Типы реакций органических соединений

Органические соединения склонны к реакциям различных типов в зависимости от природы и строения органической молекулы, природы действующего реагента и условий проведения процесса (температура, катализаторы и т. п.).

Согласно электронным представлениям, сущность химической реакции заключается в перераспределении электронов между реагирующими атомами. При этом перераспределение электронов в процессе самой реакции бывает по возможности малым.

В начальном акте химического процесса возможны два случая: а) реакция протекает с переносом электронов, б) реакция протекает путем разрыва связи (электронной пары) с образованием новых ковалентных связей.

Реакции первого типа приводят к образованию ионных соединений. К ним относятся такие хорошо известные процессы, как образование хлорида натрия из элементов и др. В этой реакции электроны атомов натрия переходят к атомам хлора. Реакции этого типа протекают с очень большой скоростью — почти мгновенно.

Для органических соединений большее значение имеют реакции второго типа. При этом существующая ковалентная связь может разрываться двумя разными способами:

Процесс первого рода называется гетеролитическим (образование разноименно заряженных частиц), а процесс второго рода — гомолитическим. В этом случае образуются свободные радикалы, не несущие электрических зарядов.

Гетеролитические ракции протекают только в жидкой фазе в присутствии полярных растворителей с большой диэлектрической постоянной.

Гомолитические реакции протекают главным образом в газовой фазе или в жидкой фазе, в неполярных или малополярных растворителях.

Гемолитический процесс распада ковалентных связей (образование радикалов или свободных атомов) происходит при фотохимическом разложении, термическом разложении и при разложении в результате переноса электрона.

В качестве примера фотохимического распада можно привести разложение йодистого метила при освещении:

Образуются радикал метил и атомарный йод, которые затем принимают участие в дальнейших процессах.

Примером термического распада может служить разложение тетраэтилсвинца (этиловой жидкости) в двигателях внутреннего сгорания:

Образуются металлический свинец и свободные этильные радикалы.

Примером переноса электрона с образованием свободного радикала является реакция взаимодействия галогенопроизводных углеводородов с металлами

Образующиеся в этих процессах свободные радикалы очень активны и сразу взаимодействуют с другими радикалами или молекулами. В последнем случае разрушаются существующие химические связи и возникают новые. Иногда такие реакции носят цепной характер.

В качестве примера цепной реакции можно привести изобарный процесс взаимодействия хлора с водородом. В темноте или на слабом свету реакция не идет. При ярком освещении начальным актом является гомолитический распад молекулы хлора на два атома:

Атом хлора воздействует на молекулу водорода, вызывая ее распад:

В результате процесса образуется весьма активный атомарный водород, способный расщеплять молекулу хлора:

Эта реакция протекает с огромной скоростью и заканчивается взрывом.

Подобным образом протекает действие хлора на метан. В темноте реакция не идет, а при освещении газы начинают легко взаимодействовать:

Образующийся радикал метил будет реагировать с молекулами хлора, регенерируя атомы хлора, а в присутствии третьих веществ будет реагировать с ними, давая новые активные радикалы. Например:

Введение в сферу реакции небольших количеств веществ — генераторов свободных радикалов — может предотвращать взрывные процессы. Так, в двигателях внутреннего сгорания можно предотвратить развитие детонационного процесса («стук») добавлением к бензину небольших количеств тетраэтилсвинца (этиловой жидкости), который при термическом воздействии разлагается с образованием свободных этильных радикалов. Последние, реагируя с радикалами, образовавшимися при горении топлива, тормозят цепную реакцию и не дают развиваться детонационному процессу.

Гетеролитические реакции можно разделить на два типа.

Первым типом являются реакции, содержащие неподеленный электронный дублет, который будет стремиться связаться с бедной электронами органической частью реагирующей молекулы (нуклеофильный реагент):

Вторым типом являются реакции, где реагент беден электронами, потому он будет реагировать с органическими молекулами, богатыми электронами (электрофильный реагент):

Примером реакции первого типа могут служить реакции гидролиза (омыления) галогенопроизводных, которые приводят к образованию соответствующих спиртов и ионов галогенидов:

Реакции второго типа протекают преимущественно в ароматических соединениях:

Рассмотренные процессы относятся к органическим соединениям, не содержащим кратных связей. Ненасыщенные соединения склонны к разнообразным реакциям присоединения. Так, они легко присоединяют галогены, галогеноводороды и многие другие химически активные вещества.

При этом электронное облако легко деформируется, смещаясь в сторону одного из атомов углерода, связанных двойной связью, что приводит к образованию полярной молекулы.

Если при этом электроны полностью переходят к одному из атомов, то образуется биполярный ион.

Под влиянием реагирующих веществ возможен и другой тип разрыва связи, при котором каждый из двух атомов углерода, связанный двойной связью, будет содержать по одному свободному электрону, т. е. образуется бирадикал

В соответствии с этим и протекают различные реакции присоединения к кратным связям.

Так, при действии галогенов происходит смещение электронов к одному из атомов углерода (поляризация):

Одновременно в молекуле галогена также происходит смещение электронов, в результате чего один из этих атомов будет обладать только шестью электронами (секстет), а второй — восемью (октет).

Галоген с электронным секстетом более активен и свяжется с тем атомом углерода, который несет избыточный электронный заряд:

Это приводит к одновременному образованию иона брома, который затем присоединяется к атому углерода:

Отсюда вытекает известное правило присоединения к двойной связи полярных соединений, согласно которому галогеноводороды присоединяются к углеводородам с двойной связью таким образом, что водород присоединяется к углероду, содержащему большее число водорода — наиболее гидрогенизированному (правило Марковникова):

При освещении молекула галогена присоединяется к кратной связи по радикальному механизму

К данному примеру правило Марковникова неприменимо, так как полярность в этом случае значения не имеет.

Обратный процесс - отщепление галогеноводородов или элементов воды (реакция элиминирования) - протекает так, что атом водорода из двух возможных положений отщепляется от наиболее бедного водородом атома - наименее гидрогенизированного углерода (правило Зайцева):

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: