Химия 10 класс 10-Х-1

§5. Типы органических реакций

Типы органических реакций

Органические реакции классифицируют по различным признакам:

  • по характеру разрыва связей;
  • по типу превращения субстрата;
  • по типу активирования;

Рассмотрим  подробно каждую классификацию.

По характеру разрыва связей

Радикальные реакции сопровождаются гомолитическим разрывом связей и образованием радикалов – нейтральных частиц, содержащих один или несколько неспаренных электронов:

Радикальные реакции распространены в превращениях алканов. Например, в  хлорировании метана атом хлора выступает в роли радикального реагента, а реакция  протекает как реакции радикального замещения и обозначается `"S"_"R"`.

Ионные реакции протекают с участием ионов и сопровождаются гетеролитическим разрывом связей в субстрате:

$$ \mathrm{R} \overline{):} \mathrm{X}\to \underset{\mathrm{карбокатион}}{{\mathrm{R}}^{+}}+\underset{\mathrm{анион}}{{\mathrm{X}}^{-}},$$

$$ \mathrm{R} \overline{):} \mathrm{X}\to \underset{\mathrm{карбанион}}{{\mathrm{R}}^{-}}+\underset{\mathrm{катион}}{{\mathrm{X}}^{+}}.$$

Заряженную частицу, имеющую вакантную `p`-орбиталь на атоме углерода, называют карбокатионом.

Заряженную частицу, имеющую НЭП на атоме углерода, называют карбанионом.

Ионные реакции чаще других встречаются среди превращений органических соединений:

$$ \underset{\mathrm{метиламин}}{{\mathrm{CH}}_{3}-\stackrel{··}{\mathrm{N}}{\mathrm{H}}_{2}}+\underset{\mathrm{хлороводород}}{\mathrm{HCl}}\underset{\mathrm{метиламмонийхлорид}}{\rightleftarrows \left[{\mathrm{CH}}_{3}-\stackrel{+}{\mathrm{N}}{\mathrm{H}}_{3}\right]{\mathrm{Cl}}^{-}}$$

HO-гидроксид-ион+CH3хлорметанδ+  Clδ-HO-CH3метанол+Cl-хлорид-ион\underset{\mathrm{гидроксид}\text{-}\mathrm{ион}}{{\mathrm{HO}}^{-}}+\underset{\mathrm{хлорметан}}{\overset{\mathrm{\delta }+  }{{\mathrm{CH}}_{3}}}\to \stackrel{\mathrm{\delta }-}{\mathrm{Cl}}\to \underset{\mathrm{метанол}}{\mathrm{HO}-{\mathrm{CH}}_{3}}+\underset{\mathrm{хлорид}\text{-}\mathrm{ион}}{{\mathrm{Cl}}^{-}}.

Нейтральные молекулы или положительно заряженные реагенты, которые в ходе реакции принимают электронную пару для образования ковалентной связи с субстратом, называют электрофильными реагентами или электрофилами (например, `"R"^+`, `"Cl"^+`, `"NO"_2^+` и т. д.).

Нейтральные молекулы или отрицательно заряженные реагенты, которые в ходе реакции отдают свою электронную пару для  образования связи с субстратом, называют нуклеофильными реагентами или нуклеофилами (например, `"OH"^-`, `"C"_2"H"_5"O"^-`, `"Br"^-` и т. д.).

 

Тип химического превращения

Обозначения органических реакций

Радикалы

нуклеофилы

электрофилы

Замещение `("S")`

`"S"_"R"`

`"S"_"N"`

`"S"_"E"`

Присоединение `("A")`

`"A"_"R"`

`"A"_"N"`

`"A"_"E"`

По типу превращения субстрата

1) Реакция замещения - реакция, в ходе которой атом водорода или функциональная группа в исходной органической молекуле замещается на какую-либо функциональную группу или атом водорода. Исходные вещества принято называть реагентами. Для удобства один из реагентов принято называть субстратом, а другой - атакующей частицей. Субстрат имеет более сложное строение, атакующий реагент часто имеет неорганическую природу.

Различают радикальные, нуклеофильные и электрофильные реакции замещения. Рассмотрим примеры.

Реакция электрофильного замещения `"H"^+` на `"NO"_2^+` в бензольном кольце `("S"_"E")`:

Реакция нуклеофильного замещения `"Cl"^-` на `"OH"^-` в галогенпроизводных алканах  `("S"_"N")`:

Реакция радикального замещения в алканах `("S"_"R")`

2) Реакция присоединения `(А)` - реакция, в ходе которой реагент присоединяется по кратным связям `("C"="C",  "C"="O",  "C"="N")` молекулы субстрата.

`"CH"_2="CH"_2+"H"_2"O" -> "CH"_3-"CH"_2"OH"`

3) Реакция отщепления (элиминирования) `(Е)` - реакция, в ходе которой от субстрата отщепляется молекула или частица (вода, галогеноводород).

4) Перегруппировка - реакция, в ходе которой замещение, присоединение или отщепление сопровождается также и изменениями углеродного скелета молекулы. В некоторых случаях соответствующее превращение идёт без изменения молекулярной формулы и представляет собой изомеризацию.

5) Реакция полимеризации - химический процесс, в котором молекулы ненасыщенного углеводорода присоединяются одна к другой за счёт разрыва `pi`-связей и образования новых `sigma`-связей.

$$ \underset{\mathrm{мономер}}{n{\mathrm{CH}}_{2}={\mathrm{CH}}_{2}}\to \underset{\mathrm{полимер}}{\overline{)(}{\mathrm{CH}}_{2}-{\mathrm{CH}}_{2}{\overline{))}}_{n}}$$, где `n` - степень полимеризации.

Реакции по типу активирования

Некаталические реакции не требуют присутствия катализатора. Эти реакции ускоряются только при  повышении температуры, иногда их называют термическими.

Каталитическими называют реакции, протекание которых требует присутсвия катализатора.

Фотохимические реакции - реакци, которые активируют облучением. Такой способ активирования обозначают `hnu`.