Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды
Статья - Биология
Другие статьи по предмету Биология
:- + А+ АД (II)
В:- + С+ СВ (III)
Реакционная способность молекул, участвующих в гетеролитических реакциях, обусловлена полярностью, поляризуемостью и сопряжением их связей. Вместе с тем, направление и скорость реакций зависят от природы атакующего органическую молекулу реагента, природы растворителя, действия катализаторов и других факторов.
Полярные реагенты разделяются на нуклеофильные и электрофильные. Нуклеофильные, или электронодонорные, реагенты отдают свои электроны углеродному атому в органической молекуле, образуя с ним химическую связь. Электрофильные, или электроноакцепторные, реагенты приобретают электроны от углерода органической молекулы, образуя с ним химическую связь.
Нуклеофильными реагентами являются отрицательно заряженные ионы, молекулы с неподеленными парами электронов, молекулы с сильно поляризованными или легко поляризуемыми связями:
J-, Br-, Cl-, OH-, OR-, CN-, H2O, NH3, ROH.
К электрофильным реагентам относятся положительно заряженные ионы, молекулы с незаполненными электронными оболочками, молекулы галогенов, карбонильные соединения, ацетиленовые углеводороды:
Н+ или Н3O+, NH4+, NO2+, NO+, F2, Cl2, Br2, J2, AlCl3, BF3, RHal, R2C=O, C=C .
Нуклеофильные реагенты отдают электроны, и потому, их можно рассматривать, как восстановители. Электрофильные реагенты оттягивают электроны и тем самым проявляют окислительные свойства. Подобно процессам окисления и восстановления нуклеофильные и электрофильные реакции взаимно связаны.
Существуют все ступени перехода от восстановителей к окислителям и от нуклеофильных реагентов к электрофильным. В зависимости от условий и от природы атакующего реагента одни и те же вещества проявляют либо нуклеофильные (восстановительные), либо электрофильные (окислительные) свойства.
Например, молекула акролеина CH2=CHCH=O может по связи С=С присоединять как нуклеофильный реагент гидросульфит натрия, так и электрофильный реагент молекулу хлора:
О О
H2C=CHCH + NaHSO3 CH2CH2CH
О SO3Na О
H2C=CHCH + Cl2 CH2ClCHClCH
В первом случае молекула акролеина проявляет электрофильные, а во втором нуклеофильные свойства. Такие реагенты, как аммиак и вода, в зависимости от условий реакции и природы взаимодействующего с ними вещества, проявляют нуклеофильные и электрофильные свойства.
Гомолитическое расщепление ковалентной связи происходит вследствие разрыва электронной пары:
А : В --- А + В
Гомолитическая диссоциация молекул обычно вызывается термическим и фотохимическим разложением органических веществ. Фотоны с достаточной энергией превращают молекулы в свободные радикалы. Поэтому действие света, равно как и облучение УФ-лучами, инициирует процесс гомолитической диссоциации молекул. В результате гомолитических реакций образуются свободные радикалы.
Свободные радикалы представляют собой электронейтральные частицы с неспаренными электронами. Свободные радикалы подобно свободным одновалентным атомам, обладая большой энергией, являются малоустойчивыми и крайне реакционноспособными частицами. Они не могут существовать длительное время и легко взаимодействуют не только друг с другом (рекомбинация свободных радикалов), но с недиссоциированными молекулами с образованием устойчивых соединений. Однако, существуют и долгоживущие свободные радикалы с сопряженной системой связей.
В настоящее время установлено, что многие органические реакции (окисления, галогенирования, нитрования и другие) протекают с образованием свободных радикалов.
Радикальные реакции обычно являются цепными реакциями, т.к. взаимодействие свободного радикала с молекулой приводит к образованию нового свободного радикала или атома с развитием цепи химических превращений. Примером цепных радикальных реакций является реакция взаимодействия галогенов с углеводородами при освещении:
Сl : Cl + h 2Cl инициирование цепи
CH4 + Cl CH3 + HCl развитие или рост
CH3 + Cl2 CH3Cl + Cl цепи
Обрыв цепи происходит вследствие исчезновения из газовой фазы свободных радикалов в результате их рекомбинации:
Cl + Cl = Cl2
CH3 + CH3 = C2H6 обрыв цепи
Причиной обрыва цепи являются также столкновения радикалов со стенками сосуда и с молекулами примесей.
При взаимодействии свободных радикалов или атомов с молекулами с двойными связями происходит гомолитический разрыв -связи и образование нового свободного радикала:
Br2 + h Br + Br
Br + >C=CCBrC<
>CBrCCBrCBr<
Энергия, необходимая для разрыва -связи (пары электронов), тем меньше, чем больше устойчивость образующегося при этом свободного радикала.
Радикальные реакции преимущественно реакции автокаталитические. Они играют первостепенную роль в процессах полимеризации, ведущих к получению ценнейших полимерных материалов.
Классификация органических реакций
По конечному результату:
А) реакции присоединения (RCH=CH2 + Br2 RCHBrCH2Br);
Б) реакции отщепления (элиминирования)
(RCHBrCH2R + KOH RCH = CHR +KBr + H2O)
В) реакции замещения (RH + Cl2 RCl + HCl)
Г) реакции изомеризации (CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3
По механизму протекания: CH3
А) Гетеролитические (полярные и ионные) реакции
Нуклеофильные реакции (R :Cl + :OH- R : OH + :Cl-)
Электрофильные реакции ( RNH2 + H+ RNH3+)
Б) Гомолитические (радикальные) реакции
Сl : Cl + h 2Cl
CH4 + Cl CH3 + HCl
CH3 + Cl2 CH3Cl + Cl
3) По количеству молекул, участвующих в элементарной стадии, протекаю-
щей с наименьшей скоростью:
Мономолеклярные,
Бимолекулярные и т.д.
Эти классы реакций неразрывно свя