Классификация органических реакций по механизму

Механизмы реакций органических соединений зависят от того, каким образом разрушаются химические связи.

Ковалентная связь может разрушаться двумя основными способами:

1. Разрыв связи, происходящий с разъединением электронной пары, называется гомолитическим расщепление м.

 

+ ^.H

 

Промежуточно при этом образуются активные незаряженные частицы, имеющие неспаренный электрон, свободные радикалы. Так как эти частицы не заряжены – реакции, протекающие с их участием, называют гомеополярными или свободно-радикальными. Образование новой химической связи в этих реакциях идет за счет обобщения неспаренного электрона углерода с неспаренным электроном реагента, например:

 

+ Cl: Cl

+ Cl ^.

 

Гомеополярные реакции имеют преимущественное значение для соединений с неполярными или малополярными связями.

2. Разрыв связи, происходящий без разъединения электронной пары, называется гетеролитическим расщеплением.

Гетеролитическое расщепление связи приводит к образованию частиц с противоположными зарядами, поэтому такие реакции называются гетерополярными.

Существуют два вида гетерополярных реакций:

а) электронная пара разрушающейся связи остается у атома углерода.

Например:

Н\ Н\
Н-C:Н ® Н-C ^-: + Н⁺

Н/ Н/
^{КАРБАНИОН}
Образующийся отрицательно заряженный карбониевый ион носит название карбаниона. Образование новой связи в этом случае идет за счет обобщения оставшейся свободной пары электронов углерода с реагентом, который должен иметь положительный заряд или обладать секстетом электронов. Реагент в таких реакциях является частицей электрофильной, поэтому механизм реакции тоже называют электрофильным.

Н \ + - Н \

Н-С^-: +Вr: Вr Н-С-Вr + Вr ^-

Н / Н /

б) электронная пара разрушающейся связи отрывается от углерода. Например:
Н\ Н\

H-C:Cl ® H-C ⁺ +:Cl^-

H/ H/

^{КАРБКАТИОН}
Образуется положительно заряженный углеродный ион, который носит название карбкатиона. Образование новых связей в этом случае происходит за счет обобщения пары электронов реагента, который должен иметь или отрицательный заряд, или неподеленную пару электронов. Например:

Н \ Н\

Н-С⁺ + К⁺ОН^- Н-С-ОН + К⁺

Н / Н/

Реагент является частицей нуклеофильной, механизм реакции также называется нуклеофильным.

Все гетерополярные реакции легче протекают для соединений с полярными или легко поляризующимися связями и под действием полярных реагентов.

Кроме классификации по механизму, реакции различаются по типам (направлению реакций), например, замещения (S – substitution), присоединения (A – adduction), отщепления (E – elimination), и по молекулярности, по порядку медленной стадии реакции. определяющей скорость всего процесса (моно-, бимолекулярные и др.). Например:

С₂Н₅ОН + НBr H₂O + C₂H₅Br протекает по механизму SN₂ - бимолекулярная реакция нуклеофильного замещения.

r=K[C₂H₅OH][HBr]

 

 

Лекция № 2

I. АЛИФАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

(ЖИРНЫЕ, АЦИКЛИЧЕСКИЕ)

А. Предельные (насыщенные) углеводороды (парафины, алканы, метановые углеводороды).

Определение. Это углеводороды с открытой цепью углеродных атомов, связанных не только простыми связями, все остальные валентности углерода до предела насыщены водородом.

Их можно расположить в порядке увеличения числа атомов углерода

метан	этан	пропан и т.д.

 

При этом образуется гомологический ряд. Общая формула этого ряда С_nН_2n+2, где n – число атомов углерода. Гомологический ряд – это ряд соединений одного класса, отвечающих общей молекулярной формуле, где каждый последующий член ряда отличается от предыдущего на метильную группу СН₂. Члены одного ряда обладают общими химическими свойствами и закономерно изменяющимися физическими свойствами. С 4 члена ряда наблюдается появление изомеров, отличающихся строением углеродной цепочки.

СН3-СН2-СН2-СН3
бутан	изобутан

 

Это называется изомерией цепи. Число изомеров быстро увеличивается с увеличением числа n.

 

пентан	С5Н12
гексан	С6Н14
гептан	С7Н16
октан	С8Н18
нонан	С9H20
декан	С10Н22
ундекан	С11Н24
…….
эйкозан	С20Н42	>300000 изомеров (366319)

 

Для составления названий этого множества соединений используют специальные системы названий (номенклатуру).

Необходимо знать следующие системы названий:

ü по греческим числительным, с окончанием –ан (см.выше);

ü рациональную номенклатуру;

ü международную номенклатуру (1892 г. – Женевская; 1930 г. – Льежская; 1957-1965 гг. – UPAC, Москва).

В рациональной номенклатуре за основу принимается простейший член ряда – метан. Заместители в названии перечисляются перед названием основы в порядке возрастания сложности. При наличии одинаковых заместителей перед названием заместителя ставится множащая приставка (ди-, три-, тетра-).

Например: диметилпропилметан

 

остаток метана

 

В систематической номенклатуре за основу берется самая длинная углеродная цепь. Эта цепь нумеруется с того конца, к которому ближе располагается разветвление. Радикалы, не вошедшие в основную цепь, перечисляются перед названием основы в порядке возрастания сложности, положение их указывается цифрами. Количество цифр должно соответствовать количеству заместителей. Название основы строится исходя из соответствующего греческого числительного с окончанием "ан". Например:

2, 4-диметил-3-изопропилгексан