LEKTURA 4
Klasifikimi dhe
mekanizmat
reaksionet organike

Planifikoni
4.1. Klasifikimi organik
reagimet
4.2. Klasifikimi i reagentëve
4.3 Reagimet
(SR)
radikale
zëvendësim
4.4 Reaksionet e shtimit elektrofil (AE)

4.1 Klasifikimi i reaksioneve organike

4.1 Klasifikimi
reaksionet organike
drejt
nga molekulariteti
Reaksionet e zëvendësimit të S
Reaksionet e shtimit A
Reaksionet e eliminimit
E
molekulare
rirregullimet
monomolekulare
Bimolekulare
Trimolekulare

Sipas metodës së thyerjes dhe formimit të lidhjeve

Heterolitike
(jonik)
* elektrofil
* nukleofile
Homolitike
(radikale)
molekulare

Skema e thyerjes së lidhjeve kimike

A:B
+
AT:
.
.
POR
A:B
heterolitike
A: B
g om litik
A + B
gëzuar ikala
+
+ V:
POR
jonet e lidhura

Skema e formimit të lidhjeve kimike

+
POR
.
+ V:
A + B
.
POR
AT
heterolitike
POR
AT
homolitike.

reaksionet heterolitike
quhet jonike sepse
ato shoqërohen
formimin e organike
jonet rrjedhin në
tretës organikë
Reaksionet homolitike
rrjedhin kryesisht në
faza e gazit

Reaksionet heterolitike në
varësia nga elektronika
natyra e grimcës sulmuese
e ndarë në nukleofile (simbol
N) dhe elektrofile (simboli E).
Në të njëjtën kohë, supozohet në mënyrë konvencionale
një nga grimcat ndërvepruese
reagjenti dhe substrati tjetër
mbi të cilat vepron reagjenti

Një substrat është një molekulë që
siguron një atom karboni
formimi i një lidhjeje të re
lloji i reaksionit (nukleofilik
ose elektrofil) përcaktohet nga natyra e reagentit

Reagent me të vetmuar
çift ​​elektronik,
duke ndërvepruar me
substrati që ka
mungesa e elektroneve
i quajtur "nukleofilik"
(duke dashuruar, duke kërkuar thelbin), dhe
reaksionet nukleofile

Reagent me deficit elektronik,
duke ndërvepruar me
një substrat me një tepricë elektronesh
thirrur
"elektrofile" dhe
reaksion elektrofilik

Nukleofile dhe
reaksionet elektrofile janë gjithmonë
të ndërlidhura
Reaksionet e shoqëruara nga
të njëkohshme
boshllëk (konsensual) dhe
lidhja quhet
molekulare (sinkron,
rënë dakord)

sinteza e dienit

CH 2
HC
CH 2
+
HC
CH 2
CH 2
Cyclog exen

4.2. Klasifikimi i reagentëve

4.2. Klasifikimi i reagentëve
Tek reagentët nukleofilik
përfshijnë molekulat që përmbajnë
një ose më shumë të pandarë
çifte elektronesh; jonet që bartin
ngarkesë negative (anione);
molekulat me qendra
densitet i rritur

Reagentë nukleofile

molekula neutrale,
duke pasur çifte të vetme
elektronet:
..
..
..
..
NH3; R - NH2; R2 - NH; R3N;
..
H2O;
..
..
R-OH;
..
..
;
R-O
R
..
anionet:
OH-; CN-; NH2-; RCOO-; RS-; Cl-;
Br-; I-; HSO3-;

Reagentë nukleofile

lidhjet,
që përmbajnë qendra me
rritja e densitetit të elektroneve:
C
C
;
C
C
;

Reagentët elektrofilë

molekula neutrale,
që ka një orbital të lirë:
SO3, acidet Lewis (AlCl3,
SnCl4, FeBr3, BF3)
kationet: proton (H+), jonet
metale (Meshkuj+), SO3H+, NO2+, NO+

molekulat,
duke pasur
qendrat
Me
densiteti i reduktuar i elektroneve:
derivatet halogjene te hidrokarbureve Rδ+-
Halδ-, halogjenet (Cl2, Br2, I2), komponimet me
grupi karbonil:
R
C
O
;
H
R
C
O
;
R1
R
C
O
; R
Oh
C
O
;
OSE

Në reaksionet e kimisë organike,
zakonisht zhvillohen në
disa faza, d.m.th. Me
formimi i ndërmjetëm
grimcat jetëshkurtër
(të ndërmjetme): karbokacione,
karbanionet, radikalet

Karbokacionet - pozitive
grimca të ngarkuara, atom
që përmban karbon pozitiv
tarifa është në sp2 -
hibridizimi.
Atomi i karbonit me përvetësim
ndryshimet e ngarkesës pozitive
gjendja e tij valore nga sp3 në
sp2, që është energjikisht më shumë
fitimprurëse.

Një karakteristikë e rëndësishme
karbokacionet janë të tyre
qëndrueshmëria, e cila
përcaktuar nga shkalla
delokalizimi
ngarkesë pozitive

Stabiliteti i karbokacionit
bie në rresht:
terciare
atomi C
>
dytësore
atomi C
>
fillore
atomi C

Stabiliteti i karbokacionit

+
CH3 CH3
m etilium
kation
+
CH2
etilik
kation
CH3
CH3
+
CH
izopropilium
kation
CH3
CH3
STABILITETI I RRITUR
+
C
CH3
tertbutilium
kation

Karbanionet - negative
grimca të ngarkuara, ngarkesë
që është për shkak të pranisë në to
struktura e atomit C me një të vetme
çift ​​elektronik. Në të njëjtën kohë, atomi
që përmban karbon negativ
ngarkuar, mund të jetë edhe në sp2 dhe
në hibridizimin sp3

Stabiliteti i karbanioneve varet nga
shkalla e delokalizimit të negativit
ngarkesë në atomin e karbonit. Se ajo
më të larta, aq më i lartë është stabiliteti i tyre dhe
ulin reaktivitetin e tyre.
Cikli më i qëndrueshëm
karbanionet, në strukturën e të cilave
ekziston një π-elektron i zakonshëm
dendësia, duke përfshirë
4n+2 π-elektrone

anion ciklopentadienil

Radikalet e lira - çdo
aktive elektrike neutrale
grimca që përmban
orbitale me një elektron.
Radikalet e lira mund
të caktohen grimca,
që përmban një elektron të paçiftuar
jo vetëm në atomin e karbonit (C ), por
dhe në atome të tjera: R2N· ; RO

4.3. Reaksionet e zëvendësimit radikal (SR)

4.3. Reagimet e radikalit
zëvendësim (SR)
Reaksionet SR janë karakteristike për
komponimet e alifatike dhe
seri aliciklike. Si
si rregull, ato rrjedhin
mekanizmi i zinxhirit, kryesori
fazat e të cilave janë:
fillimi, zhvillimi (rritja
zinxhir) dhe qark i hapur.

Në fazën e inicimit
formohen radikalet e lira
duke filluar një zinxhir
procesi
Radikalet e lira mund
ndodhin për shkak termik
ose fotokimike
fillimin, si dhe
si rezultat i reaksioneve OB

Reaksionet e zëvendësimit radikal (SR)

R-H+A-A
substrate
reagjent
h
R-A+HA
produkt
reagimet

mekanizmi i reagimit
zëvendësimi radikal (SR)
1. Fillimi
A-A
h
.
2A

2. Zhvillimi i zinxhirit

.
A
.
+R-H
R+A-A
.
R
+AH
R-A+
.
A

3. Qarku i hapur
.
R
.
A
.
A
+
.
R
R-R
+
.
R
R-A
+
.
A
A-A

Lehtësia e shkëputjes së atomit H nga atomi i karbonit bie në serinë e hidrokarbureve

CH3
CH3
H3C
C
CH3
H>H3C
C
H
H
H
H>H3C
C
H
H > H
C
H
H

Radikalet e bromit (Br˙) kanë
selektiviteti i lartë: nëse
molekula ka një dytësore, dhe
veçanërisht atomi terciar i karbonit,
atëherë brominimi është mbizotërues
shkon në terciar (të mesëm)
atom karboni. Reagime të tilla
i quajtur regioselektive
(përzgjedhës sipas vendit
veprimet) reagimet

Brominimi i alkaneve (reaksionet regioselektive)

H3C
CH
H
CH3 + Br2
h
H3C
CH
CH3 + HBr
Br
2-bromopropan

mekanizmi i reagimit
brominimi i alkaneve
1. Fillimi
Br2
h
.
2Br

2. Zhvillimi i zinxhirit
.
Br + H3C
CH
CH3
H3C
.
CH
CH3 + HBr
H
Br2 + H3C
.
CH
CH3
H3C
CH
Br
.
CH3 + Br

3. Qarku i hapur
.
.
H3C
CH3 + Br
CH
H3C
CH
CH3
Br
.
Br
H3C
.
Br2
+Br
.
.
CH+H3C
CH
CH3
CH3
H3C
CH
CH
CH3
CH3
Etilbutan 2,3-dim
CH3

4.4. Reaksionet e shtimit elektrofil

Shtesa elektrofilike (AE)
karakteristikë e sistemeve të pangopura,
që përmbajnë lidhje të dyfishta ose të trefishta.
Natyra nukleofile e këtyre
komponimet për shkak të pranisë së një lidhjeje π,
e cila është një zonë me
rritja e densitetit të elektroneve,
është i polarizueshëm dhe i lehtë
prishet nën
reagentët elektrofilë

Mekanizmi i reagimit AE

+ X
C=C
substrate
Y
reagjent
X
C
+
C
- komplekse
+Y
C=C
X
Y
- komplekse
X
C
C
Y

Halogjenimi

H
H
C=C
H
+Br
Br
H
H
C=C
H
H
Br
Br
CH2
H2C
+
Br
brom onium
kation
+Br
H2C
CH2
Br
1,2-d ibromoetan
H
Br

hidrogjenizimi
H
C=C
+ H2
t, Kt
C
C
H
Hidrohalogjenimi
Cl
C=C
+ HCl
C
H
C

Hidratimi
Oh
C=C
+HOH
H
+
C
H
C

Rregulli i Markovnikov:
kur ndërveprojnë
Reagentë të tipit HX me
asimetrike
alkenet, hidrogjeni
bashkohet
shumica
Vladimiri i hidrogjenizuar
Markovnikov
atom karboni
(1837 – 1904)

Hidrohalogjenimi i alkeneve
Rregulli i Morkovnikov
CH3 CH = CH2 + HCl
CH3
CH
Cl
2-kloropropan
CH3

mekanizmi i reagimit
hidrohalogjenimi
CH3
CH3
+
+
CH
CH3
CH2
+
CH2
CH = CH2 + H
CH3
CH3
CH
Cl
CH3
+Kl
-

Skema e reaksionit të hidratimit të alkenit

Skema e reaksionit të hidratimit
alkenet
+
H2C = CH2 + H2O
H
H3C
CH2
Oh
etanol

Mekanizmi i Reaksionit të Hidratimit
alkenet
..
+
+HOH
..
+
H C = CH + H
H C CH
2
2
H3C
3
CH2
+
O
H
+
-H
kthimi
katalizator
H
Kation oksonium
2
H3C
CH2
Oh

rregull klasik
Markovnikova është perfekte
të zbatueshme vetëm për
alkenet, në rastin e tyre
derivatet e nevojshme
marrë parasysh mekanizmin
reagimet dhe stabiliteti
ndërmjetëse të formuara

Mekanizmi i reagimit të hidratimit të acideve karboksilike të pangopura kundër rregullit të Morkovnikov

R
R
CH=CH
+
CH
O
CH2
C
Oh
+
+ H
C
O
Oh
R
CH2
+
CH
C
O
Oh

..
HOH
..
O
R
CH
+
O
H
H
CH2
C
O
R
-H+
CH
CH2
C
Oh kthehu
katalizator
Oh
Oh
- acid hidroksi

Ky lloj hidratimi në
vivo është pjesë e procesit
β-oksidimi i të pangopurave
acidet yndyrore në trup

Sistemet e ndërlidhura
(alkadienet)
termodinamikisht më së shumti
e qëndrueshme, aq shpesh
gjenden në natyrë.
Reagimet e AE me diene të tilla
vazhdoni me formimin e dy
produkteve
1,4- dhe 1,2-bashkëngjitje

Reaksionet AE në serinë e alkadienit

1, 4
H2C=CH
CH = CH2 + HCl
H3C
CH=CH
CH2Cl
1-klorobuten-2
1, 2
H3C
CH
Cl
3-klorobuten-1
CH=CH2

Reaksionet AE në serinë e alkadienit Mekanizmi i reagimit

+
H3C
H2C=CH
CH = CH2 + H+
Mekanizmi i reagimit të hidratimit H3C
derivatet e acetilenit
H3C
C
+
CH+H
H3C
+
C=CH2
..
+HOH
..

Mekanizmi i Reaksionit të Hidratimit
derivatet e acetilenit
H3C
C=CH2
+
O
H
-H+
H3C
C=CH2
Oh
H

Reaksionet e substancave organike mund të ndahen zyrtarisht në katër lloje kryesore: zëvendësimi, shtimi, eliminimi (eliminimi) dhe rirregullimi (izomerizimi).

Natyrisht, e gjithë shumëllojshmëria e reaksioneve të përbërjeve organike nuk mund të reduktohet në klasifikimin e propozuar (për shembull, reaksionet e djegies). Sidoqoftë, një klasifikim i tillë do të ndihmojë në krijimin e analogjive me reagimet tashmë të njohura për ju që ndodhin midis substancave inorganike.

Si rregull, përbërja organike kryesore e përfshirë në reaksion quhet substrate, dhe komponenti tjetër i reaksionit konsiderohet me kusht si reagjent.

Reaksionet e zëvendësimit

Reaksionet e zëvendësimit- këto janë reaksione që rezultojnë në zëvendësimin e një atomi ose grupi atomesh në molekulën (substratin) origjinal me atome të tjera ose grupe atomesh.

Reaksionet e zëvendësimit përfshijnë komponime të ngopura dhe aromatike si alkanet, cikloalkanet ose arenet. Le të japim shembuj të reagimeve të tilla.

Nën veprimin e dritës, atomet e hidrogjenit në një molekulë metani mund të zëvendësohen nga atome halogjene, për shembull, nga atomet e klorit:

Një shembull tjetër i zëvendësimit të hidrogjenit me halogjen është shndërrimi i benzenit në bromobenzen:

Ekuacioni për këtë reagim mund të shkruhet ndryshe:

Me këtë formë shkrimi reagentët, katalizator, kushtet e reagimit shkruani sipër shigjetës dhe produktet e reaksionit inorganik- nën të.

Reaksionet e shtimit

Reaksionet e shtimit- Këto janë reaksione në të cilat dy ose më shumë molekula të reaktantëve bashkohen në një.

Komponimet e pangopura, të tilla si alkenet ose alkinet, hyjnë në reaksione shtesë. Varësisht se cila molekulë vepron si reagent, dallohen hidrogjenizimi (ose reduktimi), halogjenimi, hidrohalogjenimi, hidratimi dhe reaksionet e tjera të shtimit. Secila prej tyre kërkon kushte të caktuara.

1. hidrogjenizimi- reaksioni i shtimit të një molekule hidrogjeni në një lidhje të shumëfishtë:

2. Hidrohalogjenimi- Reaksioni i shtimit të halogjenit të hidrogjenit (hidroklorinimi):

3. Halogjenimi- reaksioni i shtimit të halogjenit:

4. Polimerizimi- një lloj i veçantë i reaksioneve të shtimit, gjatë të cilave molekulat e një lënde me peshë të vogël molekulare kombinohen me njëra-tjetrën për të formuar molekula të një lënde me peshë molekulare shumë të lartë - makromolekulat.

reaksionet e polimerizimit- këto janë proceset e kombinimit të shumë molekulave të një substance (monomeri) me peshë të ulët molekulare në molekula të mëdha (makromolekula) të një polimeri.

Një shembull i një reaksioni polimerizimi është prodhimi i polietilenit nga etilen (eteni) nën veprimin e rrezatimit ultravjollcë dhe një iniciatori radikal i polimerizimit R.

Lidhja kovalente më karakteristike e përbërjeve organike formohet nga mbivendosja orbitalet atomike dhe formimi i çifteve të përbashkëta elektronike. Si rezultat i kësaj, formohet një orbitale e përbashkët për dy atome, mbi të cilën ndodhet një çift elektronik i përbashkët. Kur lidhja prishet, fati i këtyre elektroneve të zakonshme mund të jetë i ndryshëm.

Llojet e grimcave reaktive në kiminë organike

Një orbitale me një elektron të paçiftuar që i përket një atomi mund të mbivendoset me një orbitale të një atomi tjetër që përmban gjithashtu një elektron të paçiftuar. Këtu zhvillohet edukimi lidhje kovalente me mekanizëm shkëmbimi:

Mekanizmi i shkëmbimit për formimin e një lidhjeje kovalente realizohet nëse një çift elektronik i përbashkët formohet nga elektrone të paçiftuara që i përkasin atomeve të ndryshme.

Procesi i kundërt me formimin e një lidhje kovalente nga mekanizmi i shkëmbimit është shkëputje në të cilin një elektron shkon në secilin atom. Si rezultat, formohen dy grimca të pa ngarkuara me elektrone të paçiftuara:

Grimcat e tilla quhen radikalet e lira.

radikalet e lira- atome ose grupe atomesh që kanë elektrone të paçiftëzuara.

Reagimet e radikaleve të lira janë reaksione që ndodhin nën veprimin dhe me pjesëmarrjen e radikaleve të lira.

e di kimia inorganike këto janë reaksione të ndërveprimit të hidrogjenit me oksigjenin, halogjenet, reaksionet e djegies. Reaksionet e këtij lloji karakterizohen nga shpejtësia e lartë, lëshimi i një sasie të madhe nxehtësie.

Mund të formohet edhe një lidhje kovalente mekanizmi dhurues-pranues. Një nga orbitalet e një atomi (ose anioni), i cili përmban një çift elektronik të pandarë, mbivendoset me një orbital të paplotësuar të një atomi (ose kationi) tjetër, i cili ka një orbital të pambushur, ndërsa formohet lidhje kovalente, për shembull:

Thyerja e një lidhje kovalenteçon në formimin e grimcave të ngarkuara pozitivisht dhe negativisht; meqenëse në këtë rast të dy elektronet nga një çift elektronik i përbashkët mbeten me njërin prej atomeve, atomi tjetër ka një orbital të paplotësuar:

Konsideroni shpërbërja elektrolitike e acideve:

Mund të merret me mend lehtësisht se një grimcë ka çifti i vetëm elektronik R: -, d.m.th., një jon i ngarkuar negativisht, do të tërhiqet nga atomet e ngarkuar pozitivisht ose nga atomet në të cilët ka të paktën një pjesë të pjesshme ose efektive ngarkesë pozitive. Grimcat me çiftet e vetme elektronike quhen agjentë nukleofile(bërthama - "bërthama", pjesa e ngarkuar pozitivisht e atomit), domethënë "miqtë" e bërthamës, një ngarkesë pozitive.

Nukleofile(Nu) - anione ose molekula që kanë një palë të vetme elektronesh që ndërveprojnë me pjesë të molekulave në të cilat është përqendruar një ngarkesë pozitive efektive.

Shembuj të nukleofileve: Cl - (jon klorur), OH - (anion hidroksid), CH 3 O - (anion metoksid), CH 3 COO - (anion acetat).

Grimcat që kanë orbitale e paplotësuar, përkundrazi, do të tentojë ta mbushë atë dhe, për rrjedhojë, do të tërhiqet në rajonet e molekulave ku ka një densitet elektronik të rritur, një ngarkesë negative, një çift elektronik të pandarë. Ata janë elektrofilet, "miqtë" e elektronit, ngarkesë negative ose grimca me densitet elektronik të rritur.

elektrofilet- katione ose molekula që kanë një orbitale elektronike të paplotësuar, që tentojnë ta mbushin atë me elektrone, pasi kjo çon në një konfigurim elektronik më të favorshëm të atomit.

Jo çdo grimcë është elektrofile me një orbital të zbrazët. Për shembull, kationet metale alkali kanë konfigurimin e gazeve inerte dhe nuk priren të marrin elektrone, pasi kanë një afinitet të ulët elektronik. Nga kjo mund të konkludojmë se pavarësisht pranisë së një orbitale të paplotësuar, grimcat e tilla nuk do të jenë elektrofile.

Mekanizmat kryesore të reagimit

Ekzistojnë tre lloje kryesore të grimcave që reagojnë - radikalet e lira, elektrofilet, nukleofilet- dhe tre lloje përkatëse të mekanizmit të reagimit:

Radikal i lirë;

Elektrofile;

Nuleofile.

Përveç klasifikimit të reaksioneve sipas llojit të grimcave reaguese, në kiminë organike ekzistojnë katër lloje reagimesh sipas parimit të ndryshimit të përbërjes së molekulave: aderimi, zëvendësim, duke u ndarë, ose eliminim (nga anglishtja për të eliminuar - hiqni, ndani) dhe rirregullimet. Meqenëse shtimi dhe zëvendësimi mund të ndodhë nën veprimin e të tre llojeve të specieve reaktive, mund të dallohen disa mekanizma kryesorë të reagimit.

1. Zëvendësimi i radikaleve të lira:

2. Shtesa e radikaleve të lira:

3. Zëvendësimi elektrofilik:

4. Shtesa elektrofilike:

5. Shtimi nukleofilik:

Përveç kësaj, merrni parasysh reaksionet e ndarjes ose eliminimit që ndodhin nën ndikimin e grimcave nukleofile - bazave.

6. Eliminimi:

Rregulli i V. V. Markovnikov

Një tipar dallues i alkeneve (hidrokarburet e pangopura) është aftësia për të hyrë në reaksione shtesë. Shumica e këtyre reaksioneve zhvillohen me mekanizmin e shtimit elektrofil.

Hidrohalogjenimi (shtimi i halogjenit të hidrogjenit):

Ky reagim i bindet rregullit të V. V. Markovnikov.

Kur një halogjen hidrogjeni i shtohet një alkeni, hidrogjeni lidhet me një atom karboni më të hidrogjenizuar, d.m.th., një atom në të cilin ka më shumë atome hidrogjeni dhe një halogjen me një atom më pak të hidrogjenizuar.

Materiali referues për kalimin e testit:

tabelë periodike

Tabela e tretshmërisë

Formohet kur orbitalet atomike mbivendosen dhe formohen çifte të përbashkëta elektronike. Si rezultat i kësaj, formohet një orbitale e përbashkët për dy atome, mbi të cilën ndodhet një palë e përbashkët elektronesh. Kur lidhja prishet, fati i këtyre elektroneve të zakonshme mund të jetë i ndryshëm.

Mekanizmi i shkëmbimit për formimin e një lidhje kovalente. Thyerja e lidhjes homolitike

Një orbitale me një elektron të paçiftuar që i përket një atomi mund të mbivendoset me një orbitale të një atomi tjetër që përmban gjithashtu një elektron të paçiftuar. Në këtë rast, formimi i një lidhje kovalente ndodh sipas mekanizmit të shkëmbimit:

H + H -> H: H, ose H-H

Mekanizmi i shkëmbimit për formimin e një lidhjeje kovalente realizohet nëse një çift elektronik i përbashkët formohet nga elektrone të paçiftuara që i përkasin atomeve të ndryshme.

Procesi i kundërt me formimin e një lidhjeje kovalente nga mekanizmi i shkëmbimit është thyerja e lidhjes, në të cilën një elektron shkon në çdo atom. Si rezultat, formohen dy grimca të pa ngarkuara me elektrone të paçiftuara:

Grimca të tilla quhen radikale të lira.

radikalet e lira- atome ose grupe atomesh që kanë elektrone të paçiftëzuara.

Mekanizmi i prishjes së një lidhjeje kovalente, në të cilën formohen radikalet e lira, quhet hemolitik ose homolizë (homo është i njëjtë, domethënë, ky lloj i prishjes së lidhjes çon në formimin e grimcave identike).

Reaksionet që zhvillohen nën veprimin dhe me pjesëmarrjen e radikaleve të lira quhen reaksionet e radikaleve të lira.

Anioni hidroksil tërhiqet nga atomi i karbonit (sulmon atomin e karbonit), në të cilin përqendrohet ngarkesa e pjesshme pozitive dhe zëvendëson bromin, më saktë, anionin e bromit.

Në molekulën 1-kloropropane, çifti elektronik në lidhjen C-Cl zhvendoset drejt atomit të klorit për shkak të elektronegativitetit të tij më të madh. Në këtë rast, atomi i karbonit, i cili ka marrë një ngarkesë të pjesshme pozitive (§ +), tërheq elektrone nga atomi i karbonit i lidhur me të, i cili, nga ana tjetër, nga sa vijon:

Kështu, efekti induktiv transmetohet përgjatë zinxhirit, por shpejt prishet: praktikisht nuk vërehet tashmë pas tre bashkimeve st.

Konsideroni një reagim tjetër - shtimin e bromurit të hidrogjenit në eten:

CH2=CH2 + HBr -> CH3-CH2Br

Në fazën fillestare të këtij reaksioni, një kation hidrogjeni i shtohet një molekule që përmban një lidhje të shumëfishtë:

CH2=CH2 + H+ -> CH2-CH3

Elektronet e lidhjes n janë zhvendosur në një atom karboni, fqinji ka një ngarkesë pozitive, një orbital të paplotësuar.

Stabiliteti i grimcave të tilla përcaktohet nga sa mirë kompensohet ngarkesa pozitive në atomin e karbonit. Ky kompensim ndodh për shkak të zhvendosjes në densitetin elektronik të lidhjes a drejt atomit të karbonit të ngarkuar pozitivisht, d.m.th., efekti induktiv pozitiv (+1).

Grupi i atomeve, në këtë rast grupi metil, nga i cili është tërhequr dendësia e elektroneve, ka një efekt dhurues, i cili shënohet me +1.

efekt mesomerik. Ekziston një mënyrë tjetër e ndikimit të disa atomeve ose grupeve në të tjerët - efekti mesomerik, ose efekti i konjugimit.

Konsideroni një molekulë 1,3-butadiene:

CH2=CH CH=CH2

Rezulton se lidhjet e dyfishta në këtë molekulë nuk janë vetëm dy lidhje dyfishe! Meqenëse janë afër, ka një mbivendosje P-lidhjet që përbëjnë dyshe fqinje, dhe formohet një e përbashkët për të katër atomet e karbonit P- re elektronike. Në këtë rast, sistemi (molekula) bëhet më i qëndrueshëm. Ky fenomen quhet konjugim (në këtë rast P - P- konjugim).

Mbivendosja shtesë, konjugimi i n-lidhjeve të ndara nga një lidhje o, çon në "mesatarizimin" e tyre. Lidhja qendrore e thjeshtë fiton një karakter të pjesshëm "të dyfishtë", bëhet më i fortë dhe më i shkurtër dhe lidhjet e dyfishta disi dobësohen dhe zgjaten.

Një shembull tjetër i konjugimit është efekti i një lidhjeje të dyfishtë në një atom që ka një çift elektronik të pandarë.

Kështu, për shembull, gjatë disociimit të një acidi karboksilik, çifti elektronik i pandarë mbetet në atomin e oksigjenit:

Kjo çon në një rritje të qëndrueshmërisë së anionit të formuar gjatë shpërbërjes dhe një rritje të forcës së acidit.

Zhvendosja në densitetin e elektroneve në sistemet e konjuguara që përfshijnë n-lidhje ose çifte elektronike të pandara quhet efekti mezomerik (M).

Mekanizmat kryesore të reagimit

Ne kemi identifikuar tre lloje kryesore të grimcave reaguese - radikalet e lira, elektrofilet, nukleofile dhe tre lloje përkatëse të mekanizmave të reagimit:

Radikal i lirë;
elektrofile;
nukleofile.

Përveç klasifikimit të reaksioneve sipas llojit të grimcave që reagojnë, kimia organike dallon katër lloje reaksionesh sipas parimit të ndryshimit të përbërjes së molekulave: shtimi, zëvendësimi, eliminimi ose eliminimi (nga anglishtja për të eliminuar - hequr, ndarë) , dhe rirregullim. Meqenëse shtimi dhe zëvendësimi mund të ndodhë nën veprimin e të tre llojeve të grimcave reaktive, mund të dallohen disa mekanizma kryesorë të reagimit.

Përveç kësaj, do të shqyrtojmë reaksionet e ndarjes ose eliminimit që ndodhin nën ndikimin e grimcave nukleofile - bazave.

1. Çfarë janë thyerjet homolitike dhe heterolitike të një lidhje kovalente? Për cilët mekanizma të formimit të lidhjes kovalente janë karakteristikë ato?

2. Çfarë quhen elektrofile dhe nukleofile? Jepni shembuj të tyre.

3. Cilat janë ndryshimet midis efekteve mezomerike dhe induktive? Si e ilustrojnë këto dukuri pozicionin e teorisë së A. M. Butlerov për strukturën e përbërjeve organike mbi ndikimin reciprok të atomeve në molekulat e substancave organike?

4. Në dritën e koncepteve të efekteve induktive dhe mezomerike, merrni parasysh ndikimin e ndërsjellë të atomeve në molekula:

Mbështetni përfundimet tuaja me shembuj të ekuacioneve të reaksioneve kimike.

Përmbajtja e mësimit përmbledhje e mësimit mbështetja e prezantimit të mësimit në kuadër të metodave përshpejtuese teknologjitë ndërvepruese Praktikoni detyra dhe ushtrime seminare vetëekzaminimi, trajnime, raste, kërkime pyetje diskutimi për detyrat e shtëpisë pyetje retorike nga studentët Ilustrime audio, videoklipe dhe multimedia fotografi, foto grafika, tabela, skema humori, anekdota, shaka, shëmbëlltyra komike, thënie, fjalëkryqe, citate Shtesa abstrakte artikuj patate të skuqura për fletë mashtruese kureshtare tekste mësimore fjalori bazë dhe plotësues i termave të tjera Përmirësimi i teksteve dhe mësimevekorrigjimi i gabimeve në tekstin shkollor përditësimi i një fragmenti në tekstin shkollor elementet e inovacionit në mësim duke zëvendësuar njohuritë e vjetruara me të reja Vetëm për mësuesit leksione perfekte plani kalendar për vitin udhëzime programet e diskutimit Mësime të integruara

Reaksionet e substancave organike mund të ndahen zyrtarisht në katër lloje kryesore: zëvendësimi, shtimi, eliminimi (eliminimi) dhe rirregullimi (izomerizimi). Natyrisht, e gjithë shumëllojshmëria e reaksioneve të përbërjeve organike nuk mund të reduktohet në klasifikimin e propozuar (për shembull, reaksionet e djegies). Sidoqoftë, një klasifikim i tillë do të ndihmojë në krijimin e analogjive me reagimet tashmë të njohura për ju që ndodhin midis substancave inorganike.

Si rregull, përbërja organike kryesore e përfshirë në reaksion quhet substrate, dhe komponenti tjetër i reaksionit konsiderohet me kusht si reagjent.

Reaksionet e zëvendësimit

Reaksionet e zëvendësimit- këto janë reaksione që rezultojnë në zëvendësimin e një atomi ose grupi atomesh në molekulën (substratin) origjinal me atome të tjera ose grupe atomesh.

Reaksionet e zëvendësimit përfshijnë komponime të ngopura dhe aromatike si alkanet, cikloalkanet ose arenet. Le të japim shembuj të reagimeve të tilla.

Nën veprimin e dritës, atomet e hidrogjenit në një molekulë metani mund të zëvendësohen nga atome halogjene, për shembull, nga atomet e klorit:

Një shembull tjetër i zëvendësimit të hidrogjenit me halogjen është shndërrimi i benzenit në bromobenzen:

Ekuacioni për këtë reagim mund të shkruhet ndryshe:

Me këtë formë regjistrimi, reagentët, katalizatori, kushtet e reaksionit shkruhen sipër shigjetës dhe produktet inorganike të reaksionit nën të.

Si pasojë e reagimeve zëvendësimet në substanca organike formohen jo të thjeshta dhe komplekse substanca, si në kiminë inorganike, dhe dy substanca komplekse.

Reaksionet e shtimit

Reaksionet e shtimit janë reaksione në të cilat dy ose më shumë molekula të reaktantëve bashkohen në një.

Komponimet e pangopura, të tilla si alkenet ose alkinet, hyjnë në reaksione shtesë. Varësisht se cila molekulë vepron si reagent, dallohen hidrogjenizimi (ose reduktimi), halogjenimi, hidrohalogjenimi, hidratimi dhe reaksionet e tjera të shtimit. Secila prej tyre kërkon kushte të caktuara.

1.Hidrogjenizimi- reaksioni i shtimit të një molekule hidrogjeni në një lidhje të shumëfishtë:

2. Hidrohalogjenimi- Reaksioni i shtimit të halogjenit të hidrogjenit (hidroklorinimi):

3. Halogjenimi- reaksioni i shtimit të halogjenit:

4.Polimerizimi- një lloj i veçantë i reaksioneve të shtimit, gjatë të cilave molekulat e një lënde me peshë të vogël molekulare kombinohen me njëra-tjetrën për të formuar molekula të një lënde me peshë molekulare shumë të lartë - makromolekulat.

Reaksionet e polimerizimit janë proceset e kombinimit të shumë molekulave të një lënde me peshë të ulët molekulare (monomeri) në molekula të mëdha (makromolekula) të një polimeri.

Një shembull i një reaksioni polimerizimi është prodhimi i polietilenit nga etilen (eteni) nën veprimin e rrezatimit ultravjollcë dhe një iniciator radikal të polimerizimit R.

Lidhja kovalente më karakteristike e përbërjeve organike formohet kur orbitalet atomike mbivendosen dhe formohen çifte të përbashkëta elektronike. Si rezultat i kësaj, formohet një orbitale e përbashkët për dy atome, mbi të cilën ndodhet një çift elektronik i përbashkët. Kur lidhja prishet, fati i këtyre elektroneve të zakonshme mund të jetë i ndryshëm.

Llojet e grimcave reaktive

Një orbitale me një elektron të paçiftuar që i përket një atomi mund të mbivendoset me një orbitale të një atomi tjetër që përmban gjithashtu një elektron të paçiftuar. Në këtë rast, formimi i një lidhje kovalente ndodh sipas mekanizmit të shkëmbimit:

Mekanizmi i shkëmbimit për formimin e një lidhjeje kovalente realizohet nëse një çift elektronik i përbashkët formohet nga elektrone të paçiftuara që i përkasin atomeve të ndryshme.

Procesi i kundërt me formimin e një lidhjeje kovalente nga mekanizmi i shkëmbimit është thyerja e lidhjes, në të cilën një elektron () shkon në secilin atom. Si rezultat, formohen dy grimca të pa ngarkuara me elektrone të paçiftuara:

Grimca të tilla quhen radikale të lira.

radikalet e lira- atome ose grupe atomesh që kanë elektrone të paçiftëzuara.

Reagimet e radikaleve të lira janë reaksione që ndodhin nën veprimin dhe me pjesëmarrjen e radikaleve të lira.

Në rrjedhën e kimisë inorganike, këto janë reaksione të ndërveprimit të hidrogjenit me oksigjenin, halogjenet, reaksionet e djegies. Reaksionet e këtij lloji karakterizohen nga shpejtësia e lartë, lëshimi i një sasie të madhe nxehtësie.

Një lidhje kovalente mund të formohet edhe nga mekanizmi dhurues-pranues. Një nga orbitalet e një atomi (ose anioni), i cili përmban një çift elektronik të pandarë, mbivendoset me një orbitale të paplotësuar të një atomi (ose kation) tjetër që ka një orbital të pambushur dhe formohet një lidhje kovalente, për shembull:

Thyerja e një lidhje kovalente çon në formimin e grimcave të ngarkuara pozitivisht dhe negativisht (); meqenëse në këtë rast të dy elektronet nga një çift elektronik i përbashkët mbeten me njërin prej atomeve, atomi tjetër ka një orbital të paplotësuar:

Merrni parasysh ndarjen elektrolitike të acideve:

Mund të merret me mend lehtësisht se një grimcë që ka një çift elektronik të pandarë R: -, d.m.th., një jon të ngarkuar negativisht, do të tërhiqet nga atomet e ngarkuar pozitivisht ose nga atomet në të cilat ka të paktën një ngarkesë pozitive të pjesshme ose efektive.
Grimcat me çifte elektronike të pandara quhen agjentë nukleofile (bërthama- "bërthamë", pjesa e ngarkuar pozitivisht e atomit), domethënë "miqtë" e bërthamës, një ngarkesë pozitive.

Nukleofile(Nu) - anione ose molekula që kanë një palë të vetme elektronesh, që ndërveprojnë me rajonet e molekulave, në të cilat përqendrohet ngarkesa pozitive efektive.

Shembuj të nukleofileve: Cl - (jon klorur), OH - (anion hidroksid), CH 3 O - (anion metoksid), CH 3 COO - (anion acetat).

Grimcat që kanë një orbital të pambushur, përkundrazi, do të priren ta mbushin atë dhe, për rrjedhojë, do të tërhiqen nga zonat e molekulave që kanë një densitet elektronik të rritur, një ngarkesë negative dhe një çift elektronik të pandarë. Ata janë elektrofilë, "miq" të një elektroni, një ngarkesë negative ose grimca me një densitet elektronik të rritur.

elektrofilet- katione ose molekula që kanë një orbital elektronik të paplotësuar, që tentojnë ta mbushin atë me elektrone, pasi kjo çon në një konfigurim elektronik atom.

Jo çdo grimcë është elektrofile me një orbital të zbrazët. Kështu, për shembull, kationet e metaleve alkali kanë konfigurimin e gazeve inerte dhe nuk priren të marrin elektrone, pasi ato kanë një nivel të ulët afiniteti i elektroneve.
Nga kjo mund të konkludojmë se pavarësisht pranisë së një orbitale të paplotësuar, grimcat e tilla nuk do të jenë elektrofile.

Mekanizmat kryesore të reagimit

Ekzistojnë tre lloje kryesore të grimcave që reagojnë - radikalet e lira, elektrofilet, nukleofile - dhe tre lloje përkatëse të mekanizmave të reagimit:

• radikal i lirë;
• elektrofile;
• nulofilike.

Përveç klasifikimit të reaksioneve sipas llojit të grimcave që reagojnë, kimia organike dallon katër lloje reaksionesh sipas parimit të ndryshimit të përbërjes së molekulave: shtimi, zëvendësimi, eliminimi ose eliminimi (nga anglishtja. te eliminojnë- fshini, ndani) dhe rigruponi. Meqenëse shtimi dhe zëvendësimi mund të ndodhë nën veprimin e të tre llojeve të specieve reaktive, disa madhormekanizmat e reagimit.

Përveç kësaj, merrni parasysh reaksionet e ndarjes ose eliminimit që ndodhin nën ndikimin e grimcave nukleofile - bazave.
6. Eliminimi:

Një tipar dallues i alkeneve (hidrokarburet e pangopura) është aftësia për të hyrë në reaksione shtesë. Shumica e këtyre reaksioneve zhvillohen me mekanizmin e shtimit elektrofil.

Hidrohalogjenimi (shtimi i halogjenit hidrogjeni):

Kur një halorgjen hidrogjeni i shtohet një alkeni hidrogjeni i shtohet më shumë hidrogjenizuar atomi i karbonit, d.m.th. atomi në të cilin ka më shumë atome hidrogjeni, dhe halogjeni - deri në më pak të hidrogjenizuar.

Klasifikimi i reaksioneve

Ekzistojnë katër lloje kryesore të reaksioneve në të cilat marrin pjesë përbërësit organikë: zëvendësimi (zhvendosja), shtimi, eliminimi (ndarja), rirregullimi.

3.1 Reaksionet e zëvendësimit

Në reaksionet e tipit të parë, zëvendësimi zakonisht ndodh në atomin e karbonit, por atomi i zëvendësuar mund të jetë një atom hidrogjeni ose ndonjë atom tjetër ose grup atomesh. Në zëvendësimin elektrofilik, një atom hidrogjeni zëvendësohet më shpesh; Një shembull është zëvendësimi klasik aromatik:

Në zëvendësimin nukleofilik, më shpesh nuk është atomi i hidrogjenit që zëvendësohet, por atome të tjera, për shembull:

NC - + R−Br → NC−R +BR -

3.2 Reaksionet e shtimit

Reaksionet e shtimit mund të jenë gjithashtu elektrofile, nukleofile ose radikale, në varësi të llojit të specieve që nisin procesin. Lidhja me lidhjet konvencionale të dyfishta karbon-karbon zakonisht nxitet nga një elektrofil ose një radikal. Për shembull, duke shtuar HBr

mund të fillojë me një sulm ndaj lidhjes dyfishe nga protoni H + ose radikali Br·.

3.3 Reaksionet e eliminimit

Reaksionet e eliminimit janë në thelb e kundërta e reaksioneve të shtimit; lloji më i zakonshëm i një reagimi të tillë është eliminimi i një atomi hidrogjeni dhe një atomi ose grupi tjetër nga atomet fqinje të karbonit për të formuar alkenet:

3.4 Reaksionet e rirregullimit

Rirregullimet mund të ndodhin edhe nëpërmjet ndërmjetësve që janë katione, anione ose radikale; më shpesh këto reaksione shkojnë me formimin e karbokacioneve ose grimcave të tjera me mungesë elektrone. Rirregullimet mund të përfshijnë një rirregullim të rëndësishëm të skeletit të karbonit. Hapi aktual i riorganizimit në reagime të tilla shpesh pasohet nga hapa zëvendësimi, shtimi ose eliminimi që çojnë në formimin e një produkti përfundimtar të qëndrueshëm.

Pershkrim i detajuar reaksion kimik sipas fazave quhet mekanizëm. Nga pikëpamja elektronike, mekanizmi i një reaksioni kimik kuptohet si një metodë e thyerjes lidhje kovalente në molekula dhe sekuenca e gjendjeve nëpër të cilat kalojnë reaktantët para se të shndërrohen në produkte të reaksionit.

4.1 Reaksionet e radikaleve të lira

Reaksionet e radikaleve të lira janë proceset kimike, në të cilën marrin pjesë molekulat me elektrone të paçiftëzuara. Disa aspekte të reaksioneve të radikaleve të lira janë unike në krahasim me llojet e tjera të reaksioneve. Dallimi kryesor është se shumë reaksione të radikalëve të lirë janë reaksione zinxhir. Kjo do të thotë se ekziston një mekanizëm me të cilin shumë molekula shndërrohen në një produkt përmes një procesi të përsëritur të nisur nga krijimi i një specie të vetme reaktive. Një shembull tipik ilustrohet me mekanizmin hipotetik të mëposhtëm:

Faza në të cilën krijohet ndërmjetësi i reaksionit, në këtë rast A·, quhet fillim. Kjo fazë zhvillohet gjatë temperaturë të lartë, nën veprimin e UV ose peroksideve, në tretës jopolarë. Në katër ekuacionet e ardhshme ky shembull përsëritet sekuenca e dy reaksioneve; ato përfaqësojnë fazën e zhvillimit të zinxhirit. reaksionet zinxhir karakterizohet nga një gjatësi zinxhir që korrespondon me numrin e fazave të zhvillimit për fazën fillestare. Faza e dytë vazhdon me sintezën e njëkohshme të përbërjes dhe formimin e një radikali të ri, i cili vazhdon zinxhirin e transformimeve. Hapi i fundit është hapi i përfundimit të zinxhirit, i cili përfshin çdo reagim që shkatërron një nga ndërmjetësuesit e reaksionit të nevojshëm për përhapjen e zinxhirit. Sa më shumë faza të përfundimit të zinxhirit, aq më e shkurtër bëhet gjatësia e zinxhirit.

Reaksionet e radikaleve të lira zhvillohen: 1) në dritë, në temperaturë të lartë ose në prani të radikaleve, të cilat formohen gjatë zbërthimit të substancave të tjera; 2) frenohet nga substanca që reagojnë lehtësisht me radikalet e lira; 3) të vazhdojë në tretës jopolarë ose në fazën e avullit; 4) shpesh kanë një periudhë autokatalitike dhe induksioni para fillimit të reagimit; 5) kinetikisht janë zinxhir.

Reaksionet e zëvendësimit radikal janë karakteristikë për alkanet, dhe reaksionet e shtimit radikal janë karakteristikë për alkenet dhe alkinet.

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 -CH 2 Br

CH 3 -C≡CH + HCl → CH 3 -CH=CHCl

Lidhja e radikalëve të lirë me njëri-tjetrin dhe përfundimi i zinxhirit ndodh kryesisht në muret e reaktorit.

4.2 Reaksionet jonike

Reagimet në të cilat heterolitike këputja e lidhjeve dhe formimi i grimcave të ndërmjetme të tipit jonik quhen reaksione jonike.

Reaksionet jonike zhvillohen: 1) në prani të katalizatorëve (acideve ose bazave dhe nuk ndikohen nga drita ose radikalet e lira, në veçanti, që lindin nga dekompozimi i peroksideve); 2) nuk preken nga pastruesit e radikalëve të lirë; 3) natyra e tretësit ndikon në rrjedhën e reaksionit; 4) ndodhin rrallë në fazën e avullit; 5) kinetikisht janë kryesisht reaksione të rendit të parë ose të dytë.

Sipas natyrës së reagentit që vepron në molekulë, reaksionet jonike ndahen në elektrofile dhe nukleofile. Reaksionet e zëvendësimit nukleofilik janë karakteristike për halidet alkil dhe aril,

CH 3 Cl + H 2 O → CH 3 OH + HCl

C 6 H 5 -Cl + H 2 O → C 6 H 5 -OH + HCl

C 2 H 5 OH + HCl → C 2 H 5 Cl + H 2 O

C 2 H 5 NH 2 + CH 3 Cl → CH 3 -NH-C 2 H 5 + HCl

zëvendësimi elektrofilik - për alkanet në prani të katalizatorëve

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH (CH 3) -CH 2 -CH 3

dhe arena.

C 6 H 6 + HNO 3 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O

Reaksionet e shtimit elektrofil janë karakteristikë për alkenet

CH 3 -CH \u003d CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 2 Br

dhe alkinet

CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl

shtimi nukleofilik - për alkinet.

CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C (OC 2 H 5) = CH 2