Механізми органічних реакцій - студопедія
Існують чотири основні типи реакцій, в яких беруть участь органічні сполуки: заміщення (витіснення), приєднання, елімінування (відщеплення), перегрупування.
3.1 Реакції заміщення
У реакціях першого типу заміщення зазвичай відбувається у атома вуглецю, але заміщений атом може бути атомом водню або будь-яким іншим атомом або групою атомів. При електрофільного заміщення найчастіше заміщується атом водню; прикладом служить класичне ароматичне заміщення:
При нуклеофільному заміщення частіше заміщається НЕ атом водню, а інші атоми, наприклад:
NC - + R-Br → NC-R + BR -
3.2 Реакції приєднання
Реакції приєднання також можуть бути електрофільними, нуклеофільними або радикальними в залежності від типу частинок, що ініціюють процес. Приєднання до звичайних подвійним вуглець-вуглецевим зв'язків індукується, як правило, електрофілом або радикалом. Наприклад, приєднання HBr
може починатися з атаки подвійного зв'язку протоном Н + або радикалом Br ·.
3.3 Реакції елімінування
Реакції елімінування по суті протилежні реакцій приєднання; найбільш звичайний тип такої реакції - відщеплення атома водню і іншого атома або групи від сусідніх атомів вуглецю з утворенням алкенів:
3.4 Реакції перегрупування
Перегрупування також можуть протікати через проміжні сполуки, що представляють собою катіони, аніони або радикали; найчастіше ці реакції йдуть з утворенням карбокатіонів або інших електронодефіцітних частинок. Перегрупування можуть включати істотну перебудову вуглецевого скелета. За стадією власне перегрупування в таких реакціях часто слідують стадії заміщення, приєднання або відщеплення, що призводять до утворення стабільного кінцевого продукту.
Детальний опис хімічної реакції за стадіями називається механізмом. З електронної точки зору під механізмом хімічної реакції розуміють спосіб розриву ковалентних зв'язків в молекулах і послідовність станів, через які проходять реагують речовини до перетворення в продукти реакцій.
4.1 Вільно-радикальні реакції
Вільно-радикальні реакції - це хімічні процеси, в яких беруть участь молекули, що мають неспарені електрони. Певні аспекти реакцій вільних радикалів є унікальними в порівнянні з іншими типами реакцій. Основна відмінність полягає в тому, що багато вільно-радикальні реакції є ланцюговими. Це означає існування механізму, завдяки якому безліч молекул перетворюється в продукт за допомогою повторюваного процесу, ініційованого створенням однієї реакционноспособной частки. Типовий приклад ілюструється за допомогою наступного гіпотетичного механізму:
Стадію, на якій генерується реакційний интермедиат, в даному випадку А ·, називається ініціюванням. Ця стадія протікає при високій температурі, під дією УФ або пероксидів, в неполярних розчинниках. У наступних чотирьох рівняннях даного прикладу повторюється послідовність двох реакцій; вони представляють фазу розвитку ланцюга. Ланцюгова реакція характеризуються довжиною ланцюга, яка відповідає числу стадій розвитку, що припадають на одну стадію ініціювання. Друга стадія протікає одночасним синтезом сполуки і освіти нового радикала, який продовжує ланцюг перетворень. Останньою стадією є стадією обриву ланцюга, яка включає будь-яку реакцію, в якій руйнується один з реакційних інтермедіатів, необхідних для розвитку ланцюга. Чим більше стадій обриву ланцюга, тим меншою стає довжина ланцюга.
Вільно-радикальні реакції протікають: 1) на світлі, при високій температурі або в присутності радикалів, які утворюються при розкладанні інших речовин; 2) гальмуються речовинами, легко реагують з вільними радикалами; 3) протікають в неполярних розчинниках або в паровій фазі; 4) часто мають автокаталитический і індукційний період перед початком реакції; 5) в кінетичному відношенні є ланцюговими.
Реакції радикального заміщення характерні для алканів, а радикального приєднання - для алкенів і алкінів.
CH3 -C≡CH + HCl → CH3 -CH = CHCl
З'єднання вільних радикалів між собою і обрив ланцюга відбувається в основному на стінках реактора.
4.2 Іонні реакції
Реакції, в яких відбувається гетеролітичною розрив зв'язків і утворюються проміжні частки іонного типу, називаються іонними реакціями.
Іонні реакції протікають: 1) в присутності каталізаторів (кислот або підстав і не схильні до впливу світла або вільних радикалів, зокрема, що виникають при розкладанні пероксидів); 2) не підпадають під вплив акцепторів вільних радикалів; 3) на хід реакції впливає природа розчинника; 4) рідко протікають в паровій фазі; 5) кінетично є, в основному, реакціями першого або другого порядку.
За характером реагенту, що діє на молекулу, іонні реакції діляться на електрофільні і нуклеофільниє. Реакції нуклеофільного заміщення характерні для алкіл- і арілгалогенідов,
електрофільного заміщення - для алканів у присутності каталізаторів