Виды частиц в органической химии. Типы реакций. Учитель химии МБОУ «Центр образования 2» Семина Галина Анатольевна

Классификация реакций по механизму разрыва связей В зависимости от способа разрыва ковалентной связи в реагирующей молекуле органические реакции подразделяются на радикальные и ионные реакции. Ионные реакции в свою очередь делятся по характеру реагента, действующего на молекулу, на электрофильные и нуклеофильные. Разрыв связи, при котором каждый атом получает по одному электрону из общей пары, называется гомолитическим: образуются свободные радикалы.

Если при разрыве связи общая электронная пара остается у одного атома, то такой разрыв называется гетеролитическим: В результате образуются разноименно заряженные ионы - катион и анион. Если заряд иона сосредоточен на атоме углерода, то катион называют карбкатионом, а анион - карбанионом.

Гомолитический разрыв более характерен для неполярных и слабо полярных связей, а гетеролитический - для полярных.

Органические ионы и радикалы Органические катионы, анионы и свободные радикалы являются неустойчивыми промежуточными частицами. Они возникают при разрыве ковалентных связей на некоторых стадиях в сложных реакциях и сразу же вступают в дальнейшие превращения. Относительная устойчивость и, следовательно, вероятность образования той или иной частицы определяются возможностью рассредоточения (делокализации) заряда в ионе или неспаренного электрона в радикале.

Органические ионы и радикалы От устойчивости промежуточных частиц зависит направление реакции. Чем ниже энергия промежуточной частицы (т.е. больше устойчивость), тем меньше энергия активации ее образования. Это в значительной степени определяет направление реакции в соответствии с правилом: реакция идет через образование наиболее устойчивых промежуточных частиц.

Радикальные реакции Реакции, в которых происходит гомолитический разрыв связей и образуются свободно-радикальные промежуточные частицы, называются радикальными реакциями. Пример - реакция радикального замещения при хлорировании метана: Общая схема реакции: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Стадии процесса: Cl 2 2 Cl· (на свету) Cl· + H–CH 3 HCl + ·CH 3 ·CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl· и так далее.

Радикальные реакции Реакции с участием свободных радикалов характерны для соединений с неполярными и слабо полярными связями. Такие связи (например, C–C, C–H, Cl–Cl, O–O и т.п.) склонны к гомолитическому разрыву. Условия проведения радикальных реакций: повышенная температура (часто реакцию проводят в газовой фазе), действие света или радиоактивного излучения, присутствие соединений - источников свободных радикалов (инициаторов), неполярные растворители.

Ионные реакции Реакции, в которых происходит гетеролитический разрыв связей и образуются промежуточные частицы ионного типа, называются ионными реакциями. Такие реакции характерны для соединений с полярными связями (C-O, C-N, C-Cl) и связями с высокой поляризуемостью (C=C, C=C-C=C, C=O и т.п.), благодаря их склонности к гетеролитическому разрыву. Пример ионной реакции - гидролиз 2-метил-2- хлорпропана (триметилхлорметана, трет- бутилхлорида)

Общая схема реакции: (CH 3 ) 3 C-Cl + H 2 O (CH 3 ) 3 C-OH + HCl Стадии процесса:

Органические катионы и анионы - неустойчивые промежуточные частицы. В отличие от неорганических ионов, постоянно присутствующих в водных растворах и расплавах, они возникают только в момент реакции и сразу же вступают в дальнейшие превращения. Условия ионных реакций: невысокая температура; полярные растворители, способные к сольватации образующихся ионов. Действие света или радиоактивного излучения не влияет на скорость ионных реакций. По характеру реагента, действующего на молекулу, ионные реакции делятся на электрофильные и нуклеофильные.

Электрофильные реакции Электрофильной называется реакция, в которой молекула органического вещества подвергается действию электрофильного реагента. Электрофильные ("любящие электроны") реагенты или электрофилы - это частицы (катионы или молекулы), имеющие свободную орбиталь на внешнем электронном уровне. Примеры электрофильных частиц: H +, CH 3 + и другие карбкатионы, NO 2 +, ZnCl 2, AlCl 3. Незаполненность внешнего электронного уровня в электрофиле показана на примере AlCl 3. на примере AlCl 3

Электрофильное присоединение: CH 2 =CH 2 + HCl CH 3 CH 2 Cl (электрофил - H + в составе HCl) Стадии: I. CH 2 =CH 2 + H δ+ -Cl δ- CH 3 CH Cl - (медленная) II. CH 3 CH Cl - CH 3 CH 2 Cl (быстрая) Механизм электрофильного присоединения обозначается символом Ad E (по первым буквам английских терминов: Ad – addition [присоединение], E – electrophile [электрофил]).

Электрофильное замещение : C 6 H 6 + NO 2 + C 6 H 5 NO 2 + H + (электрофил - NO 2 + ) Катион NO 2 + образуется в смеси конц. кислот HNO 3 и H 2 SO 4. Обозначение механизма - S E (S – substitution [замещение]).

Нуклеофильные реакции Нуклеофильной называется реакция, в которой молекула органического вещества подвергается действию нуклеофильного реагента. Нуклеофильные ("любящие ядро") реагенты, или нуклеофилы - это частицы (анионы или молекулы), имеющие неподеленную пару электронов на внешнем электронном уровне. Примеры нуклеофильных частиц: OH -, Cl -, Br -, CN -, H 2 O, CH 3 OH, NH 3.

Строение некоторых нуклеофильных реагентов

Нуклеофильные реакции Благодаря подвижности π-электронов, нуклеофильными свойствами обладают также молекулы, содержащие π-связи: CH 2 =CH 2, CH 2 =CH–CH=CH 2, C 6 H 6 и т.п.(Между прочим, это объясняет, почему этилен CH 2 =CH 2 и бензол C 6 H 6, имея неполярные углерод- углеродные связи, вступают в ионные реакции с электрофильными реагентами).

Примеры нуклеофильных реакций Нуклеофильное замещение: Механизм нуклеофильного замещения обозначается символом S N (по первым буквам английских терминов: S – substitution [замещение], N – nucleophile [нуклеофил]). Обозначение механизма - Ad N (Ad – addition [присоединение]). Нуклеофильное присоединение: Обозначение механизма - Ad N (Ad – addition [присоединение]).