Klasifikacija hemijskih reakcija

Sažetak o hemiji Alekseja Nikolajeva, učenika 11. razreda srednje škole br. 653

Mogu se odabrati sljedeći kriteriji klasifikacije:

1. Broj i sastav polaznih materijala i produkta reakcije.

2. Fizičko stanje reagensa i produkta reakcije.

3. Broj faza u kojima se nalaze učesnici reakcije.

4. Priroda prenesenih čestica.

5. Mogućnost reakcije u naprijed i nazad.

6. Toplotni efekat.

7. Fenomen katalize.

Klasifikacija prema broju i sastavu polaznih supstanci i produkta reakcije.

Složene reakcije.

Kada jedinjenje reaguje iz više reagujućih supstanci relativno jednostavnog sastava, dobija se jedna supstanca složenijeg sastava:

A+B+C=D

Ove reakcije su po pravilu praćene oslobađanjem toplote, tj. dovode do stvaranja stabilnijih i manje energetski bogatih spojeva.

Neorganska hemija.

Reakcije spojeva jednostavnih supstanci su uvijek redoks prirode. Složene reakcije koje se javljaju između složenih supstanci mogu se dogoditi bez promjene valencije:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2,

i takođe se klasifikuju kao redoks:

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3.

Organska hemija.

U organskoj hemiji takve reakcije se često nazivaju reakcijama adicije. Obično uključuju spojeve koji sadrže dvostruku ili trostruku vezu. Vrste reakcija adicije: hidrogenacija, hidratacija, hidrohalogenizacija, polimerizacija. Primjeri ovih reakcija:

T o

H 2 C = CH 2 + H 2 → CH 3 – CH 3

etilen etan

T o

HC=CH + HCl → H 2 C=CHCl

acetilen vinil hlorid

T o

n CH 2 =CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -)n

Etilen polietilen

Reakcije razgradnje.

Reakcije razgradnje dovode do stvaranja nekoliko spojeva iz jedne složene tvari:

A = B + C + D.

Produkti razgradnje složene tvari mogu biti i jednostavne i složene tvari.

Neorganska hemija.

Od reakcija raspadanja koje se odvijaju bez promjene valentnih stanja, vrijedna je pažnje razgradnja kristalnih hidrata, baza, kiselina i soli kiselina koje sadrže kisik:

2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2,

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.

Organska hemija.

U organskoj hemiji, reakcije razgradnje uključuju: dehidrataciju, dehidrogenaciju, pucanje, dehidrohalogenaciju, kao i reakcije depolimerizacije, kada se iz polimera formira originalni monomer. Odgovarajuće jednačine reakcije su:

T o

C 2 H 5 OH → C 2 H 4 + H 2 O

T o

C 6 H 14 → C 6 H 6 + 4 H 2

heksan benzen

C 8 H 18 → C 4 H 10 + C 4 H 8

Oktan butan buten

C 2 H5Br → C 2 H 4 + HBr

bromoetan etilen

(-CH 2 – CH = C - CH 2 -)n → n CH 2 = CH – C = CH 2

\SNz \SNz

prirodni kaučuk 2-metilbutadien-1,3

Reakcije supstitucije.

U reakcijama supstitucije, obično jednostavna tvar reagira sa složenom, tvoreći drugu jednostavnu supstancu i još jednu složenu:

A + BC = AB + C.

Neorganska hemija.

Ove reakcije većinom pripadaju redoks reakcijama:

2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3

Zn + 2HCl = ZnSl 2 + H 2

2KBr + Cl 2 = 2KCl + Br 2

2 KS lO 3 + l 2 = 2KlO 3 + C l 2.

Izuzetno je malo primjera supstitucijskih reakcija koje nisu praćene promjenom valentnih stanja atoma. Treba napomenuti reakciju silicijum dioksida sa solima kiselina koje sadrže kiseonik, a koje odgovaraju gasovitim ili isparljivim anhidridima:

CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2

Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 = 3SaSiO 3 + P 2 O 5

Organska hemija.

U organskoj hemiji, reakcije supstitucije se shvaćaju šire, to jest, ne može se zamijeniti jedan atom, već grupa atoma, ili ne može se zamijeniti atom, već grupa atoma. Vrsta reakcije supstitucije uključuje nitraciju i halogeniranje zasićenih ugljikovodika, aromatičnih spojeva i alkohola:

C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr

benzen bromobenzen

C 2 H 5 OH + HCl → C 2 H 5 Cl + H 2 O

Etanol hloroetan

Reakcije razmjene.

Reakcije razmjenesu reakcije između dva jedinjenja koja međusobno razmjenjuju svoje sastojke:

AB + CD = AD + CB.

Neorganska hemija

Ako se redoks procesi dešavaju tokom reakcija supstitucije, onda se reakcije razmene uvek dešavaju bez promene valentnog stanja atoma. Ovo je najčešća grupa reakcija između složenih supstanci - oksida, baza, kiselina i soli:

ZnO + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 O

AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3

CrCl 3 + ZNaON = Cr(OH) 3 + ZNaCl.

Poseban slučaj ovih reakcija razmjene je reakcija neutralizacije:

HCl + KOH = KCl + H 2 O.

Obično se ove reakcije pridržavaju zakona kemijske ravnoteže i odvijaju se u smjeru gdje se barem jedna od supstanci uklanja iz reakcione sfere u obliku plinovite, isparljive tvari, taloga ili jedinjenja s malom disocijacijom (za otopine):

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2

Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 = 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O

Organska hemija

HCOOH + NaOH → HCOONa + H 2 O

natrijum format mravlje kiseline

reakcije hidrolize:

Na 2 CO3 + H 2 O
NaHCO3 + NaOH

natrijum karbonat natrijum bikarbonat

CO 3 + H 2 O
HCO 3 + OH

reakcije esterifikacije:

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH
CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O

octeni etanol etil octena kiselina

Fizičko stanje reagensa i produkta reakcije.

Gasne reakcije

Reakcije u rastvorima

NaOH(pp) + HCl(p-p) = NaSl(p-p) + H2O(l)

Reakcije između čvrstih materija

Broj faza u kojima se nalaze učesnici reakcije.

Faza se shvata kao skup homogenih delova sistema sa istim fizičkim i hemijskim svojstvima i međusobno odvojenih interfejsom.

Homogene (jednofazne) reakcije.

To uključuje reakcije koje se dešavaju u gasnoj fazi i brojne reakcije koje se dešavaju u rastvorima.

Heterogene (višefazne) reakcije.

To uključuje reakcije u kojima su reaktanti i produkti reakcije u različitim fazama. Na primjer:

gasno-tečno-fazne reakcije

CO 2 (g) + NaOH (p-p) = NaHCO 3 (p-p).

gasno-čvrsta faza

CO 2 (g) + CaO (tv) = CaCO 3 (tv).

reakcije tečna-čvrsta faza

Na 2 SO 4 (pp) + BaCl 3 (pp) = BaSO 4 (tv)↓ + 2NaCl (p-p).

reakcije tečnost-gas-čvrsta faza

Ca(HCO 3) 2 (pp) + H 2 SO 4 (pp) = CO 2 (r) + H 2 O (l) + CaSO 4 (tv)↓.

Priroda prenesenih čestica.

Protolitičke reakcije.

Protolitičke reakcije uključuju kemijske procese, čija je suština prijenos protona s jedne tvari koja reagira na drugu.

Ova klasifikacija se temelji na protolitičkoj teoriji kiselina i baza, prema kojoj je kiselina svaka tvar koja daje proton, a baza je supstanca koja može prihvatiti proton, na primjer:

Protolitičke reakcije uključuju reakcije neutralizacije i hidrolize.

Redox reakcije.

Sve kemijske reakcije dijele se na one u kojima se oksidacijska stanja ne mijenjaju (na primjer, reakcija izmjene) i na one u kojima se mijenjaju oksidacijska stanja. Zovu se redoks reakcije. To mogu biti reakcije razgradnje, spojevi, supstitucije i druge složenije reakcije. Na primjer:

Zn + 2 H + → Zn 2 + + H 2

FeS 2 + 8HNO 3 (konc. ) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O

Ogromna većina hemijskih reakcija su redoks reakcije i igraju izuzetno važnu ulogu.

Reakcije izmjene liganda.

To uključuje reakcije tokom kojih dolazi do prijenosa elektronskog para sa formiranjem kovalentne veze putem mehanizma donor-akceptor. Na primjer:

Cu(NO 3) 2 + 4NH 3 = (NO 3) 2

Fe + 5CO =

Al(OH) 3 + NaOH =

Karakteristična karakteristika reakcija izmjene liganda je da se formiranje novih spojeva, nazvanih kompleksi, odvija bez promjene oksidacijskog stanja.

Mogućnost reakcije u naprijed i nazad.

Nepovratne reakcije.

Nepovratno To su hemijski procesi čiji proizvodi nisu u stanju da međusobno reaguju da bi formirali polazne supstance. Primjeri ireverzibilnih reakcija uključuju razgradnju Bertholletove soli pri zagrijavanju:

2KlO 3 → 2Kl + ZO 2,

ili oksidacija glukoze atmosferskim kiseonikom:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O

Reverzibilne reakcije.

Reverzibilno To su hemijski procesi čiji proizvodi mogu međusobno reagirati pod istim uvjetima u kojima su dobiveni da bi formirali polazne tvari.

Za reverzibilne reakcije, jednadžba se obično piše na sljedeći način:

A + B
AB.

Dvije suprotno usmjerene strelice ukazuju na to da se, pod istim uvjetima, i prednja i obrnuta reakcija odvijaju istovremeno, na primjer:

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH
CH 3 SOOS 2 H 5 + H 2 O.

2SO 2 +O 2
2SO 3 + Q

Posljedično, ove reakcije ne idu do kraja, jer se dvije reakcije odvijaju istovremeno - direktna (između polaznih supstanci) i reverzna (razgradnja produkta reakcije).

Klasifikacija prema termičkom efektu.

Količina topline koja se oslobađa ili apsorbira kao rezultat reakcije naziva se toplinskim efektom ove reakcije. Prema termičkom efektu, reakcije se dijele:

Egzotermno.

Curenje s oslobađanjem topline

CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q

H 2 + Cl 2 → 2HC l + Q

Endotermni.

Javlja se sa apsorpcijom toplote

N 2 + O 2 → 2NO-Q

2H 2 O → 2H 2 + O 2 - Q

Klasifikacija uzimajući u obzir fenomen katalize.

Katalitički.

To uključuje sve procese koji uključuju katalizatore.

Cat.

2SO2 + O2
2SO 3

Nekatalitički.

To uključuje sve trenutne reakcije u otopinama

BaCl 2 + H 2 SO 4 = 2HCl + BaSO 4 ↓

Bibliografija

Internet resursi:

http://chem.km.ru – “Svijet hemije”

http://chemi. org. ru – „Priručnik za kandidate. hemija"

http://hemi. wallst. ru – “Alternativni udžbenik hemije za 8-11 razred”

„Vodič za hemiju. Za one koji ulaze na univerzitete" - E.T. Oganesyan, M. 1991

Veliki enciklopedijski rječnik. Hemija" - M. 1998

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

Reakcije sabiranja

Takve reakcije su tipične za organska jedinjenja koja sadrže višestruke (dvostruke ili trostruke) veze. Reakcije ovog tipa uključuju reakcije dodavanja halogena, vodikovih halogenida i vode u alkene i alkine

CH 3 -CH=CH 2 + HCl ---- CH 3 -CH(Cl)-CH 3

Reakcije eliminacije

To su reakcije koje dovode do stvaranja višestrukih veza. Prilikom eliminacije halogenovodonika i vode uočava se određena selektivnost reakcije, opisana Zaitsevovim pravilom, prema kojem se atom vodika eliminira iz atoma ugljika kod kojeg ima manje atoma vodika. Primjer reakcije

CH3-CH(Cl)-CH 2 -CH 3 + KOH →CH 3 -CH=CH-CH 3 + HCl

Polimerizacija i polikondenzacija

n(CH 2 =CHCl)  (-CH 2 -CHCl)n

Redox

Najintenzivnija od oksidativnih reakcija je sagorevanje, reakcija karakteristična za sve klase organskih jedinjenja. U tom slučaju, u zavisnosti od uslova sagorevanja, ugljenik se oksidira u C (čađ), CO ili CO 2, a vodonik se pretvara u vodu. Međutim, za organske hemičare, reakcije oksidacije koje se izvode u mnogo blažim uslovima od sagorevanja su od velikog interesa. Korišćeni oksidanti: rastvori Br2 u vodi ili Cl2 u CCl 4 ; KMnO 4 u vodi ili razblaženoj kiselini; bakreni oksid; svježe istaloženi srebro(I) ili bakar(II) hidroksidi.

3C 2 H 2 + 8KMnO 4 +4H 2 O→3HOOC-COOH + 8MnO 2 + 8KOH

Esterifikacija (i njena reverzna reakcija hidrolize)

R 1 COOH + HOR 2 H+  R 1 COOR 2 + H 2 O

Cycloaddition

Y R Y-R

‖ + ‖ → ǀ ǀ

R Y R-Y

‖ + →

11. Klasifikacija organskih reakcija po mehanizmu. Primjeri.

Mehanizam reakcije uključuje detaljan, korak po korak, opis hemijskih reakcija. Istovremeno se utvrđuje koje su kovalentne veze prekinute, kojim redosledom i na koji način. Takođe je pažljivo opisano stvaranje novih veza tokom procesa reakcije. Prilikom razmatranja mehanizma reakcije, prije svega, obratite pažnju na metodu razbijanja kovalentne veze u reakcionom molekulu. Postoje dva takva načina - homolitičke i heterolitičke.

Radikalne reakcije nastaviti homolitičkim (radikalnim) cijepanjem kovalentne veze:

Nepolarne ili niskopolarne kovalentne veze (C–C, N–N, C–H) podležu radikalnom cepanju na visokim temperaturama ili pod uticajem svetlosti. Ugljik u CH 3 radikalu ima 7 vanjskih elektrona (umjesto stabilne oktetne ljuske u CH 4). Radikali su nestabilni; imaju tendenciju da zarobe elektron koji nedostaje (do par ili do okteta). Jedan od načina stvaranja stabilnih proizvoda je dimerizacija (kombinacija dva radikala):

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,

N + N N : N.

Radikalne reakcije - to su, na primjer, reakcije hloriranja, bromiranja i nitriranja alkana:

Jonske reakcije nastaju sa heterolitičkim cijepanjem veze. U ovom slučaju, kratkotrajni organski ioni - karbokationi i karbanioni - s nabojem na atomu ugljika nastaju srednje. U ionskim reakcijama, vezni elektronski par se ne razdvaja, već u potpunosti prelazi na jedan od atoma, pretvarajući ga u anion:

Jako polarne (H–O, C–O) i lako polarizabilne (C–Br, C–I) veze sklone su heterolitičkom cijepanju.

Razlikovati nukleofilne reakcije (nukleofil– traženje jezgra, mesta sa nedostatkom elektrona) i elektrofilne reakcije (elektrofil– traženje elektrona). Izjava da je određena reakcija nukleofilna ili elektrofilna uvijek se odnosi na reagens. Reagens– supstanca koja učestvuje u reakciji sa jednostavnijom strukturom. Supstrat– početna supstanca složenije strukture. Odlazna grupa je zamjenjivi ion koji je vezan za ugljik. Proizvod reakcije– nova tvar koja sadrži ugljik (napisana na desnoj strani jednačine reakcije).

TO nukleofilni reagensi(nukleofili) uključuju negativno nabijene ione, spojeve sa usamljenim parovima elektrona, spojeve sa dvostrukim vezama ugljik-ugljik. TO elektrofilni reagensi(elektrofili) uključuju pozitivno nabijene jone, spojeve sa nepopunjenim elektronskim omotačem (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), spojeve sa karbonilnim grupama, halogene. Elektrofili su svaki atom, molekula ili ion koji može dodati par elektrona u procesu formiranja nove veze. Pokretačka sila ionskih reakcija je interakcija suprotno nabijenih jona ili fragmenata različitih molekula s djelomičnim nabojem (+ i –).

Organske reakcije najčešće se klasifikuju prema vrsti prekida hemijskih veza u reagujućim česticama. Među njima se mogu razlikovati dvije velike grupe reakcija - radikalne i ionske./>

Radikalne reakcije- to su procesi koji se javljaju kod hemolitičke rupture kovalentne veze. Tokom hemolitičkog cijepanja, par elektrona koji formira vezu dijeli se na način da svaka od rezultirajućih čestica primi jedan elektron. Kao rezultat hemolitičke rupture nastaju slobodni radikali:

X :Y→ X . +.Y

Neutralni atom ili čestica s nesparenim elektronom se naziva slobodni radikal.

Jonske reakcije su procesi koji se odvijaju sa heterolitički prekid kovalentnih veza, kada oba elektrona veze ostaju sa jednom od prethodno povezanih čestica./>

X:Y → X + + :Y —

Kao rezultat heterolitički Kada se veza prekine, dobijaju se nabijene čestice: nukleofilne i elektrofilne.

nukleofilna čestica (nukleofil) je čestica koja ima par elektrona na vanjskom nivou elektrona. Zbog para elektrona, nukleofil može formirati novu kovalentnu vezu./>

Elektrofilna čestica (elektrofil) je čestica koja ima slobodnu orbitalu na vanjskom elektronskom nivou. Elektrofil predstavlja nepopunjene, prazne orbitale za formiranje kovalentne veze zbog elektrona čestice s kojom je u interakciji./>

Čestica s pozitivnim nabojem na atomu ugljika naziva se karbokation.

Prema drugoj klasifikaciji, organske reakcije se dijele na termičke, koje su rezultat sudara molekula tokom njihovog toplotnog kretanja, i fotohemijske, u kojima molekuli, apsorbirajući svjetlosni kvant Av, prelaze u viša energetska stanja i potom prolaze kroz kemijske transformacije. Za iste početne spojeve, termičke i fotokemijske reakcije obično dovode do različitih proizvoda. Klasičan primjer ovdje je termičko i fotokemijsko hloriranje benzena - u prvom slučaju nastaje hlorobenzen, u drugom slučaju heksahlorcikloheksan.

Osim toga, u organskoj hemiji reakcije se često klasifikuju na isti način kao i u neorganskoj hemiji - prema strukturna karakteristika. U organskoj hemiji, sve strukturne promjene se razmatraju u odnosu na atom ugljika (ili atome) koji su uključeni u reakciju. Najčešći tipovi transformacija su:

1) sabiranje R-CH=CH 2 + XY/>→ RCHX-CH 2 Y;

2) supstitucija R-CH 2 X + Y/>→ R-CH 2 Y + X;

3) eliminacija R-CHX-CH 2 Y/>→ R-CH=CH 2 + XY;

(eliminacija)

4) polimerizacija n (CH 2 =CH 2) />→ (-CH 2 -CH 2 -) n

U većini slučajeva, eliminirani molekul je formiran kombinacijom dvije čestice odvojene od susjednih atoma ugljika. Ovaj proces se zove 1,2-eliminacija.

Pored gornje četiri vrste jednostavnih mehanizama i reakcija, u praksi se koriste sljedeće oznake za neke klase reakcija koje su date u nastavku.

Oksidacija je reakcija u kojoj se, pod utjecajem oksidacijskog reagensa, tvar spaja s kisikom (ili drugim elektronegativnim elementom, kao što je halogen) ili gubi vodik (u obliku vode ili molekularnog vodika)./>

Djelovanje oksidacijskog reagensa (oksidacija) označeno je u shemi reakcije simbolom [O], a djelovanje redukcijske reagensa (redukcija) simbolom [H].

Hidrogenacija je reakcija koja je poseban slučaj redukcije. Vodik se dodaje u višestruku vezu ili aromatični prsten u prisustvu katalizatora. />

Kondenzacija je reakcija u kojoj dolazi do rasta lanca. Prvo dolazi do dodavanja, nakon čega obično slijedi eliminacija.

Piroliza je reakcija u kojoj se spoj podvrgava termičkoj razgradnji bez pristupa zraku (i obično pod sniženim tlakom) kako bi se formirao jedan ili više proizvoda. Primjer pirolize je termička razgradnja uglja. Ponekad se umjesto pirolize koristi izraz "suha destilacija" (u slučaju razgradnje uglja koristi se i izraz "karbonizacija")./>

Neke reakcije su dobile nazive po proizvodima do kojih vode. Dakle, ako je metilna grupa uvedena u molekulu, onda govorimo o metilaciji, ako acetilu, onda acetilaciji, ako o kloru, onda o hlorisanje itd.

Kada dođe do hemijskih reakcija, neke veze pucaju, a druge se formiraju. Hemijske reakcije se konvencionalno dijele na organske i neorganske. Organskim reakcijama smatraju se reakcije u kojima je barem jedan od reaktanata organsko jedinjenje koje mijenja svoju molekularnu strukturu tijekom reakcije. Razlika između organskih i neorganskih reakcija je u tome što u njima, po pravilu, učestvuju molekuli. Brzina takvih reakcija je niska, a prinos proizvoda je obično samo 50-80%. Za povećanje brzine reakcije koriste se katalizatori i temperatura ili tlak se povećava. Zatim ćemo razmotriti vrste hemijskih reakcija u organskoj hemiji.

Klasifikacija prema prirodi hemijskih transformacija

• Reakcije supstitucije
• Reakcije sabiranja
• Reakcija izomerizacije i preuređenje
• Reakcije oksidacije
• Reakcije razgradnje

Reakcije supstitucije

Tokom reakcija supstitucije, jedan atom ili grupa atoma u početnoj molekuli se zamjenjuje drugim atomima ili grupama atoma, formirajući novi molekul. U pravilu su takve reakcije karakteristične za zasićene i aromatične ugljikovodike, na primjer:

Reakcije sabiranja

Kada dođe do reakcija adicije, jedan molekul novog spoja nastaje od dva ili više molekula tvari. Takve reakcije su tipične za nezasićene spojeve. Postoje reakcije hidrogenacije (redukcije), halogenacije, hidrohalogenacije, hidratacije, polimerizacije itd.:

1. Hidrogenacija– dodavanje molekula vodonika:

Reakcija eliminacije

Kao rezultat reakcija eliminacije, organski molekuli gube atome ili grupe atoma i nastaje nova tvar koja sadrži jednu ili više višestrukih veza. Reakcije eliminacije uključuju reakcije dehidrogenacija, dehidracija, dehidrohalogenacija i tako dalje.:

Reakcije izomerizacije i preuređenje

Tokom takvih reakcija dolazi do intramolekularnog preuređivanja, tj. prijelaz atoma ili grupa atoma iz jednog dijela molekule u drugi bez promjene molekulske formule tvari koja sudjeluje u reakciji, na primjer:

Reakcije oksidacije

Kao rezultat izlaganja oksidirajućem reagensu, oksidacijsko stanje ugljika u organskom atomu, molekuli ili ionu povećava se zbog gubitka elektrona, što rezultira stvaranjem novog spoja:

Reakcije kondenzacije i polikondenzacije

Sastoji se u interakciji nekoliko (dva ili više) organskih spojeva sa stvaranjem novih C-C veza i spoja male molekularne težine:

Polikondenzacija je formiranje polimerne molekule od monomera koji sadrže funkcionalne grupe uz oslobađanje spoja male molekularne težine. Za razliku od reakcija polimerizacije, koje rezultiraju stvaranjem polimera koji ima sastav sličan monomeru, kao rezultat reakcija polikondenzacije, sastav nastalog polimera se razlikuje od njegovog monomera:

Reakcije razgradnje

Ovo je proces razlaganja složenog organskog jedinjenja na manje složene ili jednostavne supstance:

C 18 H 38 → C 9 H 18 + C 9 H 20

Klasifikacija hemijskih reakcija po mehanizmima

Reakcije koje uključuju kidanje kovalentnih veza u organskim jedinjenjima moguće su pomoću dva mehanizma (tj. put koji vodi do kidanja stare veze i stvaranja nove) – heterolitičke (jonske) i homolitičke (radikalne).

Heterolitički (jonski) mehanizam

U reakcijama koje se odvijaju prema heterolitičkom mehanizmu nastaju intermedijarne čestice jonskog tipa sa nabijenim atomom ugljika. Čestice koje nose pozitivan naboj nazivaju se karbokationi, a negativne čestice karbanioni. U ovom slučaju ne dolazi do prekida zajedničkog elektronskog para, već do njegovog prelaska u jedan od atoma, uz formiranje jona:

Jako polarne, na primjer H–O, C–O, i lako polarizabilne, na primjer C–Br, C–I veze pokazuju sklonost heterolitičkom cijepanju.

Reakcije koje se odvijaju prema heterolitičkom mehanizmu se dijele na nukleofilna i elektrofilni reakcije. Reagens koji ima elektronski par za formiranje veze naziva se nukleofilni ili donirajući elektron. Na primjer, HO - , RO - , Cl - , RCOO - , CN - , R - , NH 2 , H 2 O , NH 3 , C 2 H 5 OH , alkeni, areni.

Reagens koji ima neispunjenu elektronsku ljusku i sposoban je da veže par elektrona u procesu formiranja nove veze.Sljedeći kationi se nazivaju elektrofilni reagensi: H +, R 3 C +, AlCl 3, ZnCl 2, SO 3 , BF 3, R-Cl, R 2 C=O

Reakcije nukleofilne supstitucije

Karakteristično za alkil i aril halide:

Reakcije nukleofilne adicije

Elektrofilne supstitucijske reakcije

Elektrofilne reakcije adicije

Homolitički (radikalni mehanizam)

U reakcijama koje se odvijaju po homolitičkom (radikalnom) mehanizmu, u prvoj fazi dolazi do prekida kovalentne veze sa stvaranjem radikala. Rezultirajući slobodni radikal tada djeluje kao napadački reagens. Cepanje veze radikalnim mehanizmom tipično je za nepolarne ili niskopolarne kovalentne veze (C–C, N–N, C–H).

Razlikovati reakcije radikalne supstitucije i radikalne reakcije

Reakcije radikalnog premještanja

Karakteristika alkana

Radikalne reakcije adicije

Karakteristika alkena i alkina

Tako smo ispitali glavne vrste hemijskih reakcija u organskoj hemiji

Podjela kemijskih reakcija na organske i neorganske je prilično proizvoljna. Tipične organske reakcije su one koje uključuju najmanje jedno organsko jedinjenje koje mijenja svoju molekularnu strukturu tokom reakcije. Stoga, reakcije u kojima molekula organskog spoja djeluje kao otapalo ili ligand nisu tipične organske reakcije.

Organske reakcije, kao i neorganske, mogu se prema općim karakteristikama klasificirati na reakcije prijenosa:

– jedan elektron (redox);

– elektronski parovi (reakcije kompleksiranja);

– proton (kiselinsko-bazne reakcije);

– atomske grupe bez promjene broja veza (reakcije supstitucije i preuređivanja);

– atomske grupe sa promjenom broja veza (reakcije dodavanja, eliminacije, razlaganja).

Istovremeno, raznolikost i originalnost organskih reakcija dovodi do potrebe da se one razvrstavaju prema drugim kriterijima:

– promjena broja čestica tokom reakcije;

– prirodu prekida veza;

– elektronska priroda reagensa;

– mehanizam elementarnih faza;

– tip aktivacije;

– privatne karakteristike;

– molekularnost reakcija.

1) Na osnovu promene broja čestica u toku reakcije (ili prema vrsti transformacije supstrata) razlikuju se reakcije supstitucije, dodavanja, eliminacije (eliminacije), raspadanja i preuređivanja.

U slučaju supstitucijskih reakcija, jedan atom (ili grupa atoma) u molekuli supstrata zamjenjuje se drugim atomom (ili grupom atoma), što rezultira stvaranjem novog spoja:

CH 3 – CH 3 + C1 2  CH 3 – CH 2 C1 + HC1

etan hlor hloroetan hlorovodonik

CH 3 – CH 2 C1 + NaOH (vodeni rastvor)  CH 3 – CH 2 OH + NaC1

hloroetan natrijum hidroksid etanol natrijum hlorid

U simbolu mehanizma, reakcije supstitucije su označene latiničnim slovom S (od engleskog "supstitution" - supstitucija).

Kada dođe do reakcija adicije, jedna nova supstanca se formira od dva (ili više) molekula. U ovom slučaju, reagens se dodaje višestrukom vezom (C = S, S  S, S = Oh, S  N) molekule supstrata:

CH 2 = CH 2 + HBr → CH 2 Br – CH 3

etilen vodonik bromid bromoetan

Uzimajući u obzir simboliku mehanizma procesa, reakcije adicije su označene slovom A ili kombinacijom Ad (od engleskog "addition" - pristupanje).

Kao rezultat reakcije eliminacije (cijepanja), molekula (ili čestica) se odvaja od supstrata i formira se nova organska tvar koja sadrži višestruku vezu:

CH 3 – CH 2 OH CH 2 = CH 2 + H 2 O

etanol etilen voda

U simbolu mehanizma, reakcije supstitucije su označene slovom E (od engleskog "eliminacija" - eliminacija, odvajanje).

Reakcije raspadanja se po pravilu odvijaju s kidanjem veza ugljik-ugljik (C – C) i dovode do stvaranja iz jedne organske tvari dvije ili više tvari jednostavnije strukture:

CH 3 – CH(OH) – UNS
CH 3 – CHO + HCOOH

mliječna kiselina acetaldehid mravlja kiselina

Preuređenje je reakcija tokom koje se mijenja struktura supstrata kako bi se formirao proizvod koji je izomeran prema originalu, odnosno bez promjene molekularne formule. Ova vrsta transformacije označena je latiničnim slovom R (od engleskog "rearrangement" - preuređenje).

Na primjer, 1-hloropropan se preuređuje u izomerno jedinjenje 2-hloropropan u prisustvu aluminijum hlorida kao katalizatora.

CH 3 – CH 2 – CH 2 – S1  CH 3 – SNS1 – CH 3

1-hloropropan 2-hloropropan

2) Na osnovu prirode cijepanja veze razlikuju se homolitičke (radikalne), heterolitičke (jonske) i sinhrone reakcije.

Kovalentna veza između atoma može se prekinuti na način da se elektronski par veze podijeli između dva atoma, rezultirajuće čestice dobiju po jedan elektron i postanu slobodni radikali - kažu da dolazi do homolitičkog cijepanja. Nova veza se formira zbog elektrona reagensa i supstrata.

Radikalne reakcije su posebno česte u transformacijama alkana (hloriranje, nitriranje, itd.).

Heterolitičkom metodom prekida veze zajednički elektronski par se prenosi na jedan od atoma, nastale čestice postaju joni, imaju cjelobrojni električni naboj i poštuju zakone elektrostatičkog privlačenja i odbijanja.

Heterolitičke reakcije, na osnovu elektronske prirode reagensa, dijele se na elektrofilne (na primjer, dodavanje višestrukim vezama u alkenima ili supstitucija vodika u aromatičnim jedinjenjima) i nukleofilne (na primjer, hidroliza derivata halogena ili interakcija alkohola s vodikom halogenidi).

Da li je mehanizam reakcije radikalan ili jonski može se utvrditi proučavanjem eksperimentalnih uslova koji pogoduju reakciji.

Dakle, radikalne reakcije praćene homolitičkim cijepanjem veze:

– ubrzano zračenjem h, u uslovima visokih reakcionih temperatura u prisustvu supstanci koje se lako razlažu sa stvaranjem slobodnih radikala (na primer, peroksid);

– usporavaju u prisustvu supstanci koje lako reaguju sa slobodnim radikalima (hidrokinon, difenilamin);

– obično se odvijaju u nepolarnim rastvaračima ili gasnoj fazi;

– često su autokatalitičke i karakteriziraju ih prisustvo indukcionog perioda.

Jonske reakcije praćene heterolitičkim cijepanjem veze:

– ubrzavaju se u prisustvu kiselina ili baza i nisu pod utjecajem svjetlosti ili slobodnih radikala;

– nije pod utjecajem hvatača slobodnih radikala;

– na brzinu i smjer reakcije utiče priroda rastvarača;

– retko se javljaju u gasnoj fazi.

Sinhrone reakcije se odvijaju bez međuformiranja jona i radikala: prekid starih veza i stvaranje novih veza se odvijaju sinhrono (istovremeno). Primjer sinhrone reakcije je sinteza jena – Diels-Alderova reakcija.

Imajte na umu da specijalna strelica koja se koristi za označavanje homolitičkog cijepanja kovalentne veze označava kretanje jednog elektrona.

3) U zavisnosti od elektronske prirode reagensa, reakcije se dele na nukleofilne, elektrofilne i slobodno-radikalne.

Slobodni radikali su električno neutralne čestice sa nesparenim elektronima, na primjer: Cl ,  NO 2,
.

U simbolu reakcionog mehanizma, radikalne reakcije su označene indeksom R.

Nukleofilni reagensi su mono- ili poliatomski anioni ili električno neutralni molekuli koji imaju centre s povećanim djelomičnim negativnim nabojem. To uključuje anjone i neutralne molekule kao što su HO –, RO –, Cl –, Br –, RCOO –, CN –, R –, NH 3, C 2 H 5 OH, itd.

U simbolu reakcionog mehanizma, radikalne reakcije su označene indeksom N.

Elektrofilni reagensi su kationi, jednostavni ili složeni molekuli koji, sami ili u prisustvu katalizatora, imaju povećan afinitet za elektronske parove ili negativno nabijene centre molekula. To uključuje katione H +, Cl +, + NO 2, + SO 3 H, R + i molekule sa slobodnim orbitalama: AlCl 3, ZnCl 2 itd.

U simbolu mehanizma, elektrofilne reakcije su predstavljene indeksom E.

Nukleofili su donori elektrona, a elektrofili akceptori elektrona.

Elektrofilne i nukleofilne reakcije se mogu smatrati kiselo-baznim reakcijama; Ovaj pristup se zasniva na teoriji generaliziranih kiselina i baza (Lewisove kiseline su akceptori elektronskih parova, Lewisove baze su donori elektronskih parova).

Međutim, potrebno je razlikovati pojmove elektrofilnosti i kiselosti, kao i nukleofilnosti i bazičnosti, jer nisu identični. Na primjer, bazičnost odražava afinitet za proton, a nukleofilnost se najčešće procjenjuje kao afinitet za atom ugljika:

OH – + H +  H 2 O hidroksid jon kao baza

OH – + CH 3 +  CH 3 OH hidroksid ion kao nukleofil

4) U zavisnosti od mehanizma elementarnih faza, reakcije organskih jedinjenja mogu biti veoma različite: nukleofilna supstitucija S N, elektrofilna supstitucija S E, supstitucija slobodnim radikalima S R, eliminacija u paru ili eliminacija E, nukleofilna ili elektrofilna adicija Ad E i Ad N itd.

5) Prema vrsti aktivacije, reakcije se dijele na katalitičke, nekatalitičke i fotohemijske.

Reakcije koje zahtijevaju prisustvo katalizatora nazivaju se katalitičkim reakcijama. Ako kiselina djeluje kao katalizator, govorimo o kiseloj katalizi. Reakcije katalizirane kiselinom uključuju, na primjer, reakcije esterifikacije sa stvaranjem estera, dehidrataciju alkohola sa stvaranjem nezasićenih spojeva itd.

Ako je katalizator baza, onda govorimo o bazičnoj katalizi (kao što je prikazano u nastavku, to je tipično za metanolizu triacilglicerola).

Nekatalitičke reakcije su reakcije koje ne zahtijevaju prisustvo katalizatora. Oni se samo ubrzavaju kako temperatura raste, pa se ponekad nazivaju termalnim, iako se ovaj izraz ne koristi u širokoj upotrebi. Početni reagensi u ovim reakcijama su visoko polarne ili nabijene čestice. To mogu biti, na primjer, reakcije hidrolize, kiselinsko-bazne interakcije.

Fotohemijske reakcije se aktiviraju zračenjem (fotoni, h); ove reakcije se ne događaju u mraku, čak ni uz značajno zagrijavanje. Efikasnost procesa ozračivanja meri se kvantnim prinosom, koji je definisan kao broj reagovanih molekula reagensa po apsorbovanom kvantu svetlosti. Neke reakcije karakterizira kvantni prinos manji od jedinice; za druge, na primjer, za lančane reakcije halogeniranja alkana, ovaj prinos može doseći 10 6.

6) Prema pojedinim karakteristikama, klasifikacija reakcija je izuzetno raznolika: hidratacija i dehidracija, hidrogenacija i dehidrogenacija, nitracija, sulfonacija, halogenacija, acilacija, alkilacija, karboksilacija i dekarboksilacija, enolizacija, zatvaranje i otvaranje ciklusa, izomerizacija, oksidativna destrukcija, piroliza , polimerizacija, kondenzacija itd.

7) Molekularnost organske reakcije određena je brojem molekula u kojima dolazi do stvarne promjene kovalentnih veza u najsporijoj fazi reakcije, što određuje njenu brzinu. Razlikuju se sljedeće vrste reakcija:

– monomolekularni – jedan molekul učestvuje u graničnoj fazi;

– bimolekularni – postoje dva takva molekula itd.

U pravilu, nema molekularnosti veće od tri. Izuzetak su topohemijske (čvrste faze) reakcije.

Molekularnost se odražava u simbolu mehanizma reakcije dodavanjem odgovarajućeg broja, na primjer: S N 2 - nukleofilna bimolekularna supstitucija, S E 1 - elektrofilna monomolekularna supstitucija; E1 – monomolekularna eliminacija itd.

Pogledajmo nekoliko primjera.

Primjer 1. Atomi vodika u alkanima mogu se zamijeniti atomima halogena:

CH 4 + C1 2  CH 3 C1 + HC1

Reakcija slijedi lančani radikalni mehanizam (napadna čestica je hlorni radikal C1  ). To znači da je prema elektronskoj prirodi reagensa ova reakcija slobodni radikal; promjenom broja čestica - reakcija zamjene; po prirodi cijepanja veze - homolitička reakcija; vrsta aktivacije – fotohemijska ili termalna; prema pojedinim karakteristikama - halogeniranje; mehanizam reakcije – S R .

Primjer 2. Atomi vodika u alkanima mogu biti zamijenjeni nitro grupom. Ova reakcija se naziva reakcija nitriranja i slijedi shemu:

R – H+HO – NE 2  R – NO 2 + H 2 O

Reakcija nitriranja u alkanima također slijedi lančani radikalni mehanizam. To znači da je prema elektronskoj prirodi reagensa ova reakcija slobodni radikal; promjenom broja čestica - reakcija zamjene; po prirodi rupture veze - homolitički; tip aktivacije – termički; prema pojedinim karakteristikama - nitracija; po mehanizmu – S R .

Primjer 3. Alkeni lako dodaju halogen vodonik u dvostruku vezu:

CH 3 – CH = CH 2 + HBr → CH 3 – CHBr – CH3.

Reakcija se može odvijati prema mehanizmu elektrofilnog dodavanja, što znači da je prema elektronskoj prirodi reagensa - reakcija elektrofilna (napadna čestica - H+); promjenom broja čestica – reakcija adicije; po prirodi rupture veze - heterolitički; prema pojedinim karakteristikama - hidrohalogenacija; po mehanizmu – Ad E .

Ista reakcija u prisustvu peroksida može se odvijati radikalnim mehanizmom, tada će, zbog elektronske prirode reagensa, reakcija biti radikalna (napadajuća čestica je Br  ); promjenom broja čestica – reakcija adicije; po prirodi rupture veze - homolitički; prema pojedinim karakteristikama - hidrohalogenacija; po mehanizmu – Ad R .

Primjer 4. Reakcija alkalne hidrolize alkil halida odvija se kroz mehanizam bimolekularne nukleofilne supstitucije.

CH 3 CH 2 I + NaOH  CH 3 CH 2 OH + NaI

To znači da je prema elektronskoj prirodi reagensa reakcija nukleofilna (napadna čestica – OH –); promjenom broja čestica - reakcija zamjene; prema prirodi cijepanja veze - heterolitički, prema pojedinim karakteristikama - hidroliza; mehanizmom – S N 2.

Primjer 5. Kada alkil halogenidi reaguju sa alkoholnim rastvorima alkalija, nastaju alkeni.

CH 3 CH 2 CH 2 Br
[CH 3 CH 2 C + H 2 ]  CH 3 CH = CH 2 + H +

To se objašnjava činjenicom da se nastali karbokatation stabilizira ne dodatkom hidroksilnog iona, čija je koncentracija u alkoholu neznatna, već apstrakcijom protona iz susjednog atoma ugljika. Reakcija na promjenu broja čestica je odvajanje; po prirodi rupture veze - heterolitički; prema pojedinim karakteristikama - dehidrohalogenacija; prema mehanizmu - eliminacija E.

Kontrolna pitanja

1. Navedite karakteristike po kojima se klasifikuju organske reakcije.

2. Kako se mogu klasificirati sljedeće reakcije:

– sulfoniranje toluena;

– interakcija etanola i sumporne kiseline sa stvaranjem etilena;

– propen bromiranje;

– sinteza margarina iz biljnog ulja.