Органична химия видове химични реакции. Видове органични реакции

Когато протичат химични реакции, някои връзки се разкъсват, а други се образуват. Химичните реакции условно се разделят на органични и неорганични. За органични реакции се считат реакции, при които поне един от реагентите е органично съединение, което променя своята молекулна структура по време на реакцията. Разликата между органичните реакции и неорганичните е, че по правило в тях участват молекули. Скоростта на такива реакции е ниска и добивът на продукта обикновено е само 50-80%. За да се увеличи скоростта на реакцията, се използват катализатори и температурата или налягането се повишават. След това ще разгледаме видовете химични реакции в органичната химия.

Класификация по естеството на химичните трансформации

Реакции на заместване
Реакции на присъединяване
Реакция на изомеризация и пренареждане
Окислителни реакции
Реакции на разлагане

Реакции на заместване

По време на реакциите на заместване един атом или група от атоми в първоначалната молекула се заменя с други атоми или групи от атоми, образувайки нова молекула. По правило такива реакции са характерни за наситени и ароматни въглеводороди, например:

Реакции на присъединяване

Когато протичат реакции на присъединяване, една молекула от ново съединение се образува от две или повече молекули вещества. Такива реакции са характерни за ненаситените съединения. Има реакции на хидрогениране (редукция), халогениране, хидрохалогениране, хидратация, полимеризация и др.:

Хидрогениране– добавяне на водородна молекула:

Реакция на елиминиране

В резултат на реакциите на елиминиране органичните молекули губят атоми или групи от атоми и се образува ново вещество, съдържащо една или повече множествени връзки. Елиминационните реакции включват реакции дехидрогениране, дехидратация, дехидрохалогениранеи така нататък.:

Реакции на изомеризация и пренареждане

По време на такива реакции възниква вътрешномолекулно пренареждане, т.е. преходът на атоми или групи от атоми от една част на молекулата в друга, без да се променя молекулната формула на веществото, участващо в реакцията, например:

Окислителни реакции

В резултат на излагане на окислителен реагент степента на окисление на въглерода в органичен атом, молекула или йон се увеличава поради загубата на електрони, което води до образуването на ново съединение:

Реакции на кондензация и поликондензация

Състои се във взаимодействието на няколко (две или повече) органични съединения с образуването на нови C-C връзки и съединение с ниско молекулно тегло:

Поликондензацията е образуването на полимерна молекула от мономери, съдържащи функционални групи с освобождаване на съединение с ниско молекулно тегло. За разлика от реакциите на полимеризация, които водят до образуването на полимер със състав, подобен на мономера, в резултат на реакциите на поликондензация съставът на получения полимер се различава от неговия мономер:

Реакции на разлагане

Това е процес на разграждане на сложно органично съединение на по-малко сложни или прости вещества:

C 18 H 38 → C 9 H 18 + C 9 H 20

Класификация на химичните реакции по механизми

Реакциите, включващи разкъсване на ковалентни връзки в органичните съединения, са възможни по два механизма (т.е. път, водещ до разкъсване на стара връзка и образуване на нова) – хетеролитичен (йонен) и хомолитичен (радикал).

Хетеролитичен (йонен) механизъм

При реакции, протичащи по хетеролитичния механизъм, се образуват междинни частици от йонен тип със зареден въглероден атом. Частиците с положителен заряд се наричат карбокатиони, а отрицателните - карбаниони. В този случай не се случва разрушаването на общата електронна двойка, а преходът й към един от атомите с образуването на йон:

Силно полярните, например H–O, C–O, и лесно поляризуемите, например C–Br, C–I връзки проявяват тенденция към хетеролитично разцепване.

Реакциите, протичащи по хетеролитичния механизъм, се разделят на нуклеофилни и електрофилен реакции.Реагент, който има електронна двойка за образуване на връзка, се нарича нуклеофилен или електронодонорен. Например HO-, RO-, Cl-, RCOO-, CN-, R-, NH2, H2O, NH3, C2H5OH, алкени, арени.

Реагент, който има незапълнена електронна обвивка и е способен да прикрепи двойка електрони в процеса на образуване на нова връзка. Следните катиони се наричат електрофилни реагенти: H +, R 3 C +, AlCl 3, ZnCl 2, SO 3. , BF 3, R-Cl, R 2 C=O

Реакции на нуклеофилно заместване

Характеристика на алкил и арил халиди:

Реакции на нуклеофилно присъединяване

Реакции на електрофилно заместване

Електрофилни присъединителни реакции

Хомолитичен (радикален механизъм)

При реакции, протичащи по хомолитичния (радикален) механизъм, на първия етап ковалентната връзка се разрушава с образуването на радикали. След това полученият свободен радикал действа като атакуващ реагент. Разцепването на връзката по радикален механизъм е типично за неполярни или нискополярни ковалентни връзки (C–C, N–N, C–H).

Разграничете реакциите на радикално заместване и радикално добавяне

Реакции на радикално изместване

Характеристика на алканите

Реакции на радикално присъединяване

Характеристика на алкени и алкини

Така разгледахме основните видове химични реакции в органичната химия

Категории , Резюме: „Видове химични реакции в органичната химия“

Реакциите на органичните вещества могат формално да бъдат разделени на четири основни типа: заместване, добавяне, елиминиране (елиминиране) и пренареждане (изомеризация). Очевидно е, че цялото разнообразие от реакции на органични съединения не може да бъде сведено до рамката на предложената класификация (например реакции на горене). Такава класификация обаче ще помогне да се установят аналогии с класификациите на реакциите, протичащи между неорганични вещества, които вече са ви познати от курса на неорганичната химия.

Обикновено основното органично съединение, участващо в реакцията, се нарича субстрат, а другият компонент на реакцията обикновено се счита за реагент.

Реакции на заместване

Реакциите, които водят до заместване на един атом или група от атоми в оригиналната молекула (субстрат) с други атоми или групи от атоми, се наричат реакции на заместване.

Реакциите на заместване включват наситени и ароматни съединения, като например алкани, циклоалкани или арени.

Нека дадем примери за такива реакции.

Под въздействието на светлината водородните атоми в молекулата на метан могат да бъдат заменени с халогенни атоми, например хлорни атоми:

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

Друг пример за заместване на водород с халоген е превръщането на бензен в бромобензен:

При тази форма на писане реагентите, катализаторът и условията на реакцията се изписват над стрелката, а неорганичните продукти на реакцията се изписват под нея.

Реакции на присъединяване

Реакциите, при които две или повече молекули на реагиращи вещества се комбинират в една, се наричат реакции на присъединяване.

Ненаситените съединения, като алкени или алкини, претърпяват реакции на присъединяване. В зависимост от това коя молекула действа като реагент, се разграничават реакции на хидрогениране (или редукция), халогениране, хидрохалогениране, хидратиране и други реакции на присъединяване. Всеки от тях изисква определени условия.

1 . Хидрогениране - реакция на добавяне на водородна молекула чрез множествена връзка:

CH3-CH = CH2 + H2 → CH3-CH2-CH3

пропен пропан

2 . Хидрохалогениране - реакция на добавяне на халогеноводород (например хидрохлориране):

CH2=CH2 + HCl → CH3-CH2-Cl

етен хлороетан

3 . Халогениране - реакция на добавяне на халоген (например хлориране):

CH2=CH2 + Cl2 → CH2Cl-CH2Cl

етен 1,2-дихлороетан

4 . Полимеризация - специален тип реакция на присъединяване, при която молекули на вещество с малко молекулно тегло се свързват помежду си, за да образуват молекули на вещество с много високо молекулно тегло - макромолекули.

Реакции на полимеризация - това са процеси на комбиниране на много молекули на нискомолекулно вещество (мономер) в големи молекули (макромолекули) на полимер.

Пример за реакция на полимеризация е производството на полиетилен от етилен (етен) под действието на ултравиолетово лъчение и инициатор на радикална полимеризация R.

Видове химични реакции в органичната химия

Елиминационни реакции

Реакциите, които водят до образуването на молекули на няколко нови вещества от молекула на първоначалното съединение, се наричат реакции на елиминиране или елиминиране.

Примери за такива реакции включват производството на етилен от различни органични вещества.

Видове химични реакции в органичната химия

Особено важно сред реакциите на елиминиране е реакцията на термично разделяне на въглеводороди, на която се основава крекингът на алкани - най-важният технологичен процес:

В повечето случаи разцепването на малка молекула от молекула на основното вещество води до образуването на допълнителна n-връзка между атомите. Реакциите на елиминиране протичат при определени условия и с определени реагенти. Дадените уравнения отразяват само крайния резултат от тези трансформации.

Реакции на изомеризация

Реакциите, в резултат на които молекулите на едно вещество се образуват от молекули на други вещества със същия качествен и количествен състав, т.е. със същата молекулна формула, се наричат реакции на изомеризация.

Пример за такава реакция е изомеризацията на въглеродния скелет на линейни алкани в разклонени, което се случва върху алуминиев хлорид при висока температура:

Видове химични реакции в органичната химия

1 . Какъв тип реакция е това:

а) получаване на хлорометан от метан;

б) получаване на бромобензен от бензен;

c) производство на хлороетан от етилен;

г) производство на етилен от етанол;

д) превръщане на бутан в изобутан;

f) дехидрогениране на етан;

ж) превръщане на бромоетан в етанол?

2 . Какви реакции са характерни за: а) алкани; б) алкени? Дайте примери за реакции.

3 . Какви са характеристиките на реакциите на изомеризация? Какво общо имат те с реакциите, произвеждащи алотропни модификации на един химичен елемент? Дай примери.

4. В кои реакции (добавяне, заместване, елиминиране, изомеризация) е молекулното тегло на изходното съединение:

а) нараства;

б) намалява;

в) не се променя;

г) увеличава ли се или намалява в зависимост от реактива?

Органичните съединения могат да реагират както помежду си, така и с неорганични вещества - неметали, метали, киселини, основи, соли, вода и др. Следователно техните реакции се оказват много разнообразни както по естеството на реагиращите вещества, така и по вида на трансформации, които се случват. Има много регистриранреакции, наречени на учените, които са ги открили.

Молекулата на органичното съединение, участваща в реакцията, се нарича субстрат.

Частица от неорганично вещество (молекула, йон) в органична реакция се нарича реагент.

Например:

Химическата трансформация може да включва цялата молекула на органично съединение. От тези реакции най-известната е горенето, което води до превръщането на вещество в смес от оксиди. Те са от голямо значение в енергетиката, както и при унищожаването на отпадъци и токсични вещества. От гледна точка както на химическата наука, така и на практиката, особено интересни са реакциите, водещи до превръщането на едни органични вещества в други. Молекулата винаги има едно или повече реактивни места, където се извършва една или друга трансформация.

Атомът или групата от атоми в молекула, където директно се извършва химическа трансформация, се нарича реакционен център.

В многоелементните вещества реакционните центрове са функционални групи и въглеродните атоми, към които те са свързани. В ненаситените въглеводороди реакционният център са въглеродни атоми, свързани с кратна връзка. В наситените въглеводороди реакционният център е предимно от вторични и третични въглеродни атоми.

Молекулите на органичните съединения често имат няколко реакционни центъра, проявяващи различни активности. Следователно, като правило, протичат няколко паралелни реакции, даващи различни продукти. Реакцията, която протича с най-бърза скорост, се нарича основенДруги реакции - странични ефекти.Получената смес съдържа най-голямо количество от продукта на основната реакция, а продуктите от страничните реакции са примеси. След реакцията почти винаги е необходимо основният продукт да се пречисти от примеси на органични вещества. Имайте предвид, че в неорганичната химия веществата обикновено трябва да бъдат пречистени от примеси на съединения на други химични елементи.

Вече беше отбелязано, че органичните реакции се характеризират с относително ниски скорости. Поради това е необходимо широко използване на различни средства за ускоряване на реакциите - нагряване, облъчване, катализа. Катализаторите са от изключително значение в органичната химия. Тяхната роля не се ограничава до огромни спестявания на време при извършване на химически процеси. Чрез избора на катализатори, които ускоряват определени видове реакции, може целенасочено да се проведе една или друга от паралелните реакции и да се получат желаните продукти. По време на съществуването на индустрията за органични съединения, откриването на нови катализатори коренно промени технологията. Например, етанолът се произвежда дълго време само чрез ферментация на нишесте и след това се преминава към неговото производство

добавяне на вода към етилен. За целта беше необходимо да се намери добре работещ катализатор.

Реакциите в органичната химия се класифицират според естеството на трансформацията на субстрата:

а) реакции на присъединяване (символ а)- малка молекула (вода, халоген и др.) е прикрепена към органична молекула;

б) реакции на заместване (символ С) - в една органична молекула един атом (група от атоми) е смесен с друг атом или група от атоми;

в) реакции на отделяне или елиминиране (символ Д)- органична молекула губи някои фрагменти, които по правило образуват неорганични вещества;

г) крекинг - разцепване на молекула на две или повече части, също представляващи органични съединения;

д) разлагане - превръщането на органично съединение в прости вещества и неорганични съединения;

е) изомеризация - превръщане на една молекула в друг изомер;

ж) полимеризация - образуването на високомолекулно съединение от едно или повече нискомолекулни съединения;

з) поликондензация - образуването на високомолекулно съединение с едновременно освобождаване на вещество, състоящо се от малки молекули (вода, алкохол).

В процесите на трансформация на органични съединения се разглеждат два вида разкъсване на химичните връзки.

Разцепване на хомолитична връзка.От електронната двойка на химическа връзка всеки атом запазва един електрон. Получените частици с несдвоени електрони се наричат свободни радикали.По състав такава частица може да бъде молекула или отделен атом. Реакцията се нарича радикал (символ R):

Разцепване на хетеролитична връзка.В този случай един атом запазва електронна двойка и се превръща в основа. Частицата, съдържаща този атом, се нарича нуклеофил.Другият атом, лишен от електронна двойка, има свободна орбитала и се превръща в киселина. Частицата, съдържаща този атом, се нарича електрофил:

Този тип l-връзка е особено лесен за прекъсване, докато се поддържа

Например, определена частица А, привличайки n-електронна двойка, сама образува връзка с въглероден атом:

Същото взаимодействие е изобразено на следната диаграма:

Ако въглероден атом в молекула на органично съединение приеме електронна двойка, която след това прехвърля към реагент, тогава реакцията се нарича електрофилна, а реагентът се нарича електрофил.

Видове електрофилни реакции - присъединяване А Еи замяна S E .

Следващият етап от реакцията е образуването на връзка между атома С + (има свободна орбитала) и друг атом, който има електронна двойка.

Ако въглероден атом в молекула на органично съединение загуби електронна двойка и след това я приеме от реагент, тогава реакцията се нарича нуклеофилна, а реагентът се нарича нуклеофил.

Видове нуклеофилни реакции - присъединяване на Ad и заместване S N .

Хетеролитното разкъсване и образуването на химични връзки всъщност представляват един координиран процес: постепенното разкъсване на съществуваща връзка е придружено от образуването на нова връзка. При координиран процес енергията на активиране е по-ниска.

ВЪПРОСИ И УПРАЖНЕНИЯ

1. При изгаряне на 0,105 g органична материя се образуват 0,154 g въглероден диоксид, 0,126 g вода и 43,29 ml азот (21 ° C, 742 mm Hg). Предложете една от възможните структурни формули на веществото.

2. В молекулата C 3 H 7 X общият брой електрони е 60. Идентифицирайте елемента X и напишете формулите за възможни изомери.

3. Има 10 мола електрони на 19,8 g съединение C 2 H 4 X 2. Идентифицирайте елемента X и напишете формули за възможни изомери.

4. Газов обем 20 л при 22 "Cи 101,7 kPa съдържа 2,5 10 i атома и има плътност 1,41 g/l. Направете изводи за природата на този газ.

5. Посочете радикал, който има два изомера: -C 2 H 5, -C 3 H 7, -CH 3.

6. Посочете веществото, което има най-висока точка на кипене: CH 3 OH, C 3 H 7 OH, C 5 H 11 OH.

7. Напишете структурните формули на C 3 H 4 изомерите.

8. Напишете формулата на 2,3,4-триметил-4-етилхептен. Дайте структурните формули на два изомера на това вещество, съдържащи един и два кватернерни въглеродни атома.

9. Напишете формулата на 3,3-диметилпентан. Дайте формулата на цикличен въглеводород без множествени връзки с еднакъв брой въглеродни атоми. Изомери ли са?

10. Напишете формулата на четириелементно органично съединение със структура C10, в която атомите на допълнителни елементи са разположени на 2-ри и 7-ми въглероден атом, а името съдържа корена „хепта“.

11. Назовете въглеводород, който има въглеродна структура

12. Напишете структурната формула на съединението C 2 H X F X Cl X с различни заместители на всеки въглероден атом.

Въглеводороди

Въглеводородите са сред най-важните вещества, които определят начина на живот на съвременната цивилизация. Те служат като източник на енергия (енергоносители) за сухопътен, въздушен и воден транспорт, за отопление на жилища. Освен това е суровина за производството на стотици продукти на битовата химия, опаковъчни материали и др. Първоначалният източник на всичко това са нефтът и природният газ. Благосъстоянието на държавите зависи от наличието на техните резерви. Международните кризи възникнаха заради петрола.

Сред най-известните въглеводороди са метанът и пропанът, използвани в битовите печки. Метанът се транспортира по тръби, а пропанът се транспортира и съхранява в червени бутилки. Друг въглеводород, тиня-бутан, газообразен при нормални условия, може да се види в течно състояние в прозрачни запалки. Продуктите от рафинирането на нефт - бензин, керосин, дизелово гориво - са смеси от въглеводороди с различен състав. Смеси от по-тежки въглеводороди са полутечен вазелин и твърд парафин. Въглеводородите включват и добре известно вещество, използвано за защита на вълната и козината от молци - нафталин. Основните видове въглеводороди от гледна точка на състава и структурата на молекулите са наситени въглеводороди - алкани,циклични наситени въглеводороди - циклоалкани,ненаситени въглеводороди, т.е. съдържащи множество връзки - алкениИ

алкини,цикличен конюгатароматни въглеводороди - арени.Някои хомоложни серии въглеводороди са характеризирани в табл. 15.1.

Таблица 15.1. Хомоложни серии от въглеводороди

Алкани

Глава 14 вече предоставя данни за структурата, състава, изомерията, имената и някои свойства на алканите. Припомнете си, че в молекулите на алкани въглеродните атоми образуват тетраедрично ориентирани връзки с водородни атоми и съседни въглеродни атоми. В първото съединение от тази серия, метан, въглеродът е свързан само с водород. В молекулите на наситените въглеводороди има непрекъснато вътрешно въртене на крайните СН 3 групи и отделни участъци от веригата, в резултат на което възникват различни конформации (стр. 429). Алканите се характеризират с изомерия на въглеродния скелет. Съединенията с неразклонени молекули се наричат

нормални, n-алкани и с разклонени - ISOалкани. Данните за имената и някои физични свойства на алканите са дадени в табл. 15.2.

Първите четири члена от серията алкани - метан, етан, пропан и бутан - се използват в големи количества като отделни вещества. Други отделни алкани се използват в научните изследвания. Смеси от алкани, обикновено съдържащи въглеводороди и други хомоложни серии, са от голямо практическо значение. Бензинът е една от тези смеси. Характеризира се температурен диапазон на кипене 30-205°С. Други видове въглеводородни горива също се характеризират с диапазони на кипене, тъй като тъй като леките въглеводороди се изпаряват от тях, точката на кипене се повишава. Всички алкани са практически неразтворими във вода.

Таблица 15.2. Наименования и точки на кипене и топене на нормалните алкани

задача 15.1. Групирайте алкани въз основа на тяхното състояние на агрегиране при 20 °C и нормално атмосферно налягане (съгласно таблица 15.2).

задача 15.2. Пентанът има три изомера със следните точки на кипене (°C):

Обяснете намаляването на точките на кипене в серията от тези изомери.

Касова бележка.Петролът е почти неограничен източник на всякакви алкани, но изолирането на отделни вещества от него е доста трудна задача. Конвенционалните петролни продукти са фракции, получени по време на ректификация (фракционна дестилация) на нефт и състоящи се от голям брой въглеводороди.

Смес от алкани се получава чрез хидрогениране на въглища при температура -450 0 С и налягане 300 атм. По този метод може да се произвежда бензин, но той все още е по-скъп от бензина от петрол. Метанът се образува в смес от въглероден оксид (II) и водород върху никелов катализатор:

В една и съща смес върху катализатори, съдържащи кобалт, се получава както смес от въглеводороди, така и отделни въглеводороди. Това могат да бъдат не само алкани, но и циклоалкани.

Има лабораторни методи за получаване на отделни алкани. Карбидите на някои метали произвеждат метан при хидролиза:

Халоалканите реагират с алкален метал, за да образуват въглеводороди с два пъти повече въглеродни атоми. Това е реакцията на Wurtz. Преминава през хемолитично разцепване на връзката между въглерод и халоген с образуването на свободни радикали:

задача 15.3. Напишете общото уравнение за тази реакция.

Пример 15.1. Към сместа от 2-бромопропан и 1-бромопропан се добавя калий. Напишете уравнения за възможни реакции.

РЕШЕНИЕ. Радикалите, образувани по време на реакциите на бромоалкани с калий, могат да се комбинират помежду си в различни комбинации, което води до три въглеводорода в сместа. Обобщени уравнения на реакцията:

При нагряване с алкали натриевите соли на органичните киселини губят карбоксилната група (декарбоксилат), за да образуват алкан:

По време на електролизата на същите тези соли настъпва декарбоксилиране и останалите радикали се комбинират в една молекула:

Алканите се образуват по време на хидрогениране на ненаситени въглеводороди и редукцията на съединения, съдържащи функционални групи:

Химични свойства.Наситените въглеводороди са най-малко активните органични вещества. Оригиналното им име парафиниотразява слаб афинитет (реактивност) към други вещества. Те реагират, като правило, не с обикновени молекули, а само със свободни радикали. Следователно реакциите на алканите протичат при условия на образуване на свободни радикали: при висока температура или облъчване. Алканите изгарят при смесване с кислород или въздух и играят жизненоважна роля като гориво.

задача 15.4. Топлината на изгаряне на октана се определя с особена точност:

Колко топлина ще се отдели при изгарянето на 1 литър смес, състояща се поравно от n-октан и тиня-октан (р = = 0,6972 Алканите реагират с халогени по радикален механизъм (S R).Реакцията започва с разпадането на халогенна молекула на два атома или, както често се казва, на два свободни радикала:

Радикал премахва водороден атом от алкан, като метан:

Новият молекулярен радикал метил H 3 C- реагира с хлорна молекула, образувайки заместващ продукт и в същото време нов хлорен радикал:

След това същите етапи на тази верижна реакция се повтарят. Всеки радикал може да генерира верига от трансформации от стотици хиляди връзки. Възможни са и сблъсъци между радикали, водещи до прекъсване на веригата:

Общото уравнение на верижната реакция е:

задача 15.5. Тъй като обемът на съда, в който протича верижната реакция, намалява, броят на трансформациите на радикал (дължината на веригата) намалява. Дайте обяснение за това.

Реакционният продукт хлорометан принадлежи към класа на халогенираните въглеводороди. В сместа, когато се образува хлорометан, започва реакция на заместване на втория водороден атом с хлор, след това третия и т.н. На третия етап се образува добре познатото вещество хлороформ CHClg, използвано в медицината за анестезия. Продуктът от пълното заместване на водорода с хлор в метан - въглероден тетрахлорид CC1 4 - се класифицира както като органични, така и като неорганични вещества. Но ако стриктно се придържате към определението, това е неорганично съединение. На практика тетрахлоридът се получава не от метан, а от въглероден дисулфид.

Когато хомолозите на метана се хлорират, вторичните и третичните въглеродни атоми стават по-реактивни. От пропан се получава смес от 1-хлоропропан и 2-хлорпропан, с по-голямо съотношение на последния. Заместването на втория водороден атом с халоген се извършва предимно при същия въглероден атом:

Алканите реагират при нагряване с разредена азотна киселина и азотен (IV) оксид, за да образуват нитроалкани. Нитриранесъщо следва радикален механизъм и следователно не изисква концентрирана азотна киселина:

Алканите претърпяват различни трансформации при нагряване в присъствието на специални катализатори. Нормалните алкани се изомеризират в зо-алкани:

Нарича се промишлена изомеризация на алкани за подобряване на качеството на моторното гориво реформиране.Катализаторът е метална платина, нанесена върху алуминиев оксид. Крекингът е важен и за рафинирането на нефт, т.е. разделянето на молекулата на алкан на две части - алкан и алкен. Разделянето се извършва предимно в средата на молекулата:

Алумосиликатите служат като крекинг катализатори.

Алкани с шест или повече въглеродни атома във веригата циклизирамвърху оксидни катализатори (Cr 2 0 3 / /A1 2 0 3), образувайки циклоалкани с шестчленен пръстен и арени:

Тази реакция се нарича дехидроциклизация.

Тя придобива все по-голямо практическо значение функционализацияалкани, т.е. превръщането им в съединения, съдържащи функционални групи (обикновено кислород). Бутанът се окислява от киселина

кислород с участието на специален катализатор, образуващ оцетна киселина:

Циклоалканите C n H 2n с пет или повече въглеродни атома в пръстена са много сходни по химични свойства с нецикличните алкани. Те се характеризират със заместващи реакции СР.Циклопропан C 3 H 6 и циклобутан C 4 H 8 имат по-малко стабилни молекули, тъй като ъглите между C-C-C връзките в тях се различават значително от нормалния тетраедричен ъгъл от 109,5 °, характерен за sp 3 въглерод. Това води до намаляване на енергията на свързване. Когато са изложени на халогени, пръстените се счупват и се съединяват в краищата на веригата:

Когато водородът реагира с циклобутан, се образува нормален бутан:

ЗАДАЧА 15.6. Възможно ли е да се получи циклопентан от 1,5-дибромопентан? Ако смятате, че е възможно, тогава изберете подходящия реагент и напишете уравнението на реакцията.

Алкени

Въглеводородите, съдържащи по-малко водород от алканите поради наличието на множество връзки в техните молекули, се наричат неограничен,и ненаситени.Най-простата хомоложна серия от ненаситени въглеводороди са алкените C n H 2n, имащи една двойна връзка:

Другите две валентности на въглеродните атоми се използват за добавяне на водород и наситени въглеводородни радикали.

Първият член на серията алкени е етен (етилен) C 2 H 4. Следва пропен (пропилен) C 3 H 6, бутен (бутилен) C 4 H 8, пентен C 5 H 10 и др. Някои радикали с двойна връзка имат специални имена: винил CH 2 = CH-, алил CH 2 =CH-CH2-.

Въглеродните атоми, свързани с двойна връзка, са в състояние на sp 2 хибридизация. Формират се хибридни орбитали σ връзкамежду тях, а нехибридната p-орбитала е π връзка(фиг. 15.1). Общата енергия на двойната връзка е 606 kJ/mol, като a-връзката представлява около 347 kJ/mol, а π връзка- 259 kJ/mol. Повишената сила на двойната връзка се проявява чрез намаляване на разстоянието между въглеродните атоми до 133 pm в сравнение със 154 pm за C-C единична връзка.

Въпреки формалната сила, именно двойната връзка в алкените се оказва основният реакционен център. Електронна двойка π -връзките образуват доста дифузен облак, относително отдалечен от атомните ядра, в резултат на което е подвижен и чувствителен към влиянието на други атоми (стр. 442). π -Облакът се движи към един от двата въглеродни атома, което

Ориз. 15.1. Образуване на кратна връзка между въглеродните атоми sp 2

принадлежи, под влиянието на заместителите в молекулата на алкена или под влиянието на атакуваща молекула. Това води до висока реактивност на алкените в сравнение с алканите. Смес от газообразни алкани не реагира с бромна вода, но в присъствието на алкенови примеси тя се обезцветява. Тази проба се използва за откриване на алкени.

Алкените имат допълнителни видове изомерия, които липсват в алканите: изомерия на позицията на двойната връзка и пространствена цис-транс изомерия.Последният тип изомерия се дължи на специална симетрия π - връзки. Предотвратява вътрешното въртене в молекулата и стабилизира разположението на четири заместителя на C=C атомите в една и съща равнина. Ако има две двойки различни заместители, тогава при диагонално подреждане на заместителите на всяка двойка се получава транс изомер, а при съседно подреждане се получава цис изомер. Етенът и пропенът нямат изомери, но бутенът има и двата вида изомери:

задача 15.7. Всички алкени имат еднакъв елементен състав както по маса (85,71% въглерод и 14,29% водород), така и по отношение на броя на атомите n(C):n(H) = 1:2. Можем ли да приемем, че всеки алкен е изомер по отношение на други алкени?

задача 15.8. Възможни ли са пространствени изомери в присъствието на три или четири различни заместителя на sp 2 въглеродни атоми?

задача 15.9. Начертайте структурните формули на пентеновите изомери.

Касова бележка.Вече знаем, че алканите могат да се превръщат в ненаситени съединения. Това се случи

възниква в резултат на отстраняване на водорода (дехидрогениране) и крекинг. Дехидрогенирането на бутан произвежда предимно бутен-2:

задача 15.10. Напишете реакцията на крекинг на malka-

Дехидрогенирането и крекингът изискват доста високи температури. При нормални условия или леко нагряване алкените се образуват от халогенни производни. Хлоро- и бромоалканите реагират с алкали в алкохолен разтвор, като елиминират халогена и водорода от два съседни въглеродни атома:

Това е реакция на елиминиране (стр. 441). Ако два съседни въглеродни атома имат различен брой водородни атоми, свързани с тях, тогава елиминирането следва правилото на Зайцев.

В реакцията на елиминиране водородът се елиминира за предпочитане от по-малко хидрогенирания въглероден атом.

Пример 15.2. Напишете реакцията на елиминиране на 2-хлоробутан.

решение. Според правилото на Зайцев водородът се отделя от 3 C атома:

Когато металите цинк и магнезий действат върху дихалоалкани със съседни халогенни позиции, се образуват и алкени:

Химични свойства.Алкените могат или да се разлагат при високи температури до прости вещества, или да полимеризират, превръщайки се във високомолекулни вещества. Етиленът полимеризира при много високо налягане (-1500 atm) с добавяне на малко количество кислород като инициатор, който произвежда свободни радикали. От течен етилен при тези условия се получава бяла гъвкава маса, прозрачна в тънък слой - полиетилен.Това е материал, който е добре познат на всички. Полимерът се състои от много дълги молекули

Молекулно тегло 20 LLC-40 LLC. По структура е наситен въглеводород, но в краищата на молекулите може да има кислородни атоми. При високо молекулно тегло делът на крайните групи е много малък и е трудно да се определи тяхната природа.

задача 15.11. Колко молекули етилен са включени в една молекула полиетилен с молекулно тегло 28000?

Полимеризацията на етилена се извършва и при ниско налягане в присъствието на специални катализатори Ziegler-Natta. Това са смеси от TiCl и органоалуминиеви съединения AlR x Cl 3-x, където R е алкил. Полиетиленът, получен чрез каталитична полимеризация, има по-добри механични свойства, но старее по-бързо, т.е. разрушава се под въздействието на светлина и други фактори. Производството на полиетилен започва около 1955 г. Този материал оказва значително влияние върху ежедневието, тъй като от него започват да се правят опаковъчни торби. От другите алкенови полимери най-важен е полипропиленът. Той произвежда по-твърд и по-малко прозрачен филм от полиетилена. Полимеризацията на пропилей се извършва с

Циглер-Ната талайзер. Полученият полимер има правилното изотактиченструктура

При полимеризация под високо налягане се оказва Атлантическия океанполипропилен с произволно подреждане на СН3 радикали. Това е вещество с напълно различни свойства: течност с температура на втвърдяване от -35 °C.

Окислителни реакции.Алкените при нормални условия се окисляват при двойната връзка при контакт с разтвори на калиев перманганат и други окислители. В леко алкална среда се образуват гликоли,т.е. двуатомнаалкохоли:

В кисела среда при нагряване алкените се окисляват с пълно разцепване на молекулата при двойната връзка:

задача 15.12. Напишете уравнението за тази реакция.

задача 15.13. Напишете уравненията на реакцията за окисление на бутен-1 и бутен-2 с калиев перманганат в кисела среда.

Етиленът се окислява от кислород върху Ag/Al 2 O 3 катализатор, за да се образува циклично кислородсъдържащо вещество, наречено етиленов оксид:

Това е много важен продукт на химическата промишленост, произвеждан годишно в размер на милиони тонове. Използва се за производство на полимери и детергенти.

Електрофилни присъединителни реакции.Молекулите на халогените, халогеноводородите, водата и много други са прикрепени към алкените чрез двойна връзка. Нека разгледаме механизма на добавяне, използвайки бром като пример. Когато молекула Br 2 атакува един от въглеродните атоми на ненаситения център, електронна двойка π -връзката се измества към последния и по-нататък към брома. По този начин бромът действа като електрофилен реагент:

Образува се връзка между брома и въглерода и в същото време връзката между бромните атоми се прекъсва:

Въглероден атом, който е загубил електронна двойка, остава с празна орбитала. Към него се добавя бромен йон чрез донорно-акцепторен механизъм:

Добавянето на водородни халиди става през етапа на протонна атака върху ненаситения въглерод. След това, както при реакцията с бром, се добавя халогенен йон:

Ако се добави вода, има малко протони (водата е слаб електролит) и реакцията протича в присъствието на киселина като катализатор. Добавянето към етиленовите хомолози следва правилото на Марковников.

В реакциите на електрофилно присъединяване на халогеноводороди и вода към ненаситени въглеводороди, водородът за предпочитане образува връзка с най-хидрогенирания въглероден атом.

Пример 15.3.Напишете реакцията на присъединяване на бромоводород към пропен.

Същността на правилото на Марковников е, че въглеводородните радикали са по-малко електроотрицателни (повече електронодарни) заместители от водородния атом. Следователно, мобилни π електронипреминаване към sp 2 -въглерод, който не е свързан с радикал или е свързан с по-малък брой радикали:

Естествено, водородът H+ атакува въглероден атом с отрицателен заряд. Той е по-хидрогениран.

Във функционалните производни на алкените заместването може да противоречи на правилото на Марковников, но когато се разглежда изместването на електронната плътност в конкретни молекули, винаги се оказва, че водородът се добавя към въглеродния атом, върху който има повишена електронна плътност. Нека разгледаме разпределението на зарядите в 3-флуоропропен-1. Електроотрицателният флуорен атом действа като акцептор на електронна плътност. Във верига от о-връзки електронните двойки са изместени към флуорния атом и са подвижни π електрониизместване от най-външния към средния въглероден атом:

В резултат на това присъединяването противоречи на правилото на Марковников:

Тук действа един от основните механизми на взаимно влияние на атомите в молекулите - индуктивен ефект:

Индуктивният ефект (±/) е изместването на електронни двойки във верига от о-връзки под въздействието на атом (група от атоми) с повишена (-/) или намалена (+/) електроотрицателност спрямо водорода:

Халогенният атом има различен ефект, ако се намира при въглеродния атом sp2.Тук добавянето следва правилото на Марковников. В този случай се прилага мезомеренЕфект. Несподелената електронна двойка на хлорния атом се измества към въглеродния атом, като че ли увеличава множествеността на Cl-C връзката. В резултат на това електроните на n-връзката се изместват към следващия въглероден атом, създавайки излишък от. електронна плътност върху него. По време на реакцията към него се добавя протон:

След това, както може да се види от диаграмата, хлорният йон отива към въглеродния атом, към който хлорът вече е бил свързан. Мезомерният ефект възниква само ако несподелената двойка електрони съчетанос π връзка, т.е. те са разделени само от една единична връзка. Когато халогенът се отстрани от двойната връзка (както в 3-флуоропропен-1), мезомерният ефект изчезва. Индуктивният ефект действа във всички халогенни производни, но в случая на 2-хлоропропен мезомерният ефект е по-силен от индуктивния ефект.

Мезомерни (±M) ефектът се нарича изместване аз-електрони във веригата от sp 2 -въглеродни атоми с възможното участие на несподелена електронна двойка от функционална група.

Мезомерният ефект може да бъде положителен (+M) или отрицателен (-M). Халогенните атоми имат положителен мезомерен ефект и в същото време отрицателен индуктивен ефект. Функционалните групи с двойни връзки при кислородните атоми имат отрицателен мезомерен ефект (виж по-долу).

задача 15.14. Напишете структурната формула на реакционния продукт на присъединяването на хлороводород към 1-хлоробутен-1.

Оксосинтеза.Реакцията на алкени с въглероден оксид (II) и водород е от промишлено значение. Извършва се при повишени температури под налягане над 100 atm. Катализаторът е метален кобалт, който образува междинни съединения с CO. Реакционният продукт е оксо съединение - алдехид, съдържащ един въглероден атом повече от оригиналния алкен:

Алкадиени

Въглеводородите с две двойни връзки се наричат алкадиени,а също и по-накратко диени.Общата формула на диените е C n H 2n-2. Има три основни хомоложни серии диенови въглеводороди:

задача 15.15. Посочете в какви хибридни състояния се намират въглеродните атоми в дадените по-горе диенови въглеводороди.

Конюгираните диенови въглеводороди са от най-голямо практическо значение, тъй като служат като суровина за производството на различни видове каучук. Неконюгираните диени имат обичайните свойства на алкените. Конюгираните диени имат четири последователни sp 2 въглеродни атома. Те са в една равнина и техните нехибридни p-орбитали са ориентирани успоредно (фиг. 15.2). Следователно се получава припокриване между всички съседни p-орбитали и π облигациине само между 1 - 2 и 3 - 4, но и между 2-3 въглеродни атома. В същото време електроните трябва да образуват два двуелектронни облака. Има припокриване (резонанс) на различни състояния на n-електрони с междинна множественост на свързване между единично и двойно:

Тези връзки се наричат спрегнати.Връзката между 2-3 въглеродни атома се оказва скъсена в сравнение с обикновената единична връзка, което потвърждава нейната повишена множественост. При ниски температури спрегнатите диени се държат предимно като съединения с две двойни връзки, а при повишени температури като съединения с спрегнати връзки.

Двата най-важни диена - бутадиен-1,3 (дивинил) и 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен) - се получават от бута-

Ориз. 15.2. Припокриващи се р-орбитали в диеновата молекула

новИ пентанфракции, които са продукти от преработката на природен газ:

Бутадиенът се получава и по метода на S.V.Lebedev от алкохол:

Реакциите на електрофилно присъединяване в спрегнати диени протичат по уникален начин. Бутадиенът, когато се охлади до -80 °C, свързва първата бромна молекула към позиция 1,2:

Този продукт се получава с добив 80%. Останалите 20% идват от 1,4-добавения продукт:

Останалата двойна връзка се намира между втория и третия въглероден атом. Първо, бромът се свързва с крайния въглероден атом, образувайки карбонат (частица с положителен заряд на въглерода):

По време на движението π електроните се намират или в позиции 2, 3, или в позиции 3, 4. При ниски температури те по-често заемат позиции 3, 4 и следователно преобладава 1,2-присъединителният продукт. Ако бромирането се извършва при температура от 40 ° C, тогава 1,4-присъединителният продукт става основен, добивът му нараства до 80%, а останалата част е 1,2-присъединителният продукт.

задача 15.16. Напишете продуктите от последователното добавяне на бром и хлор към изопрен при повишени температури.

Бутадиенът и изопренът лесно полимеризират, за да образуват различни каучуци. Полимеризационните катализатори могат да бъдат алкални метали, органични съединения на алкални метали и Ziegler-Natta катализатори. Полимеризацията протича според 1,4-присъединителния тип. По своята структура каучуковите молекули принадлежат към неконюгирани полиени, тоест въглеводороди с голям брой двойни връзки. Това са гъвкави молекули, които могат както да се разтягат, така и да се свиват на топки. При двойните връзки в каучука изглежда като цис-,и транс подреждането на водородните атоми и радикали. Най-добрите свойства се намират в цис-бутадиеновия и цис-изопреновия (естествен) каучук. Тяхната структура е показана на фиг. 15.3. Транс-полиизопрен (гутаперча) също се среща в природата. На дадените формули

Ориз. 15.3. Молекулната структура на някои каучуци

чук около връзките, показани с пунктирана линия, възможно е вътрешно завъртане. Каучуци, в молекулите на които има и двете двойни връзки цис-,и конфигурацията на гръдния кош се наричат нередовен.Техните свойства са по-ниски от обикновените гуми.

задача 15.17. Начертайте структурата транс полибуТадиен.

задача 15.18. Известно е хлоропроизводно на бутадиена, хлоропрен (2-хлорбутадиен-1,3), от което се получава хлоропренов каучук. Напишете структурната формула на цис-хлоропреновия каучук.

Каучукът се произвежда от каучук, чието практическо приложение е изключително широко. Най-голямо количество от него се използва за направата на гуми за колела. За да се получи каучук, каучукът се смесва със сяра и се нагрява. Серните атоми се свързват чрез двойни връзки, създавайки много мостове между каучуковите молекули. Образува се пространствена мрежа от връзки, обединяваща почти всички съществуващи каучукови молекули в една молекула. Докато каучукът се разтваря във въглеводороди, каучукът може само да набъбва, абсорбирайки разтворителя в празните клетки между секциите на въглеводородните вериги и серните мостове.

Алкини

Друга хомоложна серия се състои от алкини- въглеводороди с тройна връзка между въглеродни атоми:

Общата формула на тази серия C n H 2n _ 2 е същата като за хомоложната серия от диени. Първият член на поредицата е ацетилен C 2 H 2 или, според систематичната номенклатура, етин. Следните членове на серията са пропин C 3 H 4, бутин C 4 H 6, пентин C 5 H 8 и др. Подобно на алкените и диените, те също са ненаситени въглеводороди, но в тази серия въглеродните атоми са тройно свързани

връзка, са в състояние на sp-хибридизация. Техните хибридни орбитали са насочени в противоположни посоки под ъгъл от 180° и създават линейна група, която включва водородни или въглеродни атоми на радикалите:

задача 15.19. Напишете структурните формули на пропин и бутин. Имат ли изомери?

задача 15.20. Разгледайте модела на припокриващи се орбитали в молекулата на ацетилена (стр. 188). Какви орбитали образуват n-връзки между въглеродните атоми?

Тройната връзка в алкените се характеризира с енергия E St = 828 kJ/mol. Това е с 222 kJ/mol повече от енергията на двойната връзка в алкените. Разстоянието C=C е намалено до 120 pm. Въпреки наличието на такава силна връзка, ацетиленът е нестабилен и може да се разложи експлозивно на метан и въглища:

Това свойство се обяснява с факта, че броят на по-малко трайните вещества в продуктите на разлагане намалява. π облигации, вместо които се създават σ облигациив метан и графит. Нестабилността на ацетилена е свързана с голямо освобождаване на енергия по време на изгарянето му. Температурата на пламъка достига 3150 °C. Това е достатъчно за рязане и заваряване на стомана. Ацетиленът се съхранява и транспортира в бели бутилки, в които се намира в ацетонов разтвор под налягане -10 атм.

Алкините проявяват изомеризъм във въглеродния скелет и множество позиции на връзката. Пространствени цистраниняма изомерия.

задача 15.21. Напишете структурните формули на всички възможни изомери на C 5 H 8, които имат тройна връзка.

Касова бележка.Ацетиленът се образува чрез хидролиза на калциев карбид:

Друг практически важен метод за получаване на ацетилен се основава на бързо нагряване на метан до 1500-1600 °C. В този случай метанът се разлага и в същото време се образува до 15% ацетилен. Сместа от газове бързо се охлажда. Ацетиленът се отделя чрез разтваряне във вода под налягане. Коефициентът на обемна разтворимост на ацетилена е по-висок от този на другите въглеводороди: K V = 1,15 (15 ° C).

Алкините се образуват, когато двойноелиминиране на дихалогенни производни:

Пример 15.4. Как да се получи бутин-2 от бутен-1 в четири стъпки?

решение. Нека напишем уравненията на реакцията.

Химични свойства.Ацетиленът експлодира при температура от -500 °C или под налягане над 20 atm, като се разлага на въглища и водород с примес на метан. Ацетиленовите молекули също могат да се свързват помежду си. В присъствието на CuCl настъпва димеризация за образуване на винилацетилен:

задача 15.22. Наименувайте винилацетилена, като използвате систематичната номенклатура.

Когато се премине върху нагорещени въглища, ацетиленът се тримеризира, за да образува бензен:

Калиевият перманганат в слабо алкална среда окислява алкините, като същевременно поддържа σ облигациимежду въглеродни атоми:

В този пример реакционният продукт е калиев оксалат, сол на оксаловата киселина. Окисляването с калиев перманганат в кисела среда води до пълно разцепване на тройната връзка:

ЗАДАЧА 15.23.Напишете уравнение за окисляването на бутин-2 с калиев перманганат в слабо алкална среда.

Въпреки по-голямата ненаситеност на молекулите, реакциите на електрофилно присъединяване в алкините са по-трудни (по-бавни), отколкото в алкените. Алкините добавят две халогенни молекули последователно. Добавянето на халогеноводороди и вода следва правилото на Марковников. За добавяне на вода е необходим катализатор - живачен сулфат в кисела среда (реакция на Кучеров):

Хидроксилна група OH, свързана към sp 2 -ивнепокъща, нестабилна. Една електронна двойка се премества от кислорода към най-близкия въглероден атом, а протонът се премества към следващия въглероден атом:

Така крайният продукт от реакцията на пропин с вода е оксо съединението ацетон.

Реакция на заместване на водород.Въглеродът в състояние на sp-хибридизация се характеризира с малко по-висока електроотрицателност, отколкото в състоянията sp 2И sp3.Следователно в алкините полярността на С-Н връзката се увеличава и водородът става относително подвижен. Алкините реагират с разтвори на соли на тежки метали, образувайки заместващи продукти. В случай на ацетилен тези продукти се наричат ацетилениди:

Калциевият карбид също принадлежи към ацетиленидите (стр. 364). Трябва да се отбележи, че ацетиленидите на алкалните и алкалоземните метали са напълно хидролизирани. Ацетиленидите реагират с халогенни производни на въглеводороди, за да образуват различни хомолози на ацетилена.

Реакциите на органичните вещества могат формално да бъдат разделени на четири основни типа: заместване, добавяне, елиминиране (елиминиране) и пренареждане (изомеризация). Очевидно е, че цялото разнообразие от реакции на органични съединения не може да бъде сведено до предложената класификация (например реакции на горене). Въпреки това, такава класификация ще помогне да се установят аналогии с реакциите, които се случват между неорганични вещества, които вече са ви познати.

Обикновено основното органично съединение, участващо в реакцията, се нарича субстрат, а другият компонент на реакцията обикновено се счита за реагент.

Реакции на заместване

Реакции на заместване- това са реакции, които водят до заместване на един атом или група от атоми в изходната молекула (субстрат) с други атоми или групи от атоми.

Реакциите на заместване включват наситени и ароматни съединения като алкани, циклоалкани или арени. Нека дадем примери за такива реакции.

Под въздействието на светлината водородните атоми в молекулата на метана могат да бъдат заменени с халогенни атоми, например с хлорни атоми:

Друг пример за заместване на водород с халоген е превръщането на бензен в бромобензен:

Уравнението за тази реакция може да бъде написано по различен начин:

В резултат на реакциите заместванията в органичните вещества се образуват не прости и сложни вещества, както в неорганичната химия, и две сложни вещества.

Реакции на присъединяване

Реакции на присъединяване- това са реакции, в резултат на които две или повече молекули на реагиращи вещества се обединяват в една.

Ненаситени съединения като алкени или алкини претърпяват реакции на присъединяване. В зависимост от това коя молекула действа като реагент, се разграничават реакции на хидрогениране (или редукция), халогениране, хидрохалогениране, хидратиране и други реакции на присъединяване. Всеки от тях изисква определени условия.

1.Хидрогениране- реакция на добавяне на водородна молекула чрез множествена връзка:

2. Хидрохалогениране- реакция на добавяне на халогеноводород (хидрохлориране):

3. Халогениране- реакция на присъединяване на халоген:

4.Полимеризация- специален тип реакция на присъединяване, при която молекули на вещество с малко молекулно тегло се свързват помежду си, за да образуват молекули на вещество с много високо молекулно тегло - макромолекули.

Реакциите на полимеризация са процеси на комбиниране на много молекули от вещество с ниско молекулно тегло (мономер) в големи молекули (макромолекули) на полимер.

Ковалентната връзка, която е най-характерна за органичните съединения, се образува при припокриване на атомни орбитали и образуване на споделени електронни двойки. В резултат на това се образува обща за двата атома орбитала, в която се намира обща електронна двойка. Когато една връзка е прекъсната, съдбата на тези споделени електрони може да бъде различна.

Видове реактивни частици

Орбитала с несдвоен електрон, принадлежаща на един атом, може да се припокрива с орбитала на друг атом, който също съдържа несдвоен електрон. В този случай се образува ковалентна връзка съгласно обменния механизъм:

Обменният механизъм за образуване на ковалентна връзка се осъществява, ако се образува обща електронна двойка от несдвоени електрони, принадлежащи на различни атоми.

Процесът, противоположен на образуването на ковалентна връзка чрез обменния механизъм, е разцепването на връзката, при което един електрон се губи за всеки атом (). В резултат на това се образуват две незаредени частици, които имат несдвоени електрони:

Такива частици се наричат свободни радикали.

Свободни радикали- атоми или групи от атоми, които имат несдвоени електрони.

Свободни радикални реакции- това са реакции, протичащи под въздействието и с участието на свободните радикали.

В курса на неорганичната химия това са реакциите на водород с кислород, халогени и реакции на горене. Реакциите от този тип се характеризират с висока скорост и отделяне на големи количества топлина.

Ковалентна връзка може да се образува и чрез донорно-акцепторен механизъм. Една от орбиталите на атом (или анион), който има несподелена двойка електрони, се припокрива с незаетата орбитала на друг атом (или катион), който има незаета орбитала, и се образува ковалентна връзка, например:

Разкъсването на ковалентна връзка води до образуването на положително и отрицателно заредени частици (); тъй като в този случай и двата електрона от обща електронна двойка остават с един от атомите, другият атом има незапълнена орбитала:

Нека разгледаме електролитната дисоциация на киселини:

Може лесно да се предположи, че частица, която има несподелена електронна двойка R: -, т.е. отрицателно зареден йон, ще бъде привлечена от положително заредени атоми или от атоми, върху които има поне частичен или ефективен положителен заряд.
Частици с несподелени двойки електрони се наричат нуклеофилни агенти (ядро- „ядро“, положително заредена част от атом), т.е. „приятели“ на ядрото, положителен заряд.

Нуклеофили(не) - аниони или молекули, които имат несподелена електронна двойка, които взаимодействат с части от молекулите, които имат ефективен положителен заряд.

Примери за нуклеофили: Cl - (хлориден йон), OH - (хидроксиден анион), CH 3 O - (метоксиден анион), CH 3 COO - (ацетатен анион).

Частиците, които имат незапълнена орбитала, напротив, ще се стремят да я запълнят и следователно ще бъдат привлечени от части от молекулите, които имат повишена електронна плътност, отрицателен заряд и несподелена електронна двойка. Те са електрофили, „приятели” на електрона, отрицателен заряд или частици с повишена електронна плътност.

Електрофили- катиони или молекули, които имат незапълнена електронна орбитала, стремейки се да я запълнят с електрони, тъй като това води до по-благоприятна електронна конфигурация на атома.

Нито една частица не е електрофил с незапълнена орбитала. Например, катионите на алкални метали имат конфигурация на инертни газове и не са склонни да придобиват електрони, тъй като имат ниска електронен афинитет.
От това можем да заключим, че въпреки наличието на незапълнена орбитала, такива частици няма да бъдат електрофили.

Основни механизми на реакция

Идентифицирани са три основни типа реагиращи частици - свободни радикали, електрофили, нуклеофили - и три съответни типа реакционни механизми:

свободен радикал;
електрофилен;
нулевофилен.

В допълнение към класифицирането на реакциите според вида на реагиращите частици, в органичната химия се разграничават четири вида реакции според принципа на промяна на състава на молекулите: добавяне, заместване, отделяне или елиминиране (от англ. да се елиминирам- премахване, отцепване) и пренареждане. Тъй като добавянето и заместването могат да възникнат под влиянието и на трите типа реактивни видове, могат да бъдат разграничени няколко основенмеханизми на реакциите.

Освен това ще разгледаме реакциите на елиминиране, които се случват под въздействието на нуклеофилни частици - бази.
6. Елиминиране:

Отличителна черта на алкените (ненаситени въглеводороди) е способността им да претърпяват реакции на присъединяване. Повечето от тези реакции протичат по механизма на електрофилно присъединяване.

Хидрохалогениране (добавяне на халоген водород):

Когато халогеноводород се добави към алкен водородът се добавя към по-хидрогенирания въглероден атом, т.е. атомът, при който има повече атоми водород, а халоген - към по-малко хидрогенирани.