Orientări pentru munca independentă a studenților din anul I la chimie biologică și bioorganică
(modulul 1)
Aprobat
Consiliul Academic al Universității
Harkov KhNMU
Tipuri și mecanisme de bază ale reacțiilor în chimia organică: Metoda. decret. pentru elevii anului I / 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. – Harkov: KhNMU, 2014. – P. 32.
Alcătuit de: A.O. Syrovaya, L.G. Shapoval, V.N. Petyunina, E.R. Grabovetskaya, V.A. Makarov, S.V. Andreeva, L.V. Lukyanova, S.A. Nakonechnaya, R.O. Bachinsky, S.N. Kozub, T.S. Tishakova, O.L. Levashova, N.V. Kopoteva, N.N. Chalenko
Tema I: clasificarea reacţiilor chimice.
REACTIVITATEA ALCANELOR, ALCHENELOR, ARENELOR, ALCOOLILOR, FENOLOR, AMINELOR, ALDEHIDELOR, CETONELOR ȘI ACIZILOR CARBOXILICI
Caracteristicile motivaționale ale subiectului
Studierea acestei teme stă la baza înțelegerii unora dintre reacțiile biochimice care au loc în timpul procesului metabolic în organism (peroxidarea lipidelor, formarea hidroxiacizilor din cei nesaturați în ciclul Krebs etc.), precum și pentru înțelegerea mecanismului unor astfel de reacții în sinteza medicamentelor și analogilor compuși naturali.
Scopul de învățare
Să fie capabil să prezică capacitatea principalelor clase de compuși organici de a intra în reacții homolitice și heterolitice în funcție de structura lor electronică și de efectele electronice ale substituenților.
1. REACȚII RADICALE ȘI ELECTROFILE (REACTIVITATEA HIDROCARBURILOR)
Întrebări țintă educațională
1. Să fiți capabil să descrie mecanismele următoarelor reacții:
Substituția radicală - R S
Conexiune electrofilă - A E
Substituția electrofilă - S E
2. Să fie capabil să explice influența substituenților asupra reactivității în timpul interacțiunilor electrofile bazate pe efecte electronice.
De bază
1. Structura atomului de carbon. Tipuri de hibridizare a orbitalilor săi electronici.
2. Structura, lungimea și energia legăturilor - și -.
3. Conformaţiile ciclohexanului.
4. Împerechere. Sisteme conjugate deschise și închise (aromatice).
5. Efectele electronice ale substituenților.
6. Starea de tranziție. Structura electronică a carbocationului. Intermediari - și -complexe.
Nav practicski
1. Aflați să determinați posibilitatea ruperii unei legături covalente, tipul și mecanismul reacției.
2. Să fie capabil să efectueze experimental reacții de bromurare a compușilor cu duble legături și a compușilor aromatici.
Întrebări de control
1. Dați mecanismul reacției de hidrogenare a etilenei.
2. Descrieţi mecanismul reacţiei de hidratare a acidului propenoic. Explicați rolul catalizei acide.
3. Scrieți ecuația pentru reacția de nitrare a toluenului (metilbenzen). Prin ce mecanism are loc această reacție?
4. Explicați efectul de dezactivare și orientare al grupării nitro din molecula de nitrobenzen folosind exemplul reacției de bromurare.
Sarcini educaționale și algoritmi pentru rezolvarea acestora
Sarcina nr. 1. Descrieți mecanismul de reacție pentru bromurarea izobutanului și ciclopentanului la iradierea cu lumină.
Algoritm de rezolvare . Moleculele de izobutan și ciclopentan constau din atomi de carbon hibridizați sp 3. Legăturile C-C din moleculele lor sunt nepolare, iar legăturile C-H sunt ușor polare. Aceste legături sunt destul de ușor supuse clivajului homolitic cu formarea de radicali liberi - particule care au electroni nepereche. Astfel, în moleculele acestor substanțe trebuie să se producă o reacție de substituție radicalică - o reacție R S sau o reacție în lanț.
Etapele oricărei reacții R S sunt: inițierea, creșterea și terminarea lanțului.
Inițierea este procesul de formare a radicalilor liberi la temperatură ridicată sau iradiere ultravioletă:
Creșterea lanțului are loc datorită interacțiunii unui radical liber foarte reactiv Br cu o legătură C - H cu polar scăzut într-o moleculă de ciclopentan cu formarea unui nou radical ciclopentil:
Radicalul ciclopentil interacționează cu o nouă moleculă de brom, determinând clivajul omolitic a legăturii din ea și formând bromociclopentan și un nou radical de brom:
Radicalul liber de brom atacă noua moleculă de ciclopentan. Astfel, etapa de creștere în lanț se repetă de multe ori, adică are loc o reacție în lanț. Terminarea lanțului completează reacția în lanț prin combinarea diferiților radicali:
Deoarece toți atomii de carbon din molecula de ciclopentan sunt egali, se formează doar monociclobromopentan.
În izobutan, legăturile C-H nu sunt echivalente. Ele diferă prin energia de disociere homolitică și stabilitatea radicalilor liberi formați. Se știe că energia clivajului legăturii C-H crește de la atomul de carbon terțiar la cel primar. Stabilitatea radicalilor liberi scade în aceeași ordine. De aceea, în molecula de izobutan, reacția de bromurare are loc regioselectiv - la atomul de carbon terțiar:
Trebuie subliniat că, pentru radicalul de clor mai activ, regioselectivitatea nu este pe deplin observată. În timpul clorării, atomii de hidrogen de la orice atom de carbon pot fi supuși substituției, dar conținutul de produs de substituție la carbonul terțiar va fi cel mai mare.
Sarcina nr. 2. Folosind acidul oleic ca exemplu, descrieți mecanismul reacției de peroxidare a lipidelor care are loc în timpul bolii de radiații ca urmare a deteriorării membranelor celulare. Ce substanțe acționează ca antioxidanți în corpul nostru?
Algoritm de rezolvare. Un exemplu de reacție radicală este peroxidarea lipidelor, în care acizii grași nesaturați, care fac parte din membranele celulare, sunt expuși la radicali. În timpul iradierii radioactive, moleculele de apă se pot dezintegra în radicali. Radicalii hidroxil atacă o moleculă de acid nesaturată la grupa metilen adiacentă dublei legături. În acest caz, se formează un radical, stabilizat datorită participării electronului nepereche la conjugarea cu electronii legăturilor . În continuare, radicalul organic interacționează cu o moleculă de oxigen diradical pentru a forma hidroperoxizi instabili, care se descompun pentru a forma aldehide, care sunt oxidate în acizi - produșii finali ai reacției. Consecința oxidării peroxidului este distrugerea membranelor celulare:
Efectul inhibitor al vitaminei E (tocoferol) în organism se datorează capacității sale de a lega radicalii liberi care se formează în celule:
În radicalul fenoxid care se formează, electronul nepereche este conjugat cu norul de electroni al inelului aromatic, ceea ce duce la stabilitatea relativă a acestuia.
Sarcina nr. 3. Indicați mecanismul reacției de bromurare a etilenei.
Algoritm de rezolvare. Pentru compușii care constau din atomi de carbon în stare de sp 2 - sau sp-hibridare, reacțiile tipice sunt cele care apar odată cu ruperea legăturilor , adică reacțiile de adiție. Aceste reacții pot avea loc printr-un mecanism radical sau ionic în funcție de natura reactivului, polaritatea solventului, temperatură etc. Reacțiile ionice apar sub acțiunea fie a reactanților electrofili, care au afinitate pentru un electron, fie a reactivilor nucleofili. , care își donează electronii. Reactivii electrofili pot fi cationi și compuși care au atomi cu învelișuri de electroni neumplute. Cel mai simplu reactiv electrofil este un proton. Reactivii nucleofili sunt anioni sau compuși cu atomi care au perechi de electroni neîmpărțiți.
Pentru alchene - compuși care au un atom de carbon sp 2 - sau sp-hibridizat, reacțiile de adiție electrofilă - reacțiile A E - sunt tipice. În solvenții polari, în absența luminii solare, reacția de halogenare are loc printr-un mecanism ionic cu formarea de carbocationi:
Sub influența legăturii π din etilenă, molecula de brom este polarizată pentru a forma un complex π instabil, care se transformă într-un carbocation. În ea, bromul este legat de carbon printr-o legătură π. Procesul este finalizat prin interacțiunea anionului brom cu acest carbocation pentru a forma produsul final de reacție, dibrometan.
Sarcina nr. 4 . Folosind exemplul reacției de hidratare a propenei, justificați regula lui Markovnikov.
Algoritm de rezolvare. Deoarece molecula de apă este un reactiv nucleofil, adăugarea acesteia la dubla legătură fără catalizator este imposibilă. Acizii acționează ca catalizatori în astfel de reacții. Formarea carbocationilor are loc la adăugarea unui proton acid când legătura π este ruptă:
O moleculă de apă este atașată carbocationului care se formează datorită electronilor perechi ai atomului de oxigen. Se formează un derivat alchil stabil al oxoniului, care este stabilizat cu eliberarea unui proton. Produsul de reacție este secpropanol (propan-2-ol).
În reacția de hidratare, se adaugă un proton conform regulii lui Markovnikov la un atom de carbon mai hidrogenat, deoarece, datorită efectului inductiv pozitiv al grupării CH3, densitatea electronilor este deplasată la acest atom. În plus, carbocationul terțiar format prin adăugarea unui proton este mai stabil decât cel primar (influența a două grupări alchil).
Sarcina nr. 5. Justificați posibilitatea formării 1,3-dibromopropanului în timpul bromării ciclopropanului.
Algoritm de rezolvare. Moleculele care sunt inele cu trei sau patru membri (ciclopropan și ciclobutan) prezintă proprietățile compușilor nesaturați, deoarece starea electronică a legăturilor lor „banane” seamănă cu o legătură π. Prin urmare, ca și compușii nesaturați, ei suferă reacții de adiție cu ruperea inelului:
Sarcina nr. 6. Descrieți reacția bromurii de hidrogen cu 1,3 butadienă. Ce este special la această reacție?
Algoritm de rezolvare. Când bromura de hidrogen reacţionează cu 1,3 butadienă, se formează produsele 1,2 adiţie (1) şi 1,4 adiţie (2):
Formarea produsului (2) se datorează prezenței în sistemul conjugat a unui nor de electroni π comun întregii molecule, în urma căruia acesta intră într-o reacție de adiție electrofilă (reacție A E -) sub forma unei întreg bloc:
Sarcina nr. 7. Descrieți mecanismul reacției de bromurare a benzenului.
Algoritm de rezolvare. Pentru compușii aromatici care conțin un sistem electronic conjugat închis și care, prin urmare, au o rezistență semnificativă, reacțiile de substituție electrofilă sunt caracteristice. Prezența densității electronice crescute pe ambele părți ale inelului îl protejează de atacul reactanților nucleofili și, invers, facilitează posibilitatea atacului de către cationi și alți reactivi electrofili.
Interacțiunea benzenului cu halogenii are loc în prezența catalizatorilor - AlCl 3, FeCl 3 (așa-numiții acizi Lewis). Ele provoacă polarizarea moleculei de halogen, după care atacă electronii π ai inelului benzenic:
π-complex σ-complex
Inițial, se formează un complex π, care se transformă încet într-un complex σ, în care bromul formează o legătură covalentă cu unul dintre atomii de carbon în detrimentul a doi dintre cei șase electroni ai inelului aromatic. Cei patru electroni π care rămân sunt distribuiți uniform între cei cinci atomi ai inelului de carbon; Complexul σ este o structură mai puțin favorabilă din cauza pierderii aromaticității, care este restabilită prin eliberarea unui proton.
Reacțiile de substituție electrofilă în compușii aromatici includ, de asemenea, sulfonarea și nitrarea. Rolul unui agent de nitrare este îndeplinit de cationul nitroil - NO 2+, care se formează prin interacțiunea acizilor sulfuric și azotic concentrați (amestec de nitrare); iar rolul agentului de sulfonare este cationul SO3H+ sau oxidul de sulf (IV), dacă sulfonarea este efectuată cu oleum.
Algoritm de rezolvare. Activitatea compușilor în reacțiile SE depinde de densitatea electronilor din nucleul aromatic (relație directă). În acest sens, reactivitatea substanțelor ar trebui luată în considerare în legătură cu efectele electronice ale substituenților și heteroatomilor.
Gruparea amino din anilină prezintă un efect +M, în urma căruia densitatea electronilor în inelul benzenic crește și cea mai mare concentrație a acesteia este observată în pozițiile orto și para. Reacția progresează mai ușor.
Gruparea nitro din nitrobenzen are efecte -I și -M, prin urmare dezactivează inelul benzenic în pozițiile orto și para. Deoarece interacțiunea electrofilului are loc la locul cu cea mai mare densitate de electroni, în acest caz se formează meta-izomeri. Astfel, substituenții donatori de electroni sunt orto- și para-orientanți (orientanți de primul fel și activatori ai reacțiilor SE; substituenții de atragere de electroni sunt meta-orientanți (orientanți de al doilea fel) dezactivatori ai reacțiilor SE).
În heterociclurile cu cinci membri (pirol, furan, tiofen), care aparțin sistemelor π-exces, reacțiile S E apar mai ușor decât în benzen; în acest caz, poziția α este mai reactivă.
Sistemele heterociclice cu un atom de azot piridinic sunt π-deficiente, prin urmare sunt mai greu de suferit reacții de substituție electrofilă; în acest caz, electrofilul ocupă poziția β în raport cu atomul de azot.
Reacțiile substanțelor organice pot fi împărțite oficial în patru tipuri principale: substituție, adăugare, eliminare (eliminare) și rearanjare (izomerizare). Este evident că întreaga varietate de reacții ale compușilor organici nu poate fi redusă la clasificarea propusă (de exemplu, reacții de ardere). Cu toate acestea, o astfel de clasificare va ajuta la stabilirea analogiilor cu reacțiile care apar între substanțele anorganice care vă sunt deja familiare.
De obicei, principalul compus organic implicat în reacție este numit substrat, iar cealaltă componentă de reacție este considerată în mod convențional ca reactiv.
Reacții de substituție
Reacții de substituție- acestea sunt reactii care au ca rezultat inlocuirea unui atom sau grup de atomi din molecula (substrat) originala cu alti atomi sau grupe de atomi.
Reacțiile de substituție implică compuși saturați și aromatici precum alcanii, cicloalcanii sau arenele. Să dăm exemple de astfel de reacții.
Sub influența luminii, atomii de hidrogen dintr-o moleculă de metan pot fi înlocuiți cu atomi de halogen, de exemplu, cu atomi de clor:
Un alt exemplu de înlocuire a hidrogenului cu halogen este conversia benzenului în bromobenzen:
Ecuația pentru această reacție poate fi scrisă diferit:
Cu această formă de scriere, reactivii, catalizatorul și condițiile de reacție sunt scrise deasupra săgeții, iar produșii anorganici de reacție sunt înscriși sub ea.
Ca urmare a reacțiilor substituțiile în substanțe organice se formează nu simple și complexe substanțe, ca în chimia anorganică, și două substanțe complexe.
Reacții de adaos
Reacții de adaos- acestea sunt reacții în urma cărora două sau mai multe molecule de substanțe care reacţionează se combină într-una singură.
Compușii nesaturați, cum ar fi alchenele sau alchinele, suferă reacții de adiție. În funcție de moleculă care acționează ca reactiv, se disting hidrogenarea (sau reducerea), halogenarea, hidrohalogenarea, hidratarea și alte reacții de adiție. Fiecare dintre ele necesită anumite condiții.
1.Hidrogenare- reacția de adăugare a unei molecule de hidrogen printr-o legătură multiplă:
2. Hidrohalogenare- reacție de adiție cu halogenură de hidrogen (clorurare):
3. Halogenare- reacție de adiție cu halogen:
4.Polimerizare- un tip special de reacție de adiție în care moleculele unei substanțe cu o greutate moleculară mică se combină între ele pentru a forma molecule ale unei substanțe cu o greutate moleculară foarte mare - macromolecule.
Reacțiile de polimerizare sunt procese de combinare a multor molecule dintr-o substanță cu greutate moleculară mică (monomer) în molecule mari (macromolecule) ale unui polimer.
Un exemplu de reacție de polimerizare este producerea de polietilenă din etilenă (etenă) sub acțiunea radiației ultraviolete și a unui inițiator de polimerizare radicalică R.
Legătura covalentă cea mai caracteristică compușilor organici se formează atunci când orbitalii atomici se suprapun și se formează perechi de electroni partajați. Ca urmare a acestui fapt, se formează un orbital comun celor doi atomi, în care se află o pereche de electroni comună. Când o legătură este ruptă, soarta acestor electroni împărtășiți poate fi diferită.
Tipuri de particule reactive
Un orbital cu un electron nepereche aparținând unui atom se poate suprapune cu un orbital al altui atom care conține și un electron nepereche. În acest caz, se formează o legătură covalentă conform mecanismului de schimb:
Mecanismul de schimb pentru formarea unei legături covalente se realizează dacă o pereche de electroni comună este formată din electroni nepereche aparținând unor atomi diferiți.
Procesul opus formării unei legături covalente prin mecanismul de schimb este clivajul legăturii, în care se pierde câte un electron pentru fiecare atom (). Ca urmare a acestui fapt, se formează două particule neîncărcate, având electroni nepereche:
Astfel de particule se numesc radicali liberi.
Radicalii liberi- atomi sau grupuri de atomi care au electroni nepereche.
Reacții cu radicali liberi- acestea sunt reacții care apar sub influența și cu participarea radicalilor liberi.
În cursul chimiei anorganice, acestea sunt reacțiile hidrogenului cu oxigenul, halogenii și reacțiile de ardere. Reacțiile de acest tip se caracterizează prin viteză mare și degajare de cantități mari de căldură.
O legătură covalentă poate fi formată și printr-un mecanism donor-acceptor. Unul dintre orbitalii unui atom (sau anion) care are o pereche de electroni singuratică se suprapune cu orbitalul neocupat al altui atom (sau cation) care are un orbital neocupat și se formează o legătură covalentă, de exemplu:
Ruperea unei legături covalente duce la formarea de particule încărcate pozitiv și negativ (); deoarece în acest caz ambii electroni dintr-o pereche de electroni comună rămân cu unul dintre atomi, celălalt atom are un orbital neumplut:
Să luăm în considerare disocierea electrolitică a acizilor:
Se poate ghici cu ușurință că o particulă având o pereche de electroni R: -, adică un ion încărcat negativ, va fi atrasă de atomi încărcați pozitiv sau de atomi pe care există cel puțin o sarcină pozitivă parțială sau efectivă.
Se numesc particulele cu perechi de electroni singure agenţi nucleofili (nucleu- „nucleu”, o parte încărcată pozitiv a unui atom), adică „prieteni” nucleului, o sarcină pozitivă.
Nucleofili(Nu) - anioni sau molecule care au o pereche singură de electroni care interacționează cu părți ale moleculelor care au o sarcină pozitivă eficientă.
Exemple de nucleofili: Cl - (ion clorură), OH - (anion hidroxid), CH 3 O - (anion metoxid), CH 3 COO - (anion acetat).
Particulele care au un orbital neumplut, dimpotrivă, vor tinde să-l umple și, prin urmare, vor fi atrase de părți ale moleculelor care au o densitate de electroni crescută, o sarcină negativă și o pereche de electroni singuratică. Sunt electrofili, „prieteni” electronului, sarcină negativă sau particule cu densitate de electroni crescută.
Electrofilii- cationi sau molecule care au un orbital de electroni neumplut, tinzând să-l umple cu electroni, deoarece aceasta duce la o configurație electronică mai favorabilă a atomului.
Nicio particulă nu este un electrofil cu un orbital neumplut. De exemplu, cationii metalelor alcaline au configurația gazelor inerte și nu au tendința de a dobândi electroni, deoarece au un nivel scăzut. afinitate electronică.
Din aceasta putem concluziona că, în ciuda prezenței unui orbital neumplut, astfel de particule nu vor fi electrofile.
Mecanisme de reacție de bază
Au fost identificate trei tipuri principale de particule care reacţionează - radicali liberi, electrofili, nucleofili - şi trei tipuri corespunzătoare de mecanisme de reacţie:
- radical liber;
- electrofil;
- zeroofilă.
Pe lângă clasificarea reacțiilor în funcție de tipul de particule care reacţionează, în chimia organică se disting patru tipuri de reacții după principiul modificării compoziției moleculelor: adiție, substituție, eliminare sau eliminare (din engleză. la înlătura- îndepărtați, despărțiți) și rearanjamente. Deoarece adăugarea și substituția pot avea loc sub influența tuturor celor trei tipuri de specii reactive, se pot distinge mai multe principalmecanismele reacțiilor.
În plus, vom lua în considerare reacțiile de eliminare care apar sub influența particulelor nucleofile - baze.
6. Eliminare:
O caracteristică distinctivă a alchenelor (hidrocarburi nesaturate) este capacitatea lor de a suferi reacții de adiție. Cele mai multe dintre aceste reacții au loc prin mecanismul de adiție electrofilă.
Hidrohalogenare (adăugarea de halogen hidrogen):
Când o halogenură de hidrogen este adăugată la o alchenă hidrogenul se adaugă celui mai hidrogenat atomul de carbon, adică atomul la care există mai mulți atomi hidrogen și halogen - până la mai puțin hidrogenat.
Anexa 1
MECANISME DE REACȚIE ÎN CHIMIE ORGANICĂ
N.V. Sviridenkova, NUST MISIS, Moscova
DE CE STUDII MECANISME DE REACȚII CHIMICE?
Care este mecanismul unei reacții chimice? Pentru a răspunde la această întrebare, luați în considerare ecuația pentru reacția de ardere a butenei:
C4H8 + 6O2 = 4CO2 + 4H2O.
Dacă reacția s-a desfășurat de fapt așa cum este descris în ecuație, atunci o moleculă de butenă ar trebui să se ciocnească de șase molecule de oxigen deodată. Cu toate acestea, acest lucru este puțin probabil să se întâmple: se știe că ciocnirea simultană a mai mult de trei particule este aproape imposibilă. Concluzia sugerează că această reacție, ca și marea majoritate a reacțiilor chimice, are loc în mai multe etape succesive. Ecuația reacției arată doar materiile prime și rezultatul final al tuturor transformărilor și nu explică în niciun fel cum produsele se formează din substanțele inițiale. Pentru a afla exact cum decurge reacția, ce etape include, ce produse intermediare se formează, este necesar să se ia în considerare mecanismul de reacție.
Asa de, mecanism de reacție este o descriere detaliată a cursului unei reacții în etape, care arată în ce ordine și cum sunt rupte legăturile chimice din moleculele care reacţionează și se formează noi legături și molecule.
Luarea în considerare a mecanismului face posibilă explicarea de ce unele reacții sunt însoțite de formarea mai multor produse, în timp ce în alte reacții se formează o singură substanță. Cunoașterea mecanismului permite chimiștilor să prezică produsele reacțiilor chimice înainte ca acestea să fie efectiv efectuate. În cele din urmă, cunoscând mecanismul de reacție, puteți controla cursul reacției: creați condiții pentru a crește viteza acesteia și a crește randamentul produsului dorit.
CONCEPTE DE BAZĂ: ELECTROFIL, NUCLEOFIL, CARBOCARE
În chimia organică, reactivii sunt împărțiți în mod tradițional în trei tipuri: nucleofil, electrofilăȘi radical. Ați întâlnit deja radicali mai devreme când studiați reacțiile de halogenare ale alcanilor. Să aruncăm o privire mai atentă la alte tipuri de reactivi.
Reactivi nucleofili sau pur și simplu nucleofili(tradus din greacă ca „iubitori de nucleu”) sunt particule cu densitate de electroni în exces, cel mai adesea încărcate negativ sau având o pereche de electroni singuratică. Nucleofilii atacă moleculele cu densitate electronică scăzută sau reactivi încărcați pozitiv. Exemple de nucleofili sunt ionii OH-, Br-, moleculele de NH3.
Reactivi electrofili sau electrofili(tradus din greacă ca „iubitori de electroni”) sunt particule cu o lipsă de densitate de electroni. Electrofilii poartă adesea o sarcină pozitivă. Electrofilii atacă moleculele cu densitate mare de electroni sau reactivi încărcați negativ. Exemple de electrofili sunt H+, NO2+.
Un atom al unei molecule polare care poartă o sarcină pozitivă parțială poate acționa și ca un electrofil. Un exemplu este atomul de hidrogen din molecula HBr, pe care apare o sarcină pozitivă parțială din cauza deplasării perechii de legături electronice comune la atomul de brom, care are o valoare mai mare a electronegativității H δ + → Br δ - .
Reacțiile care au loc prin mecanismul ionic sunt adesea însoțite de formarea carbocationilor. Carbocation numită particulă încărcată care are un liber R-orbital pe atomul de carbon. Unul dintre atomii de carbon din carbocation poartă o sarcină pozitivă. Exemple de carbocationi includ particule CH3-CH2+, CH3-CH+-CH3. Carbocationii se formează în una dintre etapele reacțiilor de adăugare a halogenilor la alchene și a halogenurilor de hidrogen la alchene, precum și în reacțiile de substituție care implică hidrocarburi aromatice.
MECANISME DE ADUGARE LA HIDROCARBURILE NESATURATE
Adăugarea de halogeni, halogenuri de hidrogen și apă la hidrocarburi nesaturate (alchene, alchine, hidrocarburi diene) are loc prin mecanism ionic, numit adiție electrofilă.
Să luăm în considerare acest mecanism folosind exemplul reacției de adăugare a bromurii de hidrogen la o moleculă de etilenă.
În ciuda faptului că reacția de hidrobromurare este descrisă printr-o ecuație foarte simplă, mecanismul ei include mai multe etape.
Etapa 1.În prima etapă, se formează o moleculă de halogenură de hidrogen cu π -norul de electroni al unui sistem instabil cu legături duble – „ π -complex” din cauza transferului parțial π -densitatea electronilor pe atom de hidrogen purtând o sarcină pozitivă parțială.
Etapa 2. Legătura hidrogen-halogen este ruptă pentru a forma o particulă H + electrofilă și o particulă Br - nucleofilă. Electrofilul eliberat H+ se adaugă la alchenă datorită perechii de electroni a dublei legături, formând σ
-complex – carbocation.
Etapa 3.În această etapă, un nucleofil încărcat negativ este adăugat carbocationului încărcat pozitiv pentru a forma produsul final de reacție.
DE CE URMEAZĂ REGULA LUI MARKOVNIKOV?
Mecanismul propus explică bine formarea predominant a unuia dintre produși în cazul adăugării de halogenuri de hidrogen la alchene nesimetrice. Să ne amintim că adăugarea de halogenuri de hidrogen respectă regula lui Markovnikov, conform căreia hidrogenul este adăugat la dubla legătură la atomul de carbon cel mai hidrogenat (adică, conectat la cel mai mare număr de atomi de hidrogen) și halogenul la cel mai puțin hidrogenat. De exemplu, atunci când bromură de hidrogen este adăugată la propenă, se formează predominant 2-brompropan:
În reacțiile de adiție electrofile la alchene nesimetrice, în a doua etapă a reacției se pot forma doi carbocationi. În continuare, reacționează cu un nucleofil, ceea ce înseamnă că mai stabil dintre ei va determina produsul de reacție.
Să luăm în considerare ce carbocationi se formează în cazul propenei și să comparăm stabilitatea acestora. Adăugarea unui proton H+ la locul unei duble legături poate duce la formarea a doi carbocationi, secundari și primari:
Particulele rezultate sunt foarte instabile deoarece atomul de carbon încărcat pozitiv din carbocation are o configurație electronică instabilă. Astfel de particule sunt stabilizate prin distribuirea (delocalizarea) încărcăturii pe cât mai mulți atomi. Donator de electroni grupările alchil, care furnizează densitate electronică atomului de carbon cu deficit de electroni, promovează și stabilizează carbocationii. Să vedem cum se întâmplă asta.
Datorită diferenței de electronegativitate a atomilor de carbon și hidrogen, pe atomul de carbon din grupa -CH 3 apare un anumit exces de densitate electronică, iar pe atomul de hidrogen, C δ- H 3 δ+, apare o oarecare deficiență. Prezența unui astfel de grup lângă un atom de carbon care poartă o sarcină pozitivă provoacă inevitabil o schimbare a densității electronilor către sarcina pozitivă. Astfel, gruparea metil acționează ca un donor, dând o parte din densitatea sa de electroni. Se spune că un astfel de grup are efect inductiv pozitiv (+ eu -efect). Cu atât mai mult donor de electroni (+ eu ) - substituenții sunt înconjurați de un carbon purtând o sarcină pozitivă, cu atât carbocationul corespunzător este mai stabil. Astfel, stabilitatea carbocationilor crește în seria:
În cazul propenei, cel mai stabil este carbocationul secundar, deoarece în el atomul de carbon încărcat pozitiv al carbocationului este stabilizat cu două + eu - efectele grupărilor metil vecine. Se formează predominant și reacționează în continuare. Carbocationul primar instabil există aparent pentru o perioadă foarte scurtă de timp, astfel încât în timpul „vieții” sale nu are timp să atașeze un nucleofil și să formeze un produs de reacție.
Când ionul de bromură este adăugat la carbocationul secundar în ultima etapă, se formează 2-bromopropan:
URMEAZĂ ÎNTOTDEAUNA REGULA LUI MARKOVNIKOV?
Luarea în considerare a mecanismului reacției de hidrobromurare a propilenei ne permite să formulăm o regulă generală pentru adăugarea electrofilă: „atunci când alchenele nesimetrice interacționează cu reactivii electrofili, reacția are loc prin formarea celui mai stabil carbocation”. Aceeași regulă face posibilă explicarea formării în unele cazuri a produselor de adaos contrar regulii lui Markovnikov. Astfel, adăugarea de halogenuri de hidrogen la trifluorpropilenă procedează în mod oficial împotriva regulii lui Markovnikov:
Cum se poate obține un astfel de produs, deoarece s-a format ca urmare a adăugării de Br la carbocationul primar, și nu la secundar? Contradicția este ușor de rezolvat luând în considerare mecanismul de reacție și comparând stabilitatea particulelor intermediare formate:
Grupul -CF 3 conține trei atomi de fluor care atrag electroni, care atrag densitatea electronilor din atomul de carbon. Prin urmare, pe atomul de carbon apare o lipsă semnificativă a densității electronice. Pentru a compensa sarcina pozitivă parțială rezultată, atomul de carbon absoarbe densitatea electronică a atomilor de carbon vecini. Astfel, grupa -CF3 este atrăgătoare de electroni si spectacole efect inductiv negativ (- eu ) . În acest caz, carbocationul primar se dovedește a fi mai stabil, deoarece efectul destabilizator al grupării -CF 3 prin două legături σ slăbește. Iar carbocationul secundar, destabilizat de grupul învecinat de atragere de electroni CF 3, practic nu este format.
Prezența grupărilor atrăgătoare de electroni –NO2, -COOH, -COH etc. la dubla legătură are un efect similar asupra adiției. În acest caz, produsul de adăugare este, de asemenea, format oficial împotriva regulii Markovnikov. De exemplu, atunci când acidul clorhidric este adăugat la acidul propenoic (acrilic), se formează predominant acidul 3-cloropropanoic:
Astfel, direcția de adăugare la hidrocarburile nesaturate poate fi ușor determinată prin analiza structurii hidrocarburii. Pe scurt, acest lucru poate fi reflectat în următoarea diagramă:
Trebuie menționat că regula lui Markovnikov este îndeplinită numai dacă reacția se desfășoară prin mecanismul ionic. Când se efectuează reacții radicale, regula lui Markovnikov nu este îndeplinită. Astfel, adăugarea de bromură de hidrogen HBr în prezența peroxizilor (H 2 O 2 sau peroxizi organici) procedează împotriva regulii lui Markovnikov:
Adăugarea de peroxizi schimbă mecanismul de reacție, devine radical. Acest exemplu arată cât de important este să cunoaștem mecanismul de reacție și condițiile în care are loc. Apoi, alegând condițiile potrivite pentru reacție, o puteți dirija în funcție de mecanismul necesar în acest caz particular și puteți obține exact produsele necesare.
MECANISME DE ÎNLOCUIRE A ATOMILOR DE HIDROGEN ÎN HIDROCARBURILE AROMATICE
Prezența în molecula de benzen a unui conjugat stabil π
-sistemul electronic face reacțiile de adunare aproape imposibile. Pentru benzen și derivații săi, reacțiile cele mai tipice sunt înlocuirea atomilor de hidrogen, care au loc cu menținerea aromaticității. În acest caz, inelul benzenic care conține π-
electronii interacționează cu particulele electrofile. Astfel de reacții se numesc reacţii de substituţie electrofilă în seria aromatică. Acestea includ, de exemplu, halogenarea, nitrarea și alchilarea benzenului și a derivaților săi.
Toate reacțiile de substituție electrofile în hidrocarburile aromatice urmează aceeași cale ionic mecanism indiferent de natura reactivului. Mecanismul reacțiilor de substituție include mai multe etape: formarea unui agent electrofil E +, formarea π -complex, atunci σ- complex și în cele din urmă dezintegrare σ- complex pentru a forma un produs de substituție.
O particulă electrofilă E+ se formează atunci când un reactiv interacționează cu un catalizator, de exemplu, când o moleculă de halogen este expusă la clorură de aluminiu. Particula E+ rezultată interacționează cu inelul aromatic, formându-se mai întâi π -, și apoi σ- complex:
În timpul educației σ- complex, particula electrofilă E + se atașează la unul dintre atomii de carbon ai inelului benzenic σ- comunicatii. În carbocationul rezultat, sarcina pozitivă este distribuită uniform (delocalizată) între cei cinci atomi de carbon rămași.
Reacția se termină cu îndepărtarea unui proton din σ- complex. În acest caz, doi electroni σ Legăturile -CH revin la ciclu și un aromatic stabil de șase electroni π - sistemul este regenerat.
Într-o moleculă de benzen, toți cei șase atomi de carbon sunt egali. Înlocuirea unui atom de hidrogen poate avea loc cu aceeași probabilitate pentru oricare dintre ele. Cum va avea loc substituția în cazul omologilor de benzen? Să luăm ca exemplu metilbenzenul (toluenul).
Din datele experimentale se știe că substituția electrofilă în cazul toluenului are loc întotdeauna cu formarea a doi produși. Astfel, odată cu formarea are loc nitrarea toluenului P-nitrotoluen şi O-nitrotoluen:
Alte reacții de substituție electrofilă (bromurare, alchilare) se desfășoară în mod similar. De asemenea, s-a constatat că în cazul toluenului, reacțiile de substituție au loc mai rapid și în condiții mai blânde decât în cazul benzenului.
Este foarte simplu să explici aceste fapte. Gruparea metil este donatoare de electroni și, ca urmare, crește și mai mult densitatea de electroni a inelului benzenic. O creștere deosebit de puternică a densității electronilor are loc în O-Și P- poziții relativ la gruparea -CH3, ceea ce facilitează atașarea unei particule electrofile încărcate pozitiv la aceste situsuri. Prin urmare, viteza reacției de substituție crește în general și substituentul este direcționat predominant către orto- Și pereche- prevederi.
Clasificarea reacțiilor După numărul de substanțe inițiale și finale: 1. Adăugarea 2. Eliminarea (eliminarea) 3. Înlocuirea
Clasificarea reacțiilor După mecanismul de rupere a legăturii: 1. Radicali homolitici (radicali) 2. Ioni heterolitici (ionici)
Mecanismul de reacție Mecanismul este o descriere detaliată a unei reacții chimice în etape, indicând produse intermediare și particule. Schema de reacție: Mecanismul de reacție:
Clasificarea reacțiilor după tipul de reactivi 1. Radical Un radical este o particulă activă chimic cu un electron nepereche. 2. Electrofilul Electrofil este o particulă sau o moleculă cu deficit de electroni cu un atom deficient de electroni. 3. Nucleofil Nucleofil este un anion sau moleculă neutră având un atom cu o pereche de electroni singuratică.
Tipuri de legături chimice în substanțele organice Tipul principal de legătură este covalent (ionică mai puțin comună) Legătura Sigma (σ-): Legătura Pi (-)
ALCANI - hidrocarburi alifatice (grase) „Aliphatos” - ulei, grăsime (greacă). Cn. H 2 n+2 Hidrocarburi saturate
Serii omoloage: CH 4 - metan C 2 H 6 - etan C 3 H 8 - propan C 4 H 10 - butan C 5 H 12 - pentan etc. C 6 H 14 - hexan C 7 H 16 - heptan C 8 H 18 - octan C 9 H 20 - nonan C 10 H 22 - decan și C 390 H 782 - nonocontatrictan (1985)
Modelul atomo-orbital al moleculei de metan În molecula de metan, atomul de carbon nu mai are orbitali S- și P! Cei 4 orbitali hibrizi SP 3 ai săi, egali ca energie și formă, formează 4 legături cu orbitalii S ai atomului de hidrogen. legături H H 4
Reacția de nitrare Konovalov Dmitri Petrovici (1856 -1928) 1880. Prima încercare de succes de a resuscita „morții chimici”, care erau considerați alcani. Am găsit condițiile pentru nitrarea alcanilor. Orez. Sursa: http://images. yandex. ru.
Proprietăţi chimice I. Reacţii cu ruperea legăturilor C-H (reacţii de substituţie): 1. halogenare 2. nitrare 3. sulfoclorurare II. Reacții cu ruperea legăturilor C-C: 1. ardere 2. fisurare 3. izomerizare
Cum să găsești un chimist? Dacă vrei să găsești un chimist, întreabă ce sunt moliile și neionizate. Și dacă începe să vorbească despre animalele purtătoare de blană și despre organizarea muncii, plecați calm. Scriitor de science fiction, popularizator al științei Isaac Asimov (1920–1992) Fig. Sursa: http://images. yandex. ru.
1. Reacția de halogenare Clorinare: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Bromurare: RH + Br 2 hv RBr + HBr De exemplu, clorurarea metanului: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl
Etapele mecanismului radicalilor liberi Schema de reacție: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Mecanismul de reacție: I. Inițierea în lanț - etapa de generare a radicalilor liberi. Cl Cl 2 Cl Radicalul este o particulă activă, inițiatoarea unei reacții. – – Scena necesită energie sub formă de încălzire sau iluminare. Etapele ulterioare pot avea loc pe întuneric, fără încălzire.
Etapele mecanismului radicalilor liberi II. Creșterea lanțului este etapa principală. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Etapa poate include mai multe substadii, la fiecare dintre care se formează un nou radical, dar nu H!!! La a doua etapă, principală, produsul principal se formează în mod necesar!
Etapele mecanismului radicalilor liberi III. Terminarea lanțului – recombinarea radicalilor. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Oricare doi radicali se combină.
Selectivitatea substituirii Selectivitate – selectivitate. Regioselectivitatea este selectivitatea într-o anumită zonă de reacții. De exemplu, selectivitatea halogenării: 45% 3% Concluzie? 55% 97%
Selectivitatea halogenării depinde de următorii factori: Condiții de reacție. La temperaturi scăzute este mai selectiv. Natura halogenului. Cu cât halogenul este mai activ, cu atât reacția este mai puțin selectivă. F 2 reacţionează foarte energic, cu distrugerea legăturilor C-C. I 2 nu reacţionează cu alcanii în aceste condiţii. Structura alcanilor.
Influența structurii alcanilor asupra selectivității substituției. Dacă atomii de carbon dintr-un alcan sunt inegali, atunci înlocuirea fiecăruia dintre ei are loc cu o rată diferită. Relativ viteza de reacție de substituție Primară. Atom de H Secundar atomul H Tert. clorurare atom de H 1 3, 9 5, 1 bromurare 1 82 1600 Concluzie?
Pentru a elimina un atom terțiar de hidrogen necesită mai puțină energie decât pentru a elimina unul secundar și unul primar! Formula alcanului Rezultat omolizei ED, kJ/mol CH 4 CH 3 + H 435 CH 3 - CH 3 C 2 H 5 + H 410 CH 3 CH 2 CH 3 (CH 3)2 CH + H 395 (CH 3)3 CH (CH3)3C + H 377
Direcția reacțiilor Orice reacție are loc predominant în direcția formării unei particule intermediare mai stabile!
Particula intermediară în reacțiile radicalice este un radical liber. Cel mai stabil radical se formează cel mai ușor! Serii de stabilitate a radicalilor: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Grupările alchil prezintă un efect donator de electroni, datorită căruia stabilizează radicalul
Reacția de sulfoclorurare Schema de reacție: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Mecanismul de reacție: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl etc. .d 3. 2 Cl 2 etc.
Reacția lui Konovalov D.P Nitrarea conform lui Konovalov se realizează prin acțiunea acidului azotic diluat la o temperatură de 140 o. C. Schema de reacție: RH + HNO3RNO2 + H2O
Mecanismul reacției Konovalov HNO 3 N 2 O 4 1. N 2 O 4 2 NO 2 2. RH + NO 2 R + HNO 2 R + HNO 3 RNO 2 + OH RH + OH R + H 2 O etc. 3 .Pauză de circuit.
Alchenele sunt hidrocarburi nesaturate cu o legătură C=C, Cn. H 2 n С=С – grupa functionala a alchenelor
Proprietățile chimice ale alchenelor Caracteristici generale Alchenele sunt o clasă reactivă de compuși. Ele suferă numeroase reacții, dintre care majoritatea apar prin ruperea legăturii pi mai slabe. E C-C (σ-) ~ 350 KJ/mol E C=C (-) ~ 260 KJ/mol
Reacții caracteristice Adunarea este cel mai caracteristic tip de reacție. Legătura dublă este un donor de electroni, deci tinde să adauge: E - electrofili, cationi sau radicali
Exemple de reacții de adiție electrofile 1. Adăugarea de halogeni – Nu adaugă toți halogenii, ci doar clor și brom! – Polarizarea unei molecule neutre de halogen poate avea loc sub acțiunea unui solvent polar sau sub acțiunea dublei legături a unei alchene. Soluția de brom roșu-maro devine incoloră
Adiție electrofilă Reacțiile apar la temperatura camerei și nu necesită iluminare. Mecanismul este ionic. Schema de reacție: XY = Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O
Complexul sigma este un carbocation - o particulă cu sarcină pozitivă pe atomul de carbon. Dacă în mediul de reacție sunt prezenți alți anioni, aceștia se pot alătura și carbocationului.
De exemplu, adăugarea de brom dizolvat în apă. Această reacție calitativă la legătura dublă C=C are loc cu decolorarea soluției de brom și formarea a doi produși:
Adăugarea la alchene nesimetrice Regioselectivitatea adunării! Regula lui Markovnikov (1869): acizii și apa se adaugă la alchenele nesimetrice în așa fel încât hidrogenul se adaugă la atomul de carbon mai hidrogenat.
Markovnikov Vladimir Vasilievici (1837 - 1904) Absolvent al Universității din Kazan. Din 1869 - profesor la catedra de chimie. Fondatorul unei școli științifice. Orez. Sursa: http://images. yandex. ru.
Explicația regulii lui Markovnikov Reacția are loc prin formarea celei mai stabile particule intermediare - un carbocation. primar secundar, mai stabil
Seria de stabilitate a carbocationilor: regula metilului primar terțiar secundar Markovnikov în formularea modernă: adăugarea unui proton la o alchenă are loc odată cu formarea unui carbocation mai stabil.
Adiție anti-Markovnikov CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Formal, reacția este împotriva regulii Markovnikov. CF 3 – substituent atrăgător de electroni Alți agenți atrăgător de electroni: NO 2, SO 3 H, COOH, halogeni etc.
Adăugarea anti-Markovnikov mai stabilă instabilă CF 3 – acceptor de electroni, destabilizaază carbocationul. De fapt, se supune acestuia, deoarece trece printr-un carbocation mai stabil.
Efectul peroxidului Kharash X CH 3 -CH=CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR Mecanismul radicalilor liberi: 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 radical mai stabil CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br, etc. 3. Oricare doi radicali se combină între voi. .
Adăugarea electrofilă 3. Hidratarea - adăugarea apei - Reacția are loc în prezența catalizatorilor acizi, cel mai adesea acid sulfuric. – Reacția se supune regulii lui Markovnikov. Mod ieftin de a obține alcool
În timpul examenului, academicianul Ivan Alekseevich Kablukov îi cere studentului să spună cum se produce hidrogenul în laborator. „De la mercur”, răspunde el. „Cum vrei să spui „făcut din mercur”? ! Se spune de obicei „făcut din zinc”, dar fabricat din mercur este ceva original. Scrieți o reacție.” Elevul scrie: Hg = H + g Și spune: „Mercurul se încălzește; se descompune în H și g. H este hidrogen, este ușor și, prin urmare, zboară, dar g este accelerația gravitației, grele, rămâne.” „Pentru un astfel de răspuns ar trebui să dai un A”, spune Kablukov. - Să luăm un carnet de recorduri. Mai întâi voi încălzi și „cinci”. „Trei” zboară, dar „doi” rămâne.”
Doi chimiști în laborator: - Vasia, bagă mâna în acest pahar. - Am scăpat-o. - Simți ceva? - Nu. - Deci este acid sulfuric într-un alt pahar.
Hidrocarburi aromatice Aromatic – parfumat? ? Compușii aromatici sunt benzen și substanțe care îi seamănă în comportament chimic!
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
Reacții de adaos
Astfel de reacții sunt tipice pentru compușii organici care conțin legături multiple (duble sau triple). Reacțiile de acest tip includ reacții de adăugare de halogeni, halogenuri de hidrogen și apă la alchene și alchine
CH3 -CH=CH2 + HCI ---- CH3 -CH(Cl)-CH3
Reacții de eliminare
Acestea sunt reacții care duc la formarea de legături multiple. La eliminarea halogenurilor de hidrogen și a apei se observă o anumită selectivitate a reacției, descrisă de regula lui Zaitsev, conform căreia un atom de hidrogen este eliminat din atomul de carbon la care există mai puțini atomi de hidrogen. Exemplu de reacție
CH3-CH(Cl)-CH2-CH3 + KOH →CH3-CH=CH-CH3 + HCI
Polimerizare și policondensare
n(CH 2 =CHCl) (-CH 2 -CHCl)n
Redox
Cea mai intensă dintre reacțiile oxidative este arderea, o reacție caracteristică tuturor claselor de compuși organici. În acest caz, în funcție de condițiile de ardere, carbonul este oxidat în C (funingine), CO sau CO 2, iar hidrogenul este transformat în apă. Cu toate acestea, pentru chimiștii organici, reacțiile de oxidare efectuate în condiții mult mai blânde decât arderea sunt de mare interes. Agenți oxidanți utilizați: soluții de Br2 în apă sau Cl2 în CCl 4 ; KMnO 4 în apă sau acid diluat; oxid de cupru; hidroxizi de argint(I) sau cupru(II) proaspăt precipitați.
3C 2 H 2 + 8KMnO 4 +4H 2 O→3HOOC-COOH + 8MnO 2 + 8KOH
Esterificare (și reacția sa de hidroliză inversă)
R 1 COOH + HOR 2 H+ R 1 COOR 2 + H 2 O
Cicloadiția
Y R Y-R
‖ + ‖ → ǀ ǀ
R Y R-Y
‖ + →
11. Clasificarea reacțiilor organice după mecanism. Exemple.
Mecanismul de reacție implică o descriere detaliată pas cu pas a reacțiilor chimice. În același timp, se stabilește ce legături covalente sunt rupte, în ce ordine și în ce fel. Formarea de noi legături în timpul reacției este la fel de atent descrisă. Când luați în considerare mecanismul de reacție, în primul rând, acordați atenție metodei de rupere a legăturii covalente din molecula care reacţionează. Există două astfel de moduri - homolitic și heterolitic.
Reacții radicale se procedează prin clivaj omolotic (radical) a unei legături covalente:
Legăturile covalente nepolare sau cu polar scăzut (C–C, N–N, C–H) suferă clivaj radical la temperaturi ridicate sau sub influența luminii. Carbonul din radicalul CH 3 are 7 electroni exteriori (în loc de un înveliș octet stabil în CH 4). Radicalii sunt instabili; au tendința de a capta electronul lipsă (până la o pereche sau până la un octet). Una dintre modalitățile de a forma produse stabile este dimerizarea (combinația a doi radicali):
CH3 + CH3CH3 : CH 3,
N + N N : N.
Reacții radicale - acestea sunt, de exemplu, reacțiile de clorurare, bromurare și nitrare a alcanilor:
Reacții ionice apar cu clivajul legăturii heterolitice. În acest caz, se formează intermediar ionii organici de scurtă durată - carbocationi și carbanioni - cu sarcină pe atomul de carbon. În reacțiile ionice, perechea de electroni de legătură nu este separată, ci trece în întregime la unul dintre atomi, transformându-l într-un anion:
Legăturile puternic polare (H–O, C–O) și ușor polarizabile (C–Br, C–I) sunt predispuse la clivaj heterolitic.
Distinge reacții nucleofile (nucleofil– căutând nucleul, un loc cu lipsă de electroni) și reacții electrofile (electrofil– cautarea electronilor). Afirmația că o anumită reacție este nucleofilă sau electrofilă se referă întotdeauna la reactiv. Reactiv– o substanță care participă la reacție cu o structură mai simplă. Substratul– o substanță inițială cu o structură mai complexă. Grup ieșitor este un ion înlocuibil care a fost legat de carbon. Produs de reacție– substanță nouă care conține carbon (scrisă în partea dreaptă a ecuației reacției).
LA reactivi nucleofili(nucleofilii) includ ioni încărcați negativ, compuși cu perechi singure de electroni, compuși cu legături duble carbon-carbon. LA reactivi electrofili(electrofilii) includ ioni încărcați pozitiv, compuși cu învelișuri de electroni neumplute (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), compuși cu grupări carbonil, halogeni. Electrofilii sunt orice atom, moleculă sau ion capabil să adauge o pereche de electroni în procesul de formare a unei noi legături. Forța motrice a reacțiilor ionice este interacțiunea ionilor încărcați opus sau a fragmentelor de molecule diferite cu o sarcină parțială (+ și –).
