Mga uri mga reaksiyong kemikal sa inorganic at organikong kimika.
1. Ang isang kemikal na reaksyon ay isang proseso kung saan ang iba pang mga sangkap ay nabuo mula sa isang sangkap. Depende sa likas na katangian ng proseso, ang mga uri ng mga reaksiyong kemikal ay nakikilala.
1) Ni ang huling resulta
2) Batay sa paglabas o pagsipsip ng init
3) Batay sa reversibility ng reaksyon
4) Batay sa mga pagbabago sa estado ng oksihenasyon ng mga atomo na bumubuo sa mga tumutugong sangkap
Ayon sa huling resulta, ang mga reaksyon ay ang mga sumusunod na uri:
A) Pagpapalit: RH+Cl 2 →RCl+HCl
B) Pag-akyat: CH 2 =CH 2 +Cl 2 →CH 2 Cl-CH 2 Cl
B) Pag-aalis: CH 3 -CH 2 OH → CH 2 =CH 2 +H 2 O
D) Pagkabulok: CH 4 →C+2H 2
D) Isomerization
E) Pagpapalitan
G) Mga Koneksyon
Reaksyon ng agnas ay isang proseso kung saan ang dalawa o higit pang iba ay nabuo mula sa isang sangkap.
Palitan ng reaksyon ay isang proseso kung saan ang mga reacting substance ay nagpapalitan ng kanilang mga bahagi.
Mga reaksyon ng pagpapalit nangyayari sa pakikilahok ng simple at kumplikadong mga sangkap, bilang isang resulta kung saan nabuo ang mga bagong simple at kumplikadong mga sangkap.
Ang resulta tambalang reaksyon mula sa dalawa o higit pang mga sangkap ay nabuo ang isang bago.
Batay sa pagpapalabas o pagsipsip ng init, ang mga reaksyon ay ang mga sumusunod na uri:
A) Exothermic
B) Endothermic
Exothermic – Ito ay mga reaksyong nagaganap sa pagpapalabas ng init.
Endothermic- Ito ay mga reaksyong nagaganap sa pagsipsip ng init mula sa kapaligiran.
Batay sa reversibility, ang mga reaksyon ay ang mga sumusunod na uri:
A) Nababaligtad
B) Hindi maibabalik
Ang mga reaksyon na nagpapatuloy sa isang direksyon lamang at nagtatapos sa kumpletong pagbabago ng mga paunang reaksyon sa mga huling sangkap ay tinatawag hindi maibabalik.
Nababaligtad Ang mga reaksyon na magkasabay na nagaganap sa dalawang magkasalungat na direksyon ay tinatawag.
Batay sa mga pagbabago sa estado ng oksihenasyon ng mga atomo na bumubuo sa mga tumutugong sangkap, ang mga reaksyon ay nasa mga sumusunod na uri:
A) Redox
Ang mga reaksyon na nagaganap sa pagbabago sa estado ng oksihenasyon ng mga atomo (kung saan ang mga electron ay naglilipat mula sa isang atom, molekula o ion patungo sa isa pa) ay tinatawag redox.
2. Ayon sa mekanismo ng reaksyon, ang mga reaksyon ay nahahati sa ionic at radical.
Mga reaksyon ng ionic– pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga ion dahil sa heterolytic rupture kemikal na dumidikit(isang pares ng mga electron ay ganap na napupunta sa isa sa mga "fragment").
Ang mga ionic na reaksyon ay may dalawang uri (batay sa uri ng reagent):
A) electrophilic - sa panahon ng isang reaksyon sa isang electrophile.
Electropile– isang pangkat na may mga libreng orbital o mga sentro na may pinababang density ng elektron sa ilang mga atomo (halimbawa: H +, Cl - o AlCl 3)
B) Nucleophilic - sa panahon ng pakikipag-ugnayan sa isang nucleophile
Nucleophile – isang negatibong sisingilin na ion o molekula na may nag-iisang pares ng mga electron (hindi kasama sa kasalukuyan sa pagbuo ng mga bono ng kemikal).
(Mga Halimbawa: F - , Cl - , RO - , I -).
totoo mga proseso ng kemikal, lamang sa sa mga bihirang kaso maaaring ilarawan sa pamamagitan ng mga simpleng mekanismo. Ang isang detalyadong pagsusuri ng mga proseso ng kemikal mula sa isang molecular kinetic point of view ay nagpapakita na ang karamihan sa mga ito ay nagpapatuloy kasama ng isang radical chain mechanism; ang kakaiba ng mga chain reaction ay ang pagbuo ng mga free radical sa mga intermediate na yugto (hindi matatag na mga fragment ng mga molekula o mga atom na may maikling buhay. , lahat ay may libreng komunikasyon.
Ang mga proseso ng pagkasunog, pagsabog, oksihenasyon, mga reaksiyong photochemical, at mga reaksiyong biochemical sa mga buhay na organismo ay nagpapatuloy sa pamamagitan ng isang mekanismo ng kadena.
Ang mga sistema ng chain ay may ilang mga yugto:
1) chain nucleation - ang yugto ng mga reaksyon ng kadena, bilang isang resulta kung saan ang mga libreng radikal ay lumabas mula sa mga molekula na saturated-valence.
2) pagpapatuloy ng kadena - yugto ng kadena ng pamamahagi, nagpapatuloy sa pangangalaga kabuuang bilang libreng yugto
3) chain break - ang elementarya na yugto ng isang hanay ng mga proseso na humahantong sa pagkawala ng mga libreng bono.
May mga branched at unbranched chain reactions.
Ang isa sa pinakamahalagang konsepto ng kadena ay haba ng kadena- ang average na bilang ng mga elementarya na yugto ng pagpapatuloy ng chain pagkatapos ng paglitaw ng isang libreng radical hanggang sa mawala ito.
Halimbawa: Hydrogen Chloride Synthesis
1) Ang CL 2 ay sumisipsip ng dami ng enerhiya at ang imahe ng radical 2: CL 2 +hv=CL * +CL *
2) ang aktibong particle ay pinagsama sa m-molecule H 2 upang bumuo ng hydrogen chloride at ang aktibong particle H 2: CL 1 + H 2 = HCL + H *
3)CL 1 +H 2 =HCL+CL * atbp.
6)H * +CL * =HCL - bukas na circuit.
Branched na mekanismo:
F * +H 2 =HF+H * atbp.
F * +H 2 =HF+H * atbp.
Sa tubig ito ay mas kumplikado - OH*, O* radicals at ang H* radical ay nabuo.
Mga reaksyon na nagaganap sa ilalim ng impluwensya ng ionizing radiation: X-ray, cathode ray at iba pa - ay tinatawag na radiochemical.
Bilang resulta ng pakikipag-ugnayan ng mga molekula na may radiation, ang disintegrasyon ng mga molekula ay sinusunod sa pagbuo ng pinaka-reaktibong mga particle.
Ang ganitong mga reaksyon ay nagtataguyod ng recombination ng mga particle at ang pagbuo ng mga substance na may iba't ibang kumbinasyon ng mga ito.
Halimbawa - hydrazine N 2 H 4 - bahagi rocket fuel. SA Kamakailan lamang Ang mga pagtatangka ay ginagawa upang makakuha ng hydrazine mula sa ammonia bilang resulta ng pagkakalantad sa γ-ray:
NH 3 → NH 2 * + H*
2NH 2 *→ N 2 H 4
Ang mga reaksiyong radiochemical, halimbawa radiolysis ng tubig, ay may mahalaga para sa buhay ng mga organismo.
Panitikan:
1. Akhmetov, N.S. Pangkalahatan at di-organikong kimika/ N.S.Akhmetov. – 3rd ed. – M.: Higher School, 2000. – 743 p.
- Korovin N.V. Pangkalahatang kimika / N.V. Korovin. – M.: Higher School, 2006. – 557 p.
- Kuzmenko N.E. Maikling kurso kimika / N.E. Kuzmenko, V.V. Eremin, V.A. Popkov. – M.: Higher School, 2002. – 415 p.
- Zaitsev, O.S. Pangkalahatang kimika. Istraktura ng mga sangkap at mga reaksiyong kemikal / O.S. Zaitsev. – M.: Chemistry, 1990.
- Karapetyants, M.Kh. Istraktura ng bagay / M.Kh. Karapetyants, S.I. Drakin. – M.: Higher School, 1981.
- Cotton F. Mga Batayan ng inorganic na kimika / F. Cotton, J. Wilkinson. – M.: Mir, 1981.
- Ugay, Ya.A. Pangkalahatan at hindi organikong kimika / Ya.A.Ugai. – M.: Higher School, 1997.
Maraming mga reaksyon ng pagpapalit ang nagbubukas ng daan sa paggawa ng iba't ibang mga compound na may paggamit ng ekonomiya. Malaking papel ang ginagampanan ng electrophilic at nucleophilic substitution sa agham at industriya ng kemikal. Sa organic synthesis, ang mga prosesong ito ay may ilang mga tampok na dapat bigyang pansin.
Iba't ibang mga phenomena ng kemikal. Mga reaksyon ng pagpapalit
Ang mga pagbabago sa kemikal na nauugnay sa pagbabagong-anyo ng mga sangkap ay nakikilala sa pamamagitan ng isang bilang ng mga tampok. Maaaring mag-iba ang mga resulta ng pagtatapos thermal effect; Ang ilang mga proseso ay natatapos, sa iba ay nangyayari ang pagbabago sa mga sangkap, kadalasang sinasamahan ng pagtaas o pagbaba sa antas ng oksihenasyon. Kapag nag-uuri mga phenomena ng kemikal Batay sa kanilang huling resulta, ang pansin ay binabayaran sa husay at dami ng mga pagkakaiba sa pagitan ng mga reagents at mga produkto. Batay sa mga katangiang ito, 7 uri ang maaaring makilala mga pagbabagong kemikal, kabilang ang pagpapalit na sumusunod sa iskema: A-B + C A-C + B. Ang isang pinasimpleng notasyon ng isang buong klase ng mga phenomena ng kemikal ay nagbibigay ng ideya na kabilang sa mga panimulang sangkap ay mayroong tinatawag na "attacking" na particle na pumapalit sa isang atom o ion sa reagent , functional group. Ang reaksyon ng pagpapalit ay katangian ng paglilimita at
Ang mga reaksyon ng pagpapalit ay maaaring mangyari sa anyo ng isang dobleng palitan: A-B + C-E A-C + B-E. Ang isa sa mga subspecies ay ang pag-aalis, halimbawa, ng tanso na may bakal mula sa isang solusyon ng tansong sulpate: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. Ang "attacking" particle ay maaaring mga atom, ions o functional group
Homolytic substitution (radical, SR)
Sa radikal na mekanismo ng pagsira ng mga covalent bond, ang isang pares ng elektron na karaniwan sa iba't ibang elemento ay proporsyonal na ibinahagi sa pagitan ng mga "fragment" ng molekula. Ang mga libreng radikal ay nabuo. Ang mga ito ay hindi matatag na mga particle, ang pagpapapanatag na nangyayari bilang isang resulta ng kasunod na mga pagbabagong-anyo. Halimbawa, kapag gumagawa ng ethane mula sa methane, lumilitaw ang mga libreng radical na lumalahok sa reaksyon ng pagpapalit: CH 4 CH 3. + .N; CH 3. + .CH 3 → C2H5; N. + .N → N2. Homolytic bond cleavage ayon sa ibinigay na mekanismo ng pagpapalit ay character ng chain. Sa methane, ang H atoms ay maaaring sunod-sunod na palitan ng chlorine. Ang reaksyon sa bromine ay nangyayari nang katulad, ngunit ang iodine ay hindi maaaring direktang palitan ang hydrogen sa mga alkanes; ang fluorine ay tumutugon sa kanila nang masyadong masigla.
Heterolytic bond breaking method
Gamit ang ionic na mekanismo ng mga reaksyon ng pagpapalit, ang mga electron ay hindi pantay na ipinamamahagi sa pagitan ng mga bagong nabuong particle. Ang pares ng bonding ng mga electron ay ganap na napupunta sa isa sa mga "fragment", kadalasan sa kasosyo ng bono kung saan ang negatibong density sa polar molecule ay inilipat. Kasama sa mga reaksyon ng pagpapalit ang pagbuo ng methyl alcohol CH 3 OH. Sa bromomethane CH3Br, ang cleavage ng molekula ay heterolytic, at ang mga sisingilin na particle ay matatag. Nakukuha ng Methyl positibong singil, at ang bromine ay negatibo: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; CH 3 + + OH - → CH 3 OH; Na + + Br - ↔ NaBr.
Mga electrophile at nucleophile
Ang mga particle na kulang sa mga electron at maaaring tanggapin ang mga ito ay tinatawag na "electrophiles." Kabilang dito ang mga carbon atom na konektado sa mga halogen sa mga haloalkane. Ang mga nucleophile ay tumaas ang density ng elektron; sila ay "nag-donate" ng isang pares ng mga electron kapag lumilikha ng isang covalent bond. Sa mga reaksyon ng pagpapalit, ang mga nucleophile na mayaman sa mga negatibong singil ay inaatake ng mga electron-starved na electrophile. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nauugnay sa paggalaw ng isang atom o iba pang butil - isang grupong umaalis. Ang isa pang uri ng reaksyon ng pagpapalit ay ang pag-atake ng isang electrophile ng isang nucleophile. Minsan mahirap makilala ang dalawang proseso at ipatungkol ang pagpapalit sa isang uri o iba pa, dahil mahirap na tumpak na ipahiwatig kung alin sa mga molekula ang substrate at alin ang reagent. Karaniwan sa mga ganitong kaso ang mga sumusunod na salik ay isinasaalang-alang:
- ang likas na katangian ng umaalis na grupo;
- reaktibiti ng nucleophile;
- likas na katangian ng solvent;
- istraktura ng bahagi ng alkyl.
Nucleophilic substitution (SN)
Sa panahon ng proseso ng pakikipag-ugnayan sa isang organikong molekula, ang isang pagtaas sa polariseysyon ay sinusunod. Sa mga equation, ang isang bahagyang positibo o negatibong singil ay ipinahiwatig ng titik alpabetong Griyego. Ginagawang posible ng polarisasyon ng bono na hatulan ang likas na pagkasira nito at ang karagdagang pag-uugali ng "mga fragment" ng molekula. Halimbawa, ang carbon atom sa iodomethane ay may bahagyang positibong singil at isang electrophilic center. Inaakit nito ang bahaging iyon ng dipole ng tubig kung saan matatagpuan ang oxygen, na mayroong labis na mga electron. Kapag ang isang electrophile ay nakikipag-ugnayan sa isang nucleophilic reagent, ang methanol ay nabuo: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. Ang mga reaksyon ng pagpapalit ng nucleophilic ay nagaganap sa partisipasyon ng isang negatibong sisingilin na ion o molekula na may libreng pares ng elektron na hindi kasangkot sa paglikha ng isang kemikal na bono. Ang aktibong pakikilahok ng iodomethane sa mga reaksyon ng SN 2 ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagiging bukas nito sa nucleophilic attack at ang mobility ng yodo.
Electrophilic substitution (SE)
Ang isang organikong molekula ay maaaring maglaman ng isang nucleophilic center, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng labis na densidad ng elektron. Tumutugon ito sa isang electrophilic reagent na walang mga negatibong singil. Ang nasabing mga particle ay kinabibilangan ng mga atomo na may mga libreng orbital at mga molekula na may mga lugar na mababa ang density ng elektron. Ang B carbon, na may "-" na singil, ay nakikipag-ugnayan sa positibong bahagi ng water dipole - sa hydrogen: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. Ang produkto ng electrophilic substitution reaction na ito ay methane. Sa mga heterolytic na reaksyon, ang magkasalungat na sisingilin na mga sentro ng mga organikong molekula ay nakikipag-ugnayan, na ginagawang katulad ng mga ion sa kimika. organikong bagay. Hindi dapat balewalain na ang pagbabago ng mga organikong compound ay bihirang sinamahan ng pagbuo ng mga tunay na kasyon at anion.
Monomolecular at bimolecular na reaksyon
Ang pagpapalit ng nucleophilic ay monomolecular (SN1). Ginagamit ang mekanismong ito upang i-hydrolyze ang isang mahalagang produkto ng organic synthesis—tertiary butyl chloride. Ang unang yugto ay mabagal; ito ay nauugnay sa unti-unting paghihiwalay sa carbonium cation at chloride anion. Ang pangalawang yugto ay nagpapatuloy nang mas mabilis, ang reaksyon ng carbonium ion sa tubig ay nangyayari. pinapalitan ang halogen sa alkane ng isang hydroxy group at pagkuha ng pangunahing alkohol: (CH 3) 3 C—Cl → (CH 3) 3 C ++ Cl - ; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C—OH + H + . Ang isang yugto ng hydrolysis ng pangunahin at pangalawang alkyl halides ay nailalarawan sa pamamagitan ng sabay-sabay na pagkasira ng carbon-halogen bond at pagbuo ng isang pares ng C-OH. Ito ay isang nucleophilic bimolecular substitution (SN2) na mekanismo.
Mekanismo ng heterolytic na kapalit
Ang mekanismo ng pagpapalit ay nauugnay sa paglipat ng elektron at ang paglikha ng mga intermediate complex. Ang mas mabilis na reaksyon ay nangyayari, mas madaling lumitaw ang mga katangian ng mga intermediate na produkto. Kadalasan ang proseso ay napupunta sa ilang direksyon nang sabay-sabay. Ang kalamangan ay karaniwang napupunta sa landas na gumagamit ng mga particle na nangangailangan ng hindi bababa sa halaga ng enerhiya para sa kanilang pagbuo. Halimbawa, ang pagkakaroon ng dobleng bono ay nagpapataas ng posibilidad ng paglitaw ng isang allylic cation CH2=CH—CH 2 + kumpara sa CH 3 + ion. Ang dahilan ay nakasalalay sa density ng elektron ng maramihang mga bono, na nakakaapekto sa delokalisasi ng positibong singil na nakakalat sa buong molekula.
Mga reaksyon ng pagpapalit ng Benzene
Ang pangkat na nailalarawan sa pamamagitan ng electrophilic substitution ay arenes. Ang benzene ring ay isang maginhawang target para sa electrophilic attack. Nagsisimula ang proseso sa polarisasyon ng bono sa pangalawang reagent, na nagreresulta sa pagbuo ng isang electrophile na katabi ng electron cloud ng benzene ring. Bilang resulta, lumilitaw ang isang transition complex. Wala pang ganap na koneksyon sa pagitan ng electrophilic particle at isa sa mga carbon atoms; ito ay naaakit sa buong negatibong singil ng "aromatic six" na mga electron. Sa ikatlong yugto ng proseso, ang electrophile at isang carbon atom ng singsing ay pinag-uugnay ng isang nakabahaging pares ng mga electron (covalent bond). Ngunit sa kasong ito, ang "aromatic six" ay nawasak, na hindi kanais-nais mula sa punto ng view ng pagkamit ng isang matatag, matatag na estado ng enerhiya. Ang isang kababalaghan na maaaring tawaging "proton ejection" ay sinusunod. Ang H+ ay inalis at naibalik napapanatiling sistema mga koneksyon na katangian ng mga arena. By-product naglalaman ng hydrogen cation mula sa benzene ring at isang anion mula sa pangalawang reagent.
Mga halimbawa ng mga reaksyon ng pagpapalit mula sa organikong kimika
Ang mga alkane ay partikular na nailalarawan sa pamamagitan ng isang reaksyon ng pagpapalit. Ang mga halimbawa ng electrophilic at nucleophilic na pagbabago ay maaaring ibigay para sa mga cycloalkane at arene. Ang mga katulad na reaksyon sa mga molekula ng mga organikong sangkap ay nangyayari sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ngunit mas madalas kapag pinainit at sa pagkakaroon ng mga katalista. Kasama sa mga karaniwang at mahusay na pinag-aralan na proseso ang electrophilic substitution sa aromatic ring. Ang pinakamahalagang reaksyon ng ganitong uri:
- Ang nitrasyon ng benzene sa pagkakaroon ng H 2 SO 4 ay nagpapatuloy ayon sa pamamaraan: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
- Catalytic halogenation ng benzene, sa partikular na chlorination, ayon sa equation: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
- Ang aromatic na proseso ay nagpapatuloy sa "fuming" sulfuric acid, ang mga benzenesulfonic acid ay nabuo.
- Ang alkylation ay ang pagpapalit ng isang hydrogen atom mula sa benzene ring na may isang alkyl.
- Acylation-pagbuo ng mga ketones.
- Ang formylation ay ang pagpapalit ng hydrogen sa isang CHO group at ang pagbuo ng aldehydes.
Kasama sa mga reaksyon ng pagpapalit ang mga reaksyon sa mga alkane at cycloalkane kung saan inaatake ng mga halogens ang isang naa-access na C-H bond. Ang pagbuo ng mga derivatives ay maaaring may kinalaman sa pagpapalit ng isa, dalawa o lahat ng hydrogen atoms sa saturated hydrocarbons at cycloparaffins. Marami sa mababang molekular na timbang na mga haloalkane ay ginagamit sa paggawa ng higit pa kumplikadong mga sangkap kabilang sa iba't ibang klase. Ang pag-unlad na nakamit sa pag-aaral ng mga mekanismo ng mga reaksyon ng pagpapalit ay nagbigay ng malakas na puwersa sa pagbuo ng mga synthesis batay sa mga alkanes, cycloparaffins, arenes at halogenated hydrocarbons.
Ang lahat ng mga kemikal na reaksyon ay sinamahan ng pagkasira ng ilang mga bono at pagbuo ng iba. Sa prinsipyo, ang mga organikong reaksyon ay sumusunod sa parehong mga batas tulad ng mga di-organikong batas, ngunit may kalidad na pagka-orihinal.
Kaya, habang ang mga di-organikong reaksyon ay kadalasang nagsasangkot ng mga ion, ang mga organikong reaksyon ay nagsasangkot ng mga molekula.
Ang mga reaksyon ay nagpapatuloy nang mas mabagal, sa maraming mga kaso na nangangailangan ng isang katalista o pagpili ng mga panlabas na kondisyon (temperatura, presyon).
Hindi tulad ng mga inorganic na reaksyon, na nagpapatuloy nang hindi malabo, karamihan sa mga organikong reaksyon ay sinamahan ng isa o ibang halaga. masamang reaksyon. Sa kasong ito, ang ani ng pangunahing produkto ay madalas na hindi lalampas sa 50%, ngunit nangyayari na ang ani ay mas mababa pa. Ngunit sa ilang mga kaso ang reaksyon ay maaaring magpatuloy sa dami, i.e. na may 100% na ani. Dahil sa ang katunayan na ang komposisyon ng mga produkto ay hindi maliwanag, ang mga equation ng reaksyon ng kemikal ay bihirang ginagamit sa organikong kimika. Kadalasan, isinusulat ang isang scheme ng reaksyon na sumasalamin sa mga panimulang materyales at pangunahing produkto ng reaksyon, at sa halip na "=" sign sa pagitan ng kanan at kaliwang bahagi ng scheme, "" o ang reversibility sign ang ginagamit.
Mayroong dalawang mga diskarte sa pag-uuri ng mga organikong reaksyon: ayon sa likas na katangian ng mga pagbabagong kemikal at ayon sa mga mekanismo ng kanilang paglitaw.
Batay sa likas na katangian ng mga pagbabagong kemikal, sila ay nakikilala:
|
Mga reaksyon ng pagpapalit (S - mula sa English Substitution - pagpapalit) |
Ang isang atom o grupo ng mga atomo ay pinapalitan ng isa pang atom o grupo ng mga atomo: |
|
Mga reaksyon sa karagdagan (Ad - mula sa English Addition - accession) |
Mula sa dalawa o higit pang mga molekula isang bagong sangkap ang nabuo. Ang pagdaragdag ay nangyayari, bilang panuntunan, sa pamamagitan ng maraming mga bono (doble, triple): |
|
Mga reaksyon sa eliminasyon (E - mula sa English Elimination - elimination, removal) |
Mga reaksyon ng hydrocarbon derivatives kung saan ang isang functional group ay inaalis kasama ng mga hydrogen atoms upang bumuo ng isang -bond (doble, triple): |
|
Regroupings (Rg - mula sa English Re-grouping - regrouping) |
Mga reaksyon ng intramolecular ng muling pamamahagi ng density ng elektron at mga atomo: (Favorsky regrouping). |
Pag-uuri ng mga organikong reaksyon ayon sa mekanismo ng kanilang paglitaw.
Ang mekanismo ng isang kemikal na reaksyon ay ang landas na humahantong sa pagkasira ng isang lumang bono at pagbuo ng isang bago.
Mayroong dalawang mga mekanismo para sa pagsira ng isang covalent bond:
1. Heterolytic (ionic). Sa kasong ito, ang bonding electron pair ay ganap na inilipat sa isa sa mga bonded atoms:
2. Homolytic (radikal). Ang nakabahaging pares ng elektron ay nahahati sa kalahati upang bumuo ng dalawang particle na may mga libreng valencies - mga radical:
Ang likas na katangian ng mekanismo ng pagkabulok ay tinutukoy ng uri ng umaatake na particle (reagent). May tatlong uri ng reagents sa organic chemistry.
1. Nucleophilic reagents (N - mula sa Latin na Nucleophilic - pagkakaroon ng affinity para sa nucleus).
Mga partikulo (mga atom, grupo, neutral na molekula) na naglalaman ng labis na densidad ng elektron. Nahahati sila sa malakas, katamtamang lakas at mahina. Ang lakas ng isang nucleophile ay isang kamag-anak na konsepto, depende sa mga kondisyon ng reaksyon (solvent polarity). Sa polar solvents malakas na nucleophiles: , pati na rin ang mga neutral na molekula na may nag-iisang mga pares ng elektron (sa mga non-bonding orbital). Katamtamang lakas ng mga nucleophile: . Mahinang nucleophile: anion ng mga malakas na acid - pati na rin ang mga phenol at aromatic amines.
2. Electrophilic reagents (E - mula sa Latin Electrophilic - pagkakaroon ng affinity para sa mga electron).
Mga particle (mga atom, grupo, neutral na molekula) na may positibong singil o isang bakanteng orbital, bilang resulta kung saan mayroon silang affinity para sa mga particle na may negatibong charge o isang pares ng elektron. Sa numero malakas na electrophile isama ang proton, mga metal cation (lalo na ang mga multiply charged), mga molekula na may bakanteng orbital sa isa sa mga atomo (Lewis acids), mga molekula ng mga acid na naglalaman ng oxygen na may mataas na singil sa oxidized atom ().
Madalas na nangyayari na ang isang molekula ay naglalaman ng ilang mga sentro ng reaksyon, at ng iba't ibang kalikasan, - parehong nucleophilic at electrophilic.
3. Mga Radikal (R).
Depende sa uri ng reagent at ang ruta ng heterolytic bond cleavage sa substrate molecule, iba't ibang mga produkto ang nabuo. Ito ay maaaring kinakatawan sa pangkalahatang anyo:
Ang mga reaksyong nagaganap ayon sa naturang mga scheme ay tinatawag na electrophilic substitution reactions (SE), dahil ang reaksyon ay mahalagang isang displacement, at ang umaatake na ahente ay isang electrophilic species.
Ang mga reaksyong nagpapatuloy ayon sa gayong mga iskema ay tinatawag na nucleophilic substitution reactions (SN), dahil ang reaksyon ay mahalagang isang displacement, at ang umaatakeng ahente ay isang nucleophilic species.
Kung ang umaatakeng ahente ay isang radikal, ang reaksyon ay nagpapatuloy sa pamamagitan ng isang radikal na mekanismo.
Mga mekanismo ng mga organikong reaksyon
| Pangalan ng parameter | Ibig sabihin |
| Paksa ng artikulo: | Mga mekanismo ng mga organikong reaksyon |
| Rubric (temang kategorya) | Edukasyon |
Pag-uuri ng mga reaksyon
Mayroong apat na pangunahing uri ng mga reaksyon kung saan nakikilahok ang mga organikong compound: pagpapalit (displacement), karagdagan, pag-aalis (pag-aalis), muling pagsasaayos.
3.1 Mga reaksyon ng pagpapalit
Sa unang uri ng reaksyon, ang pagpapalit ay karaniwang nangyayari sa isang carbon atom, ngunit ang substituted atom ay dapat na isang hydrogen atom o ilang iba pang atom o grupo ng mga atomo. Sa panahon ng electrophilic substitution, ang hydrogen atom ay kadalasang pinapalitan; Ang isang halimbawa ay ang klasikong aromatic substitution:
Sa pagpapalit ng nucleophilic, hindi ang hydrogen atom ang madalas na pinapalitan, ngunit ang iba pang mga atomo, halimbawa:
NC - + R−Br → NC−R +BR -
3.2 Mga reaksyon sa karagdagan
Ang mga reaksyon ng karagdagan ay maaari ding electrophilic, nucleophilic o radical batay sa uri ng species na nagpasimula ng proseso. Ang attachment sa ordinaryong carbon-carbon double bond ay kadalasang hinihimok ng isang electrophile o radical. Halimbawa, ang pagdaragdag ng HBr
maaaring magsimula sa isang pag-atake ng double bond ng H+ proton o ng Br· radical.
3.3 Mga reaksyon sa pag-aalis
Ang mga reaksyon sa pag-aalis ay mahalagang kabaligtaran ng mga reaksyon sa karagdagan; Ang pinakakaraniwang uri ng naturang reaksyon ay ang pag-aalis ng isang hydrogen atom at isa pang atom o grupo mula sa mga kalapit na carbon atoms upang bumuo ng mga alkenes:
3.4 Muling pagsasaayos ng mga reaksyon
Ang mga muling pagsasaayos ay maaari ding mangyari sa pamamagitan ng mga intermediate compound na mga cation, anion o radical; Kadalasan, ang mga reaksyong ito ay nangyayari sa pagbuo ng mga karbokasyon o iba pang mga particle na kulang sa elektron. Ang mga muling pagsasaayos ay maaaring may kasamang makabuluhang restructuring ng carbon skeleton. Ang muling pag-aayos na hakbang mismo sa gayong mga reaksyon ay madalas na sinusundan ng mga hakbang sa pagpapalit, pagdaragdag o pag-aalis, na humahantong sa pagbuo ng isang matatag na pangwakas na produkto.
Ang isang detalyadong paglalarawan ng isang kemikal na reaksyon sa pamamagitan ng mga yugto ay karaniwang tinatawag na isang mekanismo. Mula sa isang elektronikong punto ng view, ang mekanismo ng isang kemikal na reaksyon ay nauunawaan bilang ang paraan ng pagsira ng mga covalent bond sa mga molekula at ang pagkakasunud-sunod ng mga estado kung saan ang mga reaksyong sangkap ay dumaan bago maging mga produkto ng reaksyon.
4.1 Mga libreng radikal na reaksyon
Ang mga libreng radikal na reaksyon ay mga prosesong kemikal kung saan nakikilahok ang mga molekula na may hindi magkapares na mga electron. Ang ilang mga aspeto ng mga libreng radikal na reaksyon ay natatangi kumpara sa iba pang mga uri ng mga reaksyon. Ang pangunahing pagkakaiba ay ang maraming mga libreng radikal na reaksyon ay mga reaksyon ng kadena. Nangangahulugan ito na mayroong isang mekanismo kung saan maraming mga molekula ang na-convert sa isang produkto sa pamamagitan ng paulit-ulit na proseso na sinimulan ng paglikha ng isang solong reaktibong species. Ang isang tipikal na halimbawa ay inilalarawan gamit ang sumusunod na hypothetical na mekanismo:
Ang yugto kung saan nabuo ang reaksyong intermediate, sa sa kasong ito A· ay karaniwang tinatawag na pagsisimula. Ang yugtong ito ay nangyayari kapag mataas na temperatura, sa ilalim ng impluwensya ng UV o peroxide, sa mga non-polar solvents. Ang susunod na apat na equation sa halimbawang ito ay inuulit ang pagkakasunod-sunod ng dalawang reaksyon; kinakatawan nila ang yugto ng pag-unlad ng kadena. Ang mga reaksyon ng kadena ay nailalarawan sa haba ng kadena, na tumutugma sa bilang ng mga yugto ng pag-unlad sa bawat yugto ng pagsisimula. Ang ikalawang yugto ay nangyayari sa sabay-sabay na synthesis ng tambalan at ang pagbuo ng isang bagong radikal, na nagpapatuloy sa kadena ng mga pagbabagong-anyo. Ang huling yugto ay isang hakbang sa pagwawakas ng kadena na nagsasangkot ng anumang reaksyon kung saan nawasak ang isa sa mga intermediate ng reaksyon na kinakailangan para sa pag-unlad ng kadena. Ang mas maraming yugto ng pagwawakas ng kadena, nagiging mas maikli ang haba ng kadena.
Ang mga libreng radikal na reaksyon ay nangyayari: 1) sa liwanag, sa mataas na temperatura o sa pagkakaroon ng mga radikal na nabuo sa panahon ng pagkabulok ng iba pang mga sangkap; 2) pinipigilan ng mga sangkap na madaling tumugon sa mga libreng radikal; 3) mangyari sa mga non-polar solvents o sa vapor phase; 4) madalas na may autocatalytic at induction period bago magsimula ang reaksyon; 5) kinetically sila ay chain.
Ang mga radikal na reaksyon ng pagpapalit ay katangian ng mga alkanes, at ang mga radikal na reaksyon ng karagdagan ay katangian ng mga alkenes at alkynes.
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
CH 3 -CH=CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 -CH 2 Br
CH 3 -C≡CH + HCl → CH 3 -CH=CHCl
Ang koneksyon ng mga libreng radical sa bawat isa at ang pagwawakas ng kadena ay nangyayari pangunahin sa mga dingding ng reaktor.
4.2 Ionic na reaksyon
Mga reaksyon kung saan ito nangyayari heterolytic ang pagkasira ng mga bono at ang pagbuo ng mga intermediate na particle ng ionic na uri ay tinatawag na ionic reactions.
Nagaganap ang mga ionic na reaksyon: 1) sa pagkakaroon ng mga katalista (mga acid o base at hindi apektado ng liwanag o mga libreng radikal, lalo na ang mga nagmumula sa pagkabulok ng mga peroxide); 2) ay hindi apektado ng libreng radical scavengers; 3) ang likas na katangian ng solvent ay nakakaimpluwensya sa kurso ng reaksyon; 4) bihirang mangyari sa yugto ng singaw; 5) sa kinetically sila ay pangunahin sa una o pangalawang-order na mga reaksyon.
Ayon sa likas na katangian ng reagent na kumikilos sa molekula, mga reaksyon ng ion ay nahahati sa electrophilic At nucleophilic. Ang mga reaksyon ng pagpapalit ng nucleophilic ay katangian ng alkyl at aryl halides,
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
electrophilic substitution - para sa mga alkanes sa pagkakaroon ng mga catalyst
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH(CH 3)-CH 2 -CH 3
at mga arena.
C 6 H 6 + HNO 3 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
Ang mga reaksiyong pagdaragdag ng electrophilic ay katangian ng mga alkenes
CH 3 -CH=CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 2 Br
at alkynes,
CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl
nucleophilic na karagdagan - para sa mga alkynes.
CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C(OC 2 H 5) = CH 2
Mga mekanismo ng mga organikong reaksyon - konsepto at uri. Pag-uuri at tampok ng kategoryang "Mga mekanismo ng mga organikong reaksyon" 2017, 2018.
Mga patnubay para sa independiyenteng gawain ng mga mag-aaral sa unang taon sa biological at bioorganic chemistry
(modyul 1)
Naaprubahan
Akademikong Konseho ng Unibersidad
Kharkov KhNMU
Mga pangunahing uri at mekanismo ng mga reaksyon sa organikong kimika: Paraan. utos. para sa mga mag-aaral sa 1st year / comp. 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. – P. 32.
Compiled by: 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
Paksa I: pag-uuri ng mga reaksiyong kemikal.
REACTIVITY NG ALKANES, ALKENES, ARENES, ALCOHOLS, PHENOLS, AMINES, ALDEHYDES, KETONES AT CARBOXYLIC ACID
Mga katangian ng pagganyak ng paksa
Ang pag-aaral ng paksang ito ay ang batayan para sa pag-unawa sa ilan sa mga biochemical reaksyon na nagaganap sa panahon ng metabolic process sa katawan (lipid peroxidation, pagbuo ng mga hydroxy acid mula sa mga unsaturated sa Krebs cycle, atbp.), pati na rin para sa pag-unawa sa mekanismo ng naturang mga reaksyon sa synthesis ng mga medikal na gamot at analogues natural compounds.
Layunin ng pagkatuto
Mahuhulaan ang kakayahan ng mga pangunahing klase ng mga organikong compound na pumasok sa mga homolytic at heterolytic na reaksyon ayon sa kanilang elektronikong istraktura at ang mga elektronikong epekto ng mga substituent.
1. LIBRENG RADICAL AT ELECTROPHILIC REACTIONS (REACTIVITY OF HYDROCARBONS)
Pang-edukasyon-target na mga tanong
1. Magagawang ilarawan ang mga mekanismo ng mga sumusunod na reaksyon:
Radikal na pagpapalit - R S
Electrophilic na koneksyon - A E
Electrophilic substitution - S E
2. Magagawang ipaliwanag ang impluwensya ng mga substituent sa reaktibiti sa panahon ng electrophilic na pakikipag-ugnayan batay sa mga elektronikong epekto.
Baseline
1. Istraktura ng carbon atom. Mga uri ng hybridization ng mga electronic orbital nito.
2. Istraktura, haba at enerhiya ng - at - bond.
3. Conformations ng cyclohexane.
4. Pagpapares. Bukas at sarado (mabango) conjugated system.
5. Mga elektronikong epekto ng mga substituent.
6. Transition state. Elektronikong istraktura ng carbocation. Mga intermediator - at -complex.
Praktikal na Navski
1. Matutong matukoy ang posibilidad na masira ang isang covalent bond, ang uri at mekanismo ng reaksyon.
2. Makapagsagawa ng eksperimentong mga reaksyon ng brominasyon ng mga compound na may dobleng bono at mga aromatic compound.
Kontrolin ang mga tanong
1. Ibigay ang mekanismo ng reaksyon ng ethylene hydrogenation.
2. Ilarawan ang mekanismo ng reaksyon ng hydration ng propenoic acid. Ipaliwanag ang papel ng acid catalysis.
3. Isulat ang equation para sa nitration reaction ng toluene (methylbenzene). Sa anong mekanismo nangyayari ang reaksyong ito?
4. Ipaliwanag ang epekto ng pag-deactivate at pag-orient ng nitro group sa molekula ng nitrobenzene gamit ang halimbawa ng reaksyon ng bromination.
Mga gawaing pang-edukasyon at mga algorithm para sa paglutas ng mga ito
Gawain Blg. 1. Ilarawan ang mekanismo ng reaksyon para sa brominasyon ng isobutane at cyclopentane sa pag-iilaw ng liwanag.
Algoritmo ng solusyon . Isobutane at cyclopentane molecules ay binubuo ng sp 3 hybridized carbon atoms. Ang mga C - C bond sa kanilang mga molecule ay non-polar, at ang C - H bond ay low-polar. Ang mga bono na ito ay medyo madaling napapailalim sa homolytic cleavage na may pagbuo ng mga libreng radical - mga particle na may hindi magkapares na mga electron. Kaya, sa mga molekula ng mga sangkap na ito ang isang radikal na reaksyon ng pagpapalit ay dapat mangyari - isang reaksyon ng R S o isang reaksyon ng kadena.
Ang mga yugto ng anumang reaksyon ng R S ay: pagsisimula, paglago at pagwawakas ng kadena.
Ang pagsisimula ay ang proseso ng pagbuo ng mga libreng radikal sa mataas na temperatura o pag-iilaw ng ultraviolet:
Ang paglago ng kadena ay nangyayari dahil sa pakikipag-ugnayan ng isang napaka-reaktibong libreng radikal Br na may mababang-polar C - H bond sa isang cyclopentane molecule na may pagbuo ng bagong cyclopentyl radical:
Ang cyclopentyl radical ay nakikipag-ugnayan sa isang bagong molekula ng bromine, na nagiging sanhi ng homolytic cleavage ng bono sa loob nito at bumubuo ng bromocyclopentane at isang bagong bromine radical:
Inaatake ng bromine free radical ang bagong molekula ng cyclopentane. Kaya, ang yugto ng paglago ng kadena ay paulit-ulit nang maraming beses, ibig sabihin, nangyayari ang isang reaksyon ng kadena. Nagtatapos ang bukas na circuit chain reaction dahil sa kumbinasyon ng iba't ibang mga radical:
Dahil ang lahat ng mga carbon atom sa molekula ng cyclopentane ay pantay, tanging ang monocyclobromopentane ay nabuo.
Sa isobutane, ang C - H bond ay hindi katumbas. Sila ay naiiba sa enerhiya ng homolytic dissociation at ang katatagan ng mga libreng radical na nabuo. Ito ay kilala na ang enerhiya ng C-H bond cleavage ay tumataas mula sa tersiyaryo hanggang sa pangunahing carbon atom. Ang katatagan ng mga libreng radikal ay bumababa sa parehong pagkakasunud-sunod. Iyon ang dahilan kung bakit sa molekula ng isobutane ang reaksyon ng brominasyon ay nagpapatuloy sa regioselectively - sa tertiary carbon atom:
Dapat itong ituro na para sa mas aktibong chlorine radical, ang regioselectivity ay hindi ganap na sinusunod. Sa panahon ng chlorination, ang mga hydrogen atoms sa anumang carbon atoms ay maaaring mapapalitan, ngunit ang nilalaman ng substitution product sa tertiary carbon ay magiging pinakamalaki.
Gawain Blg. 2. Gamit ang oleic acid bilang isang halimbawa, ilarawan ang mekanismo ng reaksyon ng lipid peroxidation na nangyayari sa panahon ng radiation sickness bilang resulta ng pinsala sa mga lamad ng cell. Anong mga sangkap ang nagsisilbing antioxidant sa ating katawan?
Algoritmo ng solusyon. Ang isang halimbawa ng isang radikal na reaksyon ay lipid peroxidation, kung saan unsaturated fatty acid, na bahagi ng mga lamad ng cell. Sa panahon ng radioactive irradiation, ang mga molekula ng tubig ay maaaring maghiwa-hiwalay sa mga radical. Inaatake ng mga hydroxyl radical ang isang unsaturated acid molecule sa methylene group na katabi ng double bond. Sa kasong ito, ang isang radikal ay nabuo, nagpapatatag dahil sa pakikilahok ng hindi magkapares na elektron sa conjugation sa mga electron ng na mga bono. Dagdag pa organikong radikal nakikipag-ugnayan sa isang diradical oxygen molecule upang bumuo ng hindi matatag na hydroperoxide, na nabubulok upang bumuo ng mga aldehydes, na na-oxidized sa mga acid - ang mga huling produkto ng reaksyon. Ang kinahinatnan ng oksihenasyon ng peroxide ay ang pagkasira ng mga lamad ng cell:
Ang nagbabawal na epekto ng bitamina E (tocopherol) sa katawan ay dahil sa kakayahang magbigkis ng mga libreng radikal na nabuo sa mga selula:
Sa phenoxide radical na nabuo, ang walang paired na electron ay pinagsama sa -electron cloud ng aromatic ring, na humahantong sa relatibong katatagan nito.
Gawain Blg. 3. Ibigay ang mekanismo ng reaksyon ng ethylene bromination.
Algoritmo ng solusyon. Para sa mga compound na binubuo ng mga carbon atom sa estado ng sp 2 - o sp-hybridization, ang mga tipikal na reaksyon ay ang mga nangyayari sa pagkalagot ng bond, ibig sabihin, mga reaksyon sa karagdagan. Ang mga reaksyong ito ay maaaring magpatuloy sa pamamagitan ng isang radikal o ionic na mekanismo depende sa likas na katangian ng reagent, ang polarity ng solvent, temperatura, atbp. Ang mga ionic na reaksyon ay nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng alinman sa mga electrophilic reagents, na may kaugnayan sa isang electron, o nucleophilic reagents. , na nag-donate ng kanilang mga electron. Ang mga electrophilic reagents ay maaaring mga kasyon at compound na may mga atomo na may hindi napunong mga shell ng elektron. Ang pinakasimpleng electrophilic reagent ay isang proton. Ang mga nucleophilic reagents ay mga anion, o mga compound na may mga atomo na may mga pares ng electron na hindi magkakasama.
Para sa mga alkenes - mga compound na may sp 2 - o sp-hybridized na carbon atom, ang mga electrophilic na reaksyon sa karagdagan - A E reaksyon - ay tipikal. Sa polar solvents sa kawalan sikat ng araw Ang reaksyon ng halogenation ay nagpapatuloy sa pamamagitan ng isang ionic na mekanismo na may pagbuo ng mga carbocation:
Sa ilalim ng impluwensya ng π bond sa ethylene, ang molekula ng bromine ay polarized upang bumuo ng isang hindi matatag na π complex, na nagiging isang carbocation. Sa loob nito, ang bromine ay nakatali sa carbon sa pamamagitan ng isang π bond. Ang proseso ay nakumpleto sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng bromine anion sa carbocation na ito upang mabuo ang panghuling produkto ng reaksyon, dibromoethane.
Gawain Blg. 4 . Gamit ang halimbawa ng reaksyon ng hydration ng propene, bigyang-katwiran ang panuntunan ni Markovnikov.
Algoritmo ng solusyon. Dahil ang molekula ng tubig ay isang nucleophilic reagent, ang pagdaragdag nito sa double bond na walang katalista ay imposible. Ang mga acid ay kumikilos bilang mga katalista sa gayong mga reaksyon. Ang pagbuo ng mga carbokation ay nangyayari sa pagdaragdag ng isang acid proton kapag ang π bond ay nasira:
Ang isang molekula ng tubig ay nakakabit sa carbocation na nabuo dahil sa mga ipinares na electron ng oxygen atom. Ang isang matatag na alkyl derivative ng oxonium ay nabuo, na nagpapatatag sa paglabas ng isang proton. Ang produkto ng reaksyon ay sec-propanol (propan-2-ol).
Sa reaksyon ng hydration, ang isang proton ay idinagdag ayon sa panuntunan ni Markovnikov sa isang mas hydrogenated carbon atom, dahil, dahil sa positibong inductive na epekto ng pangkat ng CH 3, ang density ng elektron ay inilipat sa atom na ito. Bilang karagdagan, ang tertiary carbocation na nabuo dahil sa pagdaragdag ng isang proton ay mas matatag kaysa sa pangunahin (ang impluwensya ng dalawang pangkat ng alkyl).
Gawain Blg. 5. Bigyang-katwiran ang posibilidad ng pagbuo ng 1,3-dibromopropane sa panahon ng bromination ng cyclopropane.
Algoritmo ng solusyon. Ang mga molekula na tatlo o apat na miyembro na mga singsing (cyclopropane at cyclobutane) ay nagpapakita ng mga katangian ng mga unsaturated compound, dahil ang elektronikong estado ng kanilang "saging" na mga bono ay kahawig ng isang π bond. Samakatuwid, tulad ng mga unsaturated compound, sumasailalim sila sa mga reaksyon ng karagdagan na may pagkalagot ng singsing:
Gawain Blg. 6. Ilarawan ang reaksyon ng hydrogen bromide na may 1,3 butadiene. Ano ang espesyal sa reaksyong ito?
Algoritmo ng solusyon. Kapag ang hydrogen bromide ay tumutugon sa 1,3 butadiene, ang mga produktong 1,2 karagdagan (1) at 1,4 na karagdagan (2) ay nabuo:
Ang pagbuo ng produkto (2) ay dahil sa pagkakaroon sa conjugated system ng isang π-electron cloud na karaniwan sa buong molekula, bilang isang resulta kung saan ito ay pumapasok sa isang electrophilic addition reaction (A E - reaction) sa anyo ng isang buong bloke:
Gawain Blg. 7. Ilarawan ang mekanismo ng benzene bromination reaction.
Algoritmo ng solusyon. Para sa mga aromatic compound na naglalaman ng closed conjugated electronic system at kung saan ay may makabuluhang lakas, ang electrophilic substitution reactions ay katangian. Ang pagkakaroon ng mas mataas na density ng elektron sa magkabilang panig ng singsing ay pinoprotektahan ito mula sa pag-atake ng mga nucleophilic reagents at, vice versa, pinapadali ang posibilidad ng pag-atake ng mga cation at iba pang electrophilic reagents.
Ang pakikipag-ugnayan ng benzene sa mga halogens ay nangyayari sa pagkakaroon ng mga catalyst - AlCl 3, FeCl 3 (ang tinatawag na Lewis acids). Nagdudulot sila ng polarize ng molekula ng halogen, pagkatapos nito inaatake ang π mga electron ng singsing na benzene:
π-complex σ-complex
Sa una, ang isang π-complex ay nabuo, na dahan-dahang nagbabago sa isang σ-complex, kung saan ang bromine ay bumubuo ng isang covalent bond sa isa sa mga carbon atom sa gastos ng dalawa sa anim na electron ng aromatic ring. Ang apat na π electron na natitira ay pantay na ipinamamahagi sa limang atomo ng singsing ng carbon; Ang σ-complex ay isang hindi gaanong kanais-nais na istraktura dahil sa pagkawala ng aromaticity, na naibalik sa pamamagitan ng paglabas ng isang proton.
Kasama rin sa mga electrophilic substitution reactions sa mga aromatic compound ang sulfonation at nitration. Ang papel ng isang nitrating agent ay ginagampanan ng nitroyl cation - NO 2+, na nabuo sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng puro sulfuric at nitric acids (nitrating mixture); at ang papel ng sulfonating agent ay ang SO 3 H + cation, o sulfur oxide (IV), kung ang sulfonation ay isinasagawa gamit ang oleum.
Algoritmo ng solusyon. Ang aktibidad ng mga compound sa mga reaksyon ng SE ay nakasalalay sa density ng elektron sa aromatic nucleus (direktang relasyon). Sa pagsasaalang-alang na ito, ang reaktibiti ng mga sangkap ay dapat isaalang-alang na may kaugnayan sa mga elektronikong epekto ng mga substituent at heteroatom.
Ang amino group sa aniline ay nagpapakita ng isang +M na epekto, bilang isang resulta kung saan ang densidad ng elektron sa singsing ng benzene ay tumataas at ang pinakamataas na konsentrasyon nito ay sinusunod sa mga posisyon ng ortho at para. Ang reaksyon ay umuusad nang mas madali.
Ang pangkat ng nitro sa nitrobenzene ay may -I at -M na mga epekto, samakatuwid ay dini-deactivate nito ang singsing ng benzene sa mga posisyong ortho at para. Dahil ang pakikipag-ugnayan ng electrophile ay nangyayari sa site ng pinakamataas na density ng elektron, nabuo ang mga meta-isomer sa kasong ito. Kaya, ang mga substituent na nag-donate ng elektron ay mga ortho- at para-orientants (mga orientant ng unang uri at mga activator ng mga reaksyon ng SE; ang mga substituent na nag-withdraw ng elektron ay mga meta-orientant (mga orientant ng pangalawang uri) na mga deactivator ng mga reaksyon ng SE).
Sa limang-membered heterocycles (pyrrole, furan, thiophene), na nabibilang sa π-excess system, ang mga reaksyon ng S E ay nangyayari nang mas madali kaysa sa benzene; sa kasong ito, ang α-posisyon ay mas reaktibo.
Ang mga heterocyclic system na may pyridine nitrogen atom ay π-deficient, kaya mas mahirap silang sumailalim sa electrophilic substitution reactions; sa kasong ito, ang electrophile ay sumasakop sa β-posisyon na may kaugnayan sa nitrogen atom.