Хімічна реакція - перетворення одних речовин в інші - процес, пов'язаний з розривом одних і утворенням інших, нових зв'язків. Такий розрив може відбуватися шляхом поділу зв'язує пари електронів ковалентного зв'язку. Кожен фрагмент (осколок) молекули отримує по одному електрону від колишньої пари - це гомолитически розщеплення (гомолізу 1):
Частки (атоми або групи атомів), що мають неспарені електрони, називають радикалами (або вільними радикалами).
Розрив хімічного зв'язку, при якому обидва зв'язують електрона переходять до однієї з частинок, що утворюються, - це гетеролітичні розщеплення (гетеролиза):
Величини енергій гетеролітичні розщеплення істотно вище, ніж гомолитического (на 100 ккал / моль і більше). При гетеролиза нейтральної молекули утворюються позитивний і негативний іони, поділ яких вимагає більше енергії, ніж поділ нейтральних частинок. У газовій фазі розщеплення зв'язку зазвичай відбувається гомолитически. У іонізуючих розчинниках (вода Н2 О, спирти RОН, диметилформамід (СН 3) 2 NСНО,
диметилсульфоксид (СН 3) 2 S = О), навпаки, кращим виявляється гетеролиза.
У табл. 5 наведені деякі значення енергії зв'язку.
Органічні реакції класифікують:
1) у напрямку реакції (заміщення, приєднання, відщеплення);
2) за характером зміни зв'язків (за механізмами).
Реакції заміщення 2:
R-Н + Сl-Cl R-Cl + НСl,
R-Cl + OH - R-OH + Cl -.
Реакції приєднання (за кратними зв'язками):
Реакції відщеплення (елімінування) з утворенням кратних зв'язків:
Яким типам реакцій відповідають зображені нижче процеси?
Механізм реакції передбачає детальне постадийное опис хімічних реакцій. При цьому встановлюють, які саме ковалентні зв'язки розриваються, в якому порядку і яким шляхом. Настільки ж ретельно описують утворення нових зв'язків в процесі реакції.
Розглядаючи механізм реакції, перш за все звертають увагу на спосіб розриву ковалентного зв'язку в реагує молекулі. Таких способів два - гомолитически і гетеролітичною.
Схема гомолитического і гетеролітичні
розривів ковалентного зв'язку
Радикальні реакції протікають шляхом гомолитического (радикального) розриву ковалентного зв'язку:
Радикального розриву піддаються неполярні або малополярние ковалентні зв'язку
(С-С, N-N, С-Н) при високій температурі або під дією світла. Вуглець в радикал СН3 • має 7 зовнішніх електронів (замість стійкої октетное оболонки в СН4). Радикали нестійкі, вони прагнуть захопити електрон (до пари або до октету). Один із способів утворення стійких продуктів - димеризація (з'єднання двох радикалів):
Радикальні реакції - це, наприклад, реакції хлорування, бромування і нітрування алканів:
Іонні реакції протікають з гетеролітичні розривом зв'язку. При цьому проміжно утворюються короткоживучі органічні іони - карбкатион і карбаніони - з зарядом на атомі вуглецю. В іонних реакціях зв'язуюча електронна пара не роз'єднується, а цілком переходить до одного з атомів, перетворюючи його в аніон:
До гетеролітичні розриву схильні сильно полярні (Н-O, С-О) і легко поляризованість (С-Вr, С-I) зв'язку.
Розрізняють нуклеофільниє реакції (нуклеофил - шукає ядро, місце з недоліком електронів) і електрофільні реакції (електрофіл - шукає електрони). Твердження, що та чи інша реакція є нуклеофільної або електрофільної, умовно завжди відноситься до реагенту.
Реагент - бере участь в реакції речовина з більш простою структурою.
Субстрат - вихідна речовина з більш складною структурою.
Що йде група - це заміщається іон, який був пов'язаний з вуглецем.
Продукт реакції - нове вуглець речовин (записується в правій частині рівняння реакції).
До нуклеофільних реагентів (нуклеофіли) відносять негативно заряджені іони, з'єднання з неподіленими парами електронів, з'єднання з подвійними вуглець-вуглецевими зв'язками.
До електрофільним реагентів (електрофілов) відносять позитивно заряджені іони, з'єднання з незаповненими електронними оболонками (АlCl3. ВF3. FeCl3), З'єднання з карбонільних групами, галогени. Електрофіли - будь-які атом, молекула або іон, здатні приєднати пару електронів в процесі утворення нової зв'язку.
Рушійна сила іонних реакцій - взаємодія протилежно заряджених іонів або фрагментів різних молекул з частковим зарядом (+ і -).
Приклади іонних реакцій різних типів.
Нуклеофільне приєднання (спочатку приєднується CN -. Потім Н +):
Електрофільне приєднання (спочатку приєднується Н +. Потім Х -):
Елімінування при дії нуклеофілів (підстав):
Елімінування при действііелектрофілов (кислот):
1. Для наступних нижче реакцій вкажіть, які зв'язки розриваються і які нові зв'язки утворюються:
2.Какой склад суміші монобромід, що утворилися при бромуванні изобутана
(СН 3) 2 СНСН3. якщо відомо, що ставлення реакційних здібностей С-Н-зв'язків в цій реакції у первинного, вторинного і третинного атомів вуглецю дорівнює 1: 82: 1600 ×
3. Які радикали теоретично можуть утворитися при гомолитически розриві зв'язків в сполуках:
4. Із запропонованих нижче реакцій визначте реакції заміщення, реакції приєднання, реакції елімінування:
5. У наведених нижче з'єднаннях у елементів, різниця електронегативності яких дорівнює 0,5 або більше, позначте часткові заряди + і - (тобто вкажіть полярність):
6. Скільки - і скільки -зв'язків в молекулах сполук:
7. Виберіть з наведених нижче частинок карбкатион і карбаніони:
8. Які з наведених частинок і молекул є нуклеофилами (позначте Nu) і які електрофілами (Е):
9. Для наведених нижче реакцій вкажіть: а) субстрат; б) реагент; в) продукт реакції;
г) йде групу. Визначте реакції: нуклеофільного заміщення (NuS), електрофільного приєднання (ЕАd), елімінування під дією підстав (ЕlNu) і елімінування під дією кислот (ЕlE).
10. Вкажіть, які реакції протікають за радикальним механізмом, а які за іонним: