Reaksiyaning ion mexanizmi. Organik kimyoda kimyoviy reaksiyalar turlari - Knowledge Hypermarket

Noorganik va organik kimyoda kimyoviy reaksiyalarning turlari.

1. Kimyoviy reaksiya - bu bir moddadan boshqa moddalar hosil bo'ladigan jarayon. Jarayonning tabiatiga qarab, kimyoviy reaktsiyalarning turlari ajratiladi.

1) Yakuniy natijaga ko'ra

2) Issiqlikning chiqishi yoki yutilishiga asoslangan

3) Reaksiyaning teskariligiga asoslangan

4) Reaksiyaga kirishuvchi moddalarni tashkil etuvchi atomlarning oksidlanish darajasining o'zgarishiga asoslangan

Yakuniy natijaga ko'ra, reaktsiyalar quyidagi turlarga bo'linadi:

A) almashtirish: RH+Cl 2 →RCl+HCl

B) Qo‘shilish: CH 2 =CH 2 +Cl 2 →CH 2 Cl-CH 2 Cl

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

D) Parchalanishi: CH 4 →C+2H 2

D) Izomerlanish

E) ayirboshlash

G) Ulanishlar

Parchalanish reaktsiyasi bir moddadan ikki yoki undan ortiq boshqa moddalar hosil bo'ladigan jarayondir.

Almashinuv reaktsiyasi reaksiyaga kirishuvchi moddalar o‘z tarkibiy qismlarini almashinadigan jarayondir.

Almashtirish reaksiyalari oddiy va murakkab moddalar ishtirokida yuzaga keladi, buning natijasida yangi oddiy va murakkab moddalar hosil bo'ladi.

Natijada birikma reaktsiyalari ikki yoki undan ortiq moddalardan bitta yangisi hosil bo'ladi.

Issiqlikning chiqishi yoki yutilishiga qarab, reaktsiyalar quyidagi turlarga bo'linadi:

A) Ekzotermik

B) Endotermik

Ekzotermik - Bu issiqlik chiqishi bilan sodir bo'ladigan reaktsiyalar.

Endotermik- Bular atrof-muhitdan issiqlikni yutish bilan sodir bo'ladigan reaktsiyalardir.

Qaytarilish qobiliyatiga ko'ra reaktsiyalar quyidagi turlarga bo'linadi:

A) Qaytariladigan

B) Qaytarib bo‘lmaydigan

Faqat bir yo'nalishda davom etadigan va boshlang'ich reaktivlarning yakuniy moddalarga to'liq aylanishi bilan yakunlanadigan reaksiyalar deyiladi. qaytarilmas.

Qaytariladigan Bir vaqtning o'zida ikkita qarama-qarshi yo'nalishda sodir bo'ladigan reaktsiyalar deyiladi.

Reaksiyaga kiruvchi moddalarni tashkil etuvchi atomlarning oksidlanish darajasidagi o‘zgarishlarga asoslanib, reaksiyalar quyidagi turlarga bo‘linadi:

A) Oksidlanish-qaytarilish

Atomlarning oksidlanish darajasining o'zgarishi bilan sodir bo'ladigan reaktsiyalar (bunda elektronlar bir atomdan, molekuladan yoki iondan boshqasiga o'tadi) deyiladi. redoks.

2. Reaktsiya mexanizmiga ko'ra reaktsiyalar ionli va radikallarga bo'linadi.

Ion reaktsiyalari- kimyoviy bog'lanishning geterolitik yorilishi natijasida ionlar orasidagi o'zaro ta'sir (bir juft elektron butunlay "parchalar" dan biriga o'tadi).

Ion reaktsiyalari ikki xil (reagent turiga qarab):

A) elektrofil - elektrofil bilan reaksiya jarayonida.

Elektrofil- ba'zi atomlarda elektron zichligi kamaygan erkin orbitallar yoki markazlarga ega bo'lgan guruh (masalan: H +, Cl - yoki AlCl 3)

B) Nukleofil - nukleofil bilan o'zaro ta'sir qilishda

Nukleofil - manfiy zaryadlangan ion yoki molekula yolgʻiz elektron jufti (hozirda kimyoviy bogʻlanish hosil boʻlishida ishtirok etmaydi).

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

Haqiqiy kimyoviy jarayonlarni kamdan-kam hollarda oddiy mexanizmlar bilan tasvirlash mumkin. Kimyoviy jarayonlarni molekulyar kinetik nuqtai nazardan batafsil o'rganish shuni ko'rsatadiki, ularning aksariyati radikal zanjir mexanizmi bo'ylab boradi; zanjir reaktsiyalarining o'ziga xos xususiyati oraliq bosqichlarda erkin radikallarning hosil bo'lishidir (molekulalar yoki atomlarning beqaror bo'laklari qisqa umr ko'rish). , barchasida bepul aloqa mavjud.

Tirik organizmlarda yonish, portlash, oksidlanish, fotokimyoviy reaksiyalar va biokimyoviy reaksiyalar zanjirli mexanizm orqali boradi.

Zanjir tizimlari bir necha bosqichlardan iborat:

1) zanjir yadrolanishi - zanjir reaktsiyalarining bosqichi, buning natijasida valentlik bilan to'yingan molekulalardan erkin radikallar paydo bo'ladi.

2) zanjirning davomi - bo'sh bosqichlarning umumiy sonini saqlab qolgan holda davom etuvchi zanjirning bosqichi.

3) zanjir uzilishi - erkin bog'lanishlarning yo'qolishiga olib keladigan jarayonlar zanjirining elementar bosqichi.

Tarmoqlangan va tarmoqlanmagan zanjirli reaksiyalar mavjud.

Zanjirning eng muhim tushunchalaridan biri zanjir uzunligi- erkin radikal paydo bo'lgandan keyin uning yo'qolguniga qadar zanjir davom etishining elementar bosqichlarining o'rtacha soni.

Misol: vodorod xlorid sintezi

1) CL 2 energiya kvantini yutadi va radikal 2 tasviri: CL 2 +hv=CL * +CL *

2) faol zarracha m-molekula H 2 bilan birikib, vodorod xlorid va H 2 faol zarrachani hosil qiladi: CL 1 + H 2 = HCL + H *

3)CL 1 +H 2 =HCL+CL * va hokazo.

6)H * +CL * =HCL - ochiq tutashuv.

Tarmoqlangan mexanizm:

F * +H 2 =HF+H * va boshqalar.

F * +H 2 =HF+H * va boshqalar.

Suvda u murakkabroq - OH*, O* radikallari va H* radikallari hosil bo'ladi.

Ionlashtiruvchi nurlanish ta'sirida sodir bo'ladigan reaktsiyalar: rentgen nurlari, katod nurlari va boshqalar - radiokimyoviy deb ataladi.

Molekulalarning nurlanish bilan o'zaro ta'siri natijasida molekulalarning parchalanishi eng reaktiv zarrachalar hosil bo'lishi bilan kuzatiladi.

Bunday reaktsiyalar zarrachalarning rekombinatsiyasiga va ularning turli xil birikmalari bilan moddalar hosil bo'lishiga yordam beradi.

Bunga misol sifatida gidrazin N 2 H 4 - raketa yoqilg'isining tarkibiy qismidir. So'nggi paytlarda g-nurlari ta'sirida ammiakdan gidrazin olishga urinishlar qilindi:

NH 3 → NH 2 * + H*

2NH 2 *→ N 2 H 4

Radiokimyoviy reaktsiyalar, masalan, suvning radiolizi, organizmlar hayoti uchun muhimdir.

Adabiyot:

1. Axmetov, N.S. Umumiy va noorganik kimyo / N.S. Axmetov. – 3-nashr. – M.: Oliy maktab, 2000. – 743 b.

1. Korovin N.V. Umumiy kimyo / N.V. Korovin. – M.: Oliy maktab, 2006. – 557 b.
2. Kuzmenko N.E. Kimyo bo'yicha qisqa kurs / N.E. Kuzmenko, V.V.Eremin, V.A. Popkov. – M.: Oliy maktab, 2002. – 415 b.
3. Zaitsev, O.S. Umumiy kimyo. Moddalarning tuzilishi va kimyoviy reaktsiyalar / O.S. Zaitsev. – M.: Kimyo, 1990 yil.
4. Karapetyants, M.X. Moddaning tuzilishi / M.X. Karapetyants, S.I.Drakin. - M.: Oliy maktab, 1981 yil.
5. Paxta F. Noorganik kimyo asoslari / F. Cotton, J. Wilkinson. – M.: Mir, 1981 yil.
6. Ugay, Ya.A. Umumiy va noorganik kimyo / Ya.A.Ugai. – M.: Oliy maktab, 1997 yil.

Biologik va bioorganik kimyo fanidan 1-kurs talabalarining mustaqil ishi uchun uslubiy ko’rsatmalar

(modul 1)

Tasdiqlangan

Universitet Ilmiy kengashi

Xarkov KhNMU

Organik kimyoda reaksiyalarning asosiy turlari va mexanizmlari: Usul. farmon. 1-kurs talabalari uchun / komp. A.O. Sirovaya, L.G. Shapoval, V.N. Petyunina, E.R. Grabovetskaya, V.A. Makarov, S.V. Andreeva, S.A. Nakonechnaya, L.V. Lukyanova, R.O. Bachinskiy, S.N. Kozub, T.S. Tishakova, O.L. Levashova, N.V. Kopoteva, N.N. Chalenko. – Xarkov: XNMU, 2014. – S. 32.

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

I mavzu: kimyoviy reaksiyalarning tasnifi.

ALKANLAR, ALKENLAR, ARENLAR, SPKRTLAR, FENOLLAR, AMINLAR, ALDEGIDLAR, KETONLAR VA KARBOKSIL KISLOTLARNING REAKSİYASI.

Mavzuning motivatsion xususiyatlari

Ushbu mavzuni o'rganish organizmdagi metabolik jarayonda sodir bo'ladigan ba'zi biokimyoviy reaktsiyalarni (lipidlarning peroksidlanishi, Krebs siklida to'yinmaganlardan gidroksi kislotalarning hosil bo'lishi va boshqalar) tushunish uchun asosdir. tibbiy preparatlar va tabiiy birikmalarning analoglari sintezida bunday reaktsiyalar mexanizmini tushunish.

O'rganish maqsadi

Organik birikmalarning asosiy sinflarining elektron tuzilishiga va o`rinbosarlarning elektron effektlariga ko`ra homolitik va geterolitik reaksiyalarga kirishish qobiliyatini bashorat qila olish.

1. ERKIN RADIKAL VA ELEKTROFIL REAKSIYALAR (UGLELEDERODLARNING REAKSİYASI)

Tarbiyaviy maqsadli savollar

1. Quyidagi reaksiyalarning mexanizmlarini tavsiflay olish:

Radikal almashtirish - R S

Elektrofil ulanish - A E

Elektrofil almashtirish - S E

2. Elektrofil o‘zaro ta’sirlar jarayonida o‘rinbosarlarning reaktivlikka ta’sirini elektron effektlar asosida tushuntira olish.

Asosiy

1. Uglerod atomining tuzilishi. Uning elektron orbitallarini gibridlanish turlari.

2. - va - bog’larning tuzilishi, uzunligi va energiyasi.

3. Siklogeksanning konformatsiyasi.

4. Juftlash. Ochiq va yopiq (aromatik) konjugatsiyalangan tizimlar.

5. O'rinbosarlarning elektron effektlari.

6. O'tish holati. Karbokatatsiyaning elektron tuzilishi. Vositachilar - va -komplekslar.

Amaliy Navski

1. Kovalent bog lanishning uzilish imkoniyatini, reaksiya turi va mexanizmini aniqlashni o rganing.

2. Qo`sh bog`li birikmalar va aromatik birikmalarning bromlanish reaksiyalarini tajriba yo`li bilan bajara olish.

Nazorat savollari

1. Etilenni gidrogenlash reaksiyasining mexanizmini keltiring.

2. Propenik kislotaning gidratlanish reaksiyasi mexanizmini aytib bering. Kislota katalizining rolini tushuntiring.

3. Toluolning (metilbenzol) nitrlanish reaksiyasi tenglamasini yozing. Bu reaktsiya qanday mexanizm bilan sodir bo'ladi?

4. Nitrobenzol molekulasidagi nitroguruhning faolsizlantirish va yo’naltiruvchi ta’sirini bromlanish reaksiyasi misolida tushuntiring.

O'quv vazifalari va ularni hal qilish algoritmlari

Vazifa № 1. Izobutan va siklopentanning yorug'lik bilan nurlanishida bromlanish reaksiya mexanizmini aytib bering.

Yechim algoritmi . Izobutan va siklopentan molekulalari sp 3 gibridlangan uglerod atomlaridan iborat. Ularning molekulalaridagi C - C aloqalari qutbsiz, C - H aloqalari esa past qutbli. Ushbu bog'lanishlar erkin radikallar - juftlashtirilmagan elektronlarga ega bo'lgan zarralar hosil bo'lishi bilan gomolitik parchalanishga juda oson bo'ladi. Shunday qilib, bu moddalarning molekulalarida radikal almashtirish reaktsiyasi - R S reaktsiyasi yoki zanjir reaktsiyasi sodir bo'lishi kerak.

Har qanday R S reaktsiyasining bosqichlari: boshlanishi, o'sishi va zanjirning tugashi.

Boshlanish - bu yuqori haroratda yoki ultrabinafsha nurlanishda erkin radikallarning hosil bo'lish jarayoni:

Zanjirning o'sishi yuqori reaktiv erkin radikalning o'zaro ta'siri tufayli yuzaga keladi  Siklopentan molekulasida past qutbli C-H aloqasi bilan yangi siklopentil radikalining hosil bo'lishi bilan Br:

Siklopentil radikali yangi brom molekulasi bilan oʻzaro taʼsirlashib, undagi bogʻning gomolitik parchalanishiga olib keladi va bromosiklopentan va yangi brom radikalini hosil qiladi:

Brom erkin radikali yangi siklopentan molekulasiga hujum qiladi. Shunday qilib, zanjirning o'sish bosqichi ko'p marta takrorlanadi, ya'ni zanjirli reaktsiya paydo bo'ladi. Zanjirning uzilishi turli radikallarni birlashtirib, zanjir reaktsiyasini yakunlaydi:

Siklopentan molekulasidagi barcha uglerod atomlari teng bo'lgani uchun faqat monosiklobromopentan hosil bo'ladi.

Izobutanda C - H aloqalari ekvivalent emas. Ular gomolitik dissotsilanish energiyasi va hosil bo'lgan erkin radikallarning barqarorligi bilan farqlanadi. Ma'lumki, C-H bog'lanishning parchalanish energiyasi uchinchi darajali uglerod atomidan birlamchigacha ortadi. Erkin radikallarning barqarorligi bir xil tartibda kamayadi. Shuning uchun izobutan molekulasida bromlanish reaktsiyasi regioselektiv tarzda - uchinchi darajali uglerod atomida boradi:

Shuni ta'kidlash kerakki, faolroq xlor radikali uchun regioselektivlik to'liq kuzatilmaydi. Xlorlash jarayonida har qanday uglerod atomidagi vodorod atomlari almashtirilishi mumkin, ammo uchinchi darajali ugleroddagi almashtirish mahsulotining tarkibi eng katta bo'ladi.

Vazifa № 2. Misol tariqasida oleyk kislotasidan foydalanib, hujayra membranalarining shikastlanishi natijasida nurlanish kasalligida yuzaga keladigan lipid peroksidlanish reaktsiyasining mexanizmini tasvirlab bering. Bizning tanamizda qanday moddalar antioksidant bo'lib ishlaydi?

Yechim algoritmi. Radikal reaksiyaga lipid peroksidlanishi misol bo'la oladi, bunda hujayra membranalarining bir qismi bo'lgan to'yinmagan yog' kislotalari radikallar ta'siriga uchraydi. Radioaktiv nurlanish paytida suv molekulalari radikallarga parchalanishi mumkin. Gidroksil radikallari qo'sh bog'ga ulashgan metilen guruhidagi to'yinmagan kislota molekulasiga hujum qiladi. Bunda juftlashtirilmagan elektronning  bog'lanish elektronlari bilan konjugatsiyada ishtirok etishi hisobiga stabillashgan radikal hosil bo'ladi. Keyinchalik, organik radikal diradikal kislorod molekulasi bilan o'zaro ta'sirlanib, beqaror gidroperoksidlarni hosil qiladi, ular parchalanib, aldegidlarni hosil qiladi, ular kislotalarga oksidlanadi - reaktsiyaning yakuniy mahsuloti. Peroksid oksidlanishining natijasi hujayra membranalarini yo'q qilishdir:

E vitaminining (tokoferol) organizmdagi inhibitiv ta'siri uning hujayralarda hosil bo'lgan erkin radikallarni bog'lash qobiliyatiga bog'liq:

Hosil bo'lgan fenoksid radikalida juftlanmagan elektron aromatik halqaning -elektron buluti bilan konjugatsiyalanadi, bu esa uning nisbiy barqarorligiga olib keladi.

Vazifa № 3. Etilenning bromlanish reaksiyasining mexanizmini keltiring.

Yechim algoritmi. Sp 2 - yoki sp-gibridlanish holatidagi uglerod atomlaridan tashkil topgan birikmalar uchun  bog'larning uzilishi bilan sodir bo'ladigan, ya'ni qo'shilish reaksiyalari tipik reaksiyalardir. Bu reaksiyalar reagentning tabiatiga, erituvchining qutbligiga, haroratga va hokazolarga qarab radikal yoki ionli mexanizm bilan borishi mumkin. Ion reaktsiyalari elektronga yaqinlik xususiyatiga ega elektrofil reagentlar yoki nukleofil reagentlar ta'sirida sodir bo'ladi. , ular o'z elektronlarini beradi. Elektrofil reagentlar to'ldirilmagan elektron qobiqli atomlarga ega bo'lgan kationlar va birikmalar bo'lishi mumkin. Eng oddiy elektrofil reagent protondir. Nukleofil reagentlar - bu anionlar yoki bo'linmagan elektron juftlariga ega bo'lgan atomlari bo'lgan birikmalar.

Alkenlar uchun - sp 2 - yoki sp-gibridlangan uglerod atomiga ega bo'lgan birikmalar, elektrofil qo'shilish reaktsiyalari - A E reaktsiyalari tipikdir. Quyosh nuri bo'lmaganda qutbli erituvchilarda galogenlanish reaktsiyasi karboksidlar hosil bo'lishi bilan ion mexanizm bilan boradi:

Etilendagi p bog’ ta’sirida brom molekulasi qutblanib, beqaror p kompleks hosil qiladi va u karbokationga aylanadi. Unda brom uglerod bilan p bog‘ bilan bog‘lanadi. Jarayon brom anionining ushbu karbokatsiya bilan o'zaro ta'siri bilan yakunlanadi va yakuniy reaktsiya mahsuloti dibromoetan hosil bo'ladi.

Vazifa № 4 . Propenning hidratsiya reaktsiyasi misolidan foydalanib, Markovnikov qoidasini asoslang.

Yechim algoritmi. Suv molekulasi nukleofil reagent bo'lgani uchun uni katalizatorsiz qo'sh bog'ga qo'shish mumkin emas. Bunday reaksiyalarda kislotalar katalizator vazifasini bajaradi. Karbokationlarning hosil bo'lishi p bog'lanish buzilganda kislota protonining qo'shilishi bilan sodir bo'ladi:

Kislorod atomining juftlashgan elektronlari tufayli hosil bo'lgan karbokatsiyaga suv molekulasi biriktirilgan. Oksoniyning barqaror alkil hosilasi hosil bo'lib, u proton ajralib chiqishi bilan barqarorlashadi. Reaksiya mahsuloti sek-propanol (propan-2-ol).

Hidratlanish reaktsiyasida Markovnikov qoidasiga ko'ra proton ko'proq vodorodlangan uglerod atomiga qo'shiladi, chunki CH 3 guruhining ijobiy induktiv ta'siri tufayli elektron zichligi ushbu atomga o'tadi. Bundan tashqari, proton qo'shilishi natijasida hosil bo'lgan uchinchi darajali karbokat birlamchiga qaraganda barqarorroqdir (ikki alkil guruhining ta'siri).

Vazifa № 5. Siklopropanni bromlash jarayonida 1,3-dibromopropan hosil bo'lish imkoniyatini asoslang.

Yechim algoritmi. Uch yoki to'rt a'zoli halqalar (siklopropan va siklobutan) bo'lgan molekulalar to'yinmagan birikmalarning xususiyatlarini namoyon qiladi, chunki ularning "banan" bog'lanishlarining elektron holati p bog'iga o'xshaydi. Shuning uchun, to'yinmagan birikmalar singari, ular halqaning yorilishi bilan qo'shilish reaktsiyalariga uchraydi:

Vazifa № 6. Vodorod bromidning 1,3 butadien bilan reaksiyasini tasvirlab bering. Bu reaktsiyaning o'ziga xos xususiyati nimada?

Yechim algoritmi. Vodorod bromid 1,3 butadien bilan reaksiyaga kirishganda, 1,2 qo'shilish (1) va 1,4 qo'shilish (2) hosilalari hosil bo'ladi:

Mahsulot (2) ning hosil bo'lishi konjugatsiyalangan tizimda butun molekula uchun umumiy bo'lgan p-elektron bulutining mavjudligi bilan bog'liq bo'lib, buning natijasida u elektrofil qo'shilish reaktsiyasiga (A E - reaktsiya) kiradi. butun blok:

Vazifa № 7. Benzolning bromlanish reaksiyasi mexanizmini aytib bering.

Yechim algoritmi. Yopiq konjugatsiyalangan elektron tizimni o'z ichiga olgan va shuning uchun sezilarli kuchga ega bo'lgan aromatik birikmalar uchun elektrofil almashtirish reaktsiyalari xarakterlidir. Halqaning har ikki tomonida ortib borayotgan elektron zichligi mavjudligi uni nukleofil reagentlar hujumidan himoya qiladi va aksincha, kationlar va boshqa elektrofil reagentlar tomonidan hujum qilish imkoniyatini osonlashtiradi.

Benzolning galogenlar bilan o'zaro ta'siri katalizatorlar - AlCl 3, FeCl 3 (Lyuis kislotalari deb ataladigan) ishtirokida sodir bo'ladi. Ular halogen molekulasini qutblanishiga olib keladi, shundan so'ng u benzol halqasining p elektronlariga hujum qiladi:

p-kompleks s-kompleks

Dastlab p-kompleks hosil bo'lib, u asta-sekin s-kompleksga aylanadi, bunda brom aromatik halqaning olti elektronidan ikkitasi hisobiga uglerod atomlaridan biri bilan kovalent bog'lanish hosil qiladi. Qolgan to'rtta p elektron uglerod halqasining beshta atomi orasida teng taqsimlangan; s-kompleks aromatiklikni yo'qotish tufayli kamroq qulay tuzilma bo'lib, u protonning chiqishi bilan tiklanadi.

Aromatik birikmalardagi elektrofil almashtirish reaksiyalariga sulfonlanish va nitrlanish ham kiradi. Nitratlovchi vosita rolini konsentrlangan sulfat va nitrat kislotalarning o'zaro ta'siridan hosil bo'lgan nitroil kationi - NO 2+ bajaradi (nitratlash aralashmasi); va sulfonlashtiruvchi vositaning roli SO 3 H + kationi yoki oltingugurt oksidi (IV), agar sulfonlanish oleum bilan amalga oshirilsa.

Yechim algoritmi. SE reaksiyalarida birikmalarning faolligi aromatik yadrodagi elektron zichligiga bog'liq (to'g'ridan-to'g'ri bog'liqlik). Shu munosabat bilan moddalarning reaktivligini o'rinbosar va geteroatomlarning elektron ta'siri bilan bog'liq holda ko'rib chiqish kerak.

Anilindagi aminokislotalar +M effektini namoyon qiladi, buning natijasida benzol halqasida elektron zichligi oshadi va uning eng yuqori konsentratsiyasi orto va para pozitsiyalarida kuzatiladi. Reaktsiya osonroq kechadi.

Nitrobenzoldagi nitroguruh -I va -M ta'sirga ega, shuning uchun u orto va para pozitsiyalarida benzol halqasini o'chiradi. Elektrofilning o'zaro ta'siri eng yuqori elektron zichligi joyida sodir bo'lganligi sababli, bu holda meta-izomerlar hosil bo'ladi. Shunday qilib, elektron beruvchi o'rinbosarlar orto- va para-orientantlar (birinchi turdagi orientantlar va SE reaktsiyalarining faollashtiruvchilari; elektronni tortib oluvchi o'rinbosarlar - meta-orientantlar (ikkinchi turdagi orientantlar) SE reaktsiyalarining deaktivatorlari).

p-ortiqcha tizimlarga mansub besh a'zoli geterotsikllarda (pirrol, furan, tiofen) S E reaksiyalari benzolga qaraganda osonroq kechadi; bu holda a-pozitsiya ko'proq reaktivdir.

Piridin azot atomiga ega bo'lgan geterotsiklik tizimlar p - etishmaydi, shuning uchun ular elektrofil o'rnini bosish reaktsiyalarini o'tkazishlari qiyinroq; bunda elektrofil azot atomiga nisbatan b-o'rinni egallaydi.

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

Qo'shilish reaktsiyalari

Bunday reaktsiyalar ko'p (ikki yoki uch) bog'langan organik birikmalar uchun xosdir. Ushbu turdagi reaksiyalarga alken va alkinlarga galogenlar, vodorod galoidlari va suvning qo'shilishi reaktsiyalari kiradi.

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

Eliminatsiya reaktsiyalari

Bular bir nechta bog'lanishlarning shakllanishiga olib keladigan reaktsiyalardir. Vodorod galogenidlari va suvni yo'q qilishda Zaitsev qoidasi bilan tavsiflangan reaktsiyaning ma'lum bir selektivligi kuzatiladi, unga ko'ra vodorod atomlari kamroq bo'lgan uglerod atomidan vodorod atomi chiqariladi. Misol reaktsiyasi

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

Polimerizatsiya va polikondensatsiya

n(CH 2 =CHCl)  (-CH 2 -CHCl)n

Redoks

Oksidlanish reaktsiyalarining eng kuchlisi yonishdir, bu organik birikmalarning barcha sinflariga xos bo'lgan reaktsiya. Bunda yonish sharoitiga qarab uglerod C (soot), CO yoki CO 2 ga oksidlanadi, vodorod esa suvga aylanadi. Biroq, organik kimyogarlar uchun yonishdan ko'ra ancha yumshoq sharoitlarda amalga oshiriladigan oksidlanish reaktsiyalari katta qiziqish uyg'otadi. Qo'llaniladigan oksidlovchi moddalar: Br2 ning suvdagi yoki CCl 4dagi Cl2 eritmalari; KMnO 4 suvda yoki suyultirilgan kislotada; mis oksidi; yangi cho'kma kumush (I) yoki mis (II) gidroksidlari.

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

Esterifikatsiya (va uning teskari gidroliz reaktsiyasi)

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. Mexanizmi bo'yicha organik reaksiyalarning tasnifi. Misollar.

Reaktsiya mexanizmi kimyoviy reaktsiyalarning batafsil tavsifini o'z ichiga oladi. Shu bilan birga, qanday kovalent bog'lanishlar, qanday tartibda va qanday tarzda uzilganligi aniqlanadi. Reaksiya jarayonida yangi bog'larning hosil bo'lishi ham diqqat bilan tasvirlangan. Reaktsiya mexanizmini ko'rib chiqishda, birinchi navbatda, reaksiyaga kirishuvchi molekulada kovalent bog'lanishning uzilish usuliga e'tibor bering. Bunday ikkita yo'l bor - homolitik va geterolitik.

Radikal reaktsiyalar kovalent bog'lanishning gomolitik (radikal) bo'linishi bilan davom eting:

Qutbsiz yoki past qutbli kovalent aloqalar (C–C, N–N, C–H) yuqori haroratda yoki yorugʻlik taʼsirida radikal parchalanishga uchraydi. CH 3 radikalidagi uglerod 7 ta tashqi elektronga ega (CH 4 da barqaror oktet qobig'i o'rniga). Radikallar beqaror, ular etishmayotgan elektronni ushlashga moyildirlar (juft yoki oktetgacha). Barqaror mahsulotlarni shakllantirish usullaridan biri bu dimerizatsiya (ikki radikalning kombinatsiyasi):

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,

N + N N : N.

Radikal reaktsiyalar - Bular, masalan, alkanlarni xlorlash, bromlash va nitrlash reaksiyalari:

Ion reaktsiyalari geterolitik bog'lanishning parchalanishi bilan sodir bo'ladi. Bunda oraliq uglerod atomida zaryadga ega bo'lgan qisqa muddatli organik ionlar - karbokationlar va karbanionlar hosil bo'ladi. Ion reaktsiyalarida bog'lovchi elektron jufti ajratilmaydi, balki butunlay atomlardan biriga o'tib, uni anionga aylantiradi:

Kuchli qutbli (H–O, C–O) va oson qutblanuvchi (C–Br, C–I) bogʻlanishlar geterolitik boʻlinishga moyil.

Farqlash nukleofil reaktsiyalar (nukleofil– yadro izlash, elektronlar yetishmaydigan joy) va elektrofil reaktsiyalar (elektrofil- elektronlarni qidirish). Muayyan reaksiyaning nukleofil yoki elektrofil ekanligi haqidagi bayonot har doim reaktivga tegishli. Reaktiv- oddiyroq tuzilishga ega bo'lgan reaktsiyada ishtirok etuvchi modda. Substrat- murakkabroq tuzilishga ega bo'lgan boshlang'ich modda. Chiqish guruhi uglerod bilan bog'langan almashtiriladigan iondir. Reaktsiya mahsuloti– yangi uglerod o'z ichiga olgan modda (reaksiya tenglamasining o'ng tomonida yozilgan).

TO nukleofil reagentlar(nukleofillar) manfiy zaryadlangan ionlar, yolgʻiz juft elektronli birikmalar, qoʻsh uglerod-uglerod bogʻli birikmalar kiradi. TO elektrofil reagentlar(elektrofillar)ga musbat zaryadlangan ionlar, toʻldirilmagan elektron qobiqli birikmalar (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), karbonil guruhlari boʻlgan birikmalar, galogenlar kiradi. Elektrofillar har qanday atom, molekula yoki yangi bog'lanish jarayonida bir juft elektron qo'shishga qodir bo'lgan iondir. Ion reaktsiyalarining harakatlantiruvchi kuchi qarama-qarshi zaryadlangan ionlarning yoki turli molekulalarning qisman zaryadli (+ va -) bo'laklarining o'zaro ta'siridir.

Reaksiyalarni boshlang'ich va yakuniy moddalar soniga ko'ra tasnifi: 1. Qo'shish 2. Eliminatsiya (yo'q qilish) 3. O'zgartirish

Reaksiyalarning tasnifi Bog’lanishning uzilish mexanizmiga ko’ra: 1. Gomolitik (radikal) radikallar 2. Geterolitik (ion) ionlar.

Reaktsiya mexanizmi Mexanizm kimyoviy reaktsiyaning bosqichma-bosqich tavsifi bo'lib, oraliq mahsulot va zarrachalarni ko'rsatadi. Reaktsiya sxemasi: Reaktsiya mexanizmi:

Reaksiyalarning reagentlar turi bo‘yicha tasnifi 1. Radikal Radikal juftlashtirilmagan elektronga ega bo‘lgan kimyoviy faol zarrachadir. 2. Elektrofil Elektrofil - elektron yetishmaydigan zarra yoki molekula, elektron yetishmaydigan atomga ega. 3. Nukleofil nukleofil - yakka elektron juftli atomga ega bo'lgan anion yoki neytral molekula.

Organik moddalardagi kimyoviy bog'lanish turlari Bog'lanishning asosiy turi kovalent (kamroq tarqalgan ionli) Sigma bog' (s-): Pi bog'i (-)

ALKANLAR - alifatik (yog'li) uglevodorodlar "Alifatos" - moy, yog' (yunoncha). Cn. H 2 n+2 To‘yingan uglevodorodlar

Gomologik qator: CH 4 - metan C 2 H 6 - etan C 3 H 8 - propan C 4 H 10 - butan C 5 H 12 - pentan va boshqalar. C 6 H 14 - geksan C 7 H 16 - geptan C 8 H 18 - oktan C 9 H 20 - nonan C 10 H 22 - dekan va C 390 H 782 - nonokontatriktan (1985)

Metan molekulasining atom-orbital modeli Metan molekulasida uglerod atomida endi S- va P-orbitallar mavjud emas! Uning 4 gibrid SP 3 orbitallari energiya va shakl jihatidan teng bo'lib, vodorod atomining S orbitallari bilan 4 ta bog' hosil qiladi. H H 4 aloqalari

Nitratsiya reaktsiyasi Konovalov Dmitriy Petrovich (1856 -1928) 1880. Alkanlar hisoblangan "kimyoviy o'liklarni" tiriltirishning birinchi muvaffaqiyatli urinishi. Alkanlarning nitrlanishi uchun sharoit topdim. Guruch. Manba: http: //rasmlar. yandex. ru.

Kimyoviy xossalari I. C-H bog'larining uzilishi bilan sodir bo'ladigan reaksiyalar (almashtirish reaksiyalari): 1. galogenlanish 2. nitrlanish 3. sulfoxlorlanish II. C-C bog'larining uzilishi bilan sodir bo'ladigan reaksiyalar: 1. yonish 2. yorilish 3. izomerlanish.

Kimyogarni qanday topish mumkin? Agar kimyogar topmoqchi bo'lsangiz, kuya va ionlashtirilmagan nima ekanligini so'rang. Va agar u mo'ynali hayvonlar va mehnatni tashkil etish haqida gapira boshlasa, xotirjamlik bilan tark eting. Fantast yozuvchi, fan ommabop Isaak Asimov (1920–1992) rasm. Manba: http: //rasmlar. yandex. ru.

1. Galogenlanish reaksiyasi Xlorlash: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Bromlash: RH + Br 2 hv RBr + HBr Masalan, metanning xlorlanishi: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

Erkin radikal mexanizmining bosqichlari Reaksiya sxemasi: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Reaksiya mexanizmi: I. Zanjirning boshlanishi - erkin radikallarning hosil bo'lish bosqichi. Cl Cl 2 Cl Radikal - faol zarracha, reaksiya tashabbuskori. – – Sahna isitish yoki yoritish shaklida energiya talab qiladi. Keyingi bosqichlar zulmatda, isitishsiz sodir bo'lishi mumkin.

Erkin radikal mexanizmining bosqichlari II. Zanjirning o'sishi asosiy bosqichdir. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Bosqich bir nechta kichik bosqichlarni o'z ichiga olishi mumkin, ularning har birida yangi radikal hosil bo'ladi, lekin H emas!!! II bosqichda, asosiy bosqichda, asosiy mahsulot majburiy ravishda shakllanadi!

Erkin radikal mexanizmining bosqichlari III. Zanjirni tugatish - radikallarning rekombinatsiyasi. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Har qanday ikkita radikal birlashadi.

Almashtirishning selektivligi Tanlanganlik – selektivlik. Regioselektivlik - reaksiyalarning ma'lum bir sohasidagi selektivlik. Masalan, halogenlanish selektivligi: 45% 3% Xulosa? 55% 97%

Galogenlanishning selektivligi quyidagi omillarga bog'liq: Reaksiya shartlari. Past haroratlarda u ko'proq selektivdir. Galogenning tabiati. Galogen qanchalik faol bo'lsa, reaksiya shunchalik kam tanlanadi. F 2 C-C aloqalarini yo'q qilish bilan juda kuchli reaksiyaga kirishadi. I 2 bu sharoitda alkanlar bilan reaksiyaga kirishmaydi. Alkan tuzilishi.

Alkan strukturasining o'rin almashish selektivligiga ta'siri. Agar alkandagi uglerod atomlari teng bo'lmasa, ularning har birining almashinishi har xil tezlikda sodir bo'ladi. Qarindosh almashtirish reaksiyasining tezligi Birlamchi. H atomi Ikkilamchi atom H Tert. H atomini xlorlash 1 3, 9 5, 1 bromlanish 1 82 1600 Xulosa?

Uchinchi darajali vodorod atomini olib tashlash uchun ikkilamchi va birlamchi atomni olib tashlashdan ko'ra kamroq energiya talab qilinadi! Alkan formulasi Gomoliz natijasi 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

Reaktsiyalar yo'nalishi Har qanday reaksiya asosan barqarorroq oraliq zarracha hosil bo'lish yo'nalishida boradi!

Radikal reaksiyalardagi oraliq zarra erkin radikaldir. Eng barqaror radikal eng oson shakllanadi! Radikallarning barqarorlik qatori: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Alkil guruhlari elektron beruvchi ta’sir ko‘rsatadi, buning natijasida ular radikalni barqarorlashtiradi.

Sulfoxlorlanish reaksiyasi Reaksiya sxemasi: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Reaksiya mexanizmi: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl va boshqalar. . va hokazo 3. 2 Cl Cl 2 va boshqalar.

Konovalov reaktsiyasi D.P. Konovalov bo'yicha nitrlash suyultirilgan nitrat kislotaning 140 o haroratda ta'sirida amalga oshiriladi. C. Reaksiya sxemasi: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O

Konovalov reaksiya mexanizmi 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 va boshqalar 3 .Ochiq sxema.

Alkenlar toʻyinmagan uglevodorodlar boʻlib, bitta C=C bogʻlanishi, Cn. H 2 n S=S – alkenlarning funksional guruhi

Alkenlarning kimyoviy xossalari Umumiy xususiyatlari Alkenlar birikmalarning reaktiv sinfidir. Ular ko'plab reaktsiyalarni boshdan kechiradilar, ularning aksariyati kuchsizroq pi aloqasini buzish orqali sodir bo'ladi. E C-C (s-) ~ 350 KJ/mol E C=C (-) ~ 260 KJ/mol

Xarakterli reaksiyalar Qo'shish reaksiyaning eng xarakterli turidir. Qo'sh bog'lanish elektron donordir, shuning uchun u qo'shishga intiladi: E - elektrofillar, kationlar yoki radikallar

Elektrofil qo'shilish reaktsiyalariga misollar 1. Galogenlarning qo'shilishi - Hamma galogenlar qo'shilmaydi, faqat xlor va brom! – Neytral halogen molekulasining qutblanishi qutbli erituvchi ta’sirida yoki alkenning qo‘sh bog‘lanishi ta’sirida sodir bo‘lishi mumkin. Qizil-jigarrang brom eritmasi rangsiz bo'ladi

Elektrofil qo'shilish Reaksiyalar xona haroratida sodir bo'ladi va yorug'likni talab qilmaydi. Mexanizm iondir. Reaktsiya sxemasi: XY = Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O

Sigma kompleksi karbokation - uglerod atomida musbat zaryadga ega bo'lgan zarrachadir. Agar reaksiya muhitida boshqa anionlar mavjud bo'lsa, ular ham karbokatsiyaga qo'shilishi mumkin.

Masalan, suvda erigan brom qo'shilishi. C=C qo‘sh bog‘lanishiga bunday sifatli reaksiya brom eritmasining rangi o‘zgarishi va ikkita mahsulot hosil bo‘lishi bilan boradi:

Nosimmetrik alkenlarga qo'shilish Qo'shishning regioselektivligi! Markovnikov qoidasi (1869): kislotalar va suv nosimmetrik alkenlarga shunday qo'shiladiki, vodorod ko'proq vodorodlangan uglerod atomiga qo'shiladi.

Markovnikov Vladimir Vasilevich (1837 - 1904) Qozon universiteti bitiruvchisi. 1869 yildan - kimyo kafedrasi professori. Ilmiy maktab asoschisi. Guruch. Manba: http: //rasmlar. yandex. ru.

Markovnikov qoidasini tushuntirish Reaksiya eng barqaror oraliq zarracha - karbokation hosil qilish orqali boradi. birlamchi ikkilamchi, barqarorroq

Karbokationlarning barqarorlik qatori: uchinchi darajali ikkilamchi birlamchi metil Markovnikovning zamonaviy formuladagi qoidasi: alkenga proton qo'shilishi barqarorroq karbokatsiya hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi.

Anti-Markovnikov qo'shilishi CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Rasmiy ravishda reaksiya Markovnikov qoidasiga zid keladi. CF 3 – elektronni tortib oluvchi o'rinbosar Boshqa elektron tortib oluvchi moddalar: NO 2, SO 3 H, COOH, galogenlar va boshqalar.

Anti-Markovnikov qo'shilishi ancha barqaror beqaror CF 3 - elektron qabul qiluvchi, karbokatsiyani beqarorlashtiradi.Reaksiya faqat rasmiy ravishda Markovnikov qoidasiga zid keladi. Aslida, u unga bo'ysunadi, chunki u yanada barqaror karbokatatsiyadan o'tadi.

Xarash peroksid effekti X CH 3 -CH=CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR Erkin radikal mexanizmi: 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 barqarorroq radikal CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br va boshqalar 3. Har qanday ikkita radikal o'zaro birlashadi. .

Elektrofil qo'shilish 3. Hidratsiya - suv qo'shilishi - Reaksiya kislota katalizatorlari, ko'pincha sulfat kislota ishtirokida sodir bo'ladi. - Reaksiya Markovnikov qoidasiga bo'ysunadi. Spirtli ichimliklarni olishning arzon usuli

Imtihon paytida akademik Ivan Alekseevich Kablukov talabadan laboratoriyada vodorod qanday ishlab chiqarilishini aytib berishni so'raydi. "Simobdan", deb javob beradi u. “Siz “simobdan yasalgan” degani qanday tushunasiz? ! Ular odatda "sinkdan qilingan" deyishadi, lekin simobdan qilingan narsa asldir. Reaktsiya yozing." Talaba yozadi: Hg = H + g Va aytadi: "Merkuriy isitiladi; u H va g ga parchalanadi. H - vodorod, u engil va shuning uchun uchib ketadi, lekin g - tortishishning tezlashishi, og'ir, qoladi. "Bunday javob uchun siz A qo'yishingiz kerak", deydi Kablukov. - Keling, rekordlar kitobini olaylik. Men ham birinchi navbatda "besh" ni qizdiraman. "Uch" uchib ketadi, lekin "ikki" qoladi.

Laboratoriyada ikkita kimyogar: - Vasya, qo'lingni shu stakanga qo'ying. - Men tashladim. - Biror narsani his qilyapsizmi? - Yo'q. - Demak, boshqa stakanda sulfat kislota bor.

Aromatik uglevodorodlar Aromatik - xushbo'ymi? ? Aromatik birikmalar - bu benzol va kimyoviy xulq-atvorda unga o'xshash moddalar!

Ko'pgina almashtirish reaktsiyalari iqtisodiy maqsadlarga ega bo'lgan turli xil birikmalarni ishlab chiqarishga yo'l ochadi. Elektrofil va nukleofil almashtirish kimyo fanida va sanoatda katta rol o'ynaydi. Organik sintezda bu jarayonlar bir qator xususiyatlarga ega bo'lib, ularga e'tibor berish kerak.

Kimyoviy hodisalarning xilma-xilligi. Almashtirish reaksiyalari

Moddalarning o'zgarishi bilan bog'liq kimyoviy o'zgarishlar bir qator xususiyatlar bilan ajralib turadi. Yakuniy natijalar va termal effektlar farq qilishi mumkin; Ba'zi jarayonlar tugaydi, boshqalarida moddalarning o'zgarishi sodir bo'ladi, ko'pincha oksidlanish darajasining oshishi yoki pasayishi bilan birga keladi. Kimyoviy hodisalarni yakuniy natijasiga ko'ra tasniflashda reaktivlar va mahsulotlar o'rtasidagi sifat va miqdoriy farqlarga e'tibor beriladi. Ushbu belgilarga asoslanib, kimyoviy o'zgarishlarning 7 turini ajratib ko'rsatish mumkin, shu jumladan sxema bo'yicha almashtirish: A-B + C A-C + B. Kimyoviy hodisalarning butun sinfining soddalashtirilgan yozuvi boshlang'ich moddalar orasida quyidagilar mavjud degan fikrni beradi. reaktivdagi atom, ion yoki funktsional guruh o'rnini bosuvchi zarracha "hujum" deb ataladi. Almashtirish reaksiyasi cheklovchi va xarakterlidir

O'rin almashish reaktsiyalari qo'sh almashinuv shaklida sodir bo'lishi mumkin: A-B + C-E A-C + B-E. Kichik turlardan biri, masalan, misning mis sulfat eritmasidan temir bilan siljishi: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. "Hujum qiluvchi" zarracha atomlar, ionlar yoki funktsional guruhlar bo'lishi mumkin

Gomolitik almashtirish (radikal, SR)

Kovalent aloqalarni buzishning radikal mexanizmi bilan turli elementlar uchun umumiy bo'lgan elektron juftlik molekulaning "parchalari" o'rtasida mutanosib ravishda taqsimlanadi. Erkin radikallar hosil bo'ladi. Bu barqaror bo'lmagan zarralar bo'lib, ularning barqarorlashuvi keyingi transformatsiyalar natijasida yuzaga keladi. Masalan, metandan etan hosil bo'lganda, almashtirish reaktsiyasida ishtirok etadigan erkin radikallar paydo bo'ladi: CH 4 CH 3. + .N; CH 3. + .CH 3 → C2H5; N. + .N → N2. Yuqoridagi almashtirish mexanizmi bo'yicha gomolitik bog'lanishning uzilishi zanjirli xarakterga ega. Metanda H atomlari ketma-ket xlor bilan almashtirilishi mumkin. Brom bilan reaksiya xuddi shunday sodir bo'ladi, lekin yod alkanlardagi vodorodni to'g'ridan-to'g'ri almashtira olmaydi; ftor ular bilan juda kuchli reaksiyaga kirishadi.

Geterolitik aloqani uzish usuli

O'rin almashish reaktsiyalarining ion mexanizmi bilan elektronlar yangi hosil bo'lgan zarralar o'rtasida notekis taqsimlanadi. Bog'lanish juftligi to'liq "bo'laklardan" biriga, ko'pincha qutb molekulasidagi manfiy zichlik siljigan bog'lanish sherigiga o'tadi. O'rnini bosish reaktsiyalariga metil spirti CH 3 OH hosil bo'lishi kiradi. Bromometan CH3Brda molekulaning parchalanishi geterolitik, zaryadlangan zarrachalar esa barqarordir. Metil musbat zaryad oladi, brom esa manfiy zaryad oladi: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; CH 3 + + OH - → CH 3 OH; Na + + Br - ↔ NaBr.

Elektrofillar va nukleofillar

Elektronlari yo'q va ularni qabul qila oladigan zarralar "elektrofillar" deb ataladi. Bularga haloalkanlardagi galogenlar bilan bog'langan uglerod atomlari kiradi. Nukleofillar elektron zichligini oshirdi; ular kovalent bog'lanishni yaratishda bir juft elektronni "ehson qiladilar". O'rin almashish reaktsiyalarida manfiy zaryadlarga boy nukleofillar elektron ochlikdan mahrum bo'lgan elektrofillar tomonidan hujumga uchraydi. Bu hodisa atom yoki boshqa zarracha - tark etuvchi guruhning harakati bilan bog'liq. Almashtirish reaksiyasining yana bir turi - nukleofilning elektrofilga hujumi. Ba'zan ikkita jarayonni farqlash va almashtirishni u yoki bu turga bog'lash qiyin, chunki molekulalarning qaysi biri substrat va qaysi biri reagent ekanligini aniq ko'rsatish qiyin. Odatda bunday hollarda quyidagi omillar hisobga olinadi:

• tark etuvchi guruhning tabiati;
• nukleofil reaktivligi;
• erituvchining tabiati;
• alkil qismining tuzilishi.

Nukleofil almashtirish (SN)

Organik molekulada o'zaro ta'sir qilish jarayonida qutblanishning kuchayishi kuzatiladi. Tenglamalarda qisman musbat yoki manfiy zaryad yunon alifbosining harfi bilan ko'rsatilgan. Bog'larning qutblanishi uning yorilishi tabiatini va molekula "bo'laklari" ning keyingi xatti-harakatlarini baholashga imkon beradi. Masalan, yodometandagi uglerod atomi qisman musbat zaryadga ega va elektrofil markazdir. U kislorodning ortiqcha elektronlari bo'lgan suv dipolining qismini o'ziga tortadi. Elektrofil nukleofil reagent bilan o'zaro ta'sirlashganda metanol hosil bo'ladi: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Nukleofil almashinish reaksiyalari manfiy zaryadlangan ion yoki molekula ishtirokida, kimyoviy bog` hosil qilishda ishtirok etmaydigan erkin elektron jufti bilan sodir bo`ladi. Yodometanning SN 2 reaksiyalarida faol ishtirok etishi uning nukleofil hujumga ochiqligi va yodning harakatchanligi bilan izohlanadi.

Elektrofil almashtirish (SE)

Organik molekulada nukleofil markaz bo'lishi mumkin, bu esa elektron zichligining ortishi bilan tavsiflanadi. U manfiy zaryadsiz elektrofil reagent bilan reaksiyaga kirishadi. Bunday zarralarga erkin orbitalli atomlar va elektron zichligi past bo'lgan molekulalar kiradi. "-" zaryadiga ega bo'lgan B uglerod suv dipolining ijobiy qismi - vodorod bilan o'zaro ta'sir qiladi: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Ushbu elektrofil almashtirish reaktsiyasining mahsuloti metandir. Geterolitik reaktsiyalarda organik molekulalarning qarama-qarshi zaryadlangan markazlari o'zaro ta'sir qiladi, bu ularni noorganik moddalar kimyosidagi ionlarga o'xshash qiladi. Organik birikmalarning o'zgarishi kamdan-kam hollarda haqiqiy kationlar va anionlarning hosil bo'lishi bilan birga bo'lishini e'tibordan chetda qoldirmaslik kerak.

Monomolekulyar va bimolekulyar reaksiyalar

Nukleofil almashtirish monomolekulyar (SN1). Bu mexanizm organik sintezning muhim mahsuloti - uchinchi darajali butilxloridni gidrolizlash uchun ishlatiladi. Birinchi bosqich sekin, u asta-sekin karboniy kationiga va xlorid anioniga ajralishi bilan bog'liq. Ikkinchi bosqich tezroq davom etadi, karboniy ionining suv bilan reaktsiyasi sodir bo'ladi. alkandagi galogenni gidroksi guruhi bilan almashtirib, birlamchi spirt olish: (CH 3) 3 C—Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C—OH + H +. Birlamchi va ikkilamchi alkilgalogenidlarning bir bosqichli gidrolizi bir vaqtning o'zida uglerod-galogen bog'ining buzilishi va C-OH juftining hosil bo'lishi bilan tavsiflanadi. Bu nukleofil bimolekulyar almashtirish (SN2) mexanizmi.

Geterolitik almashinish mexanizmi

O'rnini bosish mexanizmi elektronlarni uzatish va oraliq komplekslarni yaratish bilan bog'liq. Reaksiya qanchalik tez sodir bo'lsa, uning xarakterli oraliq mahsulotlari shunchalik oson paydo bo'ladi. Ko'pincha jarayon bir vaqtning o'zida bir necha yo'nalishda ketadi. Afzallik odatda ularning shakllanishi uchun eng kam energiya talab qiladigan zarrachalarni ishlatadigan yo'lga o'tadi. Masalan, qo'sh bog'ning mavjudligi CH 3 + ioniga nisbatan CH2=CH—CH 2 + allilik kationining paydo bo'lish ehtimolini oshiradi. Buning sababi molekula bo'ylab tarqalgan musbat zaryadning delokalizatsiyasiga ta'sir qiluvchi ko'p bog'lanishning elektron zichligidadir.

Benzolni almashtirish reaksiyalari

Elektrofil almashtirish bilan tavsiflangan guruh arenlardir. Benzol halqasi elektrofil hujumi uchun qulay nishondir. Jarayon ikkinchi reaktivda bog'lanish polarizatsiyasidan boshlanadi, natijada benzol halqasining elektron bulutiga qo'shni elektrofil hosil bo'ladi. Natijada, o'tish kompleksi paydo bo'ladi. Elektrofil zarracha va uglerod atomlaridan biri o'rtasida hali to'liq bog'liqlik yo'q, u "aromatik olti" elektronning butun manfiy zaryadiga tortiladi. Jarayonning uchinchi bosqichida halqaning elektrofil va bitta uglerod atomi umumiy juft elektron (kovalent aloqa) bilan bog'lanadi. Ammo bu holda, "aromatik oltilik" yo'q qilinadi, bu barqaror, barqaror energiya holatiga erishish nuqtai nazaridan noqulaydir. "Protonning chiqishi" deb atash mumkin bo'lgan hodisa kuzatiladi. H+ bartaraf qilinadi va arenalarga xos barqaror aloqa tizimi tiklanadi. Qo'shimcha mahsulot tarkibida benzol halqasidan vodorod kationi va ikkinchi reaktivdan anion mavjud.

Organik kimyodan almashtirish reaksiyalariga misollar

Alkanlar, ayniqsa, almashtirish reaktsiyasi bilan tavsiflanadi. Sikloalkanlar va arenlar uchun elektrofil va nukleofil transformatsiyalarga misollar keltirish mumkin. Organik moddalar molekulalaridagi shunga o'xshash reaktsiyalar normal sharoitda, lekin ko'pincha qizdirilganda va katalizatorlar ishtirokida sodir bo'ladi. Umumiy va yaxshi o'rganilgan jarayonlar aromatik halqadagi elektrofil almashtirishni o'z ichiga oladi. Ushbu turdagi eng muhim reaktsiyalar:

1. H 2 SO 4 ishtirokida benzolni nitrlash quyidagi sxema bo'yicha boradi: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
2. Benzolni katalitik halogenlash, xususan, xlorlash, tenglama bo'yicha: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
3. Aromatik jarayon sulfat kislotaning "fuming" bilan davom etadi, benzolsulfonik kislotalar hosil bo'ladi.
4. Alkillanish - benzol halqasidan vodorod atomini alkil bilan almashtirish.
5. Asillanish - ketonlarning hosil bo'lishi.
6. Formillanish - vodorodni CHO guruhi bilan almashtirish va aldegidlarning hosil bo'lishi.

O'zgartirish reaktsiyalari alkanlar va sikloalkanlardagi reaktsiyalarni o'z ichiga oladi, bunda galogenlar kirish mumkin bo'lgan C-H aloqasiga hujum qiladi. Losmalar hosil bo'lishi to'yingan uglevodorodlar va sikloparafinlarda bir, ikkita yoki barcha vodorod atomlarini almashtirishni o'z ichiga olishi mumkin. Kichik molekulyar og'irliklarga ega bo'lgan ko'plab galloalkanlar turli sinflarga mansub ancha murakkab moddalarni ishlab chiqarishda ishlatiladi. Oʻrin almashish reaksiyalari mexanizmlarini oʻrganishda erishilgan yutuqlar alkanlar, sikloparafinlar, arenlar va galogenlangan uglevodorodlar asosida sintezlar rivojlanishiga kuchli turtki berdi.