Общие закономерности реакционной способности органических соединений Кафедра биоорганической химии БГМУ Тема лекции 4: - презентация

1 Общие закономерности реакционной способности органических соединений Кафедра биоорганической химии БГМУ Тема лекции 4:

2 Академик Н.Н.Семенов Химический процесс – то главное и основное, что отличает физику от химии и делает вторую более интересной наукой (из нобелевской лекции) Автор теории цепных свободно- радикальных процессов

3 Органическая реакция процесс, при котором химическая система из состояния с одним вещественным составом переходит в состояние с другим вещественным составом Активированный комплекс состояние реагирующих веществ, при котором старые связи еще не разорвались, а новые не образовались

4 Химический процесс Совокупность всех элементарных стадий через которые протекает химическая реакция с указанием условий ее проведения, характера разрыва ковалентной связи, характера образующихся промежуточных продуктов и скоростей отдельных стадий называется химическим процессом

5 Скорость лимитирующая стадия Самая медленная стадия в химическом процессе называется скорость лимитирующей, так она определяет скорость выхода конечного продукта И механизм реакции Механизм реакции определяется характером разрыва ковалентной связи, характером реагента и образующегося промежуточного продукта на самой медленной, скорость лимитирующей стадии химического процесса

6 По направлению реакций с учетом конечного результата: Классификация органических реакций р. замещения Substitution - S р. присоединения Addition -A р. отщепления Elimination -E р. перегруппировки Isomerisation -I

7 окислительно-восстановительные р. р.кислотно-основного взаимодействия По направлению реакций с учетом конечного результата :

8 По характеру изменений связей в субстрате и реагенте радикальные ионные согласованные Диеновый синтез Дильса-Альдера

9 Радикальные реакции Гомолитический разрыв связи свободные радикалы: sp 2 -гибридизация плоскостное строение

10 Свободный радикал Свободный радикал – атом, группировка атомов или молекула, имеющие на одном из атомов свободный неспаренный электрон и обладающие повышенной реакционной способностью

11 Признаки радикальных реакций 1. гомолитический разрывается неполярная ков. связь 2. реакции протекают в газовой фазе или в неполярных растворителях 3. инициируются физическими (излучения, tº), а также химическими факторами (R-O-O-R, Fe 2+ )

12 4. чувствительны к действию акцепторов электронов (фенолы, тиолы) 5. являются цепными самоускоряющимися реакциями Стадии радикальных реакций: 1. инициирование радикалов 2. рост цепи 3. обрыв цепи Признаки радикальных реакций

13 Радикальные реакции S R A R окисление S R - для алканов, циклоалканов (кроме малых циклов) A R - для малых циклов

14 Кинетическая кривая скорости свободно-радикальной реакции I II III I.Инициирование радикалов II.Рост и развитие цепи III.Обрыв цепи V t 0

15 Галогенирование циклогексана

16 A R у малых циклов (С 3 – С 4 )

17 циклопропан 1,3-дихлорпропан

18 Окисление по свободно- радикальному механизму гидрохинон феноксильный радикал феноксильный анион- радикал хинон

19 Антиоксиданты- вещества, препятствующие окислению Витамин Е (токоферол)

20 Ионные реакции Гетеролитический разрыв связи карбкатионкарбоанион sp²-гибрид.

21 Реагенты: Нуклеофильные реагенты Nu а) отрицательно заряженные ионы :Н :Вr¯ :ОН¯ :OR¯ :SН¯ :SR¯ б) молекулы, имеющие свободную неподеленную пару электронов HOH ROH RNH 2 RSH

22 Реагенты: Электрофильные Е а) положительно заряженные ионы Н + Н 3 С + Н 5 С 2 + б) молекулы с частичным положительным зарядом на одном из атомов Br +

23 Признаки ионных реакций 1. гетеролитический разрывается полярная или легко поляризующаяся ковалентная связь 2. такие реакции протекают в полярных растворителях 3. катализируются кислотами или основаниями 4. являются реакциями I или II порядка

24 A E - реакции электрофильного присоединения Алкены Алкадиены Арены (в особых условиях)

25 Механизм реакции π-комплекс σ -комплекс медленно ст.образования σ-комплекса – скорость лимитирующая

26 Реакции А Е у алкенов По механизму А Е протекают реакции: С бромной водой (Br 2 ) –качеств. реакция на двойную связь; Реакция гидрохлорирования (с НCl); Реакция гидратации (с Н 2 О):

27 НОН – нуклеофил требуется Н + катализ Реакция гидратации алкенов

28 π-комплекс + I CH3 Втор. карбкатион Перв. карбкатион Оксокатион замещ. гидроксония

29 Направление реакции определяется статическим и динамическим факторами Статический фактор Динамический фактор Учитывает стабильность промежуточных продуктов -эффект

30 направление присоединения реагентов типа НХ к непредельным соединениям определяется относительной устойчивостью образующихся карбкатионов Правило Марковникова в современной интерпретации:

31 Реакции электрофильного замещения у аренов S E

32 Реакция алкилирования фенола группа ОН - электронно донор

33 δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ+ δ+ δ+ δ+ δ+ δ+ электрофил δ+ δ+

34 π-комплекс о-метилфенол sp 3 -H + σ -комплекс НО – орто- и пара- ориентант

35 Тироксин - гормон щитовидной железы Т 4 - левотироксин

36 -I CHO, - М CHO электронно акцептор Мета - ориентант

37 Реакция алкилирования спиртами и алкенами Нуждается в кислотном катализе для превращения молекул спиртов и алкенов в карбкатионы - электрофилы.

38 Окисление по боковой цепи Реакция окисления :

39 Свободно-радикальное замещение в боковой цепи аренов ан

40 Реакции S N у sp 3 гибридного атома углерода и конкурентные реакции E SNSN E

41 Реакции S N у sp 3 гибридного атома углерода и конкурентные реакции R E δ+δ+ δ-δ- δ+δ+ δ-δ-

42 В зависимости от строения субстрата: мономолекулярные S N1 E 1 бимолекулярные S N2 E 2

43 OH - - нуклеофил переходное состояние sp 2 δ+δ+

44 обращение конфигурации V = K [ГА] · [Nu]

45 S N1 1-я стадия - гидролиз НОН Плоскостной карбкатион

46 плоскостное строение образуется рацемат V = K [ГА]

47 Конкурентные реакции элиминирования СН 3 – СН = СН 2 алкен

48 Е2Е2

49 малый R высокая ЭО низкая поляризуемость Кислоты мягкие большой R низкая ЭО высокая поляризуемость жесткие H + Na + K + Al 3+ Ag + Cu + H 3 C +

50 Основания жесткие мягкие OH - H 2 O ROH RNH 2 H - RS - RSH Трудно окисляются Высокая ЭО Низкая поляризуемость Легко окисляются Низкая ЭО Высокая поляризуемость

51 ПЖМКО –принцип жестких и мягких кислот и оснований (Пирсона) С 2 Н 5 О - Ж.О. С 2 Н 5 S - M.О.

52 Реакции А N у карбонильных соединений альдегиды кетоны Качественными реакциями на альдегидную группу являются реакции окисления

53

54 A N – нуклеофильное присоединение

55 Типичные А N реакции карбонильных соединений Присоединение воды; Присоединение спиртов; Присоединение аминов; Реакции восстановления; Реакция альдольной конденсации.

56 Реакция ацетализации полуацеталь ацеталь

57 оксикатион карбкатион -H+-H+ Механизм:

58 1-метоксиэтанол -HOH (полуацеталь)

59 1,1-диметоксиэтан -H + (ацеталь)

60 5-гидроксипентаналь Н+Н+.. δ+δ+ циклический полуацеталь Циклич. полуацеталь 5-гидроксигексаналя ANAN Полуацет.ф-ма глюкозы

61 Реакция карбонильных соединений с аминами Замещенный имин Е Е

62 δ+δ+..

63 РЕАКЦИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ + спирт Гидриды лития или бора In vivo донором гидрид иона (Н¯) служит НАДН

64 Формалин – 40% р-р формальдегида в воде -используется для консервирования анатомических препаратов -как дезинфицирующее средство -вызывает денатурацию белков за счет взаимодействия с NH 2 -группами

65 Реакции S N у карбоновых кислот и их производных -I CO > -I OH +M OH δ+ δ+ δ- δ- -I COOH

66 электро- вильный ц. О-Н кислотный ц. С-Н кислотный ц. основный ц. SNSN

67

68 Реакция этерификации метилэтаноат

69 Механизм:

70 Реакция обратима Щелочной гидролиз необратим

71 -СН 3 ОН

72 Ацетилхолин

73 Реакции ацилирования Реакции получения сложных эфиров при действии на спирты ацилирующих агентов: (снижение реакционной способности в SN-реакциях) Сl- > OR ¯ > - N н 2¯ анион галогена ацилат-ион алкоксид-ион амид-ион (уменьшение стабильности уходящего аниона) галоидацилангидридсложный эфир Амид к-ты кислота

74 фосфатидилхолин С л о ж н о э ф и р н ы е с в я з и

75

76 БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ !

77 Реакции окисления

78 Реакция нитрования:

79 Свободно-радикальное замещение в боковой цепи

80