Iónový mechanizmus reakcie. Typy chemických reakcií v organickej chémii – Knowledge Hypermarket

Typy chemických reakcií v anorganickej a organickej chémii.

1. Chemická reakcia je proces, pri ktorom z jednej látky vznikajú ďalšie látky. V závislosti od povahy procesu sa rozlišujú typy chemických reakcií.

1) Podľa konečného výsledku

2) Na základe uvoľňovania alebo absorpcie tepla

3) Na základe reverzibility reakcie

4) Na základe zmien oxidačného stavu atómov, ktoré tvoria reagujúce látky

Podľa konečného výsledku sú reakcie nasledujúcich typov:

A) Substitúcia: RH+Cl2->RCl+HCl

B) Prístup: CH2=CH2+Cl2 ->CH2CI-CH2CI

B) Eliminácia: CH3-CH20H -> CH2=CH2+H20

D) Rozklad: CH4->C+2H2

D) Izomerizácia

E) Výmena

G) Spojenia

Reakcia rozkladu je proces, pri ktorom sa z jednej látky tvoria dve alebo viac ďalších.

Výmenná reakcia je proces, pri ktorom si reagujúce látky vymieňajú svoje zložky.

Substitučné reakcie sa vyskytujú za účasti jednoduchých a zložitých látok, v dôsledku čoho vznikajú nové jednoduché a zložité látky.

Ako výsledok zložené reakcie z dvoch alebo viacerých látok vzniká jedna nová.

Na základe uvoľňovania alebo absorpcie tepla sú reakcie nasledujúcich typov:

A) Exotermické

B) Endotermické

Exotermický - Ide o reakcie, ku ktorým dochádza pri uvoľňovaní tepla.

Endotermický- Ide o reakcie, ku ktorým dochádza pri absorpcii tepla z prostredia.

Na základe reverzibility sú reakcie nasledujúcich typov:

A) Reverzibilné

B) Nezvratné

Reakcie, ktoré prebiehajú len jedným smerom a končia úplnou premenou počiatočných reaktantov na konečné látky, sa nazývajú nezvratné.

Reverzibilné Reakcie, ktoré prebiehajú súčasne v dvoch vzájomne opačných smeroch, sa nazývajú.

Na základe zmien v oxidačnom stave atómov, ktoré tvoria reagujúce látky, sú reakcie nasledujúcich typov:

A) Redoxný

Reakcie, ktoré sa vyskytujú pri zmene oxidačného stavu atómov (pri ktorých sa elektróny prenášajú z jedného atómu, molekuly alebo iónu na druhý), sa nazývajú redox.

2. Podľa mechanizmu reakcie sa reakcie delia na iónové a radikálové.

Iónové reakcie– interakcia medzi iónmi v dôsledku heterolytického pretrhnutia chemickej väzby (pár elektrónov prechádza celý do jedného z „fragmentov“).

Iónové reakcie sú dvoch typov (v závislosti od typu činidla):

A) elektrofilné - počas reakcie s elektrofilom.

Elektrofilný– skupina, ktorá má voľné orbitály alebo centrá so zníženou elektrónovou hustotou v niektorých atómoch (napríklad: H +, Cl - alebo AlCl 3)

B) Nukleofilné – počas interakcie s nukleofilom

Nukleofil - záporne nabitý ión alebo molekula s osamelým elektrónovým párom (v súčasnosti sa nezúčastňuje na tvorbe chemickej väzby).

(Príklady: F-, Cl-, RO-, I-).

Skutočné chemické procesy možno len zriedka opísať jednoduchými mechanizmami. Detailné skúmanie chemických procesov z hľadiska molekulovej kinetiky ukazuje, že väčšina z nich prebieha mechanizmom radikálového reťazca, zvláštnosťou reťazových reakcií je vznik voľných radikálov v medzistupňoch (nestabilné fragmenty molekúl alebo atómov s krátkou životnosťou , všetci majú bezplatnú komunikáciu.

Procesy horenia, výbuchu, oxidácie, fotochemických reakcií a biochemických reakcií v živých organizmoch prebiehajú prostredníctvom reťazového mechanizmu.

Reťazové systémy majú niekoľko fáz:

1) nukleácia reťazca - štádium reťazových reakcií, v dôsledku ktorých vznikajú voľné radikály z valenčne nasýtených molekúl.

2) pokračovanie reťazca - etapa reťaze okruhu, pričom sa postupuje pri zachovaní celkového počtu voľných stupňov.

3) prerušenie reťazca - elementárna fáza reťazca procesov vedúcich k zániku voľných väzieb.

Existujú rozvetvené a nerozvetvené reťazové reakcie.

Jedným z najdôležitejších konceptov reťazca je dĺžka reťaze- priemerný počet elementárnych štádií pokračovania reťazca po objavení sa voľného radikálu až do jeho zániku.

Príklad: Syntéza chlorovodíka

1) CL 2 absorbuje kvantum energie a obraz radikálu 2: CL 2 +hv=CL * +CL *

2) aktívna častica sa spojí s m-molekulou H2 za vzniku chlorovodíka a aktívnej častice H2: CL 1 + H 2 = HCL + H *

3)CL1+H2=HCL+CL* atď.

6)H * +CL * =HCL - otvorený okruh.

Rozvetvený mechanizmus:

F*+H2=HF+H* atď.

F*+H2=HF+H* atď.

Vo vode je to zložitejšie - vznikajú radikály OH*, O* a radikál H*.

Reakcie, ktoré sa vyskytujú pod vplyvom ionizujúceho žiarenia: röntgenové lúče, katódové lúče atď. sa nazývajú rádiochemické.

V dôsledku interakcie molekúl so žiarením sa pozoruje rozpad molekúl s tvorbou najreaktívnejších častíc.

Takéto reakcie podporujú rekombináciu častíc a tvorbu látok s ich rôznymi kombináciami.

Príkladom je hydrazín N 2 H 4 – zložka raketového paliva. Nedávno sa uskutočnili pokusy získať hydrazín z amoniaku v dôsledku vystavenia γ-lúčom:

NH 3 → NH 2 * + H*

2NH2*—>N2H4

Pre život organizmov sú dôležité rádiochemické reakcie, napríklad rádiolýza vody.

Literatúra:

1. Achmetov, N.S. Všeobecná a anorganická chémia / N.S. Achmetov. – 3. vyd. – M.: Vyššia škola, 2000. – 743 s.

1. Korovin N.V. Všeobecná chémia / N.V. Korovin. – M.: Vyššia škola, 2006. – 557 s.
2. Kuzmenko N.E. Krátky kurz chémie / N.E. Kuzmenko, V. V. Eremin, V. A. Popkov. – M.: Vyššia škola, 2002. – 415 s.
3. Zajcev, O.S. Všeobecná chémia. Štruktúra látok a chemické reakcie / O.S. Zaitsev. – M.: Chémia, 1990.
4. Karapetyants, M.Kh. Štruktúra hmoty / M.Kh. Karapetyants, S.I. Drakin. – M.: Vyššia škola, 1981.
5. Cotton F. Základy anorganickej chémie / F. Cotton, J. Wilkinson. – M.: Mir, 1981.
6. Ugay, Ya.A. Všeobecná a anorganická chémia / Ya.A.Ugai. – M.: Vyššia škola, 1997.

Pokyny pre samostatnú prácu žiakov 1. ročníka v biologickej a bioorganickej chémii

(modul 1)

Schválené

Akademická rada univerzity

Charkov KhNMU

Základné typy a mechanizmy reakcií v organickej chémii: Metóda. vyhláška. pre študentov 1. ročníka / komp. A.O. Syrovaya, L.G. Shapoval, V.N. Petyunina, E.R. Grabovetskaya, V.A. Makarov, S.V. Andreeva, S.A. Nakoniechnaya, L.V. Lukyanová, R.O. Bachinsky, S.N. Kozub, T.S. Tishaková, O.L. Levašová, N.V. Kopoteva, N.N. Chalenko. – Charkov: KhNMU, 2014. – S. 32.

Zostavil: A.O. Syrovaya, L.G. Shapoval, V.N. Petyunina, E.R. Grabovetskaya, V.A. Makarov, S.V. Andreeva, L.V. Lukyanova, S.A. Nakoniechnaya, R.O. Bachinsky, S.N. Kozub, T.S. Tishaková, O.L. Levašová, N.V. Kopoteva, N.N. Chalenko

Téma I: Klasifikácia chemických reakcií.

REAKTIVITA ALKÁNOV, ALKÉNOV, ARÉNOV, ALKOHOLOV, FENOLOV, AMÍNOV, ALDEHYDOV, KETONOV A KARBOXYLOVÝCH KYSELÍN

Motivačná charakteristika témy

Štúdium tejto témy je základom pre pochopenie niektorých biochemických reakcií, ktoré prebiehajú počas metabolického procesu v organizme (peroxidácia lipidov, tvorba hydroxykyselín z nenasýtených v Krebsovom cykle a pod.), ako aj pre pochopenie mechanizmu takýchto reakcií pri syntéze liečiv a analógov prírodných zlúčenín.

Učebný cieľ

Byť schopný predpovedať schopnosť hlavných tried organických zlúčenín vstupovať do homolytických a heterolytických reakcií podľa ich elektrónovej štruktúry a elektrónových účinkov substituentov.

1. VOĽNÉ RADIKÁLNE A ELEKTROFILNÉ REAKCIE (REAKTIVITA UHĽOVODÍKOV)

Otázky zamerané na vzdelávanie

1. Vedieť popísať mechanizmy nasledujúcich reakcií:

Radikálna substitúcia - R S

Elektrofilné spojenie - A E

Elektrofilná substitúcia - S E

2. Vedieť vysvetliť vplyv substituentov na reaktivitu počas elektrofilných interakcií na základe elektronických efektov.

Základná línia

1. Štruktúra atómu uhlíka. Typy hybridizácie jeho elektronických orbitálov.

2. Štruktúra, dĺžka a energia - a - väzieb.

3. Konformácie cyklohexánu.

4. Párovanie. Otvorené a uzavreté (aromatické) konjugované systémy.

5. Elektronické efekty substituentov.

6. Prechodný stav. Elektronická štruktúra karbokationu. Sprostredkovatelia - a -komplexy.

Praktická navigáciaski

1. Naučte sa určiť možnosť porušenia kovalentnej väzby, typ a mechanizmus reakcie.

2. Vedieť experimentálne vykonávať bromačné reakcie zlúčenín s dvojitými väzbami a aromatických zlúčenín.

Kontrolné otázky

1. Uveďte mechanizmus reakcie hydrogenácie etylénu.

2. Popíšte mechanizmus hydratačnej reakcie kyseliny propénovej. Vysvetlite úlohu kyslej katalýzy.

3. Napíšte rovnicu pre nitračnú reakciu toluénu (metylbenzénu). Akým mechanizmom k tejto reakcii dochádza?

4. Vysvetlite deaktivačný a orientačný účinok nitroskupiny v molekule nitrobenzénu na príklade bromačnej reakcie.

Edukačné úlohy a algoritmy na ich riešenie

Úloha č.1. Opíšte reakčný mechanizmus bromácie izobutánu a cyklopentánu po ožiarení svetlom.

Algoritmus riešenia . Molekuly izobután a cyklopentán pozostávajú z hybridizovaných atómov uhlíka sp 3. Väzby C - C v ich molekulách sú nepolárne a väzby C - H sú nízkopolárne. Tieto väzby pomerne ľahko podliehajú homolytickému štiepeniu s tvorbou voľných radikálov - častíc, ktoré majú nespárované elektróny. V molekulách týchto látok teda musí nastať radikálová substitučná reakcia - reakcia RS alebo reťazová reakcia.

Štádiá akejkoľvek reakcie RS sú: iniciácia, rast a ukončenie reťazca.

Iniciácia je proces tvorby voľných radikálov pri vysokej teplote alebo ultrafialovom žiarení:

K rastu reťazca dochádza v dôsledku interakcie vysoko reaktívneho voľného radikálu  Br s nízkopolárnou väzbou C - H v molekule cyklopentánu s tvorbou nového cyklopentylového radikálu:

Cyklopentylový radikál interaguje s novou molekulou brómu, čo spôsobuje homolytické štiepenie väzby v ňom a vytvára brómcyklopentán a nový radikál brómu:

Voľný radikál brómu útočí na novú molekulu cyklopentánu. Štádium rastu reťazca sa teda mnohokrát opakuje, t.j. dochádza k reťazovej reakcii. Zakončenie reťazca dokončí reťazovú reakciu spojením rôznych radikálov:

Pretože všetky atómy uhlíka v molekule cyklopentánu sú rovnaké, vzniká iba monocyklobrompentán.

V izobutáne nie sú väzby C - H ekvivalentné. Líšia sa energiou homolytickej disociácie a stabilitou vytvorených voľných radikálov. Je známe, že energia štiepenia väzby C-H sa zvyšuje od terciárneho k primárnemu atómu uhlíka. Stabilita voľných radikálov klesá v rovnakom poradí. Preto v molekule izobutánu prebieha bromačná reakcia regioselektívne - na terciárnom atóme uhlíka:

Malo by sa zdôrazniť, že pre aktívnejší chlórový radikál nie je regioselektivita úplne pozorovaná. Počas chlorácie môžu byť atómy vodíka na ktoromkoľvek atóme uhlíka predmetom substitúcie, ale obsah substitučného produktu na terciárnom uhlíku bude najväčší.

Úloha č.2. Pomocou kyseliny olejovej ako príkladu opíšte mechanizmus lipidovej peroxidačnej reakcie, ku ktorej dochádza počas choroby z ožiarenia v dôsledku poškodenia bunkových membrán. Aké látky pôsobia v našom tele ako antioxidanty?

Algoritmus riešenia. Príkladom radikálnej reakcie je peroxidácia lipidov, pri ktorej sú nenasýtené mastné kyseliny, ktoré sú súčasťou bunkových membrán, vystavené radikálom. Počas rádioaktívneho ožarovania sa molekuly vody môžu rozpadnúť na radikály. Hydroxylové radikály atakujú molekulu nenasýtenej kyseliny na metylénovej skupine susediacej s dvojitou väzbou. V tomto prípade vzniká radikál stabilizovaný účasťou nespárovaného elektrónu v konjugácii s elektrónmi väzieb . Ďalej organický radikál interaguje s dvojradikálovou molekulou kyslíka za vzniku nestabilných hydroperoxidov, ktoré sa rozkladajú za vzniku aldehydov, ktoré sa oxidujú na kyseliny – konečné produkty reakcie. Dôsledkom oxidácie peroxidu je deštrukcia bunkových membrán:

Inhibičný účinok vitamínu E (tokoferolu) v organizme je spôsobený jeho schopnosťou viazať voľné radikály, ktoré sa tvoria v bunkách:

Vo fenoxidovom radikáli, ktorý sa tvorí, je nespárovaný elektrón konjugovaný s -elektrónovým oblakom aromatického kruhu, čo vedie k jeho relatívnej stabilite.

Úloha č.3. Uveďte mechanizmus bromačnej reakcie etylénu.

Algoritmus riešenia. Pre zlúčeniny, ktoré pozostávajú z atómov uhlíka v stave sp 2 - alebo sp-hybridizácie, sú typické reakcie, ktoré sa vyskytujú pri pretrhnutí väzieb , t.j. adičné reakcie. Tieto reakcie môžu prebiehať radikálovým alebo iónovým mechanizmom v závislosti od povahy činidla, polarity rozpúšťadla, teploty atď. Iónové reakcie prebiehajú buď pôsobením elektrofilných činidiel, ktoré majú afinitu k elektrónu, alebo nukleofilných činidiel. , ktoré darujú svoje elektróny. Elektrofilné činidlá môžu byť katióny a zlúčeniny, ktoré majú atómy s nenaplnenými elektrónovými obalmi. Najjednoduchším elektrofilným činidlom je protón. Nukleofilné činidlá sú anióny alebo zlúčeniny s atómami, ktoré nemajú zdieľané elektrónové páry.

Pre alkény - zlúčeniny, ktoré majú sp 2 - alebo sp-hybridizovaný atóm uhlíka, sú typické elektrofilné adičné reakcie - A E reakcie. V polárnych rozpúšťadlách v neprítomnosti slnečného svetla prebieha halogenačná reakcia iónovým mechanizmom za vzniku karbokatiónov:

Pod vplyvom π väzby v etyléne sa molekula brómu polarizuje za vzniku nestabilného π komplexu, ktorý sa mení na karbokation. V ňom je bróm viazaný na uhlík väzbou π. Proces je ukončený interakciou aniónu brómu s týmto karbokatiónom za vzniku konečného reakčného produktu, dibrómetánu.

Úloha č.4 . Na príklade hydratačnej reakcie propénu odôvodnite Markovnikovovo pravidlo.

Algoritmus riešenia. Pretože molekula vody je nukleofilné činidlo, jej adícia na dvojitú väzbu bez katalyzátora nie je možná. Kyseliny pôsobia pri takýchto reakciách ako katalyzátory. K tvorbe karbokatiónov dochádza po pridaní kyslého protónu, keď sa preruší väzba π:

Molekula vody je pripojená k karbokationu, ktorý vzniká v dôsledku spárovaných elektrónov atómu kyslíka. Vznikne stabilný alkylový derivát oxónia, ktorý sa stabilizuje uvoľnením protónu. Reakčným produktom je sek-propanol (propan-2-ol).

Pri hydratačnej reakcii sa podľa Markovnikovovho pravidla pridáva protón k viac hydrogenovanému atómu uhlíka, pretože v dôsledku pozitívneho indukčného účinku skupiny CH3 sa hustota elektrónov posúva k tomuto atómu. Okrem toho je terciárny karbokation vytvorený adíciou protónu stabilnejší ako primárny (vplyv dvoch alkylových skupín).

Úloha č.5. Zdôvodnite možnosť tvorby 1,3-dibrómpropánu počas bromácie cyklopropánu.

Algoritmus riešenia. Molekuly, ktoré sú troj- alebo štvorčlennými kruhmi (cyklopropán a cyklobután), vykazujú vlastnosti nenasýtených zlúčenín, pretože elektrónový stav ich „banánových“ väzieb sa podobá π väzbe. Preto podobne ako nenasýtené zlúčeniny podliehajú adičným reakciám s prasknutím kruhu:

Úloha č.6. Opíšte reakciu bromovodíka s 1,3 butadiénom. Čo je na tejto reakcii zvláštne?

Algoritmus riešenia. Keď bromovodík reaguje s 1,3 butadiénom, vznikajú produkty 1,2 adícia (1) a 1,4 adícia (2):

Vznik produktu (2) je spôsobený prítomnosťou π-elektrónového oblaku spoločného pre celú molekulu v konjugovanom systéme, v dôsledku čoho vstupuje do elektrofilnej adičnej reakcie (A E - reakcia) vo forme celý blok:

Úloha č.7. Opíšte mechanizmus benzénovej bromačnej reakcie.

Algoritmus riešenia. Pre aromatické zlúčeniny, ktoré obsahujú uzavretý konjugovaný elektronický systém a ktoré majú preto značnú silu, sú charakteristické elektrofilné substitučné reakcie. Prítomnosť zvýšenej hustoty elektrónov na oboch stranách kruhu ho chráni pred napadnutím nukleofilnými činidlami a naopak uľahčuje možnosť napadnutia katiónmi a inými elektrofilnými činidlami.

K interakcii benzénu s halogénmi dochádza v prítomnosti katalyzátorov - AlCl 3, FeCl 3 (tzv. Lewisove kyseliny). Spôsobujú polarizáciu molekuly halogénu, po ktorej útočí na π elektróny benzénového kruhu:

π-komplex σ-komplex

Spočiatku vzniká π-komplex, ktorý sa pomaly transformuje na σ-komplex, v ktorom bróm vytvára kovalentnú väzbu s jedným z atómov uhlíka na úkor dvoch zo šiestich elektrónov aromatického kruhu. Štyri π elektróny, ktoré zostávajú, sú rovnomerne rozdelené medzi päť atómov uhlíkového kruhu; σ-komplex je menej priaznivá štruktúra v dôsledku straty aromaticity, ktorá sa obnovuje uvoľnením protónu.

Elektrofilné substitučné reakcie v aromatických zlúčeninách tiež zahŕňajú sulfonáciu a nitráciu. Úlohu nitračného činidla plní nitroylový katión - NO 2+, ktorý vzniká interakciou koncentrovanej kyseliny sírovej a dusičnej (nitračná zmes); a úlohou sulfonačného činidla je katión S03H+ alebo oxid síry (IV), ak sa sulfonácia uskutočňuje s oleom.

Algoritmus riešenia. Aktivita zlúčenín v SE reakciách závisí od elektrónovej hustoty v aromatickom jadre (priamy vzťah). V tomto ohľade by sa reaktivita látok mala zvážiť v súvislosti s elektronickými účinkami substituentov a heteroatómov.

Aminoskupina v anilíne vykazuje +M efekt, v dôsledku čoho sa zvyšuje hustota elektrónov v benzénovom kruhu a jeho najvyššia koncentrácia sa pozoruje v polohe orto a para. Reakcia prebieha ľahšie.

Nitroskupina v nitrobenzéne má účinky -I a -M, preto deaktivuje benzénový kruh v polohe orto a para. Keďže k interakcii elektrofilu dochádza v mieste najvyššej elektrónovej hustoty, v tomto prípade vznikajú meta-izoméry. Substituenty darujúce elektróny sú teda orto- a para-orientanty (orientanty prvého druhu a aktivátory reakcií SE; substituenty priťahujúce elektróny sú meta-orientanty (orientanty druhého druhu) deaktivátory reakcií SE).

V päťčlenných heterocykloch (pyrol, furán, tiofén), ktoré patria do π-excesných systémov, prebiehajú S E reakcie ľahšie ako v benzéne; v tomto prípade je α-poloha reaktívnejšia.

Heterocyklické systémy s atómom pyridínového dusíka sú π-deficientné, preto sa ťažšie podrobujú elektrofilným substitučným reakciám; v tomto prípade elektrofil zaujíma β-polohu vzhľadom na atóm dusíka.

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

Adičné reakcie

Takéto reakcie sú typické pre organické zlúčeniny obsahujúce viacnásobné (dvojité alebo trojité) väzby. Reakcie tohto typu zahŕňajú adičné reakcie halogénov, halogenovodíkov a vody na alkény a alkíny.

CH3-CH=CH2 + HCl ---- CH3-CH(Cl)-CH3

Eliminačné reakcie

Ide o reakcie, ktoré vedú k vytvoreniu viacnásobných väzieb. Pri odstraňovaní halogenovodíkov a vody sa pozoruje určitá selektivita reakcie opísaná Zaitsevovým pravidlom, podľa ktorého sa z atómu uhlíka, na ktorom je menej atómov vodíka, odstraňuje atóm vodíka. Príklad reakcie

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

Polymerizácia a polykondenzácia

n(CH2=CHCl)  (-CH2-CHCl)n

Redox

Najintenzívnejšia z oxidačných reakcií je spaľovanie, reakcia charakteristická pre všetky triedy organických zlúčenín. V tomto prípade sa v závislosti od podmienok spaľovania uhlík oxiduje na C (sadze), CO alebo CO 2 a vodík sa premieňa na vodu. Pre organických chemikov sú však oxidačné reakcie uskutočňované za oveľa miernejších podmienok ako spaľovanie veľmi zaujímavé. Použité oxidačné činidlá: roztoky Br2 vo vode alebo Cl2 v CCI4; KMn04 vo vode alebo zriedenej kyseline; oxid meďnatý; čerstvo vyzrážané hydroxidy strieborné(I) alebo medené(II).

3C2H2 + 8KMnO4 +4H20→3HOOC-COOH + 8MnO2 + 8KOH

Esterifikácia (a jej reverzná hydrolytická reakcia)

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

Cykloadícia

Y R Y-R

‖ + ‖ → ǀ ǀ

R Y R-Y

‖ + →

11. Klasifikácia organických reakcií podľa mechanizmu. Príklady.

Reakčný mechanizmus zahŕňa podrobný popis chemických reakcií krok za krokom. Zároveň sa zisťuje, ktoré kovalentné väzby sa prerušujú, v akom poradí a akým spôsobom. Pozorne je opísaná aj tvorba nových väzieb počas reakčného procesu. Pri zvažovaní reakčného mechanizmu v prvom rade venujte pozornosť spôsobu prerušenia kovalentnej väzby v reagujúcej molekule. Sú dva takéto spôsoby - homolytické a heterolytické.

Radikálne reakcie postupujte homolytickým (radikálovým) štiepením kovalentnej väzby:

Nepolárne alebo nízkopolárne kovalentné väzby (C–C, N–N, C–H) podliehajú radikálovému štiepeniu pri vysokých teplotách alebo vplyvom svetla. Uhlík v radikále CH 3 má 7 vonkajších elektrónov (namiesto stabilného oktetového obalu v CH 4). Radikály sú nestabilné, majú tendenciu zachytiť chýbajúci elektrón (do páru alebo do oktetu). Jedným zo spôsobov tvorby stabilných produktov je dimerizácia (kombinácia dvoch radikálov):

CH3 + CH3CH3 : CH 3,

N + N N : N.

Radikálne reakcie - sú to napríklad reakcie chlorácie, bromácie a nitrácie alkánov:

Iónové reakcie sa vyskytujú pri štiepení heterolytických väzieb. V tomto prípade sa prechodne tvoria organické ióny s krátkou životnosťou - karbokationy a karbanióny - s nábojom na atóme uhlíka. Pri iónových reakciách nie je väzbový elektrónový pár oddelený, ale úplne prechádza na jeden z atómov a mení ho na anión:

Silne polárne (H–O, C–O) a ľahko polarizovateľné (C–Br, C–I) väzby sú náchylné na heterolytické štiepenie.

Rozlišovať nukleofilné reakcie (nukleofil– hľadanie jadra, miesta s nedostatkom elektrónov) a elektrofilné reakcie (elektrofilné– hľadanie elektrónov). Vyhlásenie, že konkrétna reakcia je nukleofilná alebo elektrofilná, sa vždy vzťahuje na činidlo. Činidlo– látka zúčastňujúca sa reakcie s jednoduchšou štruktúrou. Substrát– východisková látka so zložitejšou štruktúrou. Odchádzajúca skupina je vymeniteľný ión, ktorý bol naviazaný na uhlík. Produkt reakcie– nová látka obsahujúca uhlík (napísaná na pravej strane rovnice reakcie).

TO nukleofilné činidlá(nukleofily) zahŕňajú negatívne nabité ióny, zlúčeniny s voľnými elektrónovými pármi, zlúčeniny s dvojitými väzbami uhlík-uhlík. TO elektrofilné činidlá(elektrofily) patria kladne nabité ióny, zlúčeniny s nenaplnenými elektrónovými obalmi (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), zlúčeniny s karbonylovými skupinami, halogény. Elektrofily sú akýkoľvek atóm, molekula alebo ión schopný pridať pár elektrónov v procese tvorby novej väzby. Hnacou silou iónových reakcií je interakcia opačne nabitých iónov alebo fragmentov rôznych molekúl s čiastočným nábojom (+ a –).

Klasifikácia reakcií Podľa počtu východiskových a konečných látok: 1. Adícia 2. Eliminácia (eliminácia) 3. Substitúcia

Klasifikácia reakcií Podľa mechanizmu rozpadu väzby: 1. Homolytické (radikálové) radikály 2. Heterolytické (iónové) ióny

Mechanizmus reakcie Mechanizmus je podrobný popis chemickej reakcie v etapách s uvedením medziproduktov a častíc. Schéma reakcie: Mechanizmus reakcie:

Klasifikácia reakcií podľa typu činidiel 1. Radikál Radikál je chemicky aktívna častica s nespárovaným elektrónom. 2. Elektrofilný elektrofil je elektrón-deficientná častica alebo molekula s elektrón-deficientným atómom. 3. Nukleofilný nukleofil je aniónová alebo neutrálna molekula s atómom s jediným elektrónovým párom.

Typy chemických väzieb v organických látkach Hlavným typom väzby je kovalentná (menej častá iónová) Sigma väzba (σ-): Pi väzba (-)

ALKÁNY - alifatické (mastné) uhľovodíky "Alifatos" - olej, tuk (grécky). Cn. H 2 n+2 Nasýtené uhľovodíky

Homológny rad: CH 4 - metán C 2 H 6 - etán C 3 H 8 - propán C 4 H 10 - bután C 5 H 12 - pentán atď. C 6 H 14 - hexán C 7 H 16 - heptán C 8 H 18 - oktán C 9 H 20 - nonán C 10 H 22 - dekán a C 390 H 782 - nonokontatrictan (1985)

Atómovo-orbitálny model molekuly metánu V molekule metánu už atóm uhlíka nemá S- a P-orbitály! Jeho 4 hybridné orbitály SP 3, ktoré majú rovnakú energiu a tvar, tvoria 4 väzby s orbitálmi S atómu vodíka. H H4 väzby

Nitračná reakcia Konovalov Dmitrij Petrovič (1856 -1928) 1880. Prvý úspešný pokus o oživenie „chemických mŕtvych“, ktoré boli považované za alkány. Našiel som podmienky na nitráciu alkánov. Ryža. Zdroj: http: //obrázky. yandex. ru.

Chemické vlastnosti I. Reakcie s pretrhnutím väzieb C-H (substitučné reakcie): 1. halogenácia 2. nitrácia 3. sulfochlorácia II. Reakcie s porušením väzieb C-C: 1. spaľovanie 2. krakovanie 3. izomerizácia

Ako nájsť chemika? Ak chcete nájsť chemika, opýtajte sa, čo je mol a neionizované. A ak začne rozprávať o kožušinových zvieratách a organizácii práce, pokojne odíďte. Spisovateľ sci-fi, popularizátor vedy Isaac Asimov (1920–1992) Obr. Zdroj: http: //obrázky. yandex. ru.

1. Halogenačná reakcia Chlorácia: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Bromácia: RH + Br 2 hv RBr + HBr Napríklad chlorácia metánu: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

Štádiá mechanizmu voľných radikálov Schéma reakcie: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Mechanizmus reakcie: I. Iniciácia reťazca - štádium tvorby voľných radikálov. Cl Cl 2 Cl Radikál je aktívna častica, iniciátor reakcie. – – Javisko vyžaduje energiu vo forme vykurovania alebo osvetlenia. Nasledujúce etapy môžu prebiehať v tme, bez zahrievania.

Etapy mechanizmu voľných radikálov II. Hlavnou fázou je rast reťazca. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Stupeň môže zahŕňať niekoľko podstupňov, na každom z nich sa vytvorí nový radikál, nie však H!!! V štádiu II, hlavnej fáze, sa nevyhnutne vytvára hlavný produkt!

Etapy mechanizmu voľných radikálov III. Ukončenie reťazca – rekombinácia radikálov. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Akékoľvek dva radikály sa spoja.

Selektivita substitúcie Selektivita – selektivita. Regioselektivita je selektivita v určitej oblasti reakcií. Napríklad selektivita halogenácie: 45 % 3 % Záver? 55 % 97 %

Selektivita halogenácie závisí od nasledujúcich faktorov: Reakčné podmienky. Pri nízkych teplotách je selektívnejší. Povaha halogénu. Čím je halogén aktívnejší, tým je reakcia menej selektívna. F2 reaguje veľmi energicky, s deštrukciou C-C väzieb. I2 za týchto podmienok nereaguje s alkánmi. Alkánová štruktúra.

Vplyv alkánovej štruktúry na substitučnú selektivitu. Ak sú atómy uhlíka v alkáne nerovnaké, k substitúcii každého z nich dochádza inou rýchlosťou. Relatívna rýchlosť substitučnej reakcie Primárna. Atóm H Sekundárny atóm H Tert. chlorácia atómu H 1 3, 9 5, 1 bromácia 1 82 1600 Záver?

Odstránenie terciárneho atómu vodíka vyžaduje menej energie ako odstránenie sekundárneho a primárneho! Alkánový vzorec Výsledok homolýzy 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 (CH3)3C + H 377

Smer reakcií Akákoľvek reakcia prebieha prevažne v smere vzniku stabilnejšej medzičastice!

Medziproduktová častica v radikálových reakciách je voľný radikál. Najstabilnejší radikál sa tvorí najľahšie! Rad stability radikálov: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Alkylové skupiny vykazujú elektrón-donorový efekt, vďaka ktorému radikál stabilizujú

Sulfochloračná reakcia Schéma reakcie: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Mechanizmus reakcie: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl atď. atď. 3. 2 Cl Cl 2 atď.

Konovalovova reakcia D.P. Nitrácia podľa Konovalova sa uskutočňuje pôsobením zriedenej kyseliny dusičnej pri teplote 140 o. C. Reakčná schéma: RH + HNO3RNO2 + H20

Konovalov reakčný mechanizmus 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 atď. 3 .Otvorené obvod.

Alkény sú nenasýtené uhľovodíky s jednou väzbou C=C, Cn. H 2 n С=С – funkčná skupina alkénov

Chemické vlastnosti alkénov Všeobecná charakteristika Alkény sú reaktívnou triedou zlúčenín. Podstupujú početné reakcie, z ktorých väčšina nastáva porušením slabšej väzby pí. E C-C (σ-) ~ 350 KJ/mol E C=C (-) ~ 260 KJ/mol

Charakteristické reakcie Adícia je najcharakteristickejším typom reakcie. Dvojitá väzba je donor elektrónov, takže má tendenciu pridávať: E - elektrofily, katióny alebo radikály

Príklady elektrofilných adičných reakcií 1. Adícia halogénov – Nie všetky halogény sa pridávajú, ale iba chlór a bróm! – K polarizácii molekuly neutrálneho halogénu môže dôjsť pôsobením polárneho rozpúšťadla alebo pôsobením dvojitej väzby alkénu. Červeno-hnedý roztok brómu sa stáva bezfarebným

Elektrofilná adícia Reakcie prebiehajú pri izbovej teplote a nevyžadujú osvetlenie. Mechanizmus je iónový. Reakčná schéma: XY = Cl2, Br2, HCl, HBr, HI, H20

Sigma komplex je karbokation - častica s kladným nábojom na atóme uhlíka. Ak sú v reakčnom médiu prítomné iné anióny, môžu sa tiež pripojiť k karbokationu.

Napríklad pridanie brómu rozpusteného vo vode. Táto kvalitatívna reakcia na dvojitú väzbu C=C prebieha odfarbením roztoku brómu a tvorbou dvoch produktov:

Adícia k nesymetrickým alkénom Regioselektivita adície! Markovnikovovo pravidlo (1869): Kyseliny a voda sa pridávajú k nesymetrickým alkénom takým spôsobom, že vodík sa pridáva k viac hydrogenovanému atómu uhlíka.

Markovnikov Vladimir Vasilievich (1837 - 1904) Absolvent Kazanskej univerzity. Od roku 1869 - profesor katedry chémie. Zakladateľ vedeckej školy. Ryža. Zdroj: http: //obrázky. yandex. ru.

Vysvetlenie Markovnikovovho pravidla Reakcia prebieha vytvorením najstabilnejšej intermediárnej častice - karbokationu. primárne sekundárne, stabilnejšie

Séria stability karbokationov: terciárny sekundárny primárny metyl Markovnikovovo pravidlo v modernej formulácii: pridanie protónu k alkénu nastáva za vzniku stabilnejšieho karbokationu.

Anti-Markovnikovova adícia CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Formálne je reakcia v rozpore s Markovnikovovým pravidlom. CF 3 – substituent priťahujúci elektróny Iné činidlá priťahujúce elektróny: NO 2, SO 3 H, COOH, halogény atď.

Anti-Markovnikovova adícia stabilnejší nestabilný CF 3 – akceptor elektrónov, destabilizuje karbokation Reakcia ide len formálne proti Markovnikovovmu pravidlu. V skutočnosti ho poslúcha, pretože prechádza stabilnejšou karbokáciou.

Kharash peroxidový efekt X CH 3 -CH=CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR Mechanizmus voľných radikálov: 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 stabilnejší radikál CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br atď. .

Elektrofilná adícia 3. Hydratácia - adícia vody - Reakcia prebieha za prítomnosti kyslých katalyzátorov, najčastejšie kyseliny sírovej. – Reakcia sa riadi Markovnikovovým pravidlom. Lacný spôsob, ako získať alkohol

Počas skúšky akademik Ivan Alekseevič Kablukov požiada študenta, aby povedal, ako sa v laboratóriu vyrába vodík. "Z ortuti," odpovedá. „Ako myslíš „vyrobené z ortuti“? ! Zvyčajne hovoria „vyrobené zo zinku“, ale vyrobené z ortuti je niečo originálne. Napíšte reakciu." Žiak napíše: Hg = H + g A povie: „Ortuť sa zahrieva; rozkladá sa na H a g. H je vodík, je ľahký, a preto letí preč, ale g je gravitačné zrýchlenie, ťažké, zostáva.“ "Za takúto odpoveď by ste mali dať A," hovorí Kablukov. - Vezmime si knihu rekordov. Najprv zahrejem aj „päťku“. „Tri“ letí preč, ale „dva“ zostáva.

Dvaja chemici v laboratóriu: - Vasya, položte ruku do tohto pohára. - Nechal som to. - Cítiš niečo? - Nie. - Takže v inom pohári je kyselina sírová.

Aromatické uhľovodíky Aromatické – voňavé? ? Aromatické zlúčeniny sú benzén a látky, ktoré sa mu chemickým správaním podobajú!

Mnohé substitučné reakcie otvárajú cestu k produkcii rôznych zlúčenín, ktoré majú ekonomické využitie. Elektrofilná a nukleofilná substitúcia hrá obrovskú úlohu v chemickej vede a priemysle. V organickej syntéze majú tieto procesy množstvo funkcií, ktorým by sa mala venovať pozornosť.

Rôzne chemické javy. Substitučné reakcie

Chemické zmeny spojené s premenou látok sa vyznačujú množstvom znakov. Konečné výsledky a tepelné účinky sa môžu líšiť; Niektoré procesy idú do konca, v iných nastáva zmena látok, často sprevádzaná zvýšením alebo znížením stupňa oxidácie. Pri klasifikácii chemických javov podľa ich konečného výsledku sa pozornosť venuje kvalitatívnym a kvantitatívnym rozdielom medzi činidlami a produktmi. Na základe týchto charakteristík možno rozlíšiť 7 typov chemických premien vrátane substitúcie, ktorá sa riadi schémou: A-B + C A-C + B. Zjednodušený zápis celej triedy chemických javov dáva predstavu, že medzi východiskovými látkami existuje tzv. takzvaný „útok“ častica, ktorá nahrádza atóm, ión alebo funkčnú skupinu v činidle. Substitučná reakcia je charakteristická pre limitné a

Substitučné reakcie môžu prebiehať vo forme dvojitej výmeny: A-B + C-E A-C + B-E. Jedným z poddruhov je vytesňovanie napríklad medi železom z roztoku síranu meďnatého: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. „Útočiacou“ časticou môžu byť atómy, ióny alebo funkčné skupiny

homolytická substitúcia (radikálová, SR)

S radikálnym mechanizmom štiepenia kovalentných väzieb je elektrónový pár spoločný pre rôzne prvky proporcionálne rozdelený medzi „fragmenty“ molekuly. Vznikajú voľné radikály. Ide o nestabilné častice, ktorých stabilizácia nastáva v dôsledku následných premien. Napríklad pri výrobe etánu z metánu sa objavia voľné radikály, ktoré sa zúčastňujú substitučnej reakcie: CH4CH3. + .N; CH 3. + CH3 -> C2H5; N. + .N → N2. Štiepenie homolytických väzieb podľa vyššie uvedeného substitučného mechanizmu je reťazovej povahy. V metáne môžu byť atómy H postupne nahradené chlórom. Reakcia s brómom prebieha podobne, ale jód nedokáže priamo nahradiť vodík v alkánoch, fluór s nimi reaguje príliš energicky.

Heterolytická metóda prerušenia väzby

Pri iónovom mechanizme substitučných reakcií sú elektróny medzi novovzniknutými časticami rozmiestnené nerovnomerne. Väzbový pár elektrónov smeruje úplne k jednému z „fragmentov“, najčastejšie k väzbovému partnerovi, ku ktorému bola posunutá záporná hustota v polárnej molekule. Substitučné reakcie zahŕňajú tvorbu metylalkoholu CH30H. V brómmetáne CH3Br je štiepenie molekuly heterolytické a nabité častice sú stabilné. Metyl získava kladný náboj a bróm záporný náboj: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH -> Na+ + OH-; CH3+ + OH - → CH30H; Na + + Br - ↔ NaBr.

Elektrofily a nukleofily

Častice, ktorým chýbajú elektróny a dokážu ich prijať, sa nazývajú „elektrofily“. Patria sem atómy uhlíka spojené s halogénmi v halogénalkánoch. Nukleofily majú zvýšenú elektrónovú hustotu, pri vytváraní kovalentnej väzby „darujú“ pár elektrónov. Pri substitučných reakciách sú nukleofily bohaté na záporné náboje napadnuté elektrofilmi vyhladovanými elektrónmi. Tento jav je spojený s pohybom atómu alebo inej častice – odstupujúcej skupiny. Ďalším typom substitučnej reakcie je napadnutie elektrofilu nukleofilom. Niekedy je ťažké rozlíšiť medzi dvoma procesmi a priradiť substitúciu jednému alebo druhému typu, pretože je ťažké presne určiť, ktorá z molekúl je substrát a ktorá je činidlo. V takýchto prípadoch sa zvyčajne berú do úvahy nasledujúce faktory:

• povaha odstupujúcej skupiny;
• nukleofilná reaktivita;
• povaha rozpúšťadla;
• štruktúra alkylovej časti.

Nukleofilná substitúcia (SN)

Počas procesu interakcie v organickej molekule sa pozoruje zvýšenie polarizácie. V rovniciach je čiastočný kladný alebo záporný náboj označený písmenom gréckej abecedy. Polarizácia väzby umožňuje posúdiť povahu jej prasknutia a ďalšie správanie „fragmentov“ molekuly. Napríklad atóm uhlíka v jódmetáne má čiastočne kladný náboj a je elektrofilným centrom. Priťahuje tú časť vodného dipólu, kde sa nachádza kyslík, ktorý má nadbytok elektrónov. Keď elektrofil interaguje s nukleofilným činidlom, vzniká metanol: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Nukleofilné substitučné reakcie prebiehajú za účasti negatívne nabitého iónu alebo molekuly s voľným elektrónovým párom, ktorý sa nezúčastňuje na tvorbe chemickej väzby. Aktívna účasť jódmetánu v reakciách SN 2 sa vysvetľuje jeho otvorenosťou voči nukleofilnému útoku a pohyblivosťou jódu.

Elektrofilná substitúcia (SE)

Organická molekula môže obsahovať nukleofilné centrum, ktoré sa vyznačuje nadbytkom elektrónovej hustoty. Reaguje s elektrofilným činidlom bez záporných nábojov. Takéto častice zahŕňajú atómy s voľnými orbitálmi a molekuly s oblasťami s nízkou hustotou elektrónov. Uhlík B, ktorý má náboj „-“, interaguje s kladnou časťou vodného dipólu - s vodíkom: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Produktom tejto elektrofilnej substitučnej reakcie je metán. Pri heterolytických reakciách interagujú opačne nabité centrá organických molekúl, čo ich robí podobnými iónom v chémii anorganických látok. Netreba prehliadnuť, že premena organických zlúčenín je zriedkavo sprevádzaná tvorbou pravých katiónov a aniónov.

Monomolekulové a bimolekulárne reakcie

Nukleofilná substitúcia je monomolekulárna (SN1). Tento mechanizmus sa používa na hydrolýzu dôležitého produktu organickej syntézy – terciárneho butylchloridu. Prvý stupeň je pomalý, je spojený s postupnou disociáciou na karbóniový katión a chloridový anión. Druhý stupeň prebieha rýchlejšie, dochádza k reakcii karbóniového iónu s vodou. nahradenie halogénu v alkáne hydroxyskupinou a získanie primárneho alkoholu: (CH3)3C-Cl -> (CH3)3C + + Cl-; (CH3)3C+ + H20 -> (CH3)3C-OH + H+. Jednostupňová hydrolýza primárnych a sekundárnych alkylhalogenidov je charakterizovaná súčasnou deštrukciou väzby uhlík-halogén a tvorbou páru C-OH. Ide o mechanizmus nukleofilnej bimolekulárnej substitúcie (SN2).

Mechanizmus heterolytickej náhrady

Substitučný mechanizmus je spojený s prenosom elektrónov a tvorbou intermediárnych komplexov. Čím rýchlejšie prebieha reakcia, tým ľahšie vznikajú jej charakteristické medziprodukty. Tento proces často prebieha niekoľkými smermi súčasne. Výhodu má zvyčajne cesta využívajúca častice, ktoré na svoj vznik vyžadujú najmenšie množstvo energie. Napríklad prítomnosť dvojitej väzby zvyšuje pravdepodobnosť výskytu alylového katiónu CH2=CH-CH2+ v porovnaní s iónom CH3+. Dôvod spočíva v elektrónovej hustote násobnej väzby, ktorá ovplyvňuje delokalizáciu kladného náboja rozptýleného v celej molekule.

Benzénové substitučné reakcie

Skupinou charakterizovanou elektrofilnou substitúciou sú arény. Benzénový kruh je vhodným cieľom pre elektrofilný útok. Proces začína polarizáciou väzby v druhom činidle, čo vedie k vytvoreniu elektrofilu susediaceho s elektrónovým oblakom benzénového kruhu. V dôsledku toho sa objaví prechodový komplex. Medzi elektrofilnou časticou a jedným z atómov uhlíka ešte nie je úplné spojenie, priťahuje ju celý záporný náboj „aromatických šiestich“ elektrónov. V tretej fáze procesu sú elektrofil a jeden atóm uhlíka kruhu spojené spoločným párom elektrónov (kovalentná väzba). Ale v tomto prípade je zničená „aromatická šestka“, čo je nepriaznivé z hľadiska dosiahnutia stabilného, ​​stabilného energetického stavu. Pozoruje sa jav, ktorý možno nazvať „vyhadzovaním protónov“. H+ je eliminovaný a stabilný komunikačný systém charakteristický pre arény je obnovený. Vedľajší produkt obsahuje vodíkový katión z benzénového kruhu a anión z druhého činidla.

Príklady substitučných reakcií z organickej chémie

Alkány sa vyznačujú najmä substitučnou reakciou. Príklady elektrofilných a nukleofilných transformácií možno uviesť pre cykloalkány a arény. Podobné reakcie v molekulách organických látok sa vyskytujú za normálnych podmienok, ale častejšie pri zahrievaní a v prítomnosti katalyzátorov. Bežné a dobre študované procesy zahŕňajú elektrofilnú substitúciu v aromatickom kruhu. Najdôležitejšie reakcie tohto typu:

1. Nitrácia benzénu v prítomnosti H 2 SO 4 prebieha podľa schémy: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
2. Katalytická halogenácia benzénu, najmä chlorácia, podľa rovnice: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
3. Aromatický proces pokračuje „dymivou“ kyselinou sírovou, vznikajú benzénsulfónové kyseliny.
4. Alkylácia je nahradenie atómu vodíka z benzénového kruhu alkylom.
5. Acylácia - tvorba ketónov.
6. Formylácia je nahradenie vodíka skupinou CHO a tvorba aldehydov.

Substitučné reakcie zahŕňajú reakcie v alkánoch a cykloalkánoch, v ktorých halogény atakujú dostupnú väzbu CH-H. Tvorba derivátov môže zahŕňať nahradenie jedného, ​​dvoch alebo všetkých atómov vodíka v nasýtených uhľovodíkoch a cykloparafínoch. Mnohé z halogénalkánov s malými molekulovými hmotnosťami sa používajú pri výrobe zložitejších látok patriacich do rôznych tried. Pokrok dosiahnutý v štúdiu mechanizmov substitučných reakcií dal silný impulz vývoju syntéz na báze alkánov, cykloparafínov, arénov a halogénovaných uhľovodíkov.