Mekanizmi jonik i reaksionit. Llojet e reaksioneve kimike në kiminë organike – Hipermarketi i njohurive

Llojet e reaksioneve kimike në kiminë inorganike dhe organike.

1. Një reaksion kimik është një proces në të cilin substanca të tjera formohen nga një substancë. Në varësi të natyrës së procesit, dallohen llojet e reaksioneve kimike.

1) Sipas rezultatit përfundimtar

2) Bazuar në çlirimin ose thithjen e nxehtësisë

3) Bazuar në kthyeshmërinë e reaksionit

4) Bazuar në ndryshimet në gjendjen e oksidimit të atomeve që përbëjnë substancat reaguese

Sipas rezultatit përfundimtar, reagimet janë të llojeve të mëposhtme:

A) Zëvendësimi: RH+Cl 2 →RCl+HCl

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

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

D) Zbërthimi: CH 4 →C+2H 2

D) Izomerizimi

E) Shkëmbim

G) Lidhjet

Reaksioni i zbërthimitështë një proces në të cilin dy ose më shumë të tjera formohen nga një substancë.

Reagimi i shkëmbimitështë një proces në të cilin substancat reaguese shkëmbejnë pjesët e tyre përbërëse.

Reaksionet e zëvendësimit ndodhin me pjesëmarrjen e substancave të thjeshta dhe komplekse, si rezultat i të cilave formohen substanca të reja të thjeshta dhe komplekse.

Si rezultat reaksionet e përbëra nga dy ose më shumë substanca formohet një e re.

Bazuar në çlirimin ose thithjen e nxehtësisë, reaksionet janë të llojeve të mëposhtme:

A) Ekzotermike

B) Endotermike

ekzotermike - Këto janë reaksione që ndodhin me lëshimin e nxehtësisë.

Endotermike- Janë reaksione që ndodhin me thithjen e nxehtësisë nga mjedisi.

Në bazë të kthyeshmërisë, reaksionet janë të llojeve të mëposhtme:

A) E kthyeshme

B) E pakthyeshme

Reaksionet që zhvillohen vetëm në një drejtim dhe përfundojnë me shndërrimin e plotë të reaktantëve fillestarë në substanca përfundimtare quhen të pakthyeshme.

E kthyeshme Reaksionet që ndodhin njëkohësisht në dy drejtime reciprokisht të kundërta quhen.

Bazuar në ndryshimet në gjendjen e oksidimit të atomeve që përbëjnë substancat reaguese, reaksionet janë të llojeve të mëposhtme:

A) Redoks

Reaksionet që ndodhin me një ndryshim në gjendjen e oksidimit të atomeve (në të cilat elektronet transferohen nga një atom, molekulë ose jon në tjetrin) quhen redoks.

2. Sipas mekanizmit të reaksionit, reaksionet ndahen në jonike dhe radikale.

Reaksionet jonike– ndërveprimi ndërmjet joneve si rezultat i këputjes heterolitike të një lidhjeje kimike (një palë elektronesh shkojnë tërësisht në një nga “fragmentet”).

Reaksionet jonike janë dy llojesh (bazuar në llojin e reagentit):

A) elektrofil - gjatë një reaksioni me një elektrofil.

Elektrofile– një grup që ka orbitale të lira ose qendra me densitet elektronik të reduktuar në disa atome (për shembull: H +, Cl - ose AlCl 3)

B) Nukleofile - gjatë ndërveprimit me një nukleofile

Nukleofile - një jon ose molekulë e ngarkuar negativisht me një çift elektronik të vetëm (që aktualisht nuk përfshihet në formimin e një lidhjeje kimike).

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

Proceset e vërteta kimike rrallë mund të përshkruhen me mekanizma të thjeshtë. Një ekzaminim i hollësishëm i proceseve kimike nga pikëpamja kinetike molekulare tregon se shumica e tyre vazhdojnë përgjatë një mekanizmi zinxhir radikal; veçantia e reaksioneve zinxhir është formimi i radikaleve të lira në fazat e ndërmjetme (fragmente të paqëndrueshme të molekulave ose atomeve me jetëgjatësi të shkurtër , te gjitha kane komunikim falas.

Proceset e djegies, shpërthimit, oksidimit, reaksioneve fotokimike dhe reaksioneve biokimike në organizmat e gjallë zhvillohen përmes një mekanizmi zinxhir.

Sistemet e zinxhirit kanë disa faza:

1) bërthamimi i zinxhirit - faza e reaksioneve zinxhir, si rezultat i të cilave radikalet e lira lindin nga molekulat e ngopura me valencë.

2) vazhdimi i zinxhirit - faza e zinxhirit të qarkut, duke vazhduar duke ruajtur numrin e përgjithshëm të fazave të lira.

3) thyerja e zinxhirit - faza elementare e një zinxhiri procesesh që çojnë në zhdukjen e lidhjeve të lira.

Ka reaksione zinxhir të degëzuar dhe të padegëzuar.

Një nga konceptet më të rëndësishme të zinxhirit është gjatësia e zinxhirit- numri mesatar i fazave elementare të vazhdimit të zinxhirit pas shfaqjes së një radikali të lirë deri në zhdukjen e tij.

Shembull: Sinteza e klorurit të hidrogjenit

1) CL 2 thith një sasi energjie dhe imazhin e radikalit 2: CL 2 +hv=CL * +CL *

2) grimca aktive kombinohet me molekulën m H 2 për të formuar klorur hidrogjeni dhe grimca aktive H 2: CL 1 + H 2 = HCL + H *

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

6)H * +CL * =HCL - qark i hapur.

Mekanizmi i degëzuar:

F * +H 2 =HF+H * etj.

F * +H 2 =HF+H * etj.

Në ujë është më e ndërlikuar - formohen radikalet OH*, O* dhe radikali H*.

Reaksionet që ndodhin nën ndikimin e rrezatimit jonizues: rrezet X, rrezet katodike, dhe kështu me radhë - quhen radiokimike.

Si rezultat i bashkëveprimit të molekulave me rrezatimin, vërehet shpërbërja e molekulave me formimin e grimcave më reaktive.

Reaksione të tilla nxisin rikombinimin e grimcave dhe formimin e substancave me kombinime të ndryshme të tyre.

Një shembull është hidrazina N 2 H 4 - një përbërës i karburantit të raketës. Kohët e fundit, janë bërë përpjekje për të marrë hidrazinë nga amoniaku si rezultat i ekspozimit ndaj rrezeve γ:

NH 3 → NH 2 * + H*

2NH 2 *→ N 2 H 4

Reaksionet radiokimike, për shembull radioliza e ujit, janë të rëndësishme për jetën e organizmave.

Literatura:

1. Akhmetov, N.S. Kimi e përgjithshme dhe inorganike / N.S. Akhmetov. - botimi i 3-të. – M.: Shkolla e lartë, 2000. – 743 f.

1. Korovin N.V. Kimi e përgjithshme / N.V. Korovin. – M.: Shkolla e lartë, 2006. – 557 f.
2. Kuzmenko N.E. Kurs i shkurtër në kimi / N.E. Kuzmenko, V.V. Eremin, V.A. Popkov. – M.: Shkolla e lartë, 2002. – 415 f.
3. Zaitsev, O.S. Kimi e përgjithshme. Struktura e substancave dhe reaksionet kimike / O.S. Zaitsev. - M.: Kimi, 1990.
4. Karapetyants, M.Kh. Struktura e materies / M.Kh. Karapetyants, S.I. Drakin. – M.: Shkolla e lartë, 1981.
5. Cotton F. Bazat e kimisë inorganike / F. Cotton, J. Wilkinson. – M.: Mir, 1981.
6. Ugay, Ya.A. Kimi e përgjithshme dhe inorganike / Ya.A.Ugai. – M.: Shkolla e lartë, 1997.

Udhëzime për punën e pavarur të studentëve të vitit të parë në kiminë biologjike dhe bioorganike

(moduli 1)

Miratuar

Këshilli Akademik i Universitetit

Kharkov KhNMU

Llojet dhe mekanizmat bazë të reaksioneve në kiminë organike: Metoda. dekret. për studentët e vitit të 1-rë / komp. A.O. Syrovaya, L.G. Shapoval, V.N. Petyunina, E.R. Grabovetskaya, V.A. Makarov, S.V. Andreeva, S.A. Nakonechnaya, L.V. Lukyanova, R.O. Bachinsky, S.N. Kozub, T.S. Tishakova, O.L. Levashova, N.V. Kopoteva, N.N. Chalenko. – Kharkov: KhNMU, 2014. – F. 32.

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

Tema I: Klasifikimi i reaksioneve kimike.

REAKTIVITETI I ALKANEVE, ALKENEVE, ARENET, ALKOOLET, FENOLET, AMINET, ALDEHIDET, KETONET DHE ACIDET KARBOKSILIKE

Karakteristikat motivuese të temës

Studimi i kësaj teme është baza për të kuptuar disa nga reaksionet biokimike që ndodhin gjatë procesit metabolik në organizëm (peroksidimi i lipideve, formimi i acideve hidroksi nga ato të pangopura në ciklin e Krebsit etj.), si dhe për të kuptuarit e mekanizmit të reaksioneve të tilla në sintezën e barnave mjekësore dhe të komponimeve natyrore analoge.

Qëllimi i mësimit

Të jetë në gjendje të parashikojë aftësinë e klasave kryesore të përbërjeve organike për të hyrë në reaksione homolitike dhe heterolitike sipas strukturës së tyre elektronike dhe efekteve elektronike të zëvendësuesve.

1. REAKSIONET RADIKALE TË LIRA DHE ELEKTROFILIKE (REAKTIVITETI I HIDROKARBONEVE)

Pyetje me synim arsimor

1. Të jetë në gjendje të përshkruajë mekanizmat e reaksioneve të mëposhtme:

Zëvendësimi radikal - R S

Lidhja elektrofilike - A E

Zëvendësimi elektrofilik - S E

2. Të jetë në gjendje të shpjegojë ndikimin e zëvendësuesve në reaktivitetin gjatë ndërveprimeve elektrofile bazuar në efektet elektronike.

Baza bazë

1. Struktura e atomit të karbonit. Llojet e hibridizimit të orbitaleve të tij elektronike.

2. Struktura, gjatësia dhe energjia e lidhjeve - dhe -.

3. Konformacionet e cikloheksanit.

4. Çiftimi. Sisteme të konjuguara të hapura dhe të mbyllura (aromatike).

5. Efektet elektronike të zëvendësuesve.

6. Gjendja e tranzicionit. Struktura elektronike e karbokacionit. Ndërmjetësuesit - dhe -komplekset.

Navi praktikeski

1. Mësoni të përcaktoni mundësinë e prishjes së një lidhjeje kovalente, llojin dhe mekanizmin e reaksionit.

2. Të jetë i aftë të kryejë eksperimentalisht reaksione brominimi të përbërjeve me lidhje dyfishe dhe përbërje aromatike.

Pyetje kontrolli

1. Jepni mekanizmin e reaksionit të hidrogjenizimit të etilenit.

2. Përshkruani mekanizmin e reaksionit të hidratimit të acidit propenoik. Shpjegoni rolin e katalizimit acid.

3. Shkruani ekuacionin për reaksionin e nitrimit të toluenit (metilbenzen). Me çfarë mekanizmi ndodh ky reagim?

4. Shpjegoni efektin çaktivizues dhe orientues të grupit nitro në molekulën e nitrobenzenit duke përdorur shembullin e reaksionit të brominimit.

Detyra edukative dhe algoritme për zgjidhjen e tyre

Detyra nr. 1. Përshkruani mekanizmin e reagimit për brominimin e izobutanit dhe ciklopentanit pas rrezatimit me dritë.

Algoritmi i zgjidhjes . Molekulat e izobutanit dhe ciklopentanit përbëhen nga atome karboni të hibridizuar sp 3. Lidhjet C - C në molekulat e tyre janë jo polare, dhe lidhjet C - H janë të ulëta polare. Këto lidhje i nënshtrohen lehtësisht ndarjes homolitike me formimin e radikaleve të lira - grimcave që kanë elektrone të paçiftuara. Kështu, në molekulat e këtyre substancave duhet të ndodhë një reaksion zëvendësimi radikal - një reaksion R S ose një reaksion zinxhir.

Fazat e çdo reaksioni R S janë: fillimi, rritja dhe përfundimi i zinxhirit.

Fillimi është procesi i formimit të radikaleve të lira në temperaturë të lartë ose rrezatim ultravjollcë:

Rritja e zinxhirit ndodh për shkak të ndërveprimit të një radikali të lirë shumë reaktiv  Br me një lidhje polare të ulët C - H në një molekulë ciklopentani me formimin e një radikali të ri ciklopentil:

Radikali ciklopentil ndërvepron me një molekulë të re bromi, duke shkaktuar ndarje homolitike të lidhjes në të dhe duke formuar bromociklopentan dhe një radikal të ri bromi:

Radikali i lirë i bromit sulmon molekulën e re të ciklopentanit. Kështu, faza e rritjes së zinxhirit përsëritet shumë herë, d.m.th., ndodh një reaksion zinxhir. Përfundimi i zinxhirit përfundon reaksionin zinxhir duke kombinuar radikale të ndryshme:

Meqenëse të gjithë atomet e karbonit në molekulën e ciklopentanit janë të barabartë, formohet vetëm monociklobromopentani.

Në izobutan, lidhjet C - H nuk janë ekuivalente. Ato ndryshojnë në energjinë e disociimit homolitik dhe qëndrueshmërinë e radikalëve të lirë të formuar. Dihet se energjia e ndarjes së lidhjes C-H rritet nga atomi terciar në atë primar të karbonit. Stabiliteti i radikalëve të lirë zvogëlohet në të njëjtin rend. Kjo është arsyeja pse në molekulën e izobutanit reaksioni i brominimit vazhdon në mënyrë regioselektive - në atomin terciar të karbonit:

Duhet të theksohet se për radikalin më aktiv të klorit, regioselektiviteti nuk respektohet plotësisht. Gjatë klorifikimit, atomet e hidrogjenit në çdo atom karboni mund të jenë subjekt i zëvendësimit, por përmbajtja e produktit të zëvendësimit në karbonin terciar do të jetë më e madhe.

Detyra nr. 2. Duke përdorur acidin oleik si shembull, përshkruani mekanizmin e reaksionit të peroksidimit të lipideve që ndodh gjatë sëmundjes nga rrezatimi si rezultat i dëmtimit të membranave qelizore. Cilat substanca veprojnë si antioksidantë në trupin tonë?

Algoritmi i zgjidhjes. Një shembull i një reaksioni radikal është peroksidimi i lipideve, në të cilin acidet yndyrore të pangopura, të cilat janë pjesë e membranave qelizore, ekspozohen ndaj radikalëve. Gjatë rrezatimit radioaktiv, molekulat e ujit mund të shpërbëhen në radikale. Radikalët hidroksil sulmojnë një molekulë acidi të pangopur në grupin e metilenit ngjitur me lidhjen e dyfishtë. Në këtë rast, formohet një radikal, i stabilizuar për shkak të pjesëmarrjes së elektronit të paçiftuar në konjugim me elektronet e lidhjeve . Më pas, radikali organik ndërvepron me një molekulë oksigjeni diradikale për të formuar hidroperokside të paqëndrueshme, të cilat dekompozohen për të formuar aldehide, të cilat oksidohen në acide - produktet përfundimtare të reaksionit. Pasoja e oksidimit të peroksidit është shkatërrimi i membranave qelizore:

Efekti frenues i vitaminës E (tokoferol) në trup është për shkak të aftësisë së saj për të lidhur radikalet e lira që formohen në qeliza:

Në radikalin fenoksid që krijohet, elektroni i paçiftuar lidhet me renë -elektroni të unazës aromatike, gjë që çon në qëndrueshmërinë e saj relative.

Detyra nr. 3. Jepni mekanizmin e reaksionit të brominimit të etilenit.

Algoritmi i zgjidhjes. Për komponimet që përbëhen nga atomet e karbonit në gjendje sp 2 - ose hibridizimi sp, reaksione tipike janë ato që ndodhin me këputjen e lidhjeve , d.m.th., reaksionet e shtimit. Këto reaksione mund të zhvillohen me një mekanizëm radikal ose jonik në varësi të natyrës së reagentit, polaritetit të tretësit, temperaturës etj. , të cilat dhurojnë elektronet e tyre. Reagentët elektrofilë mund të jenë katione dhe komponime që kanë atome me predha elektronike të pambushura. Reagenti elektrofilik më i thjeshtë është një proton. Reagentët nukleofilik janë anione, ose komponime me atome që kanë çifte elektronike të pandarë.

Për alkenet - komponime që kanë një atom karboni sp 2 - ose sp-hibridizuar, reaksionet e shtimit elektrofil - reaksionet A E - janë tipike. Në tretësit polare në mungesë të dritës së diellit, reaksioni i halogjenimit vazhdon me një mekanizëm jonik me formimin e karbokacioneve:

Nën ndikimin e lidhjes π në etilen, molekula e bromit polarizohet për të formuar një kompleks π të paqëndrueshëm, i cili shndërrohet në një karbokacion. Në të, bromi është i lidhur me karbonin nga një lidhje π. Procesi përfundon nga ndërveprimi i anionit të bromit me këtë karbokacion për të formuar produktin përfundimtar të reaksionit, dibromoetanin.

Detyra nr 4 . Duke përdorur shembullin e reaksionit të hidratimit të propenit, justifikoni rregullin e Markovnikov.

Algoritmi i zgjidhjes. Meqenëse molekula e ujit është një reagent nukleofilik, shtimi i saj në lidhjen e dyfishtë pa një katalizator është i pamundur. Acidet veprojnë si katalizatorë në reaksione të tilla. Formimi i karbokacioneve ndodh me shtimin e një protoni acid kur prishet lidhja π:

Një molekulë uji është ngjitur në karbokacionin që formohet për shkak të elektroneve të çiftëzuara të atomit të oksigjenit. Formohet një derivat i qëndrueshëm alkil i oksoniumit, i cili stabilizohet me lëshimin e një protoni. Produkti i reagimit është sec-propanol (propan-2-ol).

Në reaksionin e hidratimit, një proton shtohet sipas rregullit të Markovnikov në një atom karboni më të hidrogjenizuar, pasi, për shkak të efektit induktiv pozitiv të grupit CH 3, densiteti i elektronit zhvendoset në këtë atom. Përveç kësaj, karbokacioni terciar i formuar për shkak të shtimit të një protoni është më i qëndrueshëm se ai primar (ndikimi i dy grupeve alkil).

Detyra nr 5. Arsyetoni mundësinë e formimit të 1,3-dibromopropanit gjatë brominimit të ciklopropanit.

Algoritmi i zgjidhjes. Molekulat që janë unaza me tre ose katër anëtarë (ciklopropani dhe ciklobutani) shfaqin vetitë e përbërjeve të pangopura, pasi gjendja elektronike e lidhjeve të tyre "banane" i ngjan një lidhjeje π. Prandaj, si komponimet e pangopura, ato i nënshtrohen reaksioneve të shtimit me këputje të unazës:

Detyra nr. 6. Përshkruani reaksionin e bromurit të hidrogjenit me 1,3 butadien. Çfarë ka të veçantë ky reagim?

Algoritmi i zgjidhjes. Kur bromidi i hidrogjenit reagon me 1,3 butadien, formohen produktet 1,2 shtesë (1) dhe 1,4 shtesë (2):

Formimi i produktit (2) është për shkak të pranisë në sistemin e konjuguar të një reje p-elektroni të përbashkët për të gjithë molekulën, si rezultat i së cilës ajo hyn në një reaksion shtesë elektrofilik (A E - reaksion) në formën e një i gjithë blloku:

Detyra nr 7. Përshkruani mekanizmin e reaksionit të brominimit të benzenit.

Algoritmi i zgjidhjes. Për komponimet aromatike që përmbajnë një sistem elektronik të mbyllur të konjuguar dhe që për këtë arsye kanë forcë të konsiderueshme, janë karakteristike reaksionet e zëvendësimit elektrofilik. Prania e rritjes së densitetit të elektroneve në të dy anët e unazës e mbron atë nga sulmi nga reagentët nukleofilë dhe, anasjelltas, lehtëson mundësinë e sulmit nga kationet dhe reagentët e tjerë elektrofilë.

Ndërveprimi i benzenit me halogjenet ndodh në prani të katalizatorëve - AlCl 3, FeCl 3 (të ashtuquajturat acide Lewis). Ata bëjnë që molekula e halogjenit të polarizohet, pas së cilës ajo sulmon elektronet π të unazës së benzenit:

π-kompleks σ-kompleks

Fillimisht, formohet një kompleks π, i cili ngadalë shndërrohet në një kompleks σ, në të cilin bromi formon një lidhje kovalente me një nga atomet e karbonit në kurriz të dy nga gjashtë elektroneve të unazës aromatike. Katër elektronet π që mbeten janë të shpërndara në mënyrë të barabartë midis pesë atomeve të unazës së karbonit; Kompleksi σ është një strukturë më pak e favorshme për shkak të humbjes së aromatikitetit, e cila rikthehet nga lirimi i një protoni.

Reaksionet e zëvendësimit elektrofil në përbërjet aromatike përfshijnë gjithashtu sulfonimin dhe nitrimin. Rolin e një agjenti nitratues e kryen kationi nitroil - NO 2+, i cili formohet nga bashkëveprimi i acideve sulfurik të koncentruar dhe nitrik (përzierje nitratuese); dhe roli i agjentit sulfonues është kationi SO 3 H +, ose oksidi i squfurit (IV), nëse sulfonimi kryhet me oleum.

Algoritmi i zgjidhjes. Aktiviteti i komponimeve në reaksionet SE varet nga dendësia e elektroneve në bërthamën aromatike (marrëdhënie e drejtpërdrejtë). Në këtë drejtim, reaktiviteti i substancave duhet të merret parasysh në lidhje me efektet elektronike të zëvendësuesve dhe heteroatomeve.

Grupi amino në anilinë shfaq një efekt +M, si rezultat i të cilit rritet densiteti i elektronit në unazën e benzenit dhe përqendrimi më i lartë i tij vërehet në pozicionet orto dhe para. Reagimi përparon më lehtë.

Grupi nitro në nitrobenzen ka efekte -I dhe -M, prandaj çaktivizon unazën e benzenit në pozicionet orto dhe para. Meqenëse ndërveprimi i elektrofilit ndodh në vendin e densitetit më të lartë të elektroneve, në këtë rast formohen meta-izomerë. Kështu, zëvendësuesit elektron-dhurues janë orto- dhe para-orientues (orientuesit e llojit të parë dhe aktivizuesit e reaksioneve SE; zëvendësuesit elektron-tërheqës janë meta-orientues (orientuesit e llojit të dytë) çaktivizues të reaksioneve SE).

Në heterociklet pesë-anëtarësh (pirroli, furani, tiofeni), të cilët i përkasin sistemeve të tepricës π, reaksionet S E ndodhin më lehtë se në benzen; në këtë rast, pozicioni α është më reaktiv.

Sistemet heterociklike me një atom azoti të piridinës janë me mungesë π, prandaj janë më të vështira për t'iu nënshtruar reaksioneve të zëvendësimit elektrofilik; në këtë rast, elektrofili zë pozicionin β në raport me atomin e azotit.

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

Reaksionet e shtimit

Reaksione të tilla janë tipike për përbërjet organike që përmbajnë lidhje të shumta (të dyfishta ose të trefishta). Reaksionet e këtij lloji përfshijnë reaksionet e shtimit të halogjeneve, halogjeneve të hidrogjenit dhe ujit në alkenet dhe alkinet.

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

Reaksionet e eliminimit

Këto janë reagime që çojnë në formimin e lidhjeve të shumta. Gjatë eliminimit të halogjeneve të hidrogjenit dhe ujit, vërehet një selektivitet i caktuar i reaksionit, i përshkruar nga rregulli i Zaitsev, sipas të cilit një atom hidrogjeni eliminohet nga atomi i karbonit në të cilin ka më pak atome hidrogjeni. Shembull reagimi

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

Polimerizimi dhe polikondensimi

n(CH 2 =CHCl)  (-CH 2 -CHCl)n

Redoks

Reaksionet oksiduese më intensive janë djegia, një reaksion karakteristik i të gjitha klasave të përbërjeve organike. Në këtë rast, në varësi të kushteve të djegies, karboni oksidohet në C (blozë), CO ose CO 2 dhe hidrogjeni shndërrohet në ujë. Megjithatë, për kimistët organikë, reaksionet e oksidimit të kryera në kushte shumë më të buta se djegia janë me interes të madh. Agjentët oksidues të përdorur: tretësirat e Br2 në ujë ose Cl2 në CCl4; KMnO 4 në ujë ose acid të holluar; oksid bakri; hidroksidet e argjendit (I) ose të bakrit (II) të sapoprecipituara.

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

Esterifikimi (dhe reagimi i tij i kundërt i hidrolizës)

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. Klasifikimi i reaksioneve organike sipas mekanizmit. Shembuj.

Mekanizmi i reagimit përfshin një përshkrim të detajuar hap pas hapi të reaksioneve kimike. Në të njëjtën kohë, përcaktohet se cilat lidhje kovalente janë thyer, në çfarë radhe dhe në çfarë mënyre. Përshkruhet me kujdes edhe formimi i lidhjeve të reja gjatë procesit të reaksionit. Kur merret parasysh mekanizmi i reaksionit, para së gjithash, kushtojini vëmendje metodës së prishjes së lidhjes kovalente në molekulën reaguese. Ka dy mënyra të tilla - homolitike dhe heterolitike.

Reagimet radikale procedohet me ndarje homolitike (radikale) të një lidhje kovalente:

Lidhjet kovalente jopolare ose polare të ulëta (C–C, N–N, C–H) i nënshtrohen ndarjes radikale në temperatura të larta ose nën ndikimin e dritës. Karboni në radikalin CH 3 ka 7 elektrone të jashtme (në vend të një guaskë të qëndrueshme oktet në CH 4). Radikalët janë të paqëndrueshëm; ata priren të kapin elektronin që mungon (deri në një çift ose deri në një oktet). Një nga mënyrat për të formuar produkte të qëndrueshme është dimerizimi (kombinimi i dy radikalëve):

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,

N + N N : N.

Reagimet radikale - këto janë, për shembull, reaksionet e klorimit, brominimit dhe nitrimit të alkaneve:

Reaksionet jonike ndodhin me shkëputje të lidhjes heterolitike. Në këtë rast, jonet organike jetëshkurtër - karbokacionet dhe karbanionet - me një ngarkesë në atomin e karbonit formohen në mënyrë të ndërmjetme. Në reaksionet jonike, çifti elektronik i lidhjes nuk ndahet, por kalon tërësisht në një nga atomet, duke e kthyer atë në një anion:

Lidhjet fort polare (H-O, C-O) dhe lehtësisht të polarizueshme (C-Br, C-I) janë të prirura për ndarje heterolitike.

Të dallojë reaksionet nukleofile (nukleofile– kërkimi i bërthamës, një vend me mungesë elektronesh) dhe reaksionet elektrofile (elektrofil– kërkimi i elektroneve). Deklarata se një reaksion i veçantë është nukleofilik ose elektrofilik i referohet gjithmonë reagentit. Reagent– një substancë që merr pjesë në reaksion me një strukturë më të thjeshtë. Nënshtresa– një substancë fillestare me një strukturë më komplekse. Grupi në daljeështë një jon i zëvendësueshëm që është lidhur me karbonin. Produkt reaksioni– substancë e re që përmban karbon (e shkruar në anën e djathtë të ekuacionit të reaksionit).

TE reagentë nukleofilik(nukleofile) përfshijnë jone të ngarkuar negativisht, komponime me çifte të vetme elektronesh, përbërje me lidhje të dyfishta karbon-karbon. TE reagentët elektrofilë(elektrofile) përfshijnë jonet e ngarkuar pozitivisht, përbërjet me predha elektronike të pambushura (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), përbërjet me grupe karbonil, halogjene. Elektrofile janë çdo atom, molekulë ose jon i aftë për të shtuar një palë elektrone në procesin e formimit të një lidhjeje të re. Forca lëvizëse e reaksioneve jonike është bashkëveprimi i joneve të ngarkuar në mënyrë të kundërt ose i fragmenteve të molekulave të ndryshme me një ngarkesë të pjesshme (+ dhe –).

Klasifikimi i reaksioneve Sipas numrit të substancave fillestare dhe përfundimtare: 1. Shtimi 2. Eliminimi (eliminimi) 3. Zëvendësimi

Klasifikimi i reaksioneve Sipas mekanizmit të prishjes së lidhjes: 1. Radikalet homolitike (radikale) 2. Jonet heterolitike (jonike).

Mekanizmi i reagimit Mekanizmi është një përshkrim i detajuar i një reaksioni kimik në faza, duke treguar produktet dhe grimcat e ndërmjetme. Skema e reagimit: Mekanizmi i reagimit:

Klasifikimi i reaksioneve sipas llojit të reagentëve 1. Radikali Një radikal është një grimcë kimikisht aktive me një elektron të paçiftuar. 2. Elektrofili elektrofil është një grimcë ose molekulë me mungesë elektroni me një atom me mungesë elektroni. 3. Nukleofili nukleofilik është një anion ose molekulë neutrale që ka një atom me një çift elektronik të vetëm.

Llojet e lidhjeve kimike në substancat organike Lloji kryesor i lidhjes është kovalente (jonike më pak e zakonshme) Lidhja Sigma (σ-): Lidhja Pi (-)

ALKANET - hidrokarbure alifatike (yndyrore) “Alifatos” - vaj, yndyrë (greqisht). Cn. H 2 n+2 Hidrokarbure të ngopura

Seritë homologe: CH 4 - metan C 2 H 6 - etan C 3 H 8 - propan C 4 H 10 - butan C 5 H 12 - pentan, etj C 6 H 14 - heksan C 7 H 16 - heptan C 8 H 18 - oktan C 9 H 20 - nonan C 10 H 22 - dekan dhe C 390 H 782 - jokontratrictan (1985)

Modeli atomiko-orbital i molekulës së metanit Në molekulën e metanit, atomi i karbonit nuk ka më orbitale S dhe P! 4 orbitalet e tij hibride SP 3, të barabarta në energji dhe formë, formojnë 4 lidhje me orbitalet S të atomit të hidrogjenit. Lidhjet H H 4

Reagimi i nitrimit Konovalov Dmitry Petrovich (1856 -1928) 1880. Përpjekja e parë e suksesshme për të ringjallur "të vdekurit kimikë", të cilët konsideroheshin alkane. Gjeta kushtet për nitrimin e alkaneve. Oriz. Burimi: http://images. yandex. ru.

Vetitë kimike I. Reaksionet me këputjen e lidhjeve C-H (reaksionet e zëvendësimit): 1. halogjenimi 2. nitrimi 3. sulfoklorimi II. Reaksionet me thyerjen e lidhjeve C-C: 1. djegie 2. plasaritje 3. izomerizim

Si të gjeni një kimist? Nëse doni të gjeni një kimist, pyesni se çfarë janë mola dhe jo-jonizuese. Dhe nëse ai fillon të flasë për kafshët lesh dhe organizimin e punës, largohuni me qetësi. Shkrimtari i trillimeve shkencore, popullarizuesi i shkencës Isaac Asimov (1920–1992) Fig. Burimi: http://images. yandex. ru.

1. Reaksioni i halogjenimit Klorimi: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Brominimi: RH + Br 2 hv RBr + HBr Për shembull, klorifikimi i metanit: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

Fazat e mekanizmit të radikalit të lirë Skema e reaksionit: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Mekanizmi i reaksionit: I. Fillimi i zinxhirit - faza e gjenerimit të radikaleve të lira. Cl Cl 2 Cl Radikali është një grimcë aktive, iniciator i një reaksioni. – – Skena kërkon energji në formë ngrohjeje ose ndriçimi. Fazat e mëvonshme mund të zhvillohen në errësirë, pa ngrohje.

Fazat e mekanizmit të radikalit të lirë II. Rritja e zinxhirit është faza kryesore. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Stadi mund të përfshijë disa nënstaza, në secilën prej të cilave formohet një radikal i ri, por jo H!!! Në fazën II, fazën kryesore, domosdoshmërisht formohet produkti kryesor!

Fazat e mekanizmit të radikalit të lirë III. Përfundimi i zinxhirit - rikombinimi i radikalëve. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Çdo dy radikal kombinohen.

Selektiviteti i zëvendësimit Selektiviteti – selektiviteti. Regioselektiviteti është selektiviteti në një zonë të caktuar reaksionesh. Për shembull, selektiviteti i halogjenimit: 45% 3% Përfundim? 55% 97%

Selektiviteti i halogjenizimit varet nga faktorët e mëposhtëm: Kushtet e reaksionit. Në temperatura të ulëta është më selektiv. Natyra e halogjenit. Sa më aktiv të jetë halogjeni, aq më pak selektiv është reagimi. F 2 reagon shumë fuqishëm, me shkatërrimin e lidhjeve C-C. I 2 nuk reagon me alkanet në këto kushte. Struktura e alkanit.

Ndikimi i strukturës së alkanit në selektivitetin e zëvendësimit. Nëse atomet e karbonit në një alkan janë të pabarabartë, atëherë zëvendësimi i secilit prej tyre ndodh me një shpejtësi të ndryshme. I afërm shpejtësia e reaksionit të zëvendësimit Primar. Atomi H Sekondar atomi H Tert. Klorimi i atomit H 1 3, 9 5, 1 brominimi 1 82 1600 Përfundim?

Për të hequr një atom hidrogjeni terciar kërkon më pak energji sesa për të hequr një atom dytësor dhe primar! Formula e alkanit Rezultati i homolizës ED, kJ/mol CH 4 CH 3 + H 435 CH 3 - CH 3 C 2 H 5 + H 410 CH 3 CH 2 CH 3 (CH 3)2 CH + H 395 (CH 3)3 CH (CH 3)3 C + H 377

Drejtimi i reaksioneve Çdo reaksion zhvillohet kryesisht në drejtim të formimit të një grimce të ndërmjetme më të qëndrueshme!

Grimca e ndërmjetme në reaksionet radikale është një radikal i lirë. Radikali më i qëndrueshëm formohet më lehtë! Seritë e stabilitetit të radikalëve: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Grupet alkile shfaqin një efekt dhurues elektron, për shkak të të cilit ata stabilizojnë radikalin

Reaksioni i sulfoklorimit Skema e reaksionit: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Mekanizmi i reaksionit: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl, etj. . etj 3. 2 Cl Cl 2 etj.

Reaksioni i Konovalovit D.P. Nitrimi sipas Konovalov kryhet nga veprimi i acidit nitrik të holluar në një temperaturë prej 140 o. C. Skema e reaksionit: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O

Mekanizmi i reaksionit Konovalov 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, etj. 3 .Hap qarku.

Alkenet janë hidrokarbure të pangopura me një lidhje C=C, Cn. H 2 n С=С – grupi funksional i alkeneve

Vetitë kimike të alkeneve Karakteristikat e përgjithshme Alkenet janë një klasë reaktive e përbërjeve. Ato pësojnë reagime të shumta, shumica e të cilave ndodhin duke thyer lidhjen më të dobët pi. E C-C (σ-) ~ 350 KJ/mol E C=C (-) ~ 260 KJ/mol

Reaksionet karakteristike Shtimi është lloji më karakteristik i reaksionit. Lidhja e dyfishtë është një dhurues elektroni, kështu që tenton të shtojë: E - elektrofile, katione ose radikale

Shembuj të reaksioneve të shtimit elektrofil 1. Shtimi i halogjeneve – Jo të gjithë halogjenët shtojnë, por vetëm klorin dhe bromin! – Polarizimi i një molekule halogjene neutrale mund të ndodhë nën veprimin e një tretësi polar ose nën veprimin e lidhjes dyfishe të një alkeni. Zgjidhja e bromit në kafe të kuqe bëhet e pangjyrë

Shtimi elektrofil Reaksionet ndodhin në temperaturën e dhomës dhe nuk kërkojnë ndriçim. Mekanizmi është jonik. Skema e reagimit: XY = Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O

Kompleksi sigma është një karbokacion - një grimcë me një ngarkesë pozitive në atomin e karbonit. Nëse anione të tjera janë të pranishme në mjedisin e reaksionit, ato gjithashtu mund të bashkohen me karbokacionin.

Për shembull, shtimi i bromit të tretur në ujë. Ky reagim cilësor ndaj lidhjes së dyfishtë C=C vazhdon me zbardhjen e tretësirës së bromit dhe formimin e dy produkteve:

Shtimi në alkenet josimetrike Regioselektiviteti i mbledhjes! Rregulli i Markovnikov (1869): acidet dhe uji i shtohen alkeneve josimetrike në atë mënyrë që hidrogjeni shtohet në atomin e karbonit më të hidrogjenizuar.

Markovnikov Vladimir Vasilievich (1837 - 1904) I diplomuar në Universitetin Kazan. Që nga viti 1869 - profesor i departamentit të kimisë. Themelues i një shkolle shkencore. Oriz. Burimi: http://images. yandex. ru.

Shpjegimi i rregullit të Markovnikov-it Reaksioni vazhdon përmes formimit të grimcës së ndërmjetme më të qëndrueshme - një karbokation. parësor sekondar, më i qëndrueshëm

Seritë e stabilitetit të karbokacioneve: metil primar sekondar terciar Rregulli i Markovnikov në formulimin modern: shtimi i një protoni në një alken ndodh me formimin e një karbokacioni më të qëndrueshëm.

Shtimi anti-Markovnikov CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Formalisht, reagimi shkon kundër rregullit të Markovnikovit. CF 3 – zevendesues elektron terheqes Agjente te tjere elektrone terheqes: NO 2, SO 3 H, COOH, halogjene etj.

Shtesa anti-Markovnikov më e qëndrueshme CF 3 e paqëndrueshme – pranues elektron, destabilizon karbokacionin Reaksioni vetëm formalisht shkon kundër rregullit të Markovnikov. Në fakt, i bindet asaj, pasi kalon në një karbokacion më të qëndrueshëm.

Efekti i peroksidit Kharash X CH 3 -CH=CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR Mekanizmi i radikalit të lirë: 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 radikal më i qëndrueshëm CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br, etj. 3. Çdo dy radikal kombinohet mes jush .

Shtimi elektrofil 3. Hidratimi - shtimi i ujit - Reaksioni ndodh në prani të katalizatorëve acidikë, më së shpeshti acid sulfurik. – Reagimi i bindet rregullit të Markovnikov. Një mënyrë e lirë për të marrë alkool

Gjatë provimit, akademiku Ivan Alekseevich Kablukov i kërkon studentit të tregojë se si prodhohet hidrogjeni në laborator. "Nga merkuri," përgjigjet ai. "Si e kuptoni "të bërë nga merkur"? ! Zakonisht thonë "e bërë nga zink", por e bërë nga merkur është diçka origjinale. Shkruaj një reagim." Nxënësi shkruan: Hg = H + g Dhe thotë: “Merkuri nxehet; zbërthehet në H dhe g. H është hidrogjen, është i lehtë dhe për këtë arsye fluturon larg, por g është nxitimi i gravitetit, i rëndë, mbetet.” “Për një përgjigje të tillë ju duhet të jepni një A,” thotë Kablukov. - Le të marrim një libër rekordesh. Unë thjesht do të ngroh "pesë" së pari gjithashtu. "Tre" fluturon larg, por "dy" mbeten."

Dy kimistë në laborator: - Vasya, fut dorën në këtë gotë. - E hodha. - A ndjen gjë? - Jo. - Pra ka acid sulfurik në një gotë tjetër.

Hidrokarburet aromatike Aromatike – aromatik? ? Komponimet aromatike janë benzeni dhe substanca që i ngjajnë atij në sjelljen kimike!

Shumë reaksione zëvendësimi hapin rrugën për prodhimin e një sërë përbërjesh që kanë aplikime ekonomike. Zëvendësimi elektrofilik dhe nukleofilik luan një rol të madh në shkencën dhe industrinë kimike. Në sintezën organike, këto procese kanë një sërë veçorish të cilave duhet t'u kushtohet vëmendje.

Shumëllojshmëri dukurish kimike. Reaksionet e zëvendësimit

Ndryshimet kimike që lidhen me transformimin e substancave dallohen nga një numër karakteristikash. Rezultatet përfundimtare dhe efektet termike mund të ndryshojnë; Disa procese shkojnë drejt përfundimit, në të tjera ndodh një ndryshim në substanca, shpesh i shoqëruar me një rritje ose ulje të shkallës së oksidimit. Gjatë klasifikimit të dukurive kimike sipas rezultatit përfundimtar të tyre, vëmendje i kushtohet dallimeve cilësore dhe sasiore midis reagentëve dhe produkteve. Bazuar në këto karakteristika, mund të dallohen 7 lloje të transformimeve kimike, duke përfshirë zëvendësimin, i cili ndjek skemën: A-B + C A-C + B. Një shënim i thjeshtuar i një klase të tërë fenomenesh kimike jep idenë se midis substancave fillestare ekziston një e ashtuquajtura "sulm" një grimcë që zëvendëson një atom, jon ose grup funksional në një reagent. Reaksioni i zëvendësimit është karakteristik për kufizues dhe

Reaksionet e zëvendësimit mund të ndodhin në formën e një shkëmbimi të dyfishtë: A-B + C-E A-C + B-E. Një nga nënllojet është zhvendosja, për shembull, e bakrit me hekur nga një zgjidhje e sulfatit të bakrit: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. Grimca "sulmuese" mund të jetë atome, jone ose grupe funksionale

Zëvendësimi homolitik (radikal, SR)

Me mekanizmin radikal të thyerjes së lidhjeve kovalente, një çift elektronik i përbashkët për elementë të ndryshëm shpërndahet proporcionalisht midis "fragmenteve" të molekulës. Janë formuar radikalet e lira. Këto janë grimca të paqëndrueshme, stabilizimi i të cilave ndodh si rezultat i transformimeve të mëvonshme. Për shembull, kur prodhohet etan nga metani, shfaqen radikale të lira që marrin pjesë në reaksionin e zëvendësimit: CH 4 CH 3. + .N; CH 3. + .CH 3 → C2H5; N. + .N → N2. Prishja e lidhjes homolitike sipas mekanizmit të zëvendësimit të mësipërm është e një natyre zinxhir. Në metan, atomet H mund të zëvendësohen në mënyrë të njëpasnjëshme nga klori. Reagimi me bromin ndodh në mënyrë të ngjashme, por jodi nuk është në gjendje të zëvendësojë drejtpërdrejt hidrogjenin në alkane; fluori reagon me to shumë fuqishëm.

Metoda e thyerjes së lidhjes heterolitike

Me mekanizmin jonik të reaksioneve të zëvendësimit, elektronet shpërndahen në mënyrë të pabarabartë midis grimcave të sapoformuara. Çifti i lidhjes së elektroneve shkon tërësisht në një nga "fragmentet", më së shpeshti te partneri i lidhjes drejt të cilit u zhvendos dendësia negative në molekulën polare. Reaksionet e zëvendësimit përfshijnë formimin e alkoolit metil CH 3 OH. Në bromometan CH3Br, ndarja e molekulës është heterolitike dhe grimcat e ngarkuara janë të qëndrueshme. Metil fiton një ngarkesë pozitive dhe bromi fiton një ngarkesë negative: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; CH 3 + + OH - → CH 3 OH; Na + + Br - ↔ NaBr.

Elektrofile dhe nukleofile

Grimcat të cilave u mungojnë elektronet dhe mund t'i pranojnë ato quhen "elektrofile". Këto përfshijnë atomet e karbonit të lidhur me halogjenet në haloalkanet. Nukleofilët kanë rritur densitetin e elektroneve; ata "dhurojnë" një palë elektrone kur krijojnë një lidhje kovalente. Në reaksionet e zëvendësimit, nukleofile të pasura me ngarkesa negative sulmohen nga elektrofile të uritur nga elektroni. Ky fenomen shoqërohet me lëvizjen e një atomi ose grimce tjetër - një grup largues. Një lloj tjetër i reaksionit të zëvendësimit është sulmi i një elektrofili nga një nukleofile. Ndonjëherë është e vështirë të dallosh midis dy proceseve dhe t'i atribuosh zëvendësimin një lloji ose një tjetër, pasi është e vështirë të tregosh me saktësi se cila nga molekulat është substrati dhe cili është reagjenti. Zakonisht në raste të tilla merren parasysh faktorët e mëposhtëm:

• natyra e grupit që largohet;
• reaktiviteti nukleofile;
• natyra e tretësit;
• struktura e pjesës alkilike.

Zëvendësimi nukleofilik (SN)

Gjatë procesit të ndërveprimit në një molekulë organike, vërehet një rritje e polarizimit. Në ekuacione, një ngarkesë e pjesshme pozitive ose negative tregohet nga një shkronjë e alfabetit grek. Polarizimi i lidhjes bën të mundur gjykimin e natyrës së këputjes së tij dhe sjelljes së mëtejshme të "fragmenteve" të molekulës. Për shembull, atomi i karbonit në jodometan ka një ngarkesë të pjesshme pozitive dhe është një qendër elektrofile. Ajo tërheq atë pjesë të dipolit të ujit ku ndodhet oksigjeni, i cili ka një tepricë të elektroneve. Kur një elektrofil ndërvepron me një reagent nukleofilik, formohet metanoli: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Reaksionet e zëvendësimit nukleofilik zhvillohen me pjesëmarrjen e një joni ose molekule të ngarkuar negativisht me një çift elektronik të lirë që nuk është i përfshirë në krijimin e një lidhjeje kimike. Pjesëmarrja aktive e jodometanit në reaksionet SN 2 shpjegohet me hapjen e tij ndaj sulmit nukleofilik dhe lëvizshmërinë e jodit.

Zëvendësimi elektrofilik (SE)

Një molekulë organike mund të përmbajë një qendër nukleofile, e cila karakterizohet nga një tepricë e densitetit të elektroneve. Ai reagon me një reagent elektrofilik të cilit i mungon ngarkesa negative. Grimca të tilla përfshijnë atome me orbitale të lira dhe molekula me zona me densitet të ulët elektronik. Karboni B, i cili ka një ngarkesë "-", ndërvepron me pjesën pozitive të dipolit të ujit - me hidrogjenin: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Produkti i këtij reaksioni të zëvendësimit elektrofilik është metani. Në reaksionet heterolitike, qendrat e ngarkuara në mënyrë të kundërt të molekulave organike bashkëveprojnë, gjë që i bën ato të ngjashme me jonet në kiminë e substancave inorganike. Nuk duhet neglizhuar se transformimi i përbërjeve organike shoqërohet rrallë me formimin e kationeve dhe anioneve të vërteta.

Reaksionet monomolekulare dhe bimolekulare

Zëvendësimi nukleofilik është monomolekular (SN1). Ky mekanizëm përdoret për të hidrolizuar një produkt të rëndësishëm të sintezës organike - klorur butil terciar. Faza e parë është e ngadaltë; shoqërohet me ndarje graduale në kation karbonium dhe anion klorur. Faza e dytë vazhdon më shpejt, ndodh reagimi i jonit të karbonit me ujë. duke zëvendësuar halogjenin në alkan me një grup hidroksi dhe duke marrë një alkool primar: (CH 3) 3 C—Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C—OH + H + . Hidroliza njëfazore e halogjeneve alkil primare dhe sekondare karakterizohet nga shkatërrimi i njëkohshëm i lidhjes karbon-halogjen dhe formimi i një çifti C-OH. Ky është një mekanizëm i zëvendësimit bimolekular nukleofilik (SN2).

Mekanizmi i zëvendësimit heterolitik

Mekanizmi i zëvendësimit shoqërohet me transferimin e elektroneve dhe krijimin e komplekseve të ndërmjetme. Sa më shpejt të ndodhë reagimi, aq më lehtë lindin produktet e ndërmjetme karakteristike të tij. Shpesh procesi shkon në disa drejtime njëkohësisht. Avantazhi zakonisht shkon në rrugën që përdor grimcat që kërkojnë sasinë më të vogël të energjisë për formimin e tyre. Për shembull, prania e një lidhjeje dyfishe rrit probabilitetin e shfaqjes së një kationi alilik CH2=CH—CH 2 + krahasuar me jonin CH 3 +. Arsyeja qëndron në densitetin elektronik të lidhjes së shumëfishtë, e cila ndikon në delokalizimin e ngarkesës pozitive të shpërndarë në të gjithë molekulën.

Reaksionet e zëvendësimit të benzenit

Grupi i karakterizuar nga zëvendësimi elektrofilik janë arenet. Unaza e benzenit është një objektiv i përshtatshëm për sulm elektrofilik. Procesi fillon me polarizimin e lidhjes në reagentin e dytë, duke rezultuar në formimin e një elektrofili ngjitur me renë elektronike të unazës së benzenit. Si rezultat, shfaqet një kompleks tranzicioni. Nuk ka ende një lidhje të plotë midis grimcave elektrofile dhe një prej atomeve të karbonit; ajo tërhiqet nga e gjithë ngarkesa negative e elektroneve "aromatike gjashtë". Në fazën e tretë të procesit, elektrofili dhe një atom karboni i unazës lidhen nga një palë elektronesh të përbashkëta (lidhja kovalente). Por në këtë rast, "gjashtë aromatike" shkatërrohet, e cila është e pafavorshme nga pikëpamja e arritjes së një gjendjeje të qëndrueshme, të qëndrueshme energjetike. Vërehet një fenomen që mund të quhet "nxjerrja e protonit". H+ eliminohet dhe rikthehet një sistem i qëndrueshëm komunikimi karakteristik për arenët. Nënprodukti përmban një kation hidrogjeni nga unaza e benzenit dhe një anion nga reagenti i dytë.

Shembuj të reaksioneve të zëvendësimit nga kimia organike

Alkanet karakterizohen veçanërisht nga një reaksion zëvendësimi. Shembuj të transformimeve elektrofile dhe nukleofile mund të jepen për cikloalkanet dhe arenet. Reaksione të ngjashme në molekulat e substancave organike ndodhin në kushte normale, por më shpesh kur nxehen dhe në prani të katalizatorëve. Proceset e zakonshme dhe të studiuara mirë përfshijnë zëvendësimin elektrofilik në unazën aromatike. Reagimet më të rëndësishme të këtij lloji:

1. Nitrimi i benzenit në prani të H 2 SO 4 zhvillohet sipas skemës: C 6 H 6 → C 6 H 5 - NO 2.
2. Halogjenimi katalitik i benzenit, në veçanti klorifikimi, sipas ekuacionit: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
3. Procesi aromatik vazhdon me acid sulfurik "tymues", formohen acide benzensulfonike.
4. Alkilimi është zëvendësimi i një atomi hidrogjeni nga unaza e benzenit me një alkil.
5. Acilimi - formimi i ketoneve.
6. Formilimi është zëvendësimi i hidrogjenit me një grup CHO dhe formimi i aldehideve.

Reaksionet e zëvendësimit përfshijnë reaksionet në alkane dhe cikloalkane në të cilat halogjenet sulmojnë një lidhje të arritshme C-H. Formimi i derivateve mund të përfshijë zëvendësimin e një, dy ose të gjithë atomeve të hidrogjenit në hidrokarburet e ngopura dhe cikloparafinat. Shumë nga haloalkanet me pesha të vogla molekulare përdoren në prodhimin e substancave më komplekse që i përkasin klasave të ndryshme. Progresi i arritur në studimin e mekanizmave të reaksioneve të zëvendësimit i ka dhënë një shtysë të fuqishme zhvillimit të sintezave të bazuara në alkane, cikloparafina, arene dhe hidrokarbure të halogjenizuara.