Таблица классификация реакций в органической химии таблица: Классификация химических реакций в неорганической и органической химии » HimEge.ru

Содержание

Классификация химических реакций в неорганической и органической химии » HimEge.ru

Классификацию  химических  реакций  в  неорганической и органической химии осуществляют на основании различных классифицирующих признаков, сведения о которых приведены в таблице ниже.

По изменению степени окисления  элементов

Первый признак классификации — по изменению степени окисления  элементов, образующих реагенты и продукты.
а) окислительно-восстановительные
б) без изменения степени окисления
Окислительно-восстановительными называют  реакции,  сопровождающиеся  изменением  степеней  окисления  химических  элементов, входящих в состав реагентов. К окислительно-восстановительным в неорганической химии относятся все реакции замещения и те реакции разло­жения и соединения, в которых участвует хотя бы одно прос­тое вещество.

К реакциям, идущим без изменения степе­ней окисления элементов, образующих реагенты и продукты реакции, относятся все реакции обмена.

По числу и составу реагентов и продуктов

Химические реакции классифицируются по характеру процесса, т.е по числу и составу реагентов и продуктов.

Реакциями соединения называют химические реакции, в результате которых сложные молекулы получаются из нескольких более простых, например:
4Li + O 2 = 2Li 2 O

Реакциями разложения называют химические реакции, в результате  которых  простые  молекулы  получаются  из  более  сложных,  например:
CaCO 3 = CaO + CO 2

Реакции разложения можно рассматривать как процессы, обратные соединению.

Реакциями замещения называют химические реакции, в результате которых атом или группа атомов в молекуле вещества замещается на другой атом или группу атомов, например:
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Их отличительный признак — взаимодействие простого вещества со сложным. Такие реакции есть и в органической химии.

Однако понятие «замещение» в органике шире, чем в неорганической химии. Если в молекуле исходного вещества какой-либо атом или функциональная группа заменяются на другой атом или группу, это тоже реакции замещения, хотя с точки зрения неорганической химии процесс выглядит как реакция обмена.
— обмена (в том числе и нейтрализации).
Реакциями обмена называют химические реакции, протекающие без изменения степеней окисления элементов и приводящие к обмену составных частей реагентов, например:
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3

По возможности протекать в обратном направлении

По возможности протекать в обратном направлении – обратимые и необратимые.

Обратимыми называют химические реакции, протекающие при данной температуре одновременно в двух противоположных направлениях с соизмеримыми скоростями. При записи уравнений таких реакций знак равенства заменяют противоположно направленными стрелками.  Простейшим примером обратимой реакции является синтез аммиака взаимодействием азота и водорода:

N 2 +3H 2 ↔2NH 3

Необратимыми называют реакции, протекающие только в прямом направлении, в результате которых образуются продукты, не взаимодействующие между собой. К необратимым относят химические реакции, в результате которых образуются малодиссоциированные соединения, происходит выделение большого количества энергии, а также те, в которых конечные продукты уходят из сферы реакции в газообразном виде или в виде осадка, например:

HCl + NaOH = NaCl + h3O

2Ca + O 2 = 2CaO

BaBr 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2NaBr

По тепловому эффекту

Экзотермическими

называют химические реакции, идущие с выделением теплоты. Условное обозначение изменения энтальпии (теплосодержания) ΔH, а теплового эффекта реакции Q. Для экзотермических реакций Q > 0, а ΔH < 0.

Эндотермическими называют химические реакции, идущие с поглощением теплоты. Для эндотермических реакций Q < 0, а ΔH > 0.

Реакции соединения как правило будут реак­циями экзотермическими, а реакции разложения — эндотер­мическими. Редкое исключение — реакция азота с кислородом — эндотермиче­ская:
N2 + О2 → 2NO – Q

По фазе

Гомогенными

называют  реакции,  протекающие  в  однородной среде (однородные вещества, в одной фазе, например г-г, реакции в растворах).

Гетерогенными называют  реакции,  протекающие  в  неоднородной  среде,  на  поверхности  соприкосновения  реагирующих  веществ,  находящихся  в  разных  фазах,  например,  твердой  и  газообразной,  жидкой  и  газообразной,  в  двух  несмешивающихся  жидкостях.

По использованию катализатора

Катализатор – вещество ускоряющее химическую реакцию.

Каталитические реакции протекают только в присутствии катализатора (в том числе и ферментативные).

Некаталитические реакции идут в отсутствие катализатора.

По типу разрыва связей

По  типу  разрыва  химической  связи  в  исходной  молекуле  различают гомолитические и гетеролитические реакции.

Гомолитическими называются реакции, при которых в результате разрыва связей образуются частицы, имеющие неспаренный электрон — свободные радикалы.

Гетеролитическими называют реакции, протекающие через образование ионных частиц — катионов и анионов.

  • гомолитические (равный разрыв, каждый атом по 1 электрону получает)
  • гетеролитический (неравный разрыв – одному достается пара электронов)

Радикальными (цепными)  называют химические реакции  с  участием радикалов, например:

CH 4 + Cl 2 hv →CH 3 Cl + HCl

Ионными называют химические реакции, протекающие с участием ионов, например:

KCl + AgNO 3 = KNO 3 + AgCl↓

Электрофильными называют гетеролитические реакции органических соединений с электрофилами — частицами, несущими целый или дробный положительный заряд.

Они подразделяются на реакции электрофильного  замещения  и  электрофильного  присоединения,  например:

C 6 H 6 + Cl 2 FeCl3 → C 6 H 5 Cl + HCl

H 2 C =CH 2 + Br 2 →   BrCH 2 –CH

2 Br

Нуклеофильными называют гетеролитические реакции органических соединений с нуклеофилами — частицами, несущими целый или дробный отрицательный заряд. Они подразделяются на реакции нуклеофильного замещения и нуклеофильного присоединения, например:

CH 3 Br + NaOH →  CH 3 OH + NaBr

CH 3 C(O)H + C 2 H 5 OH  → CH 3 CH(OC 2 H 5 ) 2 + H 2 O

Классификация органических реакций

Классификация органических реакций приведена в таблице:

Таблицы по теме «Типы химических реакций»

1.

4.1 Классификация химических реакций в неорганической и органической химии

Видеоурок: Типы химических реакций

Лекция: Классификация химических реакций в неорганической и органической химии

Виды химических реакций в неорганической химии

А) Классификация по количеству начальных веществ:

Разложение – вследствие данной реакции, из одного имеющегося сложного вещества, образуются два или несколько простых, а так же сложных веществ. 

Пример: 2Н2O2 → 2Н2O + O2

Соединение – это такая реакция, при которой из двух и более простых, а также сложных веществ, образуется одно, но более сложное.

Пример: 4Al+3O→ 2Al2O3

Замещение – это определенная химическая реакция, которая проходит между некоторыми простыми, а так же сложными веществами.  Атомы простого вещества, в данной реакции, замещаются на атомы одного из элементов, находящегося в сложном веществе.

Пример: 2КI + Cl2 → 2КCl + I2

Обмен – это такая реакция, при которой два сложных по строению вещества обмениваются своими частями.

Пример: HCl + KNO2 → KCl + HNO2

Б) Классификация по тепловому эффекту:

Экзотермические реакции – это определенные химические реакции, при которых происходит выделение тепла. 
Примеры: 

S +O→ SO2 + Q   

2C2H6 + 7O2 → 4CO2 +6H2O + Q                     

Эндотермические реакции – это определенные химические реакции, при которых происходит поглощение тепла. Как правило, это реакции разложения.

Примеры:

CaCO3 → CaO + CO2 – Q
2KClO3 → 2KCl + 3O2 – Q

Теплота, которая выделяется или поглощается в результате химической реакции, называется тепловым эффектом.

Химические уравнения, в которых указан тепловой эффект реакции, называют термохимическими.

В) Классификация по обратимости:

Обратимые реакции – это реакции, которые протекают при одинаковых условиях во взаимопротивоположных направлениях.

Пример: 3H2 + N2 ⇌ 2NH3

Необратимые реакции – это реакции, которые протекают только в одном направлении, а так же завершающиеся полным расходом всех исходных веществ. При этих реакциях выделяется газ, осадок, вода.
Пример: 2KClO3 → 2KCl + 3O2

Г) Классификация по изменению степени окисления:

Окислительно — восстановительные реакции – в процессе данных реакций происходит изменение степени окисления. 

Пример: Сu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O. 

Не окислительно — восстановительные – реакции без изменения степени окисления.

Пример: HNO3 + KOH → KNO3 + H2O.

Д) Классификация по фазе:

Гомогенные реакции – реакции, протекающие в одной фазе, когда исходные вещества и продукты реакции имеют одно агрегатное состояние.

Пример: Н2(газ) + Cl2(газ) → 2HCL

Гетерогенные реакции – реакции, протекающие на поверхности раздела фаз, при которых продукты реакции и исходные вещества имеют разное агрегатное состояние.
Пример: CuO+ H→ Cu+H2O

Классификация по использованию катализатора:

Катализатор – вещество, которое ускоряет реакцию. Каталитическая реакция протекает в присутствии катализатора, некаталитическая – без катализатора.
Пример: 2H202MnO2→ 2H2O + O2 катализатор MnO2

Взаимодействие щелочи с кислотой протекает без катализатора.
Пример: КOH + HCl → КCl + H2O

Ингибиторы – вещества, замедляющие реакцию.
Катализаторы и ингибиторы сами в ходе реакции не расходуются.

Виды химических реакций в органической химии


Замещение – это реакция, в процессе которой происходит замена одного атома/группы атомов, в исходной молекуле, на иные атомы/группы атомов. 
Пример: СН4 + Сl2 → СН3Сl + НСl

Присоединение – это реакции, при которых несколько молекул вещества соединяются в одну. К реакциям присоединения относятся:

  • Гидрирование – реакция, в процессе которой происходит присоединение водорода по кратной связи.

Пример: СН3—СН = СН2 (пропен) + Н2 → СН3—СН2—СН3 (пропан)

Пример: СН= СН2 (этен) + НСl → СН3—СН2—Сl (хлорэтан)
     

Алкины реагируют с галогеноводородами (хлороводородом, бромоводородом) так же, как и алкены. Присоединение в химической реакции проходит в 2 стадии, и определяется правилом Марковникова:


При присоединении протонных кислот и воды к несимметричным алкенам и алкинам атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода.

 

Механизм данной химической реакции. Образующийся в 1 — ой, быстрой стадии, p- комплекс во 2 — ой медленной стадии постепенно превращается в s-комплекс — карбокатион. В 3 — ей стадии происходит стабилизация карбокатиона – то есть взаимодействие с анионом брома:

И1, И2 — карбокатионы. П1, П2 — бромиды.


Галогенирование – реакция, при которой присоединяется галоген. Галогенированием так же, называют все процессы, в результате которых в органические соединения вводятся атомы галогена. Данное понятие употребляется в «широком смысле». В соответствии с данным понятием, различают следующие химические реакции на основе галогенирования: фторирование, хлорирование, бромирование, йодирование.

Галогенсодержащие органические производные считаются важнейшими соединениями, которые применяются как в органическом синтезе, так и в качестве целевых продуктов. Галогенпроизводные углеводородов, считаются исходными продуктами в большом количестве реакций нуклеофильного замещения. Что касается практического использования соединений, содержащих галоген, то они применяются в виде растворителей, например хлорсодержащие соединения, холодильных агентов — хлорфторпроизводные, фреоны, пестицидов, фармацевтических препаратов, пластификаторов, мономеров для получения пластмасс. 


Гидратация – реакции присоединения молекулы воды по кратной связи.

Полимеризация – это особый вид реакции, при которой молекулы вещества, имеющие относительную невеликую молекулярную массу, присоединяются друг к другу, впоследствии образовывая молекулы вещества с высокой молекулярной массой.

Классификация химических реакций в неорганической и органической химии.

Классификационный признак
Тип реакции
Число и состав реагентов и продуктов
соединения

в результате таких реакций из двух или более исходных веществ образуется только один продукт, например:

С + O2 = CO2

NO2 + O2 + H2O = 2HNO3

разложения

в таких реакциях из одного вещества образуется два или больше других веществ:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2

CaCO3 = CaO + CO2

замещения

Все реакции, в результате которых из простого и сложного веществ образуется другое простое и другое сложное вещества. Например:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

  • В органической химии, под реакциями замещения подразумевают также такие реакции, в результате которых происходит замена атома водорода или заместителя прикрепленного к углеродному скелету молекулы, на другой заместитель. Подробнее — в таблице ниже посвященной классификации реакций в органической химии.
обмена

Реакциями обмена называют такие реакции, в результате которых вещества меняются своими составными частями. Например:

2NaOH + CuCl2 = 2NaCl + Cu(OH)2

Частный случай реакции обмена между кислотой и основанием носит также название реакции нейтрализации:

NaOH + HCl = NaCl + H2O

  • многие реакции органической химии, в которых вещества меняются своими составными частями относят к реакциям замещения. Подробнее — в таблице ниже посвященной классификации реакций в органической химии.
Изменение степеней окисления химических элементов
окислительно-восстановительные

в результате таких реакций изменяются степени окисления одного или более химических элемента. Например:

Реакции, протекающие с сохранением степеней окисления атомов всех химических элементов
Обратимость
обратимые

такие реакции обладают способностью протекать как в прямом, так и обратном направлении. Реакции, про которые обязательно нужно знать, что они обратимые:

необратимые

Такие реакции протекают только в прямом направлении. Если речь идет о реакциях между электролитами, то необратимой реакция является в том случае, если образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество. Например:

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2

В качестве малодиссоциирующих веществ в реакциях ионного обмена могут образоваться вода, слабые кислоты, гидроксид аммония.

Тепловой эффект
экзотермические

В результате таких реакций выделяется энергия в виде теплоты. Обозначают такие реакции, добавляя «+Q» к уравнению реакции, например:

эндотермические

При протекании таких реакций поглощается тепло. Для обозначения таких реакций пишут «-Q» в уравнении реакции. Практически все реакции разложения являются эндотермическими:

Исключения: реакции разложения HI и NO являются экзотермическими.

Количество фаз
гомогенные

Гомогенными или однофазными реакциями называют такие реакции, реагенты и продукты в которых находятся в одной фазе. Примерами таких реакций могут быть многие реакции протекающие в растворах, реакции между газообразными веществами:

NaOH (р-р) + HCl(р-р) = NaCl + H2O

2CO + O2 = 2CO2

В гомогенных реакциях не наблюдаются границы раздела между любыми участками реакционной системы

гетерогенные

гетерогенными реакциями называют такие реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в разных фазах. Примерами таких реакций являются, взаимодействие цинка с раствором соляной кислоты, взаимодействие углекислого газа с известковой водой, и т.д.:

По участию катализатора
каталитические

реакции, протекающие в присутствии катализатора:

некаталитические

реакции, протекающие без катализатора:

Химические реакции в органической химии таблица. Типы химических реакций в органической химии — Гипермаркет знаний. Полимеризации и поликонденсации

>> Химия: Типы химических реакций в органической химии

Реакции органических веществ можно формально разделить на четыре основных типа: замещения, присоединения, отщепления (элиминирования) и перегруппировки (изомеризации). Очевидно, что все многообразие реакций органических соединений невозможно свести в рамки предложенной классификации (например, реакции горения). Однако такая классификация поможет установить аналогии с уже знакомыми вам из курса неорганической химии классификациями реакций, протекающих между неорганическими веществами.

Как правило, основное органическое соединение, участвующее в реакции, называют субстратом, а другой компонент реакции условно рассматривают как реагент.

Реакции замещения

Реакции, в результате которых осуществляется замена одного атома или группы атомов в исходной молекуле (субстрате) на другие атомы или группы атомов, называются реакциями замещения.

В реакции замещения вступают предельные и ароматические соединения, такие, как, например, алканы, циклоалканы или арены.

Приведем примеры таких реакций.

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

В ходе реакции в молекулах реагирующих веществ разрываются одни химические связи и образуются другие. Органические реакции классифицируются по типу разрыва химических связей в реагирующих частицах. Из их числа можно выделить две большие группы реакций — радикальные и ионные.

Радикальные реакции — это процессы, идущие с гомолитическим разрывом ковалентной связи. При гомолитическом разрыве пара электронов, образующая связь, делится таким образом, что каждая из образующихся частиц получает по одному электрону. В результате гомолитического разрыва образуются свободные радикалы:

Нейтральный атом или частица с неспаренным электроном называется свободным радикалом.

Ионные реакции — это процессы, идущие с гетеролитическим разрывом ковалентных связей, когда оба электрона связи остаются с одной из ранее связанных частиц:

В результате гетеролитического разрыва связи получаются заряженные частицы: нуклеофильная и электрофильная.

Нуклеофильная частица (нуклеофил) — это частица, имеющая пару электронов на внешнем электронном уровне. За счет пары электронов нуклеофил способен образовывать новую ковалентную связь.

Электрофильная частица (электрофил) — это частица, имеющая незаполненный внешний электронный уровень. Электрофил представляет незаполненные, вакантные орбитали для образования ковалентной связи за счет электронов той частицы, с которой он взаимодействует.

В органической химии все структурные изменения рассматриваются относительно атома (или атомов) углерода, участвующего в реакции.

В соответствии с вышеизложенным хлорирование метана под действием света классифицируют как радикальное замещение, присоединение галогенов к алкенам — как электрофильное присоединение, а гидролиз алкилгалогенидов — как нуклеофильное замещение.

Наиболее часто встречаются следующие типы оеакций.

Основные типы химических реакций

I. Реакции замещения (замена одного или нескольких атомов водорода на атомы галогенов или спецгруппу) RCH 2 X + Y → RCH 2 Y + X

II. Реакции присоединения RCH=CH 2 + XY → RCHX−CH 2 Y

III. Реакции отщепления (элиминирования) RCHX−CH 2 Y → RCH=CH 2 + XY

IV. Реакции изомеризации (перегруппировки)

V. Реакции окисления (взаимодействие с кислородом воздуха или окислителя)

В этих вышеперечисленных типах реакции различают ещё и специализированные и именные реакции.

Специализированные:

1) гидрирование (взаимодействие с водородом)

2) дегидрирование (отщепление от молекулы водорода)

3) галогенирование (взаимодействие с галогеном: F 2 , Cl 2 , Br 2 , I 2)

4) дегалогенирование (отщепление от молекулы галогена)

5) гидрогалогенирование (взаимодействие с галогенводородом)

6) дегидрогалогенирование (отщепление от молекулы галогенводорода)

7) гидратация (взаимодействие с водой в необратимой реакции)

8) дегидратация (отщепление от молекулы воды)

9) гидролиз (взаимодействие с водой в обратимой реакции)

10) полимеризация (получение многократного увеличенного углеродного скелета из одинаковых простых соединений)

11) поликонденсация (получение многократного увеличенного углеродного скелета из двух разных соединений)

12) сульфирование (взаимодействие с серной кислотой)

13) нитрование (взаимодействие с азотной кислотой)

14) крекинг (уменьшение углеродного скелета)

15) пиролиз (разложение сложных органических веществ на более простые под действием высоких температур)

16) реакция алкилирования (введение в формулу радикала алкана)

17) реакция ацилирования (введение в формулу группы –C(CH 3)O)

18) реакция ароматизации (образование углеводорода ряда аренов)

19) реакция декарбоксилирования (отщепление от молекулы карбоксильной группы -COOH)

20) реакция этерификации (взаимодействие спирта с кислотой, или получение сложного эфира из спирта или карбоновой кислоты)

21) реакция «серебряного зеркала» (взаимодействие с аммиачным раствором оксида серебра (I))

Именные реакции:

1) реакция Вюрца (удлинение углеродного скелета при взаимодействии галогенпроизводного углеводорода с активным металлом)

2) реакция Кучерова (получение альдегида при взаимодействии ацетилена с водой)

3) реакция Коновалова (взаимодействие алкана с разбавленной азотной кислотой)

4) реакция Вагнера (окисление углеводородов с двойной связью кислородом окислителя в слабощелочной или нейтральной среде при нормальных условиях)

5) реакция Лебедева (дегидрирование и дегидратация спиртов при получении алкадиенов)

6) реакция Фриделя-Крафтса (реакция алкилирования арена хлоралканом при получении гомологов бензола)

7) реакция Зелинского (получение бензола из циклогексана дегидрированием)

8) реакция Кирхгофа (превращение крахмала в глюкозу при каталитическом действии серной кислоты)

Конспект: «Типы химических реакций в органической химии»

Реакции органических веществ можно формально разделить на четыре основных типа: замещения, присоединения, отщепления (элиминирования) и перегруппировки (изомеризации). Очевидно, что все многообразие реакций органических соединений невозможно свести в рамки предложенной классификации (например, реакции горения). Однако такая классификация поможет установить аналогии с уже знакомыми вам из курса неорганической химии классификациями реакций, протекающих между неорганическими веществами.

Как правило, основное органическое соединение, участвующее в реакции, называют субстратом, а другой компонент реакции условно рассматривают как реагент.

Реакции замещения

Реакции, в результате которых осуществляется замена одного атома или группы атомов в исходной молекуле (субстрате) на другие атомы или группы атомов, называются реакциями замещения.

В реакции замещения вступают предельные и ароматические соединения, такие, как, например, алканы, циклоалканы или арены.

Приведем примеры таких реакций.

Под действием света атомы водорода в молекуле метана способны замещаться на атомы галогена, например на атомы хлора:

СН4 + Сl2→ СН3Сl + НСl

Другим примером замещения водорода на галоген является превращение бензола в бромбензол:

При этой форме записи реагенты, катализатор, условия проведения реакции записывают над стрелкой, а неорганические продукты реакции — под ней.

Реакции присоединения

Реакции, в результате которых две или более молекул реагирующих веществ соединяются в одну, называют реакциями присоединения.

В реакции присоединения вступают ненасыщенные соединения, такие, как, например, алкены или алкины. В зависимости от того, какая молекула выступает в качестве реагента, различают гидрирование (или восстановление), галогенирование, гидрогалогенирование, гидратацию и другие реакции присоединения. Каждая из них требует определенных условий.

1 . Гидрирование — реакция присоединения молекулы водорода по кратной связи:

СН3-СН = СН2 + Н2 → СН3-СН2-СН3

пропен пропан

2 . Гидрогалогенирование — реакция присоединения гало-геноводорода (например, гидрохлорирование):

СН2=СН2 + НСl → СН3-СН2-Сl

этен хлорэтан

3 . Галогенирование — реакция присоединения галогена (например, хлорирование):

СН2=СН2 + Сl2 → СН2Сl-СН2Сl

этен 1,2-дихлорэтан

4 . Полимеризация — особый тип реакций присоединения, в ходе которых молекулы вещества с небольшой молекулярной массой соединяются друг с другом с образованием молекул вещества с очень высокой молекулярной массой — макромолекул.

Реакции полимеризации — это процессы соединения множества молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в крупные молекулы (макромолекулы) полимера.

Примером реакции полимеризации может служить получение полиэтилена из этилена (этена) под действием ультрафиолетового излучения и радикального инициатора полимеризации R.

Типы химических реакций в органической химии

Реакции отщепления (элиминирования)

Реакции, в результате которых из молекулы исходного соединения образуются молекулы нескольких новых веществ, называют реакциями отщепления или элиминирования.

Примерами таких реакций может служить получение этилена из различных органических веществ.

Типы химических реакций в органической химии

Особое значение среди реакций отщепления имеет реакция термического расщепления углеводородов, на котором основан крекинг (англ. to crack — расщеплять) алканов — важнейший технологический процесс:

В большинстве случаев отщепление малой молекулы от молекулы исходного вещества приводит к образованию дополнительной п-связи между атомами. Реакции элиминирования протекают в определенных условиях и с определенными реагентами. Приведенные уравнения отражают лишь конечный результат этих превращений.

Реакции изомеризации

Реакции, в результате которых из молекул одного вещества образуются молекулы, других веществ того же качественного и количественного состава, т. е. с той же молекулярной формулой, называют реакциями изомеризации.

Примером такой реакции является изомеризация углеродного скелета алканов линейного строения в разветвленные, которая происходит на хлориде алюминия при высокой температуре:

Типы химических реакций в органической химии

1 . К какому типу реакций относится:

а) получение хлорметана из метана;

б) получение бромбензола из бензола;

в) получение хлорэтана из этилена;

г) получение этилена из этанола;

д) превращение бутана в изобутан;

е) дегидрирование этана;

ж) превращение бромэтана в этанол?

2 . Какие реакции характерны для: а) алканов; б) алкенов? Приведите примеры реакций.

3 . В чем особенности реакций изомеризации? Что их объединяет с реакциями получения аллотропных модификаций одного химического элемента? Приведите примеры.

4. В каких реакциях (присоединение, замещение, элиминирование, изомеризация) молекулярная масса исходного соединения:

а) увеличивается;

б) уменьшается;

в) не изменяется;

г) в зависимости от реагента увеличивается или уменьшается?

При протекании химических реакций происходит разрыв одних и возникновение других связей. Химические реакции условно делят на органические и неорганические. Органическими реакциям принято считать реакции, в которых, по крайней мере, одно из реагирующих веществ является органическим соединением, изменяющим свою молекулярную структуру в процессе реакции. Отличием органических реакций от неорганических является то, что, как правило, в них участвуют молекулы. Скорость таких реакции низка, а выход продукта обычно составляет всего лишь 50-80 %. Для повышения скорости реакции применяют катализаторы, повышают температуру или давление. Далее рассмотрим типы химических реакций в органической химии.

Классификация по характеру химических превращений

  • Реакции замещения
  • Реакции присоединения
  • Реакция изомеризации и перегруппировка
  • Реакции окисления
  • Реакции разложения

Реакции замещения

В ходе реакций замещения один атом или группа атомов в начальной молекуле замещается на иные атомы или группы атомов, образуя новую молекулу. Как правило, такие реакции характерны для насыщенных и ароматических углеводородов, например:

Реакции присоединения

При протекании реакций присоединения из двух или более молекул веществ образуется одна молекула нового соединения. Такие реакции характерны для ненасыщенных соединений. Различают реакции гидрирования (восстановления), галогенирования, гидрогалогенирования, гидратации, полимеризации и т. п:

  1. Гидрирование – присоединение молекулы водорода:

Реакция элиминирования (отщепления)

В результате реакций отщепления органические молекулы теряют атомы или группы атомов, и образуется новое вещество, содержащее одну или несколько кратных связей. К реакциям элиминирования относятся реакции дегидрирования , дегидратации , дегидрогалогенирования и т.п.:

Реакции изомеризации и перегруппировка

В ходе таких реакций происходит внутримолекулярная перестройка, т.е. переход атомов или групп атомов с одного участка молекулы в другое без изменения молекулярной формулы вещества, участвующего в реакции, например:

Реакции окисления

В результате воздействия окисляющего реагента происходит повышение степени окисления углерода в органическом атоме, молекуле или ионе процесс за счет отдачи электронов, вследствие чего образуется новое соединение:

Реакции конденсации и поликонденсации

Заключаются во взаимодействии нескольких (двух и более) органических соединений с образованием новых С-С связей и низкомолекулярного соединения:

Поликонденсация – образование молекулы полимера из мономеров, содержащих функциональные группы с выделением низкомолекулярного соединения. В отличие от реакции полимеризации, в результате которых образуется полимер, имеющий состав, аналогичный мономеру, в результате реакций поликонденсации состав образованного полимера отличается от его мономера:

Реакции разложения

Это процесс расщепления сложного органического соединения на менее сложные или простые вещества:

С 18 H 38 → С 9 H 18 + С 9 H 20

Классификация химических реакций по механизмам

Протекание реакций с разрывом ковалентных связей в органических соединениях возможно по двум механизмам (т.е. пути, приводящему к разрыву старой связи и образованию новой) – гетеролитическому (ионному) и гомолитическому (радикальному).

Гетеролитический (ионный) механизм

В реакциях, протекающих по гетеролитическому механизму образуются промежуточные частицы ионного типа с заряженным атомом углерода. Частицы, несущие положительный заряд называются карбкатионы, отрицательный – карбанионы. При этом происходит не разрыв общей электронной пары, а ее переход к одному из атомов, с образованием иона:

Склонность к гетеролитическому разрыву проявляют сильно полярные, например Н–O, С–О и легко поляризуемые, например С–Вr, С–I связи.

Реакции, протекающие по гетеролитическому механизму делят на нуклеофильные и электрофильные реакции. Реагент, располагающий электронной парой для образования связи называют нуклеофильным или электронодонорным. Например, HO — ,RO — , Cl — , RCOO — , CN — , R — , NH 2 , H 2 O, NH 3 , C 2 H 5 OH, алкены, арены.

Реагент, имеющий незаполненную электронную оболочку и способные присоединить пару электронов в процессе образования новой связи.называют электрофильным реагентам относятся следующие катионы: Н + , R 3 C + , AlCl 3 , ZnCl 2 , SO 3 , BF 3 , R-Cl, R 2 C=O

Реакции нуклеофильного замещения

Характерны для алкил- и арилгалогенидов:

Реакции нуклеофильного присоединения

Реакции электрофильного замещения


Реакции электрофильного присоединения

Гомолитический (радикальный механизм)

В реакциях, протекающих по гомолитическому (радикальному) механизму на первой стадии происходит разрыв ковалентной связи с образованием радикалов. Далее образовавшийся свободный радикал выступает в качестве атакующего реагента. Разрыв связи по радикальному механизму свойственен для неполярных или малополярных ковалентных связей (С–С, N–N, С–Н).

Различают реакции радикального замещения и радикального присоединения

Реакции радикального замещения

Характерны для алканов

Реакции радикального присоединения

Характерны для алкенов и алкинов

Таким образом, мы рассмотрели основные типы химических реакций в органической химии

Категории ,

Теория замещения в ароматических соединениях. Реакции электрофильного замещения. Ориентанты 2 рода (мета- ориентанты).

Заместители, обладающие отрицательным индуктивным эффектом или отрицательными как индуктивным, так и мезомерным эффектами, направляют электрофильное замещение в мета-положение бензольного кольца и носят название ориентантов второго рода.

Органические реакции, как и неорганические, подразделяются на 3 основных типа:

1) реакция замещения: СН 4 + CI 2 → СН 3 CI + НCI;

2) реакция отщепления: СН 3 СН 2 Br → СН 2 = СН 2 + НBr;

3) реакция присоединения: СН 2 = СН 2 + НBr → CН 3 СН 2 Br. ( реакции полимеризации)

Классифицировать по механизму разрыва ковалентных связей в реагирующих молекулах.

Два способа разрыва ковалентных связей.

1. Если общая электронная пара делится между атомами, образуя радикалы. Радикалы -частицы, имеющие неспаренные электроны. Такой разрыв связи называется радикальным (гомолитическим). Особенность данной связи заключается в том, что радикалы, которые образуются, взаимодействуют с имеющимися в реакционной системе молекулами или друг с другом.

Образующиеся радикалы взаимодействуют с имеющимися в реакционной системе молекулами или друг с другом: CН· 3 + CI 2 → СН 3 CI + CI.

По радикальному механизму протекают реакции, в которых разрыву подвергаются связи малой полярности (С-С, С-Н, N-N) при высокой температуре, под действием света или радиоактивного излучения.

2. Если при разрыве связи общая электронная пара остается у одного атома, то образуются ионы – катион и анион. Такой механизм называется ионным или гетеролитическим. Он приводит к образованию органических катионов или анионов: 1) хлористый метил образует метил-катион и хлорид-анион; 2) метил-литий образует литий-катион и метил-анион.

Органические ионы вступают в дальнейшие превращения. При этом катионы взаимодействуют с нуклеофильными («любящими ядра») частицами, а органические анионы – с электрофильными («любящими электроны») частицами (катионы металлов, галогены и др.).

Ионный механизм наблюдается при разрыве полярной ковалентной связи (углерод – галоген, углерод – кислород и др.).

Органические ионные частицы подобны ионам в неорганической химии – имеют соответствующие заряды. Однако они и резко отличаются: ионы неорганических соединений присутствуют в водных растворах постоянно, а органические ионные частицы возникают только в момент реакции.

Поэтому во многих случаях необходимо говорить не о свободных органических ионах, а о сильно поляризованных молекулах.

Радикальный механизм наблюдается при разрыве неполярной или малополярной ковалентной связи (углерод – углерод, углерод – водород и т. д.).

Органические ионные частицы подобны ионам в неорганической химии – они имеют соответствующие заряды.

Тест ЕГЭ по химии. Классификация химических реакций в органической и органической химии. Ответы.

Классификация химических реакций в органической и органической химии

1. Схема

CH3COOH + CH3OH ? CH3-CO-O-CH3 + H2O

относится к реакции

1) этерификации

2) гидролиза

3) дегидратации

4) нейтрализации

2. Окислительно-восстановительной реакцией соединения является взаимодействие

1) цинка с соляной кислотой

2) углекислого газа с «известковой водой»

3) сероводорода с бромной водой

4) серы с алюминием

3. Реакцией замещения является

1) C6H6 + HNO3 ?

2) C2H4 + HCl ?

3) C2H2 + H2O ?

4) C6H6 + H2 ?

4. Реакцией замещения является взаимодействие

1) цинка с соляной кислотой

2) углекислого газа с «известковой водой»

3) этилена с бромной водой

4) серной кислотой с гидроксидом алюминия

5. Взаимодействие гидроксида натрия с серной кислотой является

1) экзотермической реакцией замещения

2) эндотермической реакцией обмена

3) эндотермической реакцией замещения

4)  экзотермической реакцией обмена

6. Реакцией соединения, идущей без изменения степени окисления, является

1) горения угарного газа

2) взаимодействие углекислого газа с оксидом  кальция

3) взаимодействие оксида меди с соляной кислотой

4) реакция азотной кислоты с бензолом

7. Реакция, схемы которых

С6H6 + Br2FeBr3 ?,CH3 — CH=CH2 + HCl ?,

являются реакциями

1) присоединения

2) замещения

3) замещения и присоединения, соответственно

4) присоединения и замещения, соответственно

8. Взаимодействие ацетилена с водой является

1) каталитической реакцией замещения

2) некаталитической реакцией присоединения

3) каталитической реакцией присоединения

4) некаталитической реакцией замещения

9. Как в реакции замещения, так  и в реакции присоединения с углеводородами вступает

1) водород

2) бром

3) бромоводород

4) вода

10. Окислительно-восстановительной реакцией является разложение

1) нитрата цинка

2) карбоната аммония

3) малахита

4) гидрокарбоната натрия

11. Реакцией замещения является взаимодействие

1) этилена с бромной водой

2) углекислого газа с «известковой водой»

3) цинка с соляной кислотой

4) серной кислотой с гидроксидом алюминия

12. Эндометрической реакцией является

1) разложение гидроксида меди(II)

2) нейтрализация соляной кислоты гидроксидом натрия

3) взаимодействие водорода с кислородом

4) взаимодействие цинка с соляной кислотой

13. Каталитической является реакция

1) хлорирования метана

2) синтез аммиака

3) соляной кислоты с карбонатом натрия

4) бромирования анилина

14. Необратима реакция

1) разложения гидроксида алюминия

2) гидрирования этилена

3) дегидратации пропанола

4) соединения сернистого газа с кислородом

15. Окислительно-восстановительной реакцией является разложение

1) малахита

2) карбоната аммония

3) нитрата цинка

4) гидрокарбоната натрия

16. К реакциям гидролиза не относится реакция

1) CH3COOCH3 + NaOH(р) ?

2) Na2O + H2O ?

3) K2SiO3 + H2O ?

4) Al4C3 + H2O ?

17. Реакцией обмена является взаимодействие

1) оксида кальция с азотной кислотой

2) угарного газа с кислородом

3) этилена с водородом

4) соляной кислоты с магнием

18. Окислительно-восстановительной реакцией соединения является взаимодействие

1) цинка с соляной кислотой

2) углекислого газа с «известковой водой»

3) сероводорода с бромной водой

4) серы с алюминием

19. Экзотермической реакцией является

1) дегидрирование этана

2) разложение перманганата клия

3) нейтрализация серной кислоты гидроксидом калия

4) электролиз воды

20. Обратимой является реакция

1) Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O

2) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

3) C2H4 + H2 = C2H6

4) CuO + H2 = Cu + H2O

21. Реакция, уравнение которой

Zn(OH)2 + H2SO4 = ZnSO4 + 2H2O,

относится к реакциям

1) обмена

2) соединения

3) разложения

4) замещения

22. Реакцией нейтрализации является

1) BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + H2O + CO2?

2) Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4? + 2H2O

3) CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3? + 2NaCl

4) 3NaOH + FeCl3 = Fe(OH)3? + 3NaCl

23. Взаимодействие кислоты с основанием называется реакцией

1) разложение

2) замещение

3) нейтрализация

4) присоединение

24. Взаимодействие цинка с соляной кислотой относится к реакции

1) обмена

2) соединения

3) разложения

4) замещения

25. Взаимодействие карбоната натрия с гидроксидом кальция относится к реакции

1) обмена

2) соединения

3) разложения

4) замещения

26. Реакция, уравнение которой

2+N2 =2NH3

относится к реакциям

1) обратимой, экзотемической

2) необратимой, экзотермической

3) обратимой, эндотермической

4) необратимой,  эндотермической

27. Взаимодействие натрия с водой относится к реакциям

1) соединения

2) замещения

3) обмена

4) разложения

28. Реакциями замещения и присоединения соответственно являются

1) CH4 + Cl2 h v и C2H2 + Cl2 ?

2) Ch4COONa + HCl ?     и C6H6 + Br2       к а т. ?

3) H2SO4 + Zn ?                 и H2SO4 + CuO ?

4) C8H16 + H2t?               и С2H6 + Cl2 h v ?

29. Взаимодействие метана с хлором является реакцией

1) соединения и экзотермической

2) замещения и эндотермической

3) соединения и эндотермической

4) замещения и экзотермической

30. К необратимым реакциям относится взаимодействие между

1) N2 и H2 2) SO2 и O2 3) C и O2 4) H2 и S

Ответы: 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-4, 6-2, 7-3, 8-3, 9-2, 10-1, 11-3, 12-1, 13-2, 14-1, 15-3, 16-2, 17-1, 18-4, 19-3, 20-3, 21-1, 22-2, 23-3, 24-4, 25-1, 26-1, 27-2, 28-1, 29-4, 30-1.

 

Тест ЕГЭ по химии. Классификация химических реакций в органической и органической химии. Ответы. на Сёзнайке.ру

Классификация химических реакций в органической и органической химии

1. Схема

CH3COOH + CH3OH ? CH3-CO-O-CH3 + H2O

относится к реакции

1) этерификации

2) гидролиза

3) дегидратации

4) нейтрализации

2. Окислительно-восстановительной реакцией соединения является взаимодействие

1) цинка с соляной кислотой

2) углекислого газа с «известковой водой»

3) сероводорода с бромной водой

4) серы с алюминием

3. Реакцией замещения является

1) C6H6 + HNO3 ?

2) C2H4 + HCl ?

3) C2H2 + H2O ?

4) C6H6 + H2 ?

4. Реакцией замещения является взаимодействие

1) цинка с соляной кислотой

2) углекислого газа с «известковой водой»

3) этилена с бромной водой

4) серной кислотой с гидроксидом алюминия

5. Взаимодействие гидроксида натрия с серной кислотой является

1) экзотермической реакцией замещения

2) эндотермической реакцией обмена

3) эндотермической реакцией замещения

4)  экзотермической реакцией обмена

6. Реакцией соединения, идущей без изменения степени окисления, является

1) горения угарного газа

2) взаимодействие углекислого газа с оксидом  кальция

3) взаимодействие оксида меди с соляной кислотой

4) реакция азотной кислоты с бензолом

7. Реакция, схемы которых

С6H6 + Br2FeBr3 ?,CH3 — CH=CH2 + HCl ?,

являются реакциями

1) присоединения

2) замещения

3) замещения и присоединения, соответственно

4) присоединения и замещения, соответственно

8. Взаимодействие ацетилена с водой является

1) каталитической реакцией замещения

2) некаталитической реакцией присоединения

3) каталитической реакцией присоединения

4) некаталитической реакцией замещения

9. Как в реакции замещения, так  и в реакции присоединения с углеводородами вступает

1) водород

2) бром

3) бромоводород

4) вода

10. Окислительно-восстановительной реакцией является разложение

1) нитрата цинка

2) карбоната аммония

3) малахита

4) гидрокарбоната натрия

11. Реакцией замещения является взаимодействие

1) этилена с бромной водой

2) углекислого газа с «известковой водой»

3) цинка с соляной кислотой

4) серной кислотой с гидроксидом алюминия

12. Эндометрической реакцией является

1) разложение гидроксида меди(II)

2) нейтрализация соляной кислоты гидроксидом натрия

3) взаимодействие водорода с кислородом

4) взаимодействие цинка с соляной кислотой

13. Каталитической является реакция

1) хлорирования метана

2) синтез аммиака

3) соляной кислоты с карбонатом натрия

4) бромирования анилина

14. Необратима реакция

1) разложения гидроксида алюминия

2) гидрирования этилена

3) дегидратации пропанола

4) соединения сернистого газа с кислородом

{module 54}

15. Окислительно-восстановительной реакцией является разложение

1) малахита

2) карбоната аммония

3) нитрата цинка

4) гидрокарбоната натрия

16. К реакциям гидролиза не относится реакция

1) CH3COOCH3 + NaOH(р) ?

2) Na2O + H2O ?

3) K2SiO3 + H2O ?

4) Al4C3 + H2O ?

17. Реакцией обмена является взаимодействие

1) оксида кальция с азотной кислотой

2) угарного газа с кислородом

3) этилена с водородом

4) соляной кислоты с магнием

18.Окислительно-восстановительной реакцией соединения является взаимодействие

1) цинка с соляной кислотой

2) углекислого газа с «известковой водой»

3) сероводорода с бромной водой

4) серы с алюминием

19. Экзотермической реакцией является

1) дегидрирование этана

2) разложение перманганата клия

3) нейтрализация серной кислоты гидроксидом калия

4) электролиз воды

20. Обратимой является реакция

1) Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O

2) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

3) C2H4 + H2 = C2H6

4) CuO + H2 = Cu + H2O

21. Реакция, уравнение которой

Zn(OH)2 + H2SO4 = ZnSO4 + 2H2O,

относится к реакциям

1) обмена

2) соединения

3) разложения

4) замещения

22. Реакцией нейтрализации является

1) BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + H2O + CO2?

2) Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4? + 2H2O

3) CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3? + 2NaCl

4) 3NaOH + FeCl3 = Fe(OH)3? + 3NaCl

23. Взаимодействие кислоты с основанием называется реакцией

1) разложение

2) замещение

3) нейтрализация

4) присоединение

24. Взаимодействие цинка с соляной кислотой относится к реакции

1) обмена

2) соединения

3) разложения

4) замещения

25. Взаимодействие карбоната натрия с гидроксидом кальция относится к реакции

1) обмена

2) соединения

3) разложения

4) замещения

26. Реакция, уравнение которой

2+N2 =2NH3

относится к реакциям

1) обратимой, экзотемической

2) необратимой, экзотермической

3) обратимой, эндотермической

4) необратимой,  эндотермической

27. Взаимодействие натрия с водой относится к реакциям

1) соединения

2) замещения

3) обмена

4) разложения

28. Реакциями замещения и присоединения соответственно являются

1) CH4 + Cl2 h v и C2H2 + Cl2 ?

2) Ch4COONa + HCl ?     и C6H6 + Br2       к а т. ?

3) H2SO4 + Zn ?                 и H2SO4 + CuO ?

4) C8H16 + H2t?               и С2H6 + Cl2 h v ?

29. Взаимодействие метана с хлором является реакцией

1) соединения и экзотермической

2) замещения и эндотермической

3) соединения и эндотермической

4) замещения и экзотермической

30. К необратимым реакциям относится взаимодействие между

1) N2 и H2 2) SO2 и O2 3) C и O2 4) H2 и S

Ответы: 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-4, 6-2, 7-3, 8-3, 9-2, 10-1, 11-3, 12-1, 13-2, 14-1, 15-3, 16-2, 17-1, 18-4, 19-3, 20-3, 21-1, 22-2, 23-3, 24-4, 25-1, 26-1, 27-2, 28-1, 29-4, 30-1.

 

Органическая химия. Часть 1 | Открытые видеолекции учебных курсов МГУ

Курс «Органическая химия. Часть 1» читается студентам третьего курса химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова в 5 семестре.

Дисциплина «Органическая химия» относится к базовой части блока химических дисциплин, является обязательным курсом и имеет целью дать основные теоретические знания курса органической химии: предмет органической химии, классификацию реагентов и реакций, современные представления о механизмах реакций и оптический изометрии, современные физико-химические методы исследования органических соединений, (ЯМР, масс-, хромасс-спектрометрия, ГЖХ и ЖХ), основные классы соединений: углеводороды (алканы, алкены, алкадиены, алкины, арены), галогенпроизводные, магний- и литийорганические соединения, спирты, простые эфиры, карбонильные соединения, карбоновые кислоты и их производные, нитросоединения, амины, азосоединения, гетероциклические соединения, природные соединения (сахара, аминокислоты, белки, терпены, стероиды).

Список всех тем лекций

Лекция 1. Основы стереохимии.
История развития Свойства органических соединений Наша жизнь и органическая химия: зрение, слух, вкус и обоняние, осязание Химия и медицина Природное химическое оружие Растительные и животные яды Главные задачи органической химии Хиральность Прохождение плоскополяризованного света через нехиральное соединения или рацемат Условия возникновения хиральности у атома углерода Прохождение плоскополяризованного света через чистый энантиомер Обобщение

Лекция 2. Основы стереохимии (продолжение). Алканы.
Хиральность энантиомеров Хиральность без присутствия асимметрических центров Оси и плоскости хиральности Конфигурации хиральности молекулы, определение старшинства заместителей Клиновидные проекции Проекции Ньюмена Формула Фишера Обращения с формулами Фишера Случай нескольких асимметрических атомов.Винные кислоты:а.Физические свойства стереоизомеров винных кислот Как отличить стереоизомеры винных кислот Физические свойства алканов С-Н-связи, геометрия молекулы, межатомные расстояния Конформация бутана Гомо-и гетеролитический разрыв связи Хлорирование метана Галогенирование метана

Лекция 3. Алканы (продолжение). Алкены.
Главные правила использования формулы Фишера Химические свойства алканов: реакции галогенирования (хлорирование, бромирование, фторирование) Энергия диссоциации связей Крекинг Гиперконъюгация Как открыли реакцию хлорирования метана Другие радикальные реакции алканов Нитрование по Коновалову Окисление, горение алканов Образование алкильных радикалов.Двигатель внутреннего сгорания Применение алканов Методы получения алканов Алкены

Лекция 4. Алкены. Часть 2.
Геометрическая изомерия (цис-, транс- и Z-, E-номенклатура) Теплоты гидрирования для оценки стабильности алкенов Гетерконъюгация Гетерогенное и гомогенное гидрирование алкенов Электрофильное присоединение к алкенам механизмов Гидрогалогенирование алкенов

Лекция 5. Алкены. Часть 3.
Правило Марковникова Скорости присоединения электрофилов к олефинам Побочные реакции при электрофильном присоединении к алкенам: перегруппировки Присоединение боранов Радикальные присоединения к алкенам Присоединения против правила Марковникова Выводы по стерео-и региохимии электрофильного присоединения к алкенам Условия и ограничения Алкоксимеркурирование Регио- и стереоселективное присоединение гидридов бора (боранов) Региоспецифические гидроборирующие агенты (дисиамилборан, тексилборан)

Лекция 6. Алкены. Часть 4.
Присоединение гидридов бора Какие функциональные группы могут и не могут быть в молекуле алкена, которая подвергается гидроборированию Озонолиз алкенов Гидроксилирование алкенов Свободнорадикальные реакции: аллильное галогенирование Аллильное бромирование по Волю-Циглеру Другие радикальные реакции алкенов Полимеризация алкенов: катионная Полимеризация алкенов: радикальная Полимеризация алкенов: анионная Катализаторы Получение карбенов Реагент Симмонса-Смита

Лекция 7. Ядерный магнитный резонанс.
Введение в спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР) Этапы развития ЯМР Физические основы метода спектроскопии ЯМР Как регистрируются спектры ЯМР Упрощенная схема импульсного ЯМР с преобразованием Фурье Современные спектрометры ЯМР Растворители и дейтерированные растворители для регистрации спектров ЯМР Основные параметры спектров ЯМР высокого разрешения Экранирование и дезэкранирование магнитных ядер электронами в молекулах Измерение положения сигналов в спектрах ЯМР Спектр протонного магнитного резонанса п-ксилола Влияние частот прибора на вид спектра Спектр ЯМР на ядрах этанола Магнитно эквивалентные ядра Влияние индуктивных и мезомерных эффектов на химические сдвиги в спектрах Диаграмма химических сдвигов ЯМР для различных структурных элементов Эффекты экранирования и дезэкранирования в ароматических соединениях Простейшие спиновые системы, спектры первого порядка Примеры простых мультиплетов в спектрах первого порядка

Лекция 8. Ацетилены. Диены.
Реакция Соногашира Три важнейших стадии в реакции кросс-сочетания Стереоселективное гидрирование алкинов: а) гидрирование на катализаторе Линдлара, б) гидроалюминирование, в) гидроборирование Способ транс-гидрирования Механизм реакции Глозера-Энглинтона Перегруппировка Фаворского Смещение тройной связи в терминальное положение (zipper-реакция) Синтез виниловых эфиров Три- и тетрамеризация ацетилена на Ni-катализаторах Реакция элиминирования Самое главное в химии ацетиленов Диены: а) сопряжённые, б) аллены, в) несопряжённые S-цис- и S-транс- конформации

Лекция 9. Диены (продолжение).
1,2- и 1,4-присоединение к сопряженным диенам Необходимая конформация нециклического диена Механизм реакции (согласованное стереоспецифические [2+4] циклоприсоединение Примеры реакций Дильса-Альдера Понятие о еновой реакции Экзо- и эндо- аддукты Дополнение к реакции Соногасиры Продолжение: экзо- и эндо- аддукты Дополнение по правилам для реакции Дильса-Альдера Региоселективность реакции Дильса-Альдера “орто-пара-ориентация” Катализаторы Присоединение НBr к аллену Каучук Методы синтеза диенов: а) бутадиен из картофеля

Лекция 10. Диены (продолжение). Ароматические соединения.
фракций, полученных при пиролизе нефтепродуктов Хлоропрен Гидрирование сопряженных диенов Симметричные диены Ароматические соединения: как был открыт бензол Метод молекулярных орбиталей Хюккеля Ароматические ионы Правило Хюккеля Метод «валентных схем», теория резонанса (Полинг) Понятие ароматичности Аннулены Гетероциклы Конденсирование в ароматических углеводородах Критерии ароматичности: энергетический критерий Критерии ароматичности: структурный критерий Критерии ароматичности: магнитный критерий

Лекция 11. Ароматические соединения. Электрофильное замещение в ароматическом ряду. Часть 1.
Декалин Галогенирование бензола Галогенирование в боковую цепь Окисление боковой цепи и поликонденсированных ароматических углеводородов Озонирование бензола и других ароматических соединений. Электрофильное замещение в бензольном кольце Какие бывают электрофилы Упрощенный механизм электрофильного замещения в ароматическом кольце Координата реакции для бутадиена Изображение аренониевых ионов на бумаге – резонансные структуры Браун ) Отвергнутые механизмы электрофильного замещения Химические сдвиги в бензолониевом катионе Доказательства существования σ-комплексов Заместитель 1-го рода (например, пространственно-затруднённый) Заместитель 2-ого рода (орто-эффект) Факторы парциальной скорости

Лекция 12. Электрофильное замещение в ароматическом ряду. Часть 2.
Ориентация при электрофильном замещении первого и второго рода Согласованная и несогласованная ориентация Резонансные структуры Химические сдвиги Орто-, мета, пара-замещение Реакции электрофильного замещения: протонирование Реакции электрофильного замещения: нитрование Как нитруется нитроарен Как нитруется толуол Как получать все галогеннитробензолы Данные по нитрованию галогенбензолов Деление орто-паро-изомеров Фактор парциальных скоростей

Лекция 13. Электрофильное замещение в ароматическом ряду. Часть 3.
Нитрование галогенбензолов Данные по нитрованию галогенбензолов Задача нитрования бензола Нитрование тулола Факторы парциальных скоростей соответствующего изомера при нитровании Присоединение по правилу Марковникова Сульфирование аренов Агенты сульфирования Природа электрофила Обратимость сульфирования на примере нафталина Координата реакции для сульфирования Особенности сульфирования нафталина, толуола, фенола, анилина Защита сульфогруппой при реакциях ЭЗ Примеры использования замещения при сульфировании (на примере фенола, анилина) Производные сульфокислот: тозилхлорид, тозилаты, сульфамиды Восстановление сульфогруппы Ипсо -замещение при нитровании Агенты галогенирования

Лекция 14. Электрофильное замещение в ароматическом ряду. Часть 4. Нуклеофильное замещение в ароматическом ряду.
Ацилирующие агенты для ароматических соединений Электронодонорные группы Циклические ангидриды в ацилировании Растворители для ацилирования (нитробензол, дихлорметан, дихлорэтан) Способ защиты третьбутильной группы Получение фенолфталеина: формула для просмотра опыта Опыт с фенолфталеином Ацилирование – сравнение с алкилированием Реакции формилирования Реакция Гаттермана-Коха Реакция Гаттермана Реакция Гаттермана-Адамса, реакция Губена-Геша (ацилирование) Формилирование по Вильсмееру-Хааку Применимость реакций формилирования и гидроксиметилирования: реакция гидроксиметилирование Применимость реакций формилирования и гидроксиметилирования: реакция хлорметилирование Применимость реакций формилирования и гидроксиметилирования: конденсация карбонильных соединений с аренами Применимость реакций формилирования и гидроксиметилирования:  дифенилолпропан, ДДТ интоксикация Опыт: получение кристалл-фиолетового триарилметанового красителя Механизм присоединение-отщепление

Лекция 15. Нуклеофильное замещение в ароматическом ряду (продолжение).
Механизм нуклеофильного замещения: присоединение-отщепление SnAr (реакции ароматического нуклеофильного замещения) Ряд активирующей способности заместителей (в каком положении?) Растворители Комплексы Мейзенгеймера Лимитирующая стадия Возможность замещения нитрогруппы и избирательное замещение нитрогруппы Нуклеофильное замещение водорода в ди- и тринитробензоле Ариновый механизм: отщепление-присоединение Улавливание дегидробензола Гидролиз о-хлоранизола Медный катализ нуклеофильного замещения в ароматическом ряду Механизм SRN1

Лекция 16. Нуклеофильное замещение в алифатическом ряду.
Заряженный и незаряженный нуклеофил Типы нуклеофилов (анионы, нейтральные молекулы, растворители) Уходящие группы Типы реакций нуклеофильного замещения Классификация по механизму: реакция первого порядка, реакция второго порядка Координата реакции для мономолекулярного нуклеофильного замещения (SN1) с интермедиатом Координата реакции для бимолекулярного нуклеофильного замещения (SN2) в отсутствие интермедиата и SN2 Пространственные факторы: стабильность катионов, изменение конфигурации, подход нуклеофила Реакция Финкельштейна Как влияет строение радикала на скорость протекания реакции SN1 Скорость реакции сольволиз в метаноле и SN1 и SN1 Подведение итогов и SN1 и SN2 Основность и нуклеофильность Ряды нуклеофильности для реакций Межфазный катализ

Лекция 17. Нуклеофильное замещение. Часть 1.
Реакции нуклеофильного замещения в реакции мономолекулярного нуклеофильного замещения (SN1) и в реакции бимолекулярного нуклеофильного замещения (SN2) Нуклеофильный катализ Реакции бимолекулярного нуклеофильного замещения с двумя замещениями (2SN2-сохранения) Примеры реакций Нуклеофильное содействие Сольволиз Ароматическое кольцо как источник содействия

Лекция 18. Нуклеофильное замещение. Часть 2.
Реакция получение этилового эфира из спирта Ряды нуклеофильности с реакциями МеBr с нуклеофилом Поляризуемость и сольватация Межфазный катализ Опыт: растворение марганцовки в бензоле Конкуренция механизма нуклеофильного замещения (SN) и механизма элиминирования реакций (E) Мягкость и жесткость нуклеофила α–эффект ,сильные нуклеофилы и супернуклеофилы Протонирование, эфиры сильных неорганических кислот, реакция Мицунобу

Лекция 19. Реакция элиминирования.
Механизмы реакций элиминирования Мономолекулярный механизм реакции элиминирования, идущей в две стадии с образованием карбкатиона (Е1) Мономолекулярный механизм отщепление от сопряженного основания Е1св (карбанионные) Бимолекулярный механизм элиминирования Е2, когда два атома или группы отщепляются одновременно и Е1 Что за механизм Е1св (карбанионный) против Е2 Региохимия: не бывает чистого элиминирования по Зайцеву, бывает чистое элиминирование по Гофману

Лекция 20. Металлоорганические соединения. Спирты.
Магнийорганика Способ синтеза кетонов Способ синтеза карбоновых кислот Окись этилена Важнейшие механизмы реакций металлоорганических соединений Механизм присоединения по карбоксильной группе атома углерода Какие функциональные группы не могут быть в реактиве Гриньяра Функциональные группы, которые могут быть, если реактив Гриньяра получается реакцией обмена Механизм образования магнийрганических соединений Литийорганические соединения Получение, методы синтеза: а) обмен, б) о-литиирование, в) металлирование Медьорганические соединения (купраты) Кислотность Основность спиртов Опыты

Лекция 21. Спирты. Диолы.
Окисление спиртов Механизм окисления Характерные реагенты Способы синтеза спиртов Этанол Супернуклеофилы (факультативно) Восстановление карбонильных соединений в спирты Защита гидроксильной группы в спиртах: тетрагидропиранильная защита Защита гидроксильной группы в спиртах: силиловые эфиры Реакция Вильямсона Защита гидроксильной группы в спиртах: тритильная защита Дегидратация спиртов Как получить простой эфир Двухатомные спирты (Диолы) диолы бутандиола по Фаворскому-Реппе с последующим гидрированием Глицерин Пинакон-пинаколиновая перегруппировка Дегидратация до диенов Опыт

Лекция 22. Диолы (продолжение). Карбонильные соединения. Часть 1.
Особенности химических свойств двухатомных спиртов диолов Опыт: как борная кислота повышает свою кислотность в присутствии диола Пинакон-пинаколиновая перегруппировка Окислительное расщепление 1,2-диолов периодатом или тетраацетатом свинца Дегидратация до диенов Окисление диолов Применение диолов Межмолекулярная дегидратация спиртов Алкоксимеркурирование алкенов Реакция Вильямсона.для синтеза краунэфиров Комплексы с кислотами Льюиса, р-римость в сильных кислотах Расщепление кислотами Расщепление с RLi Образование перекисей при хранении Обратимость Различие в реакционной способности между альдегидами и кетонами Почему и как происходит присоединение нуклеофилов Образование полуацеталей и ацеталей Азеотропная отгонка Защита карбоксильной группы с помощью ацеталей

Лекция 23. Карбонильные соединения. Часть 2.
Присоединение нуклеофилов по карбонильной группе Дитианы и их производные Присоединение вторичного амина Енамины — очень нуклеофильные соединения Условия Механизм Схема и движущая сила реакции Когда образуются цисизомеры и почему Реакция Хорнера Реакция с илидами серы Сравнение кислотности КС спиртов Енолизация, катализируемая кислотами и основаниями Относительная скорость енолизации кетонов в щелочной среде Кислотность некоторых соединений Бромирование метилэтилкетона в кислой и щелочной среде

Лекция 24. Карбонильные соединения. Часть 3.
Альдольная конденсация Еноляты в реакции алкилирования Еноляты как амбидентные анионы Еноляты кетонов – алкилирование С+О Реакция енолятов с электрофилами Понятие о жесткости и мягкости кислотооснования Мягкие нуклеофилы Мягкие кислоты Наиболее прочные соединения Ж+Ж или М+М Енамины и их использование в синтезе Что влияет на кинетический и термодинамический контроль при образование енолятов несимметричных кетонов Реакция Манниха Нитрозирование Бензоиновая конденсация Бензиловая перегруппировка Синтез из енолятов Что влияет на конкуренцию?

7.

10: Классификация химических реакций — Химия LibreTexts

Цели обучения

  • Классифицировать химическую реакцию как синтез, разложение, однократное замещение, двойное замещение или реакцию горения.
  • Предсказать продукты простых реакций.

Химические реакции, которые мы описали, являются лишь крошечной выборкой из бесконечного числа возможных химических реакций. Как химики справляются с этим огромным разнообразием? Как они предсказывают, какие соединения будут реагировать друг с другом и какие продукты будут образовываться? Ключ к успеху — найти полезные способы классификации реакций.Знакомство с несколькими основными типами реакций поможет вам предсказать продукты, образующиеся при контакте определенных видов соединений или элементов.

Большинство химических реакций можно разделить на один или несколько из пяти основных типов: кислотно-основные реакции, реакции обмена, реакции конденсации (и наоборот, реакции расщепления) и реакции окисления-восстановления. Общие формы этих пяти видов реакций приведены в таблице \(\PageIndex{1}\) вместе с примерами каждого из них.Однако важно отметить, что многие реакции могут быть отнесены более чем к одной классификации, как вы увидите в нашем обсуждении.

Таблица \(\PageIndex{1}\) : Основные типы химических реакций
Название реакции Общая форма Примеры
Окислительно-восстановительный (окислительно-восстановительный) окислитель + восстановитель → восстановленный окислитель + окисленный восстановитель C 7 H 16 (л) + 11O 2 (г) → 7CO 2 (г) + 8H 2 O(г)
Кислотно-основное кислота + основание → соль NaOH(водн. ) + HNO 3 (водн.) → NaNO 3 (водн.) +H 2 O(л)

Замена: одиночная замена

АВ + С → АС + В ZnCl 2 (водн.)+ Mg(тв) → MgCl 2 (водн.)+ Zn(тв)
Замена: двойная замена AB + CD → AD + CB BaCl 2 (водн.) + Na 2 SO 4 (водн.) → BaSO 4 (тв.) + 2NaCl (водн.)
Комбинация (Синтез) А + В → АВ

CO 2 (г) + H 2 O(ж) → H 2 CO 3 (водн. )

N 2 (ж) + 2O 2 (ж)→ 2NO 2 (ж)

Разложение АВ → А + В CaCO 3 (т) → CaO(т) + CO 2 (г)

Схема классификации предназначена только для удобства; одну и ту же реакцию можно классифицировать по-разному, в зависимости от того, какая из ее характеристик является наиболее важной.В этом разделе обсуждаются реакции окисления-восстановления, в которых происходит перенос электронов от одного атома к другому, и реакции конденсации. Кислотно-основные реакции — один из видов обменных реакций — образование нерастворимой соли, например сульфата бария, при смешивании растворов двух растворимых солей.

Комбинированные реакции

Реакция соединения — это реакция, в которой два или более веществ объединяются с образованием одного нового вещества. Реакции сочетания можно также назвать реакциями синтеза. Общая форма комбинированной реакции:

\[\ce{A} + \ce{B} \rightarrow \ce{AB}\]

Одна реакция соединения – это соединение двух элементов с образованием соединения. Твердый металлический натрий реагирует с газообразным хлором с образованием твердого хлорида натрия.

\[2 \ce{Na} \left( s \right) + \ce{Cl_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{NaCl} \left( s \right) \nonumber \]

Обратите внимание, что для того, чтобы правильно написать и сбалансировать уравнение, важно помнить о семи элементах, существующих в природе в виде двухатомных молекул (\(\ce{H_2}\), \(\ce{N_2}\), \ (\ce{O_2}\), \(\ce{F_2}\), \(\ce{Cl_2}\), \(\ce{Br_2}\) и \(\ce{I_2}\)) .

Одним из часто встречающихся типов комбинированных реакций является реакция элемента с кислородом с образованием оксида. Металлы и неметаллы легко реагируют с кислородом в большинстве условий. Магний быстро и бурно реагирует при воспламенении, соединяясь с кислородом воздуха с образованием тонкого порошка оксида магния:

\[2 \ce{Mg} \left( s \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{MgO} \left( s \right) \nonumber \]

Сера реагирует с кислородом с образованием диоксида серы:

\[\ce{S} \left( s \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow \ce{SO_2} \left( g \right) \nonumber \]

Когда неметаллы реагируют друг с другом, продукт представляет собой молекулярное соединение. Часто неметаллические реагенты могут сочетаться в разных соотношениях и давать разные продукты. Сера также может соединяться с кислородом с образованием триоксида серы:

.

\[2 \ce{S} \left( s \right) + 3 \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{SO_3} \left( g \right) \nonumber \]

Переходные металлы способны приобретать несколько положительных зарядов в составе своих ионных соединений. Следовательно, большинство переходных металлов способны образовывать различные продукты в реакции соединения. Железо реагирует с кислородом с образованием как оксида железа (II), так и оксида железа (III):

\[2 \ce{Fe} \left( s \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{FeO} \left( s \right) \nonumber \]

\[4 \ce{Fe} \left( s \right) + 3 \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{Fe_2O_3} \left( s \right) \nonumber \]

Пример \(\PageIndex{1}\): сжигание твердого калия

Калий — очень реактивный щелочной металл, который необходимо хранить под маслом, чтобы предотвратить его реакцию с воздухом. Напишите сбалансированное химическое уравнение реакции соединения калия с кислородом.

Раствор

Шаги Пример решения

Спланируйте задачу.

Убедитесь, что формулы всех реагентов и продуктов верны, прежде чем сбалансировать уравнение. Газообразный кислород представляет собой двухатомную молекулу.{2-}}\).
Решить.

Каркасное (несбалансированное) уравнение:

\[\ce{K} \left( s \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow \ce{K_2O} \left( s \right) \nonumber\]

Тогда уравнение легко уравновешивается коэффициентами.

\[4 \ce{K} \left( s \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{K_2O} \left( s \right) \nonnumber\]

Подумайте о своем результате. Формулы верны, и полученная реакция объединения уравновешена.

Реакции сочетания также могут иметь место, когда элемент реагирует с соединением с образованием нового соединения, состоящего из большего числа атомов. Угарный газ реагирует с кислородом с образованием углекислого газа по уравнению:

\[2 \ce{CO} \left( g \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{CO_2} \left( g \right)\]

Два соединения также могут реагировать с образованием более сложного соединения.Очень распространенным примером являются реакции оксидов с водой. Оксид кальция легко реагирует с водой с образованием водного раствора гидроксида кальция:

\[\ce{CaO} \left( s \right) + \ce{H_2O} \left( l \right) \rightarrow \ce{Ca(OH)_2} \left( aq \right)\]

Газообразный триоксид серы реагирует с водой с образованием серной кислоты. К сожалению, это обычная реакция, происходящая в атмосфере в некоторых местах, где в качестве загрязнителей присутствуют оксиды серы. Кислота, образовавшаяся в результате реакции, выпадает на землю в виде кислотных дождей.

\[\ce{SO_3} \left( g \right) + \ce{H_2O} \left( l \right) \rightarrow \ce{H_2SO_4} \left( aq \right)\]

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Кислотные дожди имеют серьезные последствия как для естественных, так и для искусственных объектов. Кислотный дождь разрушает мраморные статуи, подобные той, что слева (A). Деревья в лесу справа (B) погибли от кислотных дождей.

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

  1. Напишите химическое уравнение синтеза бромида серебра \(\ce{AgBr}\).
  2. Предскажите продукты следующей реакции: \(\ce{CO_2} \left( g \right) + \ce{H_2O} \left( l \right)\)
Ответ а:
\(2 \ce{Ag} + \ce{Br_2} \rightarrow 2 \ce{AgBr}\)
Ответ б:
\(\ce{CO_2} \left( g \right) + \ce{H_2O} \left( l \right) \rightarrow \ce{H_2CO_3}\)​​​​

Реакции разложения

Реакция разложения — это реакция, в которой соединение распадается на два или более простых вещества. Общая форма реакции разложения:

\[\ce{AB} \rightarrow \ce{A} + \ce{B}\]

Большинство реакций разложения требуют затрат энергии в виде тепла, света или электричества.

Бинарные соединения — это соединения, состоящие всего из двух элементов. Самый простой вид реакции разложения — это когда бинарное соединение разлагается на его элементы. Оксид ртути (II), красное твердое вещество, разлагается при нагревании с образованием ртути и газообразного кислорода:

.

\[2 \ce{HgO} \left( s \right) \rightarrow 2 \ce{Hg} \left( l \right) + \ce{O_2} \left( g \right)\]

Видео \(\PageIndex{2}\): Оксид ртути (II) представляет собой твердое вещество красного цвета.При нагревании он разлагается на металлическую ртуть и газообразный кислород.

Реакция также считается реакцией разложения, даже если один или несколько продуктов все еще являются соединениями. Карбонат металла разлагается на оксид металла и углекислый газ. Например, карбонат кальция разлагается на оксид кальция и углекислый газ:

\[\ce{CaCO_3} \left( s \right) \rightarrow \ce{CaO} \left( s \right) + \ce{CO_2} \left( g \right)\]

Гидроксиды металлов разлагаются при нагревании с образованием оксидов металлов и воды.Гидроксид натрия разлагается с образованием оксида натрия и воды:

\[2 \ce{NaOH} \left( s \right) \rightarrow \ce{Na_2O} \left( s \right) + \ce{H_2O} \left( g \right)\]

Некоторые нестабильные кислоты разлагаются с образованием оксидов неметаллов и воды. Угольная кислота легко разлагается при комнатной температуре на углекислый газ и воду:

\[\ce{H_2CO_3} \left( aq \right) \rightarrow \ce{CO_2} \left( g \right) + \ce{H_2O} \left( l \right)\]

Пример \(\PageIndex{2}\): электролиз воды

При пропускании электрического тока через чистую воду она разлагается на составные элементы.Напишите уравнение разложения воды.

Раствор

Шаги Пример решения
Спланируйте задачу.

Вода представляет собой бинарное соединение, состоящее из водорода и кислорода. Газообразные водород и кислород, образующиеся в результате реакции, представляют собой двухатомные молекулы.

Решить.

Каркасное (несбалансированное) уравнение:

\[\ce{H_2O} \left( l \right) \overset{\text{elec}}{\rightarrow} \ce{H_2} \left( g \right) + \ce{O_2} \left( g \справа) \номер\]

Обратите внимание на аббревиатуру «\(\text{elec}\)» над стрелкой, обозначающую прохождение электрического тока для инициирования реакции. Сбалансируйте уравнение.

\[2 \ce{H_2O} \left( l \right) \overset{\text{elec}}{\rightarrow} 2 \ce{H_2} \left( g \right) + \ce{O_2} \left ( г \право) \номер\]

Подумайте о своем результате. Произведения являются элементами, и уравнение уравновешено.

Упражнение \(\PageIndex{2}\)

Напишите химическое уравнение разложения:

  1. \(\ce{Al_2O_3}\)
  2. \(\ce{Ag_2S}\)
Ответить на
\(2 \ce{Al_2O_3} \rightarrow 4 \ce{Al} + 3 \ce{O_2}\)
Ответ б
\(\ce{Ag_2S} \rightarrow 2 \ce{Ag} + \ce{S}\)

Реакции одиночной замены

Третий тип реакции — это реакция одиночного замещения, в которой один элемент заменяет аналогичный элемент в соединении.Общая форма реакции с одним замещением (также называемая с одним замещением):

\[\ce{A} + \ce{BC} \rightarrow \ce{AC} + \ce{B}\]

В этой общей реакции элемент \(\ce{A}\) является металлом и заменяет элемент \(\ce{B}\), также металл, в соединении. Когда элемент, который выполняет замену, является неметаллом, он должен заменить другой неметалл в соединении, и общее уравнение принимает вид:

\[\ce{Y} + \ce{XZ} \rightarrow \ce{XY} + \ce{Z}\]

, где \(\ce{Y}\) представляет собой неметалл и заменяет неметалл \(\ce{Z}\) в соединении на \(\ce{X}\).

Замена металла

Магний является более активным металлом, чем медь. Когда полоску металлического магния помещают в водный раствор нитрата меди (II), она заменяет медь. Продуктами реакции являются водный раствор нитрата магния и твердая металлическая медь.

\[\ce{Mg} \left( s \right) + \ce{Cu(NO_3)_2} \left( aq \right) \rightarrow \ce{Mg(NO_3)_2} \left( aq \right) + \ce{Cu} \left( s \right)\]

Эта подкатегория реакций одинарного замещения называется реакцией замещения металла, потому что это замещаемый металл (медь).

Замена водорода

Многие металлы легко реагируют с кислотами, и при этом одним из продуктов реакции является газообразный водород. Цинк реагирует с соляной кислотой с образованием водного раствора хлорида цинка и водорода (рисунок ниже).

\[\ce{Zn} \left( s \right) + 2 \ce{HCl} \left( aq \right) \rightarrow \ce{ZnCl_2} \left( aq \right) + \ce{H_2} \ влево(г\вправо)\]

В реакции замещения водорода водород в кислоте заменяется активным металлом. Некоторые металлы настолько реакционноспособны, что способны заменить водород в воде. Продуктами такой реакции являются гидроксид металла и газообразный водород. Все металлы группы 1 подвергаются этому типу реакции. Натрий энергично реагирует с водой с образованием водного раствора гидроксида натрия и водорода (см. рисунок ниже).

\[2 \ce{Na} \left( s \right) + 2 \ce{H_2O} \left( l \right) \rightarrow 2 \ce{NaOH} \left( aq \right) + \ce{H_2 } \влево( г \вправо)\]

Рисунок \(\PageIndex{2}\): (Первое изображение) Металлический цинк реагирует с соляной кислотой с выделением газообразного водорода в реакции с одним замещением.(Второе изображение) Металлический натрий энергично реагирует с водой, выделяя газообразный водород. Большой кусок натрия часто выделяет столько тепла, что воспламеняется водород.

Замена галогена

Элемент хлор реагирует с водным раствором бромида натрия с образованием водного раствора хлорида натрия и элементарного брома:

\[\ce{Cl_2} \left( g \right) + 2 \ce{NaBr} \left( aq \right) \rightarrow 2 \ce{NaCl} \left( aq \right) + \ce{Br_2} \влево( л \вправо)\]

Реакционная способность группы галогена (группа 17) уменьшается сверху вниз внутри группы. Фтор является наиболее реакционноспособным галогеном, а йод — наименее. Поскольку хлор выше брома, он более реакционноспособен, чем бром, и может заменить его в реакции замещения галогена.

Пример \(\PageIndex{3}\)

Какие продукты реакции между твердым алюминием (\(\ce{Al}\)) и оксидом железа (III) (\(\ce{Fe_2O_3}\))?

Раствор

Шаги Пример решения
Спланируйте задачу. Чтобы предсказать продукты, нам нужно знать, что алюминий заменит железо и образует оксид алюминия (металл заменит ион металла в соединении). Алюминий имеет заряд \(+3\), а кислород имеет заряд \(-2\). Таким образом, соединение, образующееся между алюминием и кислородом, будет \(\ce{Al_2O_3}\). Поскольку железо в соединении заменено алюминием, железо теперь будет единственным элементом в продуктах.

Решить.

Неуравновешенное уравнение будет:

\[\ce{Al} + \ce{Fe_2O_3} \rightarrow \ce{Al_2O_3} + \ce{Fe} \nonumber\]

и сбалансированное уравнение будет:

\[2 \ce{Al} + \ce{Fe_2O_3} \rightarrow \ce{Al_2O_3} + 2 \ce{Fe} \номер\]

Подумайте о своем результате. Это реакция с одним замещением, и при уравновешивании коэффициенты точно отражают тот факт, что железо и алюминий имеют одинаковый заряд в этой реакции.

Упражнение \(\PageIndex{3}\)

  1. Напишите химическое уравнение для простой реакции замещения между твердым цинком и раствором нитрата свинца (II) с образованием раствора нитрата цинка и твердого свинца. (Обратите внимание, что цинк образует ионы с зарядом \(+2\).)
  2. Предскажите продукты следующей реакции: \(\ce{Fe} + \ce{CuSO_4}\). (Предположим, что в этой реакции железо образует ионы с зарядом \(+2\).)
Ответить на
\(\ce{Zn} + \ce{Pb(NO_3)_2} \rightarrow \ce{Pb} + \ce{Zn(NO_3)_2}\)
Ответ б
\(\ce{Fe} + \ce{CuSO_4} \rightarrow \ce{Cu} + \ce{FeSO_4}\)

Реакции двойной замены

Реакция двойной замены — это реакция, в которой положительные и отрицательные ионы двух ионных соединений меняются местами с образованием двух новых соединений.Общая форма реакции двойного замещения (также называемая двойным замещением):

\[\ce{AB} + \ce{CD} \rightarrow \ce{AD} + \ce{BC}\]

В этой реакции \(\ce{A}\) и \(\ce{C}\) являются положительно заряженными катионами, а \(\ce{B}\) и \(\ce{D}\) являются отрицательно заряженными анионами. -}\) возникают очень сильные силы притяжения, в результате чего образуется ярко-желтый осадок (рис. \(\ Индекс страницы{3}\)).Другой продукт реакции, нитрат калия, остается растворимым.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Иодид свинца (II) выпадает в осадок при смешивании йодида калия с нитратом свинца (II) (уравнение \ref{eq10}). (CC BY-SA 3.0; PRHaney).

Образование газа

Некоторые реакции двойного замещения производят газообразный продукт, который затем выделяется из раствора пузырьками и улетучивается в воздух. При смешивании растворов сульфида натрия и соляной кислоты продуктами реакции являются водный раствор хлорида натрия и сероводородный газ:

\[\ce{Na_2S} \left(водн. \right) + 2 \ce{HCl} \left( водн. \right) \rightarrow 2 \ce{NaCl} \left( водн. \right) + \ce{H_2S} \влево( г \вправо)\]

Образование молекулярного соединения

Другим видом реакции двойной замены является реакция, при которой в качестве одного из продуктов образуется молекулярное соединение. Многие примеры в этой категории представляют собой реакции, в результате которых образуется вода. При взаимодействии водного раствора соляной кислоты с водным раствором гидроксида натрия образуются водный раствор хлорида натрия и вода:

\[\ce{HCl} \left( aq \right) + \ce{NaOH} \left( aq \right) \rightarrow \ce{NaCl} \left( aq \right) + \ce{H_2O} \left ( л \право)\]

Пример \(\PageIndex{4}\)

Напишите полное и сбалансированное химическое уравнение для реакции двойной замены \(\ce{NaCN} \left( aq \right) + \ce{HBr} \left( aq \right) \rightarrow\) (газообразный цианистый водород сформировался).

Раствор

Шаги Пример решения
Спланируйте задачу. Производство газа приводит к реакции.

Решить.

Катионы обоих реагентов являются заряженными ионами \(+1\), а анионы — заряженными ионами \(-1\).После обмена партнерами сбалансированное уравнение:

\[\ce{NaCN} \left( aq \right) + \ce{HBr} \left( aq \right) \rightarrow \ce{NaBr} \left( aq \right) + \ce{HCN} \left ( г \право)\]

Подумайте о своем результате. Это реакция двойной замены. Все формулы верны, уравнение сбалансировано.

Упражнение \(\PageIndex{4}\)

Напишите полное и сбалансированное химическое уравнение для реакции двойной замены \(\ce{(NH_4)_2SO_4} \left( aq \right) + \ce{Ba(NO_3)_2} \left( aq \right) \rightarrow \) (образуется осадок сульфата бария).

Ответ а:
\[\ce{(NH_4)_2SO_4} \left( aq \right) + \ce{Ba(NO_3)_2} \left( aq \right) \rightarrow 2 \ce{NH_4NO_3} \left( aq \right) + \ce{BaSO_4} \left( s \right)\]

Иногда в результате реакции образуется как газ, так и молекулярное соединение. Реакция раствора карбоната натрия с соляной кислотой дает водный раствор хлорида натрия, газообразный диоксид углерода и воду:

\[\ce{Na_2CO_3} \left(водн. \right) + 2 \ce{HCl} \left( водн. \right) \rightarrow 2 \ce{NaCl} \left( водн. \right) + \ce{CO_2 } \left( g \right) + \ce{H_2O} \left( l \right) \nonumber\]

Взносы и атрибуции

Эта страница была создана на основе контента следующих авторов и отредактирована (тематически или подробно) командой разработчиков LibreTexts в соответствии со стилем, презентацией и качеством платформы:

Общие классы органических реакций

24.4 общих класса органических реакций

Цель обучения

  1. Познакомиться с общими классами органических реакций.

Определенные закономерности неоднократно встречаются в органических реакциях, многие из которых отражают взаимодействие нуклеофилов и электрофилов. В этом разделе мы обсудим пять распространенных типов органических реакций: реакции замещения, реакции отщепления, реакции присоединения, радикальные реакции и реакции окисления-восстановления. Вы сталкивались со многими из этих типов реакций ранее, такими как образование пептидов путем удаления воды, окислительно-восстановительные реакции, которые генерируют напряжение в батареях, и цепные реакции, в которых участвуют органические радикалы. (Для получения дополнительной информации об образовании пептидов см. главу 12 «Твердые вещества», раздел 12.8 «Твердые полимеры». Для получения дополнительной информации о батареях см. главу 19 «Электрохимия». Для получения дополнительной информации о радикалах см. главу 14 «Химическая кинетика», раздел 14.6 «Скорость реакции — взгляд под микроскопом».) В этом разделе мы расширим наше обсуждение, включив в него некоторые механизмы, лежащие в основе этих реакций.

Замена

В реакции замещения Химическая реакция, при которой один атом или группа атомов вещества заменяется другим атомом или группой атомов другого вещества. Один атом или группа атомов вещества замещается другим атомом или группа атомов другого вещества. Типичной реакцией замещения является реакция гидроксид-иона с метилхлоридом:

.

Уравнение 24.1

CH 3 Cl + OH → CH 3 OH + Cl

Метилхлорид имеет полярную связь C–Cl с атомом углерода, имеющим частичный положительный заряд. В уравнении 24.1 электроотрицательный атом Cl заменен другим электроотрицательным атомом, который является более сильным нуклеофилом, в данном случае OH . Реакции такого рода называются реакциями нуклеофильного замещения . Для этого типа реакции нуклеофильный реагент должен иметь пару электронов и иметь большее сродство к электроположительному атому углерода, чем исходный заместитель.

Один тип реакции нуклеофильного замещения показан в уравнении 24.1. Это происходит по механизму, в котором неподеленная пара электронов на входящем нуклеофила (OH ) атакует частично положительно заряженный атом углерода полярной связи C-Cl, вызывая ослабление и разрыв связи C-Cl:

Рисунок 24. 12

 

Обратите внимание на шаблон

В реакциях нуклеофильного замещения нуклеофил должен обладать парой электронов и иметь большее сродство к электроположительным частицам, чем исходный заместитель.

При описании такого механизма принято рисовать стрелки, показывающие направление потока электронов, то есть от центра, богатого электронами (нуклеофила), к центру, бедному электронами (электрофилу). Промежуточные виды, заключенные в квадратные скобки, представляют временное расположение атомов, существование которого только постулируется. Если бы атакуемый атом (в данном случае частично положительно заряженный атом углерода) имел связанные с ним группы –CH 3 , а не атомы H, объемные метильные группы мешали бы атаке со стороны OH , делая реакцию стерически затруднен .Затем реакция будет протекать в две отдельные стадии во втором типе реакции замещения: связь C–Cl будет разрываться, образуя (CH 3 ) 3 C + карбокатион (электрофил), который затем будет реагировать с гидроксидом (нуклеофилом) на отдельной стадии с получением продукта (CH 3 ) 3 COH.

Иприт.

Примером реакции нуклеофильного замещения является боевое отравляющее вещество, известное как иприт [(ClCH 2 CH 2 ) 2 S], от которого во время Первой мировой войны погибло около 400 000 человек.Горчичный газ токсичен, потому что он содержит хлорид, который может быть вытеснен нуклеофильными аминогруппами в белках, что позволяет молекуле необратимо связываться с белком. Поскольку другим продуктом реакции является HCl, горчичный газ вызывает сильные ожоги слизистых оболочек дыхательных путей. Если горчичный газ вступает в реакцию с ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислотой), происходит сшивание цепей ДНК через серу, что приводит к ошибкам кодирования, ингибированию репликации и нарушению других функций ДНК.Если горчичный газ вступает в реакцию с РНК (рибонуклеиновой кислотой), нарушается синтез белка (см. Раздел 24.6 «Молекулы жизни»).

Ликвидация

Некоторые реакции связаны с удалением или «удалением» соседних атомов из молекулы. Это приводит к образованию кратной связи и высвобождению небольшой молекулы, поэтому они называются реакциями отщепления Химическая реакция, в которой соседние атомы удаляются или «элиминируются» из молекулы, что приводит к образованию кратной связи и небольшая молекула.. Имеют общий вид

Рисунок 24.13

 

и аналогичны реакциям расщепления неорганических соединений. (Для получения дополнительной информации о реакциях расщепления см. главу 3 «Химические реакции», раздел 3.5 «Классификация химических реакций».) Типичным примером является превращение этилхлорида в этилен:

Уравнение 24.2

CH 3 CH 2 Cl → CH 2 =CH 2  + HCl

Обратите внимание на шаблон

Реакции элиминирования аналогичны реакциям расщепления неорганических соединений.

Большая часть примерно 26 миллионов тонн этилена, ежегодно производимого в Соединенных Штатах, используется для синтеза пластмасс, таких как полиэтилен. В уравнении 24.2 удаленная молекула A–B представляет собой HCl, компоненты которого удаляются в виде H + от атома углерода слева и Cl от углерода справа. Когда образуется кислота, как это происходит здесь, реакцию обычно проводят в присутствии основания (такого как NaOH) для нейтрализации кислоты.

Дополнение

Реакция, в которой компоненты соединений A–B присоединяются к соседним атомам через углерод-углеродную кратную связь, называется реакцией присоединения Химическая реакция, в которой компоненты соединений A–B присоединяются к соседним атомам через углеродную связь -углеродная кратная связь. Примером является реакция, обратная реакции, показанной в уравнении 24.2, при взаимодействии HCl с этиленом с получением этилхлорида:

Уравнение 24. 3

HCl + CH 2 =CH 2 → CH 3 CH 2 Cl

Обратите внимание на шаблон

Реакция присоединения обратна реакции отщепления.

Хотя кратная связь прочнее одинарной связи, π-связи кратной связи слабее σ-связи. Однако высокая электронная плотность, расположенная между многократно связанными атомами углерода, заставляет алкены и алкины вести себя как нуклеофилы, где нуклеофильная атака происходит со стороны более слабо связанных π-электронов.Следовательно, алкены и алкины рассматриваются как функциональные группы. Нуклеофильная атака происходит на атоме H δ+ полярной связи HCl, первоначально образуя частицы с углеродом, имеющим только три связи, карбокатион. При второй нуклеофильной атаке Cl , электрофил в уравнении 24.3, атакует карбокатион:

Спирты, важный класс органических соединений, часто получают в результате реакций присоединения. Первоначальная атака π-связью алкена на H δ+ H 3 O + дает карбокатион.Затем карбокатион подвергается нуклеофильной атаке неподеленной парой электронов от H 2 O с последующим отщеплением H + с образованием спирта.

Радикальные реакции

Многие важные органические реакции включают радикалы, такие как сжигание топлива. Вероятно, наиболее известным является взаимодействие насыщенного углеводорода, такого как этан, с галогеном, таким как Br 2 . Общая реакция выглядит следующим образом:

Уравнение 24.4

Ch4Ch4+ Br2⇌или hν400°CCh4Ch3Br + HBr

Радикальные цепные реакции протекают в три стадии: инициирование , распространение и прекращение . (Для получения дополнительной информации о радикалах см. главу 14 «Химическая кинетика», раздел 14.6 «Скорости реакций — взгляд под микроскопом». ) При высокой температуре или в присутствии света относительно слабая связь Br–Br разрывается на стадии инициирования. что дает заметное количество атомов Br (Br·).Во время размножения атом брома атакует этан, образуя радикал, который затем реагирует с другой молекулой брома с образованием этилбромида:

Уравнение 24.5

Br⋅+ Ch4Ch4→Ch4Ch3⋅+ HBrCh4Ch3⋅+ Br2¯→Ch4Ch3Br +Br⋅Br2+ Ch4Ch4¯→Ch4Ch3Br + HBr¯

Сумма двух стадий распространения соответствует сбалансированному химическому уравнению для общей реакции. Возможны три стадии обрыва: комбинация (1) двух атомов брома, (2) двух этильных радикалов или (3) этильного и бромного радикалов:

Уравнение 24.6

Br⋅+ Br⋅→Br2Ch4Ch3⋅+⋅Ch3Ch4→Ch4Ch3Ch3Ch4Ch4Ch3⋅+ Br⋅→Ch4Ch3Br

Поскольку радикалы являются сильными нуклеофилами и, следовательно, очень реакционноспособны, такие реакции не очень избирательны. Например, хлорирование н -бутана дает примерно 70:30 смесь 2-хлорбутана, образованную из более стабильного радикала при взаимодействии вторичного углерода и 1-хлорбутана.

Обратите внимание на шаблон

Поскольку радикалы очень реакционноспособны, радикальные реакции обычно не очень избирательны.

Реакции окисления-восстановления

Окислительно-восстановительные реакции , распространенные в органической химии, часто можно идентифицировать по изменению числа атомов кислорода в определенном положении в углеводородном скелете или числа связей между углеродом и кислородом в этом положении. Увеличение любого из них соответствует окислению, тогда как уменьшение соответствует восстановлению. И наоборот, увеличение числа атомов водорода в углеводороде часто указывает на его уменьшение.Мы можем проиллюстрировать эти моменты, рассмотрев, как изменяется степень окисления атома углерода в ряду соединений, что показано в части (а) на рис. 24.14 «Степень окисления углерода в кислород- и азотсодержащих функциональных группах». (Для обзора степеней окисления и формальных изменений см. главу 3 «Химические реакции», раздел 3.5 «Классификация химических реакций» и главу 8 «Ионная и ковалентная связь», раздел 8.5 «Структуры Льюиса и ковалентная связь»). Количество атомов кислорода или количество связей с кислородом изменяется на протяжении всего ряда.Следовательно, превращение метана в муравьиную кислоту является окислением, а превращение диоксида углерода в метанол — восстановлением. Кроме того, число атомов водорода увеличивается при переходе от наиболее окисленного к наименее окисленному соединению. Как и ожидалось, по мере увеличения степени окисления углерода углерод становится более сильным электрофилом. Таким образом, углерод CO 2 является более сильным электрофилом (т. е. более восприимчивым к нуклеофильной атаке), чем углерод алкана, такого как метан.

Рисунок 24.14 Степень окисления углерода в кислород- и азотсодержащих функциональных группах

(а) В углеводородах на окисление указывает увеличение числа атомов кислорода или углерод-кислородных связей или уменьшение числа атомов водорода. (б) В азотсодержащих соединениях число углерод-азотных связей изменяется в зависимости от степени окисления углерода.

Точно так же в соединениях со связью углерод-азот количество связей между атомами C и N увеличивается по мере увеличения степени окисления углерода (часть (b) на рисунке 24.14 «Степень окисления углерода в кислород- и азотсодержащих функциональных группах»). В нитриле, содержащем группу –C≡N, углерод имеет ту же степень окисления (+2), что и в карбоновой кислоте, характеризуемой группой –CO 2 H. Поэтому мы ожидаем, что углерод нитрила будет довольно сильным электрофилом.

Пример 6

Напишите уравнение для описания каждой реакции. Определите электрофил и нуклеофил в каждой реакции.

  1. реакция нуклеофильного замещения цианида калия 1-хлорпропаном с образованием CH 3 CH 2 CH 2 CN (бутиронитрил)
  2. реакция электрофильного присоединения HBr с цис -2-бутеном

Дано: реагентов, продуктов и механизма реакции

Запрашиваемый: уравнение и идентификация электрофила и нуклеофила

Стратегия:

Используйте описанные механизмы, чтобы показать, как указанные продукты образуются из реагентов.

Решение:

  1. Ион CN KCN является мощным нуклеофилом, который может замещать атом хлора 1-хлорпропана, высвобождая хлорид-ион. Замещение приводит к образованию новой связи С–С:

    CN−+ Ch4Ch3Ch3Cl1-хлорпропан→Ch4Ch3Ch3CNбутиронитрил + Cl−

    Углерод, связанный с хлором, является электрофилом из-за высокополярной связи C–Cl.

  2. При электрофильном присоединении галогеноводорода к алкену протекает следующая реакция:

    Первым этапом является нуклеофильная атака π-электронов двойной связи на электрофильный водород полярной связи H–Br с образованием переходного карбокатиона, за которой следует нуклеофильная атака галогенида с получением продукта. Таким образом, алкен является нуклеофилом, а протон кислоты — электрофилом.

Упражнение

Напишите уравнение для описания каждой реакции. В каждой реакции определите электрофил и нуклеофил.

  1. реакция нуклеофильного замещения метоксида натрия (NaOCH 3 ) бензилбромидом (C 6 H 5 CH 2 Br)
  2. катализируемая кислотой реакция электрофильного присоединения воды к циклопентену

Ответ:

  1. OCh4-метоксид-ион+C6H5Ch3Brбензилбромид→C6H5Ch3OCh4+Br-бензилметиловый эфир; OCH 3 – нуклеофил, C 6 H 5 CH 2 Br – электрофил.
  2. Циклопентен является нуклеофилом, а H 3 O + является электрофилом.

Резюме

Существуют общие закономерности протекания органических реакций. В реакции замещения один атом или группа атомов вещества заменяется другим атомом или группой атомов другого вещества.Объемные группы, препятствующие нападению, вызывают стерическую затрудненность реакции. В реакции элиминирования соседние атомы удаляются с последующим образованием кратной связи и небольшой молекулы. Реакция присоединения является обратной реакции отщепления. Радикальные реакции не очень избирательны и протекают в три стадии: инициация, распространение и терминация. Окислительно-восстановительные реакции в органической химии идентифицируются по изменению числа атомов кислорода в углеводородном скелете или числа связей между углеродом и кислородом или углеродом и азотом.

Ключ на вынос

  • Общие классы органических реакций — замещение, отщепление, присоединение, окислительно-восстановительные и радикальные — включают взаимодействие электрофилов с нуклеофилами.

Концептуальные проблемы

  1. Определите нуклеофил и электрофил в реакции нуклеофильного замещения 2-бромбутана с KCN.

  2. Определите нуклеофил и электрофил в реакции нуклеофильного замещения 1-хлорпентана метоксидом натрия.

  3. Как вы думаете, реакции элиминации будет способствовать сильное или слабое основание? Почему?

  4. Почему молекулы с π-связями ведут себя как нуклеофилы при смешивании с сильными электрофилами?

Ответить

  1. CN является нуклеофилом, а C 2 H 5 C δ+ HBrCH 3 является электрофилом.

Структура и реакционная способность

  1. Нарисуйте механизм реакции нуклеофильного замещения цианида калия йодэтаном.

  2. Нарисуйте механизм реакции нуклеофильного замещения NaSH с 1-бромпропаном.

  3. Нарисуйте механизм реакции элиминирования циклогексилхлорида этоксидом калия. Определите электрофил и нуклеофил в этой реакции.

  4. Что является продуктом реакции элиминирования 1-бром-2-метилпропана этоксидом натрия?

  5. Напишите структуру продукта электрофильного присоединения HBr к цис -3-гексену.

  6. Напишите структуру продукта электрофильного присоединения 1-метилциклопентена к HBr.Определите электрофил и нуклеофил, а затем напишите механизм этой реакции.

  7. Напишите синтетическую схему получения пропена из пропана. После синтеза пропилена, как бы вы сделали 2-бромпропан?

  8. Напишите синтетическую схему получения этилена из этана. После синтеза этилена, как бы вы сделали йодоэтан?

  9. Сколько монобромированных изомеров вы ожидаете получить в результате высокотемпературной реакции Br 2 с 3-метилпентаном? Какой изомер образуется из наиболее устойчивого радикала?

  10. Для фотохимической реакции Cl 2 с 2,4-диметилпентаном, сколько различных монохлорированных изомеров вы ожидаете получить? Какой изомер образуется из наиболее стабильного радикала-предшественника?

  11. Сколько различных радикалов может образоваться в результате фотохимической реакции Cl 2 с 3,3,4-триметилгексаном?

  12. Сколько монобромированных изомеров вы ожидаете в результате фотохимической реакции Br 2 с

    1. изобутен?
    2. 2,2,3-триметилпентан?
  13. Расположите ацетон, этан, диоксид углерода, ацетальдегид и этанол в порядке возрастания степени окисления углерода.

  14. Какой продукт(ы) вы ожидаете от восстановления кетона? окисление альдегида?

  15. Какой продукт(ы) вы ожидаете от снижения формальдегида? окисление этанола?

Ответы

  1. четыре; 3-бром-3-метилпентан

  2. метанол; ацетальдегид, затем уксусная кислота и, наконец, CO 2

типов механизмов реакций в органической химии — видео и стенограмма урока

Реакции Sn1

Реакции Sn1 представляют собой реакции замещения, в которых используется слабый нуклеофил или основание. Это означает, что эти реакции будут происходить при двух условиях: у вас есть слабый нуклеофил или основание, и в углеродной цепи есть хорошая уходящая группа или молекулярный фрагмент.

Реакции Sn1 состоят из трех стадий:

  1. Уходящая группа уходит (формы карбокатиона)
  2. Нуклеофил атакует карбокатион
  3. Нуклеофил депротонирован

В этом примере уходящей группой является йод.Как только он уходит, создается вторичный карбокатион. (Обратите внимание, что эта реакция не может произойти, если создается первичный карбокатион.) Затем вода может атаковать карбокатион, после чего вода депротонируется. В результате получается спирт, заменивший йод.

Реакции Sn2

Реакции Sn2 также являются реакциями замещения, но для них требуется сильный нуклеофил. Реакция Sn2 также будет происходить, если уходящая группа является первичной группой вместо реакции Sn1. Реакции Sn2 происходят в одну согласованную стадию: нуклеофил атакует альфа-углерод, в то время как он отталкивает уходящую группу.

В этом примере X обычно представляет собой любой галогенид или любую хорошую уходящую группу. Электроны нуклеофила атакуют альфа-углерод, который затем отщепляет уходящую группу. Поскольку это хороший нуклеофил, он уже имеет отрицательный заряд, и его не нужно депротонировать.

Здесь мы также получаем спирт, который заменил уходящую группу, но эта реакция делает возможным первичный спирт.Если используется сильный нуклеофил, эта реакция будет происходить с первичными, вторичными или третичными уходящими группами.

Реакции E1

Реакции E1 представляют собой реакции отщепления, в которых используется слабый нуклеофил или основание. Реакции отщепления отличаются от реакций замещения тем, что уходящая группа удаляется и ничто ее не заменяет. Это позволяет образовать двойную связь (или тройную связь, если двойная связь уже существует).

Реакции Е1 протекают в две стадии:

  1. Уходящая группа уходит, образуя карбокатион
  2. Бета-углерод депротонируется и образуется двойная связь

Альфа-углерод — это углерод, ближайший к функциональной группе, а бета-углерод — это второй атом углерода.Таким образом, углерод рядом с альфа-углеродом депротонируется. Обратите внимание, что все уходящие группы будут функциональными группами.

В этом примере мы видим, как уходящая группа, обозначенная буквой X, взлетает. Это создает карбокатион. Чтобы этот углерод получил полный октет, бета-углерод затем депротонируется основанием (можно также использовать нуклеофил, но в этом примере B относится к основанию). Затем электроны этой связи могут быть использованы для создания двойной связи, что дает всем атомам углерода октет.

Реакции Е2

Реакции Е2 также являются реакциями элиминации, для которых требуется сильное основание. Единственный способ депротонировать бета-углерод без предварительного образования карбокатиона — это использовать сильное основание, которое может сначала принять водород.

В этом примере мы видим, что основание (B) удаляет водород. Затем электроны могут двигаться в двойную связь, которая запускает уходящую группу (обозначается X).Все это происходит за один согласованный шаг.

Резюме урока

Четыре простые реакции, которые мы обсуждали в этом уроке, являются основой для большинства реакций, которые вы встретите в органической химии. Четыре основных типа реакций в органической химии включают замещение 1 (Sn1), замещение 2 (Sn2), отщепление 1 (E1) и отщепление 2 (E2).

Чтобы выяснить, какая реакция вам нужна, сначала определите, хотите ли вы, чтобы происходила реакция отщепления или реакция замещения.Затем вы можете увидеть, можете ли вы использовать сильный нуклеофил/основание или доступен только слабый. Таким образом, вы уже будете знать, какой общий механизм реакции будет иметь место в каждой реакции, что значительно упростит изучение отдельных реакций.

Органическая реакция – обзор

7.4 Органические реакции с использованием ультразвука

Органические реакции с использованием альтернативной энергии, такой как ультразвук, являются отличной альтернативой проведению различных органических реакций, которые можно классифицировать от простых до сложных, селективных или региоселективных.Эти типы реакций могут быть полезны для получения молекул, макромолекул, олигомеров и даже полимеров с высокой молекулярной массой [10–15]. Сообщается об обзоре различных исследований, в которых подчеркивается, что ультразвуковая помощь является отличной жизнеспособной, простой и экологически чистой альтернативой. Ультразвуковая процедура широко применяется для синтеза различных материалов из-за низкой стоимости, быстродействия и экологичности [16].

В 2013 году сообщалось, что ускоренному процессу окисления (АОП) способствует ультразвук. Этот процесс позволяет уменьшить содержание нефти в нефтесодержащем буровом растворе. Для проведения этого процесса в одну стадию эту обработку объединяли с реакцией Фентона (US/Fenton). Первоначально методики выполнялись раздельно. Рабочие условия для ультразвуковой методики: частота 20 кГц и различное время обработки: 1, 3, 5 и 8 мин. Для реакции Фентона был приготовлен водный раствор с использованием FeSO 4 7H 2 O. Было обнаружено, что обработка ультразвуком и реакция Фентона позволили добиться восстановления на 22.6% и 13,85%, соответственно, нефти, присутствующей в общем нефтесодержащем углеводородном шламе (TPH). Однако снижение TPH % на 43,1 наблюдалось для комбинированного ультразвукового процесса и реакции Фентона, что указывает на то, что отдельные АОП дополняют друг друга, был сделан вывод, что комбинированный процесс может действовать как более эффективный и простой метод лечения нефтешлама по сравнению с АОП [17].

Azizi et al. в 2013 году провели исследование раскрытия цикла синтетического дитиокарбамата in situ . Этот тип органического соединения имеет потенциальное медицинское, антимикробное и сельскохозяйственное применение. Его получают нуклеофильной реакцией раскрытия эпоксидного кольца дитиокарбаминовой кислотой. Это исследование подчеркивает важность ультразвуковой поддержки в синтезе 2-гидроксидитиокарбамата из амина, сероуглерода и эпоксида и показывает высокие выходы с коротким временем реакции, областью представления и стереоселективностью при работе с зелеными растворителями, безопасными для окружающей среды, где вода , эвтектические и полиэтиленовые растворители.Отмечая, что было возможно разработать гладкий и быстрый синтетический путь для получения этого типа органических соединений, выделяется простой процесс очистки, называемый простым методом, который включает фильтрацию, промывку водой с последующей перекристаллизацией с этанолом или диэтиловым эфиром. . Использование ультразвука предлагает многочисленные преимущества, такие как высокие выходы реакции и высокая селективность, подчеркивается применение этой экономичной и простой в использовании технологии [18]. В 2014 г. Лопес-Лопес и соавт. изучил синтез производных юглона с помощью ультразвука с такими приложениями, как антибактериальные агенты, и упомянул сравнительное исследование синтеза азотистых соединений, полученных из юглонов, с использованием микроволн и ультразвука.Далее этот синтез сравнивали с синтезом с использованием обычного нагревания, и они обнаружили, что и микроволновая печь, и ультразвук являются двумя альтернативными технологиями, безопасными для окружающей среды, с выходом в процентах от 58 до 93. Для соединений, полученных с помощью ультразвука, самый высокий процент составил 89. %. Синтезированы следующие производные юглона: производные 2-(анилин)-5-гидрокси-1,4-нафтохинона, производные 5-гидроксибензо[ f ]натур-4,9-диона и 10-гидроксибензо[ b ]карбазол-6,11-дион.В случае синтеза с помощью ультразвука метанол использовался в качестве растворителя при комнатной температуре, работая со временем реакции примерно 5 часов, также сообщалось об антибактериальном исследовании. Это антибактериальное исследование показало, что органические соединения с наибольшим антагонизмом были представлены хлором в своей структуре; более эффективен против Staphylococcus aureus [19].

В последние годы Lupacchini et al. сообщили о сочетании ультразвуковой технологии с зелеными растворителями или синтетических процессов без растворителей.Они подчеркнули, что в течение десятилетий ультразвуковая технология была альтернативным источником энергии в химии, и продемонстрировали, что процесс кавитации является основой этого типа энергии, создавая высокие температуры и давления, которые, в свою очередь, создают мягкие условия труда и помогают улучшить приемлемые скорости и производительность. , и в большинстве случаев производительность повышается по сравнению с обычными условиями работы. Выбор зеленого или нетрадиционного растворителя в различных химических процессах имеет важное значение.В отчете Lupacchini et al . изучали использование водных бинарных фаз, тройных и ионных жидкостей, за которыми следуют спирты, такие как выделяющиеся этиленгликоль, его олигомерные производные, глицерин и некоторые растворители на основе биомассы. Также эти авторы подчеркивают, что ультразвуковая технология может осуществляться в отсутствие растворителя, где выделяются процессы органических реакций, синтеза наносистем, полимеризации. В процессах, где используются металлические катализаторы, влияние ультразвука более заметно, поскольку было показано, что он активирует металл, способствуя высокой скорости химического процесса.Было показано, что в процессах радикальной полимеризации ультразвук имеет жизненно важное значение на стадии инициирования, когда образуются свободные радикалы, а реактивные промежуточные продукты ответственны за инициирование полимеризации. По этому типу полимеризации получают полимеры и сополимеры, такие как поли(винилхлорид), поли(виниловый спирт), поли(н-бутилакрилат), сополимеры стирола/акриловой кислоты, сополимеры н-бутилакрилата/стирола/акриламида, поли (н-бутилметакрилат), поли(анилин)с, поли(пиррол), поли(метилметакрилат), поли(N-изопропилакриламид), поли(винилпирролидон), поли(ε-капролактон) и поли(d- валеролактон), делая вывод о том, что помощь ультразвуковой технологии является жизнеспособной и экологически чистой альтернативой, которая улучшает повторно используемые материалы по сравнению с обычными способами [20].

В 2017 году было опубликовано, что ультразвук способствовал синтезу β-аминокетонов посредством реакции Манниха, которая катализировалась солями меди в виде наночастиц (NP) и магнетитом Fe 3 O 4 , действующим в качестве гетерогенного катализатора. Отмечается, что гетерогенный нанокатализатор Fe 3 O 4 магнетита имел размер частиц менее 40 нм, а синтез Fe 3 O 4 магнетита был оптимизирован, участвуя в стереоселективном синтезе с помощью УЗИ β-аминокарбонила.Было обнаружено, что Fe 3 O 4 магнетит является эффективным и экономичным катализатором в реакции Манниха, и сообщается о возможном механизме реакций однореакторного типа, который вызывает конденсацию трех компонентов: альдегидов, кетонов и аминов, и подчеркнул, что ультразвуковая технология важна для диспергирования компонентов реакции. Был сделан вывод, что комбинация нанокатализатора и ультразвуковой поддержки является жизнеспособной альтернативой для проведения реакции Манниха с выдающимися результатами, где подчеркиваются высокая производительность и высокая скорость реакции, с коротким временем реакции и низкими затратами, сочетая использование рециклированного катализатора. с очень простыми процедурами [21].Бхавани и др. В 2019 г. упомянули реакцию сочетания Мизороки-Хека с помощью ультразвука, катализируемую Pd / C, для получения 3-виниловых символов с применением в качестве цитотоксических агентов при использовании каталитической системы Pd / C-PPh 3 для образования углерода CC между 3-йод-1-метил-1H-индолами и различными концевыми алкенами. Они обнаружили приемлемые выходы, и этот тип органических соединений, полученных из индолов, показал цитотоксическую активность против клеточных линий рака молочной железы. Каталитическая система Pd/C-PPh 3 , показавшая высокую эффективность, способствовала образованию КЦ между 3-йод-1-метил-1Н-индолами, что подчеркивает помощь ультразвука в процессе синтеза различных концевых алкенов, содержащих сложноэфирные структуры.Полученные продукты были протестированы с тремя клеточными линиями, которые показали, что производные индола проявляют цитотоксическую активность в отношении клеток рака молочной железы [22].

Недавно Zhang et al. Упомянув о приготовлении октенилянтарного ангидрида (OSA) для модифицированного крахмала с помощью ультразвука, важно подчеркнуть, что крахмал является природным полисахаридом, широко используемым в различных областях, особенно в области пищевых продуктов. Однако у него есть недостатки, такие как собственные структурные дефекты, плохая растворимость и плохая термическая стабильность, поэтому важно модифицировать его и изучить различные альтернативные способы его модификации.Основная цель настоящего исследования заключалась в выявлении механизма воздействия ультразвука на высококачественный модифицированный крахмал с использованием модифицированного крахмала и ОСК. Было показано, что морфология крахмала и кристаллические области были разрушены после обработки ультразвуком, и был сделан вывод о том, что качество крахмала, модифицированного OSA, значительно улучшилось после обработки с помощью энергии, такой как ультразвук. Также удалось оптимизировать процесс при температуре 35 °С, мощности 500 Вт, в разное время: 5, 15, 30 и 60 мин. В этом исследовании удалось провести стадию агломерации крахмала благодаря модификации OSA, которая считается жизнеспособной и экологически чистой альтернативой модификации крахмала [23]. С другой стороны, Андраде и соавт. (2017) осуществили золь-гель синтез ZrO 2 с использованием различных методов, установив, что синтез возможен с использованием поверхностно-активного вещества Tween 20; кроме того, была получена пористая морфология. Эти авторы также сообщили, что использование ультразвукового синтеза было быстрее, с более высокой степенью кристалличности и с меньшим количеством побочных продуктов, что приводит к материалам с более высокой чистотой по сравнению с обычным методом [24].Ambati and Gogate (2018), сообщая о синтезе TiO 2 , легированного Fe (III), с использованием ультразвукового метода и обычного золь-гель метода, обнаружили, что ультразвуковой метод дает меньший размер частиц и сокращает время реакции до 60 м. по сравнению со временем реакции 4 часа в традиционном методе. Кроме того, с помощью Метода Брунауэра, Эммета и Теллера. (БЭТ) площадь поверхности может быть определена в обоих случаях. Было установлено, что при использовании ультразвукового синтеза удельная поверхность составляет 49.Было получено 14 м 2 , тогда как при обычной обработке площадь поверхности составила 23,13 м 2 , что свидетельствует об эффективности ультразвукового синтеза TiO 2 , легированного Fe (III), с хорошей каталитической активностью и гораздо лучшей морфологической структурой. характеристики по сравнению с синтезированными традиционными методами [25].

404 стр.

Страница не запрещена. Страница introuvable. Pagina niet gevonden. Seite nicht gefunden. Página não encontrada. 找不到網頁。 找不到网页。

Сожалеем, но страница, которую вы ожидали здесь найти, не существует или была перемещена.Подтвердите правильность ввода URL-адреса. Мы также предлагаем вам посетить нашу домашнюю страницу или воспользоваться функцией поиска в верхней части домашней страницы, чтобы найти нужную информацию. Если вы по-прежнему не можете найти нужную информацию, позвоните по телефону в офис OCLC .

Lo sentimos, pero la página que ha esperado encontrar aquí ya no existse o se ha trasladado. Asegúrese que haya entrado el URL correctamente. También sugerimos Que Visite Nuestra página inicial или use la función Buscar encima de la página inicial para encontrar lo Que necesita.Si no puede encontrar la información Que necesita, póngase en contacto con una oficina de OCLC .

Malheureusement, la page que vous vouliez consulter n’existe pas où a été déplacée. Veuillez vérifier que l’addresse URL est bien inscrite. Nous vous suggérons également de visiter notre page d’accueil et d’utiliser la boîte «Chercher» dans le haut de l’écran pour trouver les information requises. Si vous ne trouvez pas les informations que vous cherchez, veuillez contacter l’un des Bureaux d’OCLC .

Het spijt ons, maar de pagina die u hier verwacht, bestaat niet of is verplaatst. Проверить с.в.п. u de juiste URL hebt getypt. U kunt ook naar onze домашняя страница gaan en de zoekfunctie bovenaan gebruiken om te vinden wat u nodig hebt. Als u de gezochte informatie alsnog niet kunt vinden, neem dan контакт op met een OCLC kantoor .

Es tut uns leid, aber die von Ihnen angeforderte Seite existiert nicht oder ist umgezogen. Bitte überprüfen Sie, ob die URL richtig eingegeben wurde.Besuchen Sie unsere Homepage или nutzen Sie diesuchfunktion am oberen Rand der Homepage . Falls Sie die gewünschte Information nicht finden können, kontaktieren Sie bitte eine OCLC Niederlassung .

Desculpe, mas a página que você procura não existe mais ou foi removida. Por пользу, подтвердите себе endereço foi digitado corretamente. Também sugerimos que Visite Nossa página inicial para usar função de Busca no topo da página incial para encontrar o que precisa.Por favor, entre em contato com a OCLC caso não encontre a informação que precisa.

非常抱歉,您想在這裡找的網頁不在了或者已被移走。請確認鍵入的網址是對的。我們還建議您造訪我們的 主頁 或者使用主頁上方的「搜尋」功能來尋找您所要的内容。若找不到您想要的資訊, 請洽OCLC

非常抱歉,您想在这里找的网页不在了或者已被移到别处。请确认所键入的网址是对的。我们还建议您访问我们的 主页 或者使用主页上方的“搜索”功能来找您所要的内容。如果找不到您想要的信息, 请联系OCLC

Solvent Choice for Microwave Synthesis

The more efficient a solvent is in coupling with the microwave energy, the faster the temperature of the reaction mixture increases.

Растворители играют очень важную роль в органическом синтезе. Большинство реакций протекают в растворе, поэтому выбор растворителя может иметь решающее значение для исхода реакции. Одной из важнейших характеристик растворителя является его полярность. При микроволновом нагреве это становится более важным компонентом, поскольку микроволны напрямую взаимодействуют с молекулами, присутствующими в реакционной смеси. Чем более полярна реакционная смесь, тем больше ее способность взаимодействовать с микроволновой энергией. Как обсуждалось в предыдущей главе, это взаимодействие приводит к быстрому повышению температуры и увеличению скорости реакции. В этой главе будет обсуждаться теория полярности растворителя и то, как она относится к отдельным растворителям, их физическим константам и тому, как они ведут себя в микроволновом поле. Кроме того, в последнем разделе будет обсуждаться, как выбрать растворитель для органической реакции, усиленной микроволнами.

Как микроволны нагревают растворитель

Многие факторы характеризуют полярность растворителя.По сути, диэлектрическая проницаемость, дипольный момент, диэлектрические потери, дельта тангенса и время диэлектрической релаксации влияют на поглощающие характеристики отдельного растворителя. Диэлектрическая проницаемость (ε), также известная как относительная диэлектрическая проницаемость растворителя, измеряет его способность накапливать электрические заряды. Математически это отношение электрической емкости конденсатора, заполненного растворителем, к электрической емкости вакуумированного конденсатора (ε=Cзаполнено/Cоткачано). Это значение при измерении зависит как от температуры, так и от частоты.

Дипольный момент, который измеряется в единицах Дебая (D), также является математическим выражением. Это произведение расстояния между центрами заряда в молекуле растворителя на величину этого заряда. Одно уравнение, используемое для определения дипольного момента: T = pE (T = крутящий момент, p = дипольный момент и E = напряженность поля). Величина также может быть определена как: μ = Qr (μ = дипольный момент, Q = заряд и r = расстояние между зарядами). Молекулы с большими дипольными моментами также имеют большие диэлектрические постоянные.Это связано с тем, что поляризация зависит от вращения диполя — способности диполя молекулы выравниваться с быстро меняющимся электрическим полем.17

Способность вещества преобразовывать электромагнитную энергию в тепло при заданной частоте и температуре определяется следующим уравнением: tan δ = εʺ/ε. Тангенс дельта (δ), или тангенс угла потерь, представляет собой коэффициент рассеяния образца или то, насколько эффективно микроволновая энергия преобразуется в тепловую энергию. Он определяется как отношение диэлектрических потерь или комплексной диэлектрической проницаемости (εʺ) к диэлектрической проницаемости (ε).Диэлектрические потери — это количество входной микроволновой энергии, которая теряется в образце, рассеиваясь в виде тепла. Именно это значение εʺ лучше всего дает химику-органику информацию об эффективности связывания конкретного растворителя. Это будет обсуждаться более подробно в следующем разделе.

Тангенс угла потерь
Уравнение
tan δ = εʺ/ε

Три основных диэлектрических параметра, тангенс дельта, диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери связаны со способностью растворителя поглощать микроволновую энергию.Большое влияние на эти параметры оказывает время молекулярной релаксации. Время диэлектрической релаксации — это время, которое требуется молекуле, чтобы достичь 63% своего возврата в рандомизированный беспорядок из организованного состояния после удаления приложенного микроволнового поля. 1 Функциональные группы, температура, частота и объем будут влиять на время релаксации растворитель. Большинство коммерческих микроволновых систем настроены на частоту 2450 МГц. На этой частоте единственное, что может изменить три параметра, — это температура.При повышении температуры растворителя будет наблюдаться уменьшение времени его релаксации и диэлектрических параметров, а следовательно, и эффективности его связи. Есть несколько исключений, но в целом это тенденция. Графическое представление этого эффекта для значений дельты тангенса, диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь 17 распространенных растворителей показано на рисунках 10-12 соответственно.


Рис. 10. Тангенс дельты в зависимости от температуры


Рис. 11. Диэлектрическая проницаемость в зависимости от температуры


Рис. 12. Диэлектрические потери в зависимости от температуры

Органические растворители для микроволнового синтеза

При выборе растворителей для органической реакции, усиленной микроволнами, химик должен теперь понимать, что точки кипения становятся менее важным фактором при принятии такого решения.Энергия микроволн (300 Вт) позволяет достичь и обойти точку кипения большинства растворителей за считанные секунды. Использование реакционных сосудов под давлением обеспечивает более широкое использование растворителей с более низкой температурой кипения, которые обычно игнорируются в обычных высокотемпературных реакциях. В качестве альтернативы, одним из факторов, который становится более важным, является то, насколько эффективно молекулы в растворителе или смеси растворителей взаимодействуют с приложенным микроволновым полем.

Энергия микроволн достигает точки кипения большинства растворителей и превышает ее за считанные секунды.

Как мы установили в предыдущем разделе, все три основных диэлектрических параметра влияют на способность растворителя поглощать микроволновую энергию, но они делают это совершенно по-разному. Таблица 1 была разработана, чтобы показать эту разницу в тридцати распространенных растворителях. Имеется три основных столбца (диэлектрическая проницаемость, тангенс δ и диэлектрические потери соответственно), которые обозначены жирными линиями. Данные, измеренные при комнатной температуре и на частоте 2450 МГц, показаны в порядке убывания.17,18a Мы обнаружили, что значения и соответствующие им растворители, представленные в третьем столбце (диэлектрические потери), наиболее показательны в отношении того, как быстро растворитель достигает желаемой температуры. В целом, чем выше число, тем эффективнее растворитель преобразует микроволновую энергию в тепловую и, следовательно, тем быстрее будет повышаться температура.


Таблица 1: Диэлектрическая проницаемость (ε), тангенс δ и диэлектрические потери (εʺ) для 30 распространенных растворителей (измерено при комнатной температуре и частоте 2450 МГц)

Растворители в таблице 1 можно легко разделить на три разные группы: растворители с высокой, средней и низкой абсорбцией. Изучив значения диэлектрических потерь из третьего столбца таблицы, можно увидеть, где присутствуют значительные пробелы между числами (жирные линии). К растворителям с высокой поглощающей способностью относятся растворители с диэлектрическими потерями более 14,00. Поглотители со средним уровнем поглощения обычно имеют значения диэлектрических потерь от 1,00 до 13,99, а молекулы с низким уровнем поглощения имеют диэлектрические потери менее 1,00. Высокопоглотители, такие как спирты с небольшой цепью, диметилсульфоксид (ДМСО) и нитробензол, имеют большие диэлектрические потери, поэтому они очень быстро нагреваются в микроволновой камере.Обычные органические растворители, которые относятся к средним поглотителям, включают диметилформамид (ДМФА), ацетонитрил, бутанолы, кетоны и воду. Они тоже нагреваются очень эффективно, но им требуется больше времени для достижения желаемой температуры. Кроме того, хлороформ, дихлорметан, этилацетат и, как и ожидалось, простые эфиры и углеводороды являются растворителями с очень низким поглощением микроволн. Их можно нагреть до температур, значительно превышающих их точки кипения, но на это уходит гораздо больше времени.

Вода, например, имеет самую высокую диэлектрическую проницаемость (80.4) из тридцати растворителей, но значения его тангенса дельта и диэлектрических потерь не занимают первые места в соответствующих списках. Если бы мы рассматривали только диэлектрическую проницаемость, мы бы предположили, что вода является наиболее полярным растворителем в микроволновом поле. Это не тот случай. Его следует классифицировать как средний поглотитель, и именно здесь его классифицируют во втором и третьем столбцах (тангенс δ и диэлектрические потери). В другом примере ацетонитрил занимает довольно высокое место в столбце диэлектрической проницаемости со значением 37.5. Глядя на значения тангенса дельта, ацетонитрил резко падает почти до дна при 0,062. Итак, что за растворитель ацетонитрил? Еще раз обратимся к третьему столбцу, где ацетонитрил находится в середине со значением диэлектрических потерь 2,325. Ацетонитрил следует рассматривать как средний поглотитель.

В дополнение к эффективности связывания растворителя химик должен также знать давление, которое создается при определенных температурах в герметичной трубке для этого растворителя.Среда под давлением может быть очень выгодной для многих различных видов химии. По мере того, как температура растворителя становится выше точки кипения, давление в реакционном сосуде возрастает. В экспериментах только с растворителем давление, создаваемое при определенной температуре, не зависит от отношения объема растворителя к свободному пространству. (Газовое пространство — это объем напорной трубки емкостью 10 мл, который не занят растворителем при комнатной температуре). продолжительность реакции.


Схема 1

Вода становится более интересным растворителем при более высоких температурах и давлениях. В нормальных условиях вода поддерживает очень высокую диэлектрическую проницаемость и устойчивые водородные связи. По мере повышения температуры и давления воды она начинает действовать как органический растворитель. Она превращается из очень полярной жидкости в почти неполярную, а органические соединения становятся более растворимыми.В этих улучшенных условиях вода имеет повышенную кислотность, пониженную плотность и более низкую диэлектрическую проницаемость. С помощью микроволн сверхкритические уровни воды (Tc = 374 ° C, Pc = 218 атм = 3204 фунта на квадратный дюйм = 221 бар), при которых сосуществуют газообразная и жидкая вода, не совсем достигаются. Тем не менее повышенные температуры и давления могут быть выгодны для органического синтеза в водной среде.

Многие растворители разлагаются на опасные компоненты при длительном воздействии высоких температур.Прежде чем выбрать органический растворитель, химик должен знать о стабильности этого растворителя при высоких температурах. Эта информация представлена ​​в Разделе 10 (Стабильность и реакционная способность) Паспорта безопасности материала (MSDS) для данного конкретного растворителя. Например, некоторые из наиболее часто используемых растворителей могут разлагаться до опасных компонентов при высоких температурах. Дихлорметан, 1,2-дихлорэтан и хлороформ входят в число хлорсодержащих растворителей и разлагаются на соляную кислоту (HCl), монооксид углерода (CO) и диоксид углерода (CO2).Кроме того, как дихлорметан, так и хлороформ также дают высокотоксичный фосген (ClCOCl). Диметилформамид (DMF), диметилацетамид (DMA), ацетонитрил, триэтиламин, пиридин и N-метилпирролидинон (NMP) разлагаются на монооксид углерода (CO), диоксид углерода (CO2) и оксиды азота (NxOy). Следует отметить, что изменение цвета ДМФА может привести к выходу из строя сосуда и выделению токсичных паров. Кроме того, пиридин и ацетонитрил могут образовывать цианиды. Диметилсульфоксид (ДМСО) также разлагается на токсичные компоненты при высоких температурах.Он может давать диоксид серы (SO2), формальдегид (Ch3O), метилмеркаптан (MeSH), диметилсульфид (Me2S), диметилдисульфид (Me2S2) и бис(метилтио)метан (Ch3(SMe)2). При воздействии высоких температур гексаметилфосфорамид (HMPA) становится мутным желто-оранжевым. При термическом разложении HMPA образуются токсичные пары фосфинов и оксидов фосфора. Это всего лишь несколько вопросов безопасности, о которых химик-органик должен знать при проведении высокотемпературных реакций в сосудах под давлением.

Ионные жидкости

Ионные жидкости становятся многообещающими и полезными заменителями стандартных органических растворителей. Они не только безвредны для окружающей среды, но и обладают уникальными химическими и физическими свойствами.19 Как видно из их названия, ионные жидкости состоят только из ионов и могут также называться расплавленными солями. Обычно эти сплавленные соли содержат один положительно заряженный ион и один отрицательно заряженный ион. Они имеют широкий диапазон температур жидкости почти 300 ° C, от -96 ° C до 200 ° C (в отличие от воды, которая имеет диапазон только 100 ° C).Хотя они обычно состоят из плохо координирующих ионов, ионные жидкости очень полярны, нелетучи и легко растворяют как органические, так и неорганические соединения. Все эти характеристики весьма полезны для синтетических химиков-органиков.

Ионные жидкости представляют собой либо органические соли, либо смеси, состоящие как минимум из одного органического компонента. Их обычно получают метатезисом галогенидной соли желаемого катиона с металлом группы 1 или аммониевой солью желаемого аниона. На рисунке 39 показаны наиболее распространенные соли, которые представляют собой катионы алкиламмония, алкилфосфония, N-алкилпиридиния и N,N-диалкилимидазолия соответственно.Анион может быть органическим или неорганическим, и есть несколько вариантов на выбор: Ch4COO-, CF3COO-, F-, Cl-, Br-, I-, BF4-, PF6-, NO3-, AlCl4-, FeCl4 -, NiCl3-, ZnCl3- и SnCl5-. На рис. 40 показаны распространенные ионные жидкости, некоторые из которых даже имеются в продаже.


Рисунок 39: Общие катионы ионных жидкостей

Ионные жидкости, также известные как расплавленные соли, содержат один положительно заряженный ион и один отрицательно заряженный ион.


Рисунок 40: Обычные ионные жидкости


Схема 2


Рис. 41: Сравнение кривых температуры и давления для 1M раствора [emim][PF6] в гексане (2 мл) и 2 мл контрольного раствора в гексане

Традиционное приготовление ионных жидкостей требует много времени, так как может потребоваться до 7 дней кипячения с обратным холодильником; таким образом, микроволновое облучение является предпочтительным методом активации и ускорения синтеза ионной жидкости.20,21 Хадилкар и др. синтезировали как 1-бутил-3-метилимид-азолийхлорид [bmim][Cl], так и 1-бутилпиридинийхлорид [bpy][Cl] за 60 и 22 минуты соответственно при микроволновом нагреве (схема 2).21

Микроволновое облучение также использовалось для усиления органических реакций, в которых ионная жидкость используется в качестве растворителя. Как обсуждалось во введении, двумя основными механизмами передачи энергии от микроволн к нагреваемому веществу являются либо вращение диполя, либо ионная проводимость.Ионные жидкости очень хорошо поглощают микроволновое излучение и быстро передают энергию за счет ионной проводимости. На рисунках 41 и 42 представлены кривые температуры и давления для двух ионных жидкостей в 2 мл гексана (1M [emim][PF6] и 1M [emim][BF4] соответственно) по сравнению с 2 мл контрольного гексана. Каждый образец запускали со следующим запрограммированным методом: 100 Вт, время линейного изменения 5 мин, время выдержки 5 мин, 250 °C, 250 фунтов на кв. дюйм. Все опыты проводились в пробирках под давлением объемом 10 мл. Как видно из графиков, гексановый контроль не достиг максимальной установленной температуры, и ему потребовалось девять минут, чтобы даже достичь 120 °C.В обоих 1M растворах ионной жидкости температура была достигнута и превышена менее чем за 40 секунд. Дополнительные эксперименты с ионными жидкостями в растворителях недавно были опубликованы Ледбитером и др. 22

.

Следующее 1,3-диполярное циклоприсоединение является примером усиленной микроволнами органической реакции в ионной жидкости (схема 3).23 На схеме 4 показана вызванная микроволнами реакция конденсации Кнёвенагеля между производным малоната (EWG = электроноакцепторная группа) и привитая фаза ионной жидкости.24,25 После завершения реакции фазу ионной жидкости можно удалить, а затем регенерировать для будущего использования.


Схема 3


Схема 4

Выбор растворителя

Важным шагом перед проведением органической реакции, усиленной микроволновым излучением, является выбор растворителя. Как обсуждалось ранее в этой главе, эффективность связывания растворителя очень важна для исхода реакции.Чем эффективнее растворитель взаимодействует с микроволновой энергией, тем быстрее повышается температура реакционной смеси. В таблице 27 приведены некоторые распространенные органические растворители, которые классифицируются как вещества с высокой, средней или низкой степенью поглотительной способности. Это сокращенная версия Таблицы 1. Кроме того, среда под давлением может быть очень полезной при выполнении многих различных химических процессов. Энергия микроволн (300 Вт) позволяет достичь и обойти точку кипения (таблицы 2-26) большинства растворителей за считанные секунды.Использование реакционных сосудов под давлением обеспечивает более широкое использование растворителей с более низкой температурой кипения, которые обычно игнорируются в обычных высокотемпературных реакциях.


Таблица 27: Растворители с высокой, средней и низкой абсорбцией


Рис. 42: Сравнение кривых температуры и давления для 1M раствора [emim][BF4] в гексане (2 мл) и 2 мл контрольного раствора в гексане

Выбор растворителя может оказаться сложной задачей.Первый вопрос, который следует задать, заключается в том, нужна ли высокая температура, высокое давление или высокая энергия. При использовании обычного тепла химики обычно обращают внимание на температуру и соответственно выбирают растворитель. Сосуды под давлением и масляные бани используются с растворителями с более высокой температурой кипения, чтобы максимизировать повышение температуры. Достижение высоких температур с помощью микроволн здесь не является задачей; они могут сделать это практически без усилий. Если требуется высокая температура, то выбирайте растворитель, который будет достигать заданной температуры.Если все, что требуется для поддержания высокого давления, установите высокую максимальную температуру для растворителя с низкой температурой кипения. Давление будет быстро увеличиваться по мере того, как температура продолжает подниматься выше точки кипения. Это классические требования, которые легко может обеспечить микроволновая энергия.

Чем эффективнее растворитель взаимодействует с микроволновой энергией, тем быстрее повышается температура реакционной смеси.

Высокая энергия отличается.Вот почему микроволны дали чрезвычайно благоприятные результаты и причина, по которой микроволновая энергия так полезна для органического синтеза, в отличие от обычного нагрева, который намного медленнее. Передача энергии в реакции с помощью микроволн происходит невероятно быстро: энергия передается каждую наносекунду, в течение которой она применяется. При проведении микроволновой реакции пользователь может запрограммировать мощность, температуру, время и, в некоторых случаях, предел давления. Когда температура достигает входного значения, мощность снижают, чтобы реакционная смесь не превышала заданное значение.Затем она остается на более низком уровне, чтобы поддерживать заданную температуру на протяжении всей реакции. Именно мощность или энергия является наиболее важной переменной в реакции, усиленной микроволнами. Недавние эксперименты показали, что одновременное охлаждение реакционного сосуда во время реакции обеспечивает постоянный высокий уровень мощности для прямого молекулярного нагрева. Это резко повлияло на скорость реакции и почти удвоило процент выхода некоторых реакций с более низким выходом.18

Можно предположить, что неполярные растворители (т.е. гексан, бензол, толуол) обычно не используются в органических реакциях с использованием микроволнового излучения. В таблице 1 все эти растворители находятся в нижней части трех столбцов, обладая очень низкими значениями диэлектрической проницаемости, значениями тангенса δ и значениями диэлектрических потерь. Они не очень эффективно взаимодействуют с микроволновым излучением и, следовательно, не будут очень хорошо нагревать реакцию. И наоборот, неполярный растворитель может действовать как поглотитель тепла. Реакционные смеси, чувствительные к температуре, значительно выиграют от этой возможности.Когда в реакцию добавляют микроволны, неполярный растворитель, не взаимодействующий с излучением, помогает отводить тепло, выделяемое полярными реагентами. Реакция все еще получает энергию активации, но ее внутренняя температура остается низкой. Одновременное охлаждение микроволнового резонатора может улучшить условия реакции и обеспечить постоянный высокий уровень мощности.

Общие правила синтетической органической химии по-прежнему применяются к химическим реакциям с использованием микроволн.Независимо от того, проводится ли реакция нуклеофильного замещения, электрофильного замещения или отщепления, тип растворителя для каждого из них остается одним и тем же. Существуют протонные и апротонные растворители, и каждый из них может быть применим или неприменим для определенных видов химии. Протонные растворители обладают способностью сольватировать или взаимодействовать как с катионами, так и с анионами, тогда как апротонные могут только сольватировать катионы. Растворители каждого типа разбросаны по всей таблице 1. Химики должны использовать комбинацию ранее обсужденной информации из этой главы, чтобы определить свои условия реакции.

Успех реакций нуклеофильного замещения (SN2, SN1 и т. д.) в значительной степени зависит от воздействия растворителя. Стабильность или нестабильность переходного состояния в растворителе сильно влияет на исход реакции. Кроме того, для реакций SN2 важным фактором также является стабилизация или дестабилизация реагента-нуклеофила. Как показано на схеме 5, реакции SN2 можно разделить на четыре типа (I, II, III и IV), и для них обычно требуются апротонные соединения (гексан, бензол, Et2O, CHCl3, этилацетат, ацетон, HMPA, ДМФ, ДМСО, ацетонитрил).26 Протонные растворители в этих реакциях нежелательны, поскольку уровень энергии основного состояния атакующего нуклеофила снижается в результате сольватации. Другими словами, нуклеофил стабилизируется сольватацией и, следовательно, менее реакционноспособен по отношению к электрофилу. Также важна полярность апротонного растворителя. Единственный тип на схеме 5, который преуспевает в высокополярных растворителях, — это тип II, поскольку реагенты не заряжены. В реакциях типов I, III и IV присутствует по крайней мере один заряженный реагент, и реакции фактически препятствует очень полярный растворитель.


Схема 5

Протонные растворители сольватируют или взаимодействуют как с катионами, так и с анионами. Апротонные растворители взаимодействуют только с катионами.

Стабильность переходного состояния в реакциях SN1 чрезвычайно важна. Используемый растворитель сильно влияет на эту стабильность. Реакции SN1 обычно протекают быстрее в высокополярных протонных растворителях, чем в апротонных и неполярных растворителях, хотя есть и исключения.Энергетический уровень переходного состояния, которое приводит к промежуточному карбокатиону, снижается сольватацией. Представьте, что молекулы растворителя ориентируются вокруг катиона таким образом, что богатые электронами концы диполей растворителя обращены к положительному заряду. Это описано в постулате Хаммонда, который гласит, что любой фактор, стабилизирующий промежуточный карбокатион, должен увеличивать скорость реакции. 26 Спирты, вода и муравьиная кислота являются хорошими растворителями для SN1, но также известно, что ГМФА, ДМФА и ДМСО работают хорошо, так как они полярны.

Эффекты растворителя, необходимые для успешных реакций электрофильного замещения, немного отличаются от тех, которые только что обсуждались для нуклеофильных замещений. Механически SE2 аналогичен SN2, где новая связь образуется по мере разрыва старой. Одно отличие заключается в предпочтительности растворителя. Скорость реакции увеличивается с увеличением полярности растворителя. Механизм реакции SE1 аналогичен реакции SN1: при разрыве связи происходит медленная ионизация с последующим образованием новой связи.Как и реакция SN1, реакции SE1 протекают быстрее и успешнее в высокополярных растворителях.

Реакции отщепления (двойная связь образуется за счет одновременного (Е2) или последовательного (Е1) отщепления группы и отщепления протона) аналогичны нуклеофильным заменам: Е2 на SN2 и Е1 на SN1. Интересно, что во многих случаях реакция E2 будет конкурировать с SN2 в одной и той же реакционной смеси. Оба содержат нуклеофил, который с радостью отрывает протон или атакует электрофильный углерод.Как правило, увеличение полярности растворителя будет способствовать замещению, а не устранению. В качестве альтернативы элиминация будет более благоприятной, если растворитель не ионизирующий и в присутствии сильного основания. Для реакций E1 более полярный растворитель увеличит скорость механизма, особенно тот, который включает ионное промежуточное соединение, как это было в случае с другими двухстадийными механизмами реакции (SN1, SE1).

Таким образом, растворители играют чрезвычайно важную роль в органической химии, усиленной микроволнами.Используя значения диэлектрических потерь из Таблицы 1 в сочетании с общими правилами органической химии, ранее описанными в этой главе, химики теперь могут разработать конкретные условия, оптимизирующие их синтетические усилия.

Классификация органических реакций Введение в химию

Ключевые понятия

  • Органические соединения – это, как правило, соединения, содержащие углерод (C). (1)
  • Реакции, в которых участвуют органические соединения, можно классифицировать на основе того, что происходит с функциональной группой. (2)
  • Основными типами реакций, в которых принимают участие органические соединения, являются (3) :

    ⚛ Реакции замещения: один атом замещает другой

    ⚛ Реакции присоединения: молекула присоединяется по двойной связи

    ⚛ Реакции исключения

    (i) Реакции дегидратации: отщепление воды с образованием двойной связи

    (ii) Реакции конденсации: выделение воды при реакции двух молекул

    (iii) Реакции дегидрогалогенирования: отщепление галогеноводорода от молекулы с образованием двойной связи

    ⚛ Реакции окисления: добавление кислорода или удаление водорода с использованием окислителя

    ⚛ Реакции восстановления: добавление водорода или удаление кислорода с использованием H 2 или восстановителя

    ⚛ Реакции полимеризации:

    (i) Реакции аддитивной полимеризации: длинные цепи, образующиеся при «раскрытии» двойных связей

    (ii) Реакции конденсационной полимеризации: длинные цепи, образующиеся при взаимодействии функциональных групп

  • Важно уметь распознавать каждый тип реакции, потому что это поможет вам понять, как подойти к синтезу органического соединения.

Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
Нет рекламы = нет денег для нас = нет бесплатных вещей для вас!

Реакции замещения

Алканы не реагируют с кислотами, основаниями, окислителями и восстановителями, но при определенных условиях они будут реагировать с галогенами в реакциях замещения.

В реакции замещения одна группа молекулы заменяется другой.

Представьте, что у нас есть органическое соединение, содержащее группу, обозначенную как X :

.
  Н
|
  Н
|
 
Н- С С х
  |
Х
  |
Х
 

, которые мы реагируем с группой, помеченной Y :

      Н
|
  Н
|
 
Д + Н- С С х
      |
Х
  |
Х
 

Y заменяет X для получения нового соединения:

        Н
|
  Н
|
        Н
|
  Н
|
 
Д + Н- С С х Х + Н- С С Д
        |
Х
  |
Х
        |
Х
  |
Х
 

Это называется реакцией замещения, потому что новая группа Y была заменена или заменена исходной группой X .

Рассмотрим следующую химическую реакцию:

Бр- Бр +
  Н
|
  Н
|
 
Н- С С Н
  |
Х
  |
Х
 
H −Br +
  Н
|
  Н
|
 
Н- С С Бр
  |
Х
  |
Х
 

Это реакция замещения, поскольку атом Br заменил атом H в органической молекуле.

Алканы и галогеналканы (галогеналканы или алкилгалогениды) могут подвергаться реакциям замещения.
В таблице ниже приведены реакции замещения, с которыми вам следует ознакомиться:

Группа
Примеры реакций замещения
Описание Пример Причина классификации реакции замещения
алкан → галогеналкан H 3 C-C H 3 + BR 2 → H 3 C-CH 2 BR + H BR Атом Br заменил атом H в органической молекуле.
H 3 C-C H 3 + CL 2 → H 3 C-CH 2 CL + ч CL Атом Cl заменил атом H в органической молекуле.
галогеналкан → алканол H 3 C−CH 2 Br + Na OH → H 3 C−CH 2 OH + Na

Br
Функциональная группа OH заменила атом Br в органической молекуле.
галогеналкан → сложный эфир H 3 C-CH 2 CH + CH 3 COO Na + CH 3 -coo- CH 2 -CH 3 + NA Бр A CH 3 COO заменила атом Br в органической молекуле.
галогеналкан → галогенид алканамина H 3 C-CH 2 BR + NH 3 → H 3 C-CH 2 NH 3 NH 3 + 3 6 + + BR Функциональная группа NH 3 заменила атом Br в органической молекуле.
галогеналкан → алканнитрил H 3 C−CH 2 Br + K CN → H 3 C−CH 2 CN + K Br Br Функциональная группа CN заменила атом Br в органической молекуле.

Реакции присоединения

В реакции присоединения молекула «присоединяется» через двойную связь в органической молекуле.

Технический этанол (CH 3 CH 2 OH), например, получают из этилена (CH 2 =CH 2 ), продукта нефтяной промышленности, в реакции присоединения.

Представьте себе следующую ненасыщенную органическую молекулу (ненасыщенную, потому что она содержит двойную связь между двумя атомами углерода, C=C ):

Н       Х
  \   /  
    К=К    
  /   \  
Н       Х

Если мы прореагируем с реагентом X Y так, что мы разорвем двойную связь ( C = C ) и создадим две новые ковалентные связи ( C X и C Y ), то это реакция присоединения, как показано ниже:

Н       Х
  \   /  
    К=К    
  /   \  
Н       Х
+ X Y
  Х
|
  И
|
 
Н- С С
  |
Х
  |
Х
 

Обратите внимание, что исходный углеводород был изменен с ненасыщенного алкена на насыщенный алкан.

Рассмотрим следующую химическую реакцию ненасыщенной органической молекулы с Br 2 (обозначенной ниже как Br-Br):

Н       Х
  \   /  
    К=К    
  /   \  
Н       Х
+ Br Br
  Бр
|
  Бр
|
 
Н- С С
  |
Х
  |
Х
 

Это реакция присоединения, потому что Br 2 ( Br Br ) «присоединился» к двойной связи ( C=C ).
Двойная связь ( C=C ) стала одинарной связью ( C-C ).
Один из этих атомов углерода образовал новую ковалентную связь с одним атомом Br ( C -Br ), а другой атом углерода образовал новую ковалентную связь с другим атомом Br ( C -Br ).

В таблице ниже приведены реакции присоединения, с которыми вам следует ознакомиться:

Примеры реакций присоединения
Описание Пример Причина классификации как реакции присоединения
алкен → дигалогеналкан H 2 C = C H 2 H 2 + BR 2 BR H 2 C-C H 2 BR Br 2 добавил по двойной связи ( C=C )
алкен → галогеналкан h 2 C = C H 2 H 2 + H BR H 3 C-C H 2 BR H Br присоединился по двойной связи ( C=C )
алкен → алканол H 2 C = C H 2 H 2 + H OH H 3 C-C H 2 OH Вода, H 2 O, H OH , присоединяется по двойной связи ( C=C )

Реакции исключения

В реакции элиминации небольшая молекула удаляется из реагента (или реагентов) во время химической реакции.

Мы рассмотрим 3 различных типа реакции элиминации:

  • Реакции дегидратации: насыщенная молекула реагирует с дегидратирующим агентом с образованием ненасыщенной молекулы и воды.
  • Реакции конденсации: функциональная группа одного органического реагента реагирует с функциональной группой другой органической молекулы с образованием нового соединения и воды.
  • Реакции дегидрогалогенирования: галогеноводород удаляют из насыщенного галогеналкана с образованием одного или нескольких ненасыщенных органических продуктов.

Реакции дегидратации

Реакция дегидратации преобразует насыщенную органическую молекулу в ненасыщенную путем отщепления или удаления молекулы воды.

Рассмотрим реакцию, показанную ниже:

  Н
|
  ОХ
|
Н- С С
  |
Х
  |
Х
 
Н       Х
  \   /  
    С=С    
  /   \  
Н       Х
+

Это реакция дегидратации, тип реакции элиминации, поскольку небольшая молекула воды (H 2 O) удаляется из насыщенной органической молекулы ( C−C ) с образованием ненасыщенной молекулы, молекулы который содержит двойную связь ( C=C ).

Примеры реакций дегидратации
Описание Пример Причина классификации как реакция элиминации
Дегидратация алканолов C H 3 -CH 2 -CH 2 OH → H 2 C = C H 2 + H 2 O Отщепление атома H и функциональной группы OH от молекулы с образованием двойной связи ( C=C )

Реакции конденсации

В реакции конденсации функциональная группа одной органической молекулы реагирует с функциональной группой другой органической молекулы с образованием новой органической молекулы и воды (H 2 O).

Реакции конденсации важны в природе. Дисахариды, такие как сахароза (столовый сахар), образуются, когда моносахариды реагируют в реакциях конденсации.

Реакции конденсации также могут быть использованы для получения сложных эфиров, одной из групп соединений, придающих запах и вкус пищевым продуктам.

Рассмотрим приведенную ниже реакцию, в которой реагируют 2 молекулы с разными функциональными группами:

  Н
|
 
Н- С −O− H
  |
Х
 
+
  О
||
 
Н-О- С
  Н
|
  О
||
 
Н- С -О- С
  |
Х
     
+

Это реакция конденсации, тип реакции элиминации, потому что функциональная группа O H одной молекулы прореагировала с функциональной группой CO OH другой молекулы с образованием нового органического соединения и молекулы воды ( Н 2 О).

В таблице ниже приведены некоторые реакции конденсации, с которыми вам следует ознакомиться.

Примеры реакций конденсации
Описание Пример Причина классификации как реакция элиминации
алкановая кислота + алканол CH 3 -CO OH + H OCH 2 -CH 3 -CH 3 -COOCH 2 -COOCH 2 -CH 3 + H 2 O Атом H из функциональной группы OH одной молекулы и OH из функциональной группы COOH другой молекулы удаляются, когда две молекулы соединяются вместе и образуется молекула воды.
аминокислоты → дипептиды H 2 N-R-CO OH + H 2 N-R’-COOH → H 2 N-R-CO-NH-R’-COOH + H 2 O Атом H из функциональной группы NH 2 одной молекулы и OH из функциональной группы COOH другой молекулы удаляются, когда две молекулы соединяются вместе и образуется молекула воды.
моносахариды → дисахариды Атом Н из функциональной группы ОН одной молекулы и ОН из функциональной группы ОН другой молекулы удаляются, когда две молекулы соединяются вместе и образуется молекула воды.

Реакции дегидрогалогенирования

В реакции дегидрогалогенирования галогеноводород (HX) удаляется из насыщенного галогеналкана с образованием новых ненасыщенных органических продуктов.

Например, хлористый водород можно удалить из 2-хлорпропана для получения проп-1-ена:

  Н
|
  Кл
|
  Н
|
 
Н- С С С
  |
Х
  |
Х
  |
Х
 
Н         Х  
  \       |  
  С = С С
  /   |   |  
Н     Х   Х  
+ HCl
Примеры реакций дегидрогалогенирования
Описание Пример Причина классификации как реакция элиминации
галогеналкан → алкен CH 3 −CH Cl −CH 3 → CH 2 =CH-CH 3 + H Cl Атом H из метильной группы (CH 3 ) и функциональная группа Cl были удалены, исключены из молекулы в виде молекулы хлористого водорода, HCl.

Реакции окисления

Реакции окисления являются основной причиной того, что пища портится, вино превращается в уксус, а масло прогоркает.

Общее «эмпирическое правило» для органических реакций состоит в том, что реакция окисления произошла, если: (4)

  • атомов кислорода были добавлены к органическому реагенту с образованием продукта
  • или

    Из органического реагента было удалено
  • атомов водорода с образованием продукта
  • .

Обычно неорганический окислитель, такой как перманганат калия (KMnO 4 ) или дихромат калия (K 2 Cr 2 O 7 ), используется для окисления органической молекулы.
Наличие окислителя может быть обозначено буквой О в квадратных скобках [О] над стрелкой, указывающей направление реакции (→).

Рассмотрим следующую химическую реакцию:

  Н
|
  Н
|
  О
||
 
Н- С С С
  |
Х
  |
Х
     
[О]
  Н
|
  Н
|
  О
||
Н- С С С О Н
  |
Х
  |
Х
     

Это пример реакции окисления, поскольку окислитель [O] вызвал увеличение числа атомов O в органическом продукте по сравнению с молекулой органического реагента.
В молекуле реагента 1 атом О, а в молекуле продукта 2 атома О.

Рассмотрим следующую химическую реакцию:

  Н
|
  O H
|
Н
|
 
Н- С С С
  |
Х
  |
Н
  |
Х
 
[О]
  Н
|
  О
||
Н
|
 
Н- С С С
  |
Х
      |
Х
 

Эта реакция является реакцией окисления, поскольку окислитель [O] вызвал удаление 2 атомов H из молекулы реагента для образования молекулы продукта.
В молекуле реагента 8 атомов Н, а в молекуле продукта только 6 атомов Н.

В таблице ниже приведены некоторые реакции окисления, с которыми вам следует ознакомиться.

Примеры реакций окисления
Описание Пример Причина отнесения к реакции окисления
алкен → алкандиолы H 2 C=CH 2 → CH 2 O H−CH 2 O H 2 O атомов присоединились к молекуле реагента с образованием продукта.
1° алканол → алканаль H 3 C-C H 2 O H → H 3 C-CHO 2 H атомов были потеряны из молекулы реагента для образования молекулы продукта.
алканаль → алкановая кислота H 3 C-CHO → H 3 C-C O OH Атом O был присоединен к молекуле реагента с образованием молекулы продукта.
2° алканол → алканон H 3 C-C H O H -CH 3 → H 3 C-CO-CH 3 2 H атомов были потеряны из молекулы реагента для образования молекулы продукта.

Реакции восстановления

Общее «эмпирическое правило» для органических реакций состоит в том, что реакция восстановления произошла, если: (5)

  • атомов водорода были добавлены к органическому реагенту с образованием продукта
  • или

    Из органического реагента было удалено
  • атомов кислорода с образованием продукта
  • .

Обычно для восстановления органических молекул используется газообразный водород (H 2 ) или неорганический восстановитель.Мы можем использовать букву H, заключенную в квадратные скобки, [H] над стрелкой, указывающей направление реакции (→), чтобы обозначить использование восстановителя.
Когда используется газообразный водород (с катализатором), реакция обычно называется реакцией гидрирования.

В лаборатории реакции восстановления полезны, когда вы хотите синтезировать амин.

Рассмотрим следующую реакцию:

Н       Х
  \   /  
    С=С    
  /   \  
Н       Х
[Г]
  Н
|
  Н
|
 
Н- С С
  |
Х
  |
Х
 

Это реакция восстановления, поскольку восстановитель вызвал присоединение 2 атомов H к молекуле реагента.
В молекуле реагента 4 атома Н, в молекуле продукта 6 атомов Н.

Рассмотрим приведенную ниже химическую реакцию:

  Н
|
  О
||
 
Н- С С -ОН
  |
Х
     
[Г]
  Н
|
  Н
|
 
Н- С С -ОН
  |
Х
  |
Х
 

Это реакция восстановления, потому что O был удален и 2 атомов H были добавлены к молекуле реагента с образованием продукта.
В молекуле реагента 2 атома О и 4 атома Н, в молекуле продукта 1 атом О и 6 атомов Н.

В таблице ниже приведены некоторые реакции восстановления, с которыми вам следует ознакомиться.

Примеры реакций восстановления
Описание Пример Причина отнесения к реакции восстановления
алкен → алкан H 2 C=CH 2 → H 3 C−CH 3 2 атома H были добавлены к молекуле реагента для образования молекулы продукта.
алканаль → алкан-1-ол H 3 C-CHO → H 3 C-CH 2 OH 2 атома H были добавлены к молекуле реагента для образования молекулы продукта.
алкан-н-он → алкан-н-ол H 3 C-CO-CH 3 → H 3 C-CHOH-CH 3 2 атома H были добавлены к молекуле реагента для образования молекулы продукта.
алканнитрил → алканамин H 3 C−C≡N → H 3 C−CH 2 −NH 2 4 атома H были добавлены к молекуле реагента для образования молекулы продукта.

Реакции полимеризации

Реакции полимеризации важны, потому что полученные продукты (полимеры) используются для изготовления синтетических волокон, таких как нейлон и полиэстер, и пластиков, таких как полиэтилен (полиэтилен) и политетрафторэтилен (Teflon™).

В реакции полимеризации молекулы с небольшим числом атомов углерода (мономеры) вступают в реакцию с образованием длинных цепей атомов углерода (полимеры).

Существует 2 типа реакций полимеризации:

  • Реакции аддитивной полимеризации
  • Реакции конденсационной полимеризации

Реакции аддитивной полимеризации

Аддитивная полимеризация является важным промышленным процессом, поскольку она используется для производства полимеров, которые присутствуют в «пластиках».Эти полимеры включают полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), полипропилен, полистирол, политетрафторэтен (тефлон), полиакрилонитрил и поливинилацетат.

В реакции аддитивной полимеризации молекула реагента (мономер) является ненасыщенной (содержит двойную связь, C=C ).
Эта двойная связь «раскрывается», так что эта молекула может ковалентно соединиться с другой молекулой, которая сама может соединиться с другой молекулой, и так далее.Таким образом могут быть получены длинные цепочки ковалентно связанных атомов углерода. Эта длинная цепь атомов углерода называется полимером.

Рассмотрим следующую реакцию полимеризации с участием мономеров H 2 C=CH 2 .
— указывает на то, что цепочка продолжает работать в том же духе.

Н       Х
  \   /  
    К=К    
  /   \  
Н       Х
  Н
|
  Н
|
  Н
|
  Н
|
 
С С С С
  |
Х
  |
Х
  |
Х
  |
Х
 

Это полимеризация, потому что маленькие молекулы соединяются вместе, образуя чрезвычайно длинные цепочки атомов углерода.
Это аддитивная полимеризация, потому что двойная связь в молекуле реагента, C=C , «раскрылась», позволяя другим небольшим молекулам «добавляться» к растущей цепи.

В таблице ниже приведены некоторые реакции аддитивной полимеризации, с которыми вам следует ознакомиться.

Примеры реакций аддитивной полимеризации
Описание Пример Основания для классификации в качестве реакции полимеризации присоединения
алкен → полиалкен nCH 2 =CH 2 -[ CH 2 −CH 2 ] n Двойная связь C=C в каждой молекуле CH 2 =CH 2 открылась, чтобы позволить им соединиться вместе, образуя длинную цепь.
галогеналкен → полигалогеналкен nCH 2 =CHCl → -[ CH 2 -CHCl ] n Двойная связь C=C в каждой молекуле CH 2 =CHCl разомкнулась, позволив им соединиться вместе, образуя длинную цепь.
тетрагалогеналкен → политетрагалогеналкен nCF 2 =CF 2 -[ CF 2 −CF 2 ] n Двойная связь C=C в каждой молекуле CF 2 =CF 2 открылась, чтобы позволить им соединиться вместе, образуя длинную цепь.

Реакции конденсационной полимеризации

Реакции конденсационной полимеризации важны в природе. Белки представляют собой полимеры, образующиеся при взаимодействии мономеров аминокислот в реакциях конденсационной полимеризации. Полисахариды, такие как крахмал и целлюлоза, образуются, когда мономеры моносахаридов реагируют в реакциях конденсационной полимеризации.

В реакции конденсационной полимеризации каждая небольшая молекула мономера имеет 2 функциональные группы, назовем их X и Y :

.
  Н
|
  Н
|
 
Х- С С −Y
  |
Х
  |
Х
 

Представим, что каждая функциональная группа X может реагировать с функциональной группой Y так, что молекула X Y отщепляется, и две органические молекулы объединяются:

  Н
|
  Н
|
 
Х- С С −Y
  |
Х
  |
Х
 
+
  Н
|
  Н
|
 
Х- С С −Y
  |
Х
  |
Х
 
  Н
|
  Н
|
  Н
|
  Н
|
 
Х- С С С С −Y
  |
Х
  |
Х
  |
Х
  |
Х
 
+ Х Д

Но функциональная группа X в этой новой цепи может реагировать с функциональной группой Y мономера или другой новой цепи.
И функциональная группа Y в этой цепи может реагировать с функциональной группой X мономера или другой цепи.
Таким образом, легко понять, как можно производить очень длинные полимеры.
Если удаляемая малая молекула представляет собой молекулу воды, то есть если X Y представляет собой H 2 O, то это будет называться реакцией конденсационной полимеризации.

Н 2 О
Примеры реакций конденсационной полимеризации
Описание Пример Основания для классификации в качестве реакции конденсационной полимеризации
дикарбоновая кислота + диол → полиэфир HOOC-R-COOH + CH 2 OH-R’-CH 2 OH → [ -O-CO-R-CO-O-CH 2 -R’-CH 2 O ] n + (n-1)H 2 O Функциональная группа СООН одной молекулы реагирует с функциональной группой ОН другой молекулы с образованием нового продукта и молекулы воды. Затем новая органическая молекула может реагировать с любой из функциональных групп другого мономера или с новой цепью, так что цепь продолжает расти (полимеризоваться).
дикарбоновая кислота + диамин → полиамид HOOC-R-COOH + NH 2 -R’-NH 2 [ CO-R-CO-NH-R’-NH ] n + (n-1)H 2 О Функциональная группа COOH одной молекулы реагирует с функциональной группой NH 2 другой молекулы с образованием нового органического продукта и молекулы воды.Функциональные группы этого нового продукта могут реагировать с функциональными группами либо мономера, либо молекулы нового продукта с образованием все более и более длинных цепей атомов углерода.
моносахариды → полисахариды
+ x В 2 О
Атом Н из функциональной группы ОН одной молекулы и ОН из функциональной группы ОН другой молекулы удаляются, когда две молекулы соединяются вместе и образуется молекула воды.
аминокислоты → белки H 2 NR-CO OH + H 2 NR’-COOH → [ HN-R-CO-NH-R’-CO ] n +
Атом H из функциональной группы NH 2 одной молекулы и OH из функциональной группы COOH другой молекулы удаляются, когда две молекулы соединяются вместе и образуется молекула воды.Дальнейшие реакции между этими двумя функциональными группами на разных молекулах приводят к образованию все более и более длинных цепей.

(1) Это общее определение органических соединений. Есть много соединений, содержащих углерод, которые обычно классифицируются как неорганические, а не органические, например, диоксид углерода (CO 2 ) и монооксид углерода (CO), а также ион карбоната и карбонатные соединения (CO 3 2). — ), даже цианистый водород (HCN) и соли цианидов (CN ).

(2) Эти реакции можно дополнительно разделить на подклассы на основе природы атакующего агента, то есть, является ли он электрофильным или нуклеофильным, но, поскольку это обычно не рассматривается в школьной химии в Австралии, мы будем игнорировать это.

(3) Другим типом органической реакции является перегруппировка, но она редко рассматривается в старшей школе, поэтому мы ее проигнорируем.

(4) Лучшее описание реакции окисления состоит в том, что использование окислителя вызывает увеличение электровалентности углерода в органической молекуле.

(5) Лучшее описание реакции восстановления состоит в том, что использование либо восстановителя, либо каталитического гидрирования вызывает уменьшение электровалентности углерода в органической молекуле.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

2015-2019 © Игровая комната «Волшебный лес», Челябинск
тел.:+7 351 724-05-51, +7 351 777-22-55 игровая комната челябинск, праздник детям челябинск