екіншілік және біріншілік атомды жоюға қарағанда аз энергия қажет! Алкан формуласы Гомолиз нәтижесі ED, кДж/моль 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

Реакциялардың бағыты Кез келген реакция негізінен тұрақтырақ аралық бөлшек түзілу бағытында жүреді!

Радикалды реакциялардағы аралық бөлшек бос радикал болып табылады. Ең тұрақты радикал ең оңай түзіледі! Радикалдардың тұрақтылық қатары: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Алкил топтары электронды донорлық әсер көрсетеді, соның арқасында олар радикалды тұрақтандырады.

Сульфохлорлау реакциясы Реакция схемасы: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Реакция механизмі: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl, т.б. т.б. 3. 2 Cl Cl 2 т.б.

Коновалов реакциясы Д.П. Коновалов бойынша нитрлеу 140o температурада сұйылтылған азот қышқылының әрекеті арқылы жүзеге асады. C. Реакция схемасы: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O

Коновалов реакциясының механизмі 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, т.б. 3 .Ашық тізбек.

Алкендер - бір C=C байланысы бар қанықпаған көмірсутектер, Cn. H 2 n С=С – алкендердің функционалдық тобы

Алкендердің химиялық қасиеттері Жалпы сипаттамасы Алкендер – қосылыстардың реакциялық класы. Олар көптеген реакцияларға ұшырайды, олардың көпшілігі әлсіз pi байланысын бұзу арқылы жүреді. E C-C (σ-) ~ 350 КДж/моль E C=C (-) ~ 260 КДж/моль

Типтік реакциялар Қосылу реакцияның ең тән түрі. Қос байланыс электронды донор болып табылады, сондықтан ол қосуға бейім: E - электрофилдер, катиондар немесе радикалдар

Электрофильді қосу реакцияларының мысалдары 1. Галогендердің қосылуы – Барлық галогендер қосылмайды, тек хлор мен бром қосылады! – Бейтарап галоген молекуласының поляризациясы полярлы еріткіштің әсерінен немесе алкеннің қос байланысының әсерінен болуы мүмкін. Қызыл-қоңыр бром ерітіндісі түссіз болады

Электрофильді қосу Реакциялар бөлме температурасында жүреді және жарықтандыруды қажет етпейді. Механизм иондық. Реакция схемасы: XY = Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O

Сигма кешені – карбокатион – көміртегі атомында оң зарядты бөлшек. Реакциялық ортада басқа аниондар болса, олар да карбокацияға қосыла алады.

Мысалы, суда еріген бром қосу. Бұл қос С=С байланысына сапалық реакция бром ерітіндісінің түссізденуімен және екі өнімнің түзілуімен жүреді:

Симметриялы емес алкендерге қосу Қосудың региоселективтігі! Марковников ережесі (1869): қышқылдар мен су симметриялы емес алкендерге сутегі көбірек гидрленген көміртек атомына қосылатындай етіп қосылады.

Марковников Владимир Васильевич (1837 - 1904) Қазан университетінің түлегі. 1869 жылдан - химия кафедрасының профессоры. Ғылыми мектептің негізін салушы. Күріш. Дереккөз: http: //суреттер. Яндекс. ru.

Марковников ережесін түсіндіру Реакция ең тұрақты аралық бөлшек – карбокатионның түзілуі арқылы жүреді. бастапқы орта, тұрақтырақ

Карбокатиондардың тұрақтылық қатары: үшіншілік екіншілік біріншілік метил Марковниковтің қазіргі тұжырымдағы ережесі: алкенге протонның қосылуы тұрақтырақ карбокатионның түзілуімен жүреді.

Марковниковқа қарсы қосу CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Формальды түрде реакция Марковников ережесіне қайшы келеді. CF 3 – электрон тартып алатын орынбасушы Басқа электрондарды тартып алатын заттар: NO 2, SO 3 H, COOH, галогендер және т.б.

АнтиМарковников қосындысы неғұрлым тұрақты тұрақсыз CF 3 – электрон акцепторы, карбокатионды тұрақсыздандырады.Реакция тек ресми түрде Марковников ережесіне қайшы келеді. Шын мәнінде, ол оған бағынады, өйткені ол тұрақты карбокациядан өтеді.

Хараш асқын тотығы әсері X CH 3 -CH=CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR Бос радикалды механизм: 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 неғұрлым тұрақты радикал CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br, т.б. 3. Кез келген екі радикал өз араңызда біріктіріледі. .

Электрофильді қосу 3. Гидрация – суды қосу – Реакция қышқыл катализаторларының, көбінесе күкірт қышқылының қатысуымен жүреді. – Реакция Марковников ережесіне бағынады. Алкогольді алудың арзан жолы

Емтихан кезінде академик Иван Алексеевич Каблуков студенттен сутегінің зертханада қалай өндірілетінін айтып беруін сұрайды. «Сынаптан», - деп жауап береді ол. «Сынаптан жасалған» дегенді қалай түсінесіңдер? ! Олар әдетте «мырыштан жасалған» дейді, бірақ сынаптан жасалған нәрсе түпнұсқа. Реакция жазыңыз». Оқушы жазады: Hg = H + g Және былай дейді: «Сынап қызады; ол H және g-ге ыдырайды. H - сутегі, ол жеңіл, сондықтан ұшып кетеді, бірақ g - ауырлық күшінің үдеуі, ауыр, қалады. «Мұндай жауап үшін сіз «А» бағасын беруіңіз керек», - дейді Каблуков. - Рекорд кітабын алайық. Мен де алдымен «бесті» жылытамын. «Үш» ұшып кетеді, бірақ «екі» қалады».

Лабораториядағы екі химик: - Вася, қолыңды мына стақанға сал. - Мен оны тастадым. -Сен бірдеңені сезесің бе? - Жоқ. - Демек, басқа стақанда күкірт қышқылы бар.

Ароматты көмірсутектер Ароматты – хош иісті? ? Хош иісті қосылыстар - бұл бензол және химиялық әрекетте оған ұқсайтын заттар!

Көптеген алмастыру реакциялары экономикалық қолданылуы бар әр түрлі қосылыстардың алынуына жол ашады. Электрофильді және нуклеофильді алмастыру химия ғылымында және өндірісте үлкен рөл атқарады. Органикалық синтезде бұл процестердің бірқатар ерекшеліктері бар, оларға назар аудару керек.

Химиялық құбылыстардың алуан түрлілігі. Орынбасу реакциялары

Заттардың өзгеруіне байланысты химиялық өзгерістер бірқатар белгілерімен ерекшеленеді. Соңғы нәтижелер мен термиялық әсерлер әртүрлі болуы мүмкін; Кейбір процестер аяқталады, басқаларында заттардың өзгеруі жиі тотығу дәрежесінің жоғарылауымен немесе төмендеуімен жүреді. Химиялық құбылыстарды соңғы нәтижесіне қарай жіктеу кезінде реагенттер мен өнімдердің сапалық және сандық айырмашылығына назар аударылады. Осы сипаттамаларға сүйене отырып, химиялық өзгерістердің 7 түрін ажыратуға болады, оның ішінде алмастыру схемасы бойынша жүреді: A-B + C A-C + B. Химиялық құбылыстардың тұтас класының жеңілдетілген белгіленуі бастапқы заттардың арасында бар екендігі туралы түсінік береді. реагенттегі атомды, ионды немесе функционалды топты алмастыратын бөлшек «шабуыл» деп аталады. Орынбасу реакциясы шектеуші және тән

Орынбасу реакциялары қос алмасу түрінде болуы мүмкін: A-B + C-E A-C + B-E. Кіші түрлердің бірі, мысалы, мыс сульфатының ерітіндісінен темірмен мыстың ығысуы: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. «Шабуыл жасайтын» бөлшек атомдар, иондар немесе функционалдық топтар болуы мүмкін

Гомолитикалық алмастыру (радикал, SR)

Коваленттік байланыстарды үзудің радикалды механизмімен әртүрлі элементтерге ортақ электрон жұбы молекуланың «фрагменттері» арасында пропорционалды түрде бөлінеді. Бос радикалдар түзіледі. Бұл тұрақсыз бөлшектер, олардың тұрақтануы кейінгі трансформациялар нәтижесінде пайда болады. Мысалы, метаннан этан алу кезінде орын басу реакциясына қатысатын бос радикалдар пайда болады: CH 4 CH 3. + .N; CH 3. + .CH 3 → C2H5; N. + .N → N2. Жоғарыда көрсетілген алмастыру механизмі бойынша гомолитикалық байланыстың ыдырауы тізбекті сипатта болады. Метандағы H атомдары ретімен хлормен ауыстырылуы мүмкін. Броммен реакция дәл осылай жүреді, бірақ йод алкандардағы сутекті тікелей алмастыра алмайды, фтор олармен тым қарқынды әрекеттеседі.

Гетеролитикалық байланысты үзу әдісі

Орынбасу реакцияларының иондық механизмінде электрондар жаңадан пайда болған бөлшектер арасында біркелкі таралмайды. Электрондардың байланыс жұбы толығымен «фрагменттердің біріне», көбінесе полярлық молекуладағы теріс тығыздық ығысқан байланыс серіктесіне өтеді. Орынбасу реакцияларына метил спиртінің СН 3 ОН түзілуі жатады. Бромметанда CH3Br молекуласының ыдырауы гетеролитикалық, ал зарядталған бөлшектер тұрақты. Метил оң зарядқа, ал бром теріс зарядқа ие болады: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; СН 3 + + ОН - → СН 3 ОН; Na + + Br - ↔ NaBr.

Электрофильдер және нуклеофильдер

Электрондары жоқ және оларды қабылдай алатын бөлшектерді «электрофильдер» деп атайды. Оларға галоалкандардағы галогендермен байланысқан көміртек атомдары жатады. Нуклеофильдер электрон тығыздығын жоғарылатты, олар коваленттік байланысты құру кезінде жұп электрондарды «береді». Орынбасу реакцияларында теріс зарядтарға бай нуклеофилдерге электронды аштықты электрофилдер шабуыл жасайды. Бұл құбылыс атомның немесе басқа бөлшектің – кететін топтың қозғалысымен байланысты. Орынбасу реакциясының тағы бір түрі - нуклеофилдің электрофилге шабуылы. Молекулалардың қайсысы субстрат, қайсысы реагент екенін дәл көрсету қиын болғандықтан, екі процесті ажырату және алмастыруды бір немесе басқа түрге жатқызу кейде қиын. Әдетте мұндай жағдайларда келесі факторлар ескеріледі:

• кететін топтың сипаты;
• нуклеофильдік реактивтілік;
• еріткіштің табиғаты;
• алкил бөлігінің құрылымы.

Нуклеофильді алмастыру (SN)

Органикалық молекуладағы әрекеттесу процесі кезінде поляризацияның жоғарылауы байқалады. Теңдеулерде ішінара оң немесе теріс заряд грек алфавитінің әрпімен белгіленеді. Байланыстың поляризациясы оның үзілу сипатын және молекуланың «үзінділерінің» одан әрі әрекетін бағалауға мүмкіндік береді. Мысалы, йодометандағы көміртегі атомы жартылай оң зарядқа ие және электрофильді орталық болып табылады. Ол су дипольінің артық электрондары бар оттегі орналасқан бөлігін тартады. Электрофил нуклеофильді реагентпен әрекеттескенде метанол түзіледі: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Нуклеофильді орын басу реакциялары теріс зарядталған ионның немесе химиялық байланысты құруға қатыспайтын бос электрон жұбы бар молекуланың қатысуымен жүреді. Йодометанның SN 2 реакцияларына белсенді қатысуы оның нуклеофильді шабуылға ашықтығымен және йодтың қозғалғыштығымен түсіндіріледі.

Электрофильді алмастыру (SE)

Органикалық молекулада электрон тығыздығының артық болуымен сипатталатын нуклеофильді орталық болуы мүмкін. Теріс зарядтары жоқ электрофильді реагентпен әрекеттеседі. Мұндай бөлшектерге бос орбитальдары бар атомдар және электрондар тығыздығы төмен аудандары бар молекулалар жатады. «-» заряды бар B көміртегі су дипольінің оң бөлігімен - сутегімен әрекеттеседі: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Бұл электрофильді орын басу реакциясының өнімі метан болып табылады. Гетеролитикалық реакцияларда органикалық молекулалардың қарама-қарсы зарядталған орталықтары әрекеттеседі, бұл оларды бейорганикалық заттар химиясындағы иондарға ұқсас етеді. Органикалық қосылыстардың түрленуі нағыз катиондар мен аниондардың түзілуімен сирек жүретінін ескермеу керек.

Мономолекулалық және бимолекулалық реакциялар

Нуклеофильді алмастыру мономолекулалық (SN1). Бұл механизм органикалық синтездің маңызды өнімі — үшінші бутилхлоридті гидролиздеу үшін қолданылады. Бірінші кезең баяу, ол карбоний катионына және хлорид анионына біртіндеп диссоциациялануымен байланысты. Екінші кезең жылдамырақ жүреді, карбоний ионының сумен реакциясы жүреді. алкандағы галогенді гидрокситоппен алмастырып, біріншілік спиртті алу: (CH 3) 3 C—Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C—OH + H + . Біріншілік және екіншілік алкилгалогенидтердің бір сатылы гидролизі көміртегі-галогендік байланыстың бір мезгілде бұзылуымен және С-ОН жұбының түзілуімен сипатталады. Бұл нуклеофильді бимолекулалық алмастыру (SN2) механизмі.

Гетеролитикалық алмастыру механизмі

Орынбасу механизмі электрондарды тасымалдаумен және аралық кешендерді құрумен байланысты. Реакция неғұрлым жылдам болса, соғұрлым оның тән аралық өнімдері оңай пайда болады. Көбінесе процесс бір уақытта бірнеше бағытта жүреді. Артықшылық әдетте олардың пайда болуы үшін энергияның ең аз мөлшерін қажет ететін бөлшектерді пайдаланатын жолға барады. Мысалы, қос байланыстың болуы CH 3 + ионымен салыстырғанда CH2=CH—CH 2+ аллилдік катионының пайда болу ықтималдығын арттырады. Оның себебі көптік байланыстың электрон тығыздығында жатыр, ол молекуланың бойына дисперсті оң зарядтың делокализациясына әсер етеді.

Бензолды алмастыру реакциялары

Электрофильді орынбасумен сипатталатын топ - арендер. Бензол сақинасы электрофильдік шабуыл үшін қолайлы нысана болып табылады. Процесс екінші реагентте байланыс поляризациясынан басталады, нәтижесінде бензол сақинасының электронды бұлтына іргелес электрофил пайда болады. Нәтижесінде өтпелі кешен пайда болады. Электрофильді бөлшек пен көміртегі атомдарының бірі арасында әлі толық байланыс жоқ, ол «ароматты алты» электрондардың барлық теріс зарядына тартылады. Процестің үшінші сатысында сақинаның электрофилі мен бір көміртегі атомы ортақ жұп электрондармен (ковалентті байланыс) байланысады. Бірақ бұл жағдайда «хош иісті алтылық» жойылады, бұл тұрақты, тұрақты энергетикалық күйге қол жеткізу тұрғысынан қолайсыз. «Протонның лақтырылуы» деп атауға болатын құбылыс байқалады. Н+ жойылып, арендерге тән тұрақты байланыс жүйесі қалпына келеді. Қосалқы өнімнің құрамында бензол сақинасының сутегі катионы және екінші реагенттің анионы бар.

Органикалық химиядан орын басу реакцияларының мысалдары

Алкандар әсіресе орын басу реакциясымен сипатталады. Циклоалкандар мен арендер үшін электрофильді және нуклеофильді түрленулердің мысалдарын келтіруге болады. Органикалық заттардың молекулаларындағы ұқсас реакциялар қалыпты жағдайда жүреді, бірақ көбінесе қыздырғанда және катализаторлардың қатысуымен жүреді. Жалпы және жақсы зерттелген процестерге ароматты сақинадағы электрофильді алмастыру жатады. Осы түрдегі ең маңызды реакциялар:

1. Бензолды H 2 SO 4 қатысында нитрлеу мына схема бойынша жүреді: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
2. Бензолды каталитикалық галогендеу, атап айтқанда хлорлау, теңдеу бойынша: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
3. Хош иісті процесс күкірт қышқылының «түтіндеуімен» жүреді, бензолсульфон қышқылдары түзіледі.
4. Алкилдену – бензол сақинасындағы сутегі атомын алкилге ауыстыру.
5. Ациляция – кетондардың түзілуі.
6. Формилдену – сутекті CHO тобымен алмастыру және альдегидтердің түзілуі.

Ауыстыру реакцияларына алкандардағы және циклоалкандардағы реакциялар жатады, онда галогендер қол жетімді C-H байланысына әсер етеді. Туындылардың түзілуі қаныққан көмірсутектер мен циклопарафиндердегі бір, екі немесе барлық сутегі атомдарын ауыстыруды қамтуы мүмкін. Молекулярлық массасы шағын галогеналкандардың көпшілігі әртүрлі кластарға жататын неғұрлым күрделі заттарды өндіруде қолданылады. Орынбасу реакцияларының механизмдерін зерттеуде қол жеткізілген прогрес алкандар, циклопарафиндер, арендер және галогенді көмірсутектердің негізіндегі синтездердің дамуына күшті серпін берді.