К ласифікація органічних реакцій і реагентів

Хімічний зв'язок між двома ядрами атомів утворений за допомогою спільних електронних пар (ковалентний зв'язок) може бути двох видів:        s-зв'язок – це ковалентний зв'язок, який має осьову симетрію; p-зв'язок – утворюється за рахунок бокового перекривання двох р-орбіталей, осі яких паралельні.

     Розрізняють два способи розриву ковалентного зв’язку:

1. Гетеролітичний.

2. Гомолітичний.

Під час гетеролітичного (іонного) розриву зв'язку електронна пара переходить до одного з атомів і утворюються іони протилежного знаку: позитивно заряджені (карбкатіони) та негативно – (карбаніони):

          

Такий тип розриву ініціюється іонними частинками, полярними розчинниками:

А:|В «А:^- + В⁺

Гомолітичне (радикальне) розщеплення супроводжується розривом спільної електронної пари порівну та виникненням радикалів – атомів чи груп атомів з неспареним електроном:

R·|·H ® R· + ·H

A·|·B ® A· + ·B

     Такий тип розриву ініціюється дією світла, киснем та введенням інших радикалів. Вільні радикали головним чином утворюються в газовій фазі або при нагріванні в неполярних розчинниках.

     Реакції органічних сполук класифікують за наступними ознаками:

1. За типом хімічних перетворень – заміщення (S – від англ. substitution), приєднання (A – від англ. addition), відщеплення (Е – від англ. elimination);

2. За механізмом (в залежності від характеру атакуючої частинки):

Радикальні: R–H + X^· ® RX + H^· (радикальне заміщення – S_R).

Іонні:

R–Y + E⁺ ® R–Е + Y⁺ (електрофільне заміщення - S_E);

R^d+®X^d– +:Nu ® R–Nu + X:^– (нуклеофільне заміщення - S_N).

Найбільш поширені електрофіли та нуклеофіли: електрофіли – Н⁺; Н₃О⁺; HNO₃ (⁺NO₂); H₂SO₄ (SO₃); HNO₂ (⁺NO); BF₃ тощо; нуклеофіли –

     Процес називають за частинкою, яка атакує атом Карбону.

     Для пояснення реакційної здатності органічних сполук використовують квантово-механічні уявлення про будову молекул. Із квантової механіки відомо, що електрони в атомі розташовані на певних орбіталях і мають різний набір квантових чисел (n, l, m, s) відповідно до принципу Паулі. Хвильове рівняння Е.Шредингера бере до уваги двоїсту природу електрона (властивості частки та хвилі) і дозволяє визначити енергію електрона через його y-функцію.

     Математично функція y, а саме її квадрат y², характеризує імовірність знаходження електрона в певній області простору на певній відстані від ядра, що називається орбіталлю. Розрізняють атомні орбіталі (АО) та молекулярні орбіталі (МО), в яких електрон входить до складу молекули. S-атомні орбіталі мають сферичну форму, р-атомні орбіталі існують у вигляді набору трьох орбіталей і мають форму гантелі (або об'ємної вісімки).

Перекривання орбіталей по лінії, що сполучає центри двох атомів, тобто по осі зв'язку, визначається як s-перекривання. Внаслідок перекривання р-орбіталей, розташованих перпендикулярно осі s-зв'язку, утворюються дві області перекривання по обидва боки осі зв'язку паралельно до неї. Сполученням π- і s-зв'язків утворюються подвійні і потрійні зв'язки. При осьовому перекриванні запас енергії менший, при цьому максимальна електронна густина знаходиться на прямій, яка з'єднує ядра атомів Карбону. Незважаючи на те, що в утворенні ковалентних зв'язків беруть участь електрони різних орбіталей (s-, p, i d-орбіталі мають різну форму та орієнтацію у просторі), у багатьох сполуках ці зв'язки виявляються рівноцінними. Для пояснення цього явища американський вчений Л. Полінг запропонував у 1931р. поняття "гібридизація". Гібридизація – умовний процес усереднення валентних орбіталей за формою та енергією в момент утворення хімічного зв'язку. Гібридизація, це не фізичний процес, а математичний прийом, що дозволяє задовільно описати більшість електронних орбіталей (див. схему 2).

Оскільки під час утворення чотирьох зв'язків у метані (СН₄) вихідними є одна s- і три р-орбіталі атома Карбону, така гібридизація має назву sp³. Реакційна здатність органічних сполук визначається характером гібридизації (змішування) орбіталей. Залежно від виду (s, p) і кількості орбіталей, які беруть участь у гібридизації, розрізняють такі її типи: в алканах sp³-гібридизація (змішування однієї 2s- та трьох 2 р-орбіталей); в алкенах, ароматичних і карбонілвмісних сполуках – sp²-гібридизація (змішування однієї 2 s- та двох 2 р-орбіталей); в алкінах – sp-гібридизація (змішування однієї 2 s- та однієї 2 р-орбіталей). В результаті гібридизації утворюються однакові за формою та енергією гібридні орбіталі, число яких дорівнює числу атомних орбіталей, що беруть участь у гібридизації (див. схему 2). Слід зазначити, що в гібридизації не беруть участі орбіталі, що утворюють p-зв'язки.