Классификация химических реакций


Биологически важные реакции, кислотность и основность органических соединений. Строение и свойства поли- и гетерофункциональных соединений

Кислотность и основность органических соединений.

Для оценки кислотности и основности органических соединений наибольшее значение имеют две теории – теория Бренстеда и теория Льюиса.

По теории Льюиса кислотные и основные свойства соединений определяются их способностью принимать или отдавать пару электронов с образованием связи.

По теории Бренстеда (протолитической теории) кислотность и основность соединений связывается с переносом протона Н+.

Кислоты Бренстеда (протонные кислоты) – нейтральные молекулы или ионы, способные отдавать протон (доноры протонов).

Основания Бренстеда – нейтральные молекулы или ионы, способные присоединять протон (акцепторы протонов).

В зависимости от природы элемента, с которым связан протон, различают ОН- кислоты (карбоновые кислоты, спирты), SH-кислоты (тиолы), NН-кислоты (амиды, имиды), СН-кислоты (углеводороды, например, алкины с концевой тройной связью). Самыми сильными кислотными свойствами обладают карбоновые кислоты, основными – амины.

Наличие в молекуле электроноакцепторных групп, обладающих отрицательными электронными эффектами (смещающих электронную плотность связи от атома углерода к гетероатому функциональной группы), увеличивает положительный заряд на протоне, что приводит к усилению кислотных свойств. Наличие электронодонорных заместителей (смещающих электронную плотность связи от функциональной группы к атому углерода) увеличивает основность органических соединений.

Так, например, кислотность хлоруксусной кислоты выше по сравнению с уксусной кислотой, а основность диметиламина выше, чем у метиламина.

Классификация химических реакций

1. По изменению числа частиц в ходе реакции выделяют реакции

замещения, присоединения, отщепления, разложения, изомеризации.

Реакции замещения:атом или группа атомов в молекуле органического

соединения замещается на другой атом (или атомную группировку):

АВ + С→ АС + В

Примеры:

C2H6 + Cl2 (на свету)→CH3CH2Cl + HCl хлорирование этана

CH3CH2Cl + KOH (водн. р-р) → CH3CH2OH + KCl щелочной гидролиз хлорэтана

Реакции присоединения:молекула органического соединения и молекула простого или сложного вещества соединяются в новую молекулу, при этом другие продукты реакции не образуются: А + В→С

Примеры:

CH2=CH-CH3 + Br2 →CH2Br-CHBr-CH3 бромирование пропена

CH2=CH2 + H2O→CH3CH2OH гидратация этилена

К реакциям присоединения относятся также реакции полимеризации: n A → An

Например, образование полиэтилена: n CH2=CH2→(-CH2-CH2-) n

Реакции отщепления (элиминирования): происходит отрыв атомов или атомных групп от молекулы исходного вещества при сохранении ее углеродного скелета.

А→ В + С

Например:

· отщепление хлороводорода (при действии на хлоралкан спиртовым раствором щёлочи)

CH3-CH2Cl →CH2=CH2 + HCl

· отщепление воды (при нагревании спирта с серной кислотой)

CH3-CH2OH→CH2=CH2 + H2O дегидратация этанола

· отщепление водорода от алкана (в присутствии катализатора)

CH3-CH3 →CH2=CH2 + H2 дегидрирование этана

Реакции разложения:из молекулы сложного органического вещества образуется несколько менее сложных или простых веществ: А→ В + С + . . .

К этому типу реакций относится процесс крекинга – расщепление углеродного скелета крупных молекул при нагревании и в присутствии катализаторов: CnH2n+2→ CmH2m+2 + CpH2p

Например

C10H22→ C5H12 + C5H10

Реакции разложения при высокой температуре называют пиролизом, например:

СН4 → C + 2H2 пиролиз метана (1000 oC)

Реакции изомеризации:происходит переход отдельных атомов или групп атомов от одного участка молекулы к другому без изменения ее качественного и количественного состава, т.е. исходное вещество и продукт реакции являются изомерами (структурными или пространственными): А → В

Например, в результате перегруппировки может изменяться углеродный скелет молекулы:

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 ® CH3-CH(CH3)-CH2-CH3

 

2. По электронной природе реагентов различают нуклеофильные, электрофильные, свободнорадикальные реакции.

В зависимости от способа разрыва ковалентной связи в реагирующей молекуле органические реакции подразделяются на радикальные и ионные реакции. Ионные реакции в свою очередь делятся по характеру реагента, действующего на молекулу, на электрофильные и нуклеофильные. Разрыв ковалентной связи может происходить двумя способами, обратными механизмам ее образования.

Разрыв связи, при котором каждый атом получает по одному электрону из общей пары, называется гомолитическим:

В результате гомолитического разрыва образуются сходные по электронному строению частицы, каждая из которых имеет неспаренный электрон. Такие частицы называются свободными радикалами.

Если при разрыве связи общая электронная пара остается у одного атома, то такой разрыв называется гетеролитическим:

В результате образуются разноименно заряженные ионы – катион и анион.

Электрофильные реакции:молекула органического вещества подвергается действию электрофильного реагента (частицы (катиона или молекулы), имеющей свободную орбиталь на внешнем электронном уровне). Примеры электрофильных частиц: H+, CH3+ и другие карбокатионы, NO2+, ZnCl2, AlCl3.

Электрофильное присоединение: CH2=CH2 + HCl → CH3CH2Cl (электрофил – H+ )

Электрофильное замещение: C6H6 + NO2+→ C6H5NO2 + H+ (электрофил - NO2+)

Нуклеофильные реакции:намолекулу органического вещества действует нуклеофильный реагент (частица (анион или молекула), имеющая неподеленную пару электронов на внешнем электронном уровне). Примеры нуклеофильных частиц: OH-, Cl-, H2O.

Нуклеофильное замещение: H3Cd+– Cld + Na+OH→ H3C–OH + Na+Cl(нуклеофил – OH)

Нуклеофильное присоединение: H2Cd+= Оd + Н+CN→ H2C(CN)–OH (нуклеофил – CN)

3. По изменению степени окисления элементов – окислительно-восстановительные.

В органической химии окислительно-восстановительные процессы рассматриваются прежде всего по отношению к органическому веществу и связываются с изменением степени окисления углерода, являющегося реакционным центром молекулы. Эти реакции могут проходить по типу реакций присоединения, отщепления, замещения и т.п.

Часто в органической химии рассматривают реакции окисления и восстановления как реакции, связанные с потерей и приобретением атомов водорода и кислорода. Вещество окисляется, если оно теряет атомы H и (или) приобретает атомы O. Кислородсодержащий окислитель обозначают символом [O]. Например, первичный спирт окисляется сначала до альдегида, а при дальнейшем воздействии окислителя превращается в кислоту.

Вещество восстанавливается, если оно приобретает атомы H и (или) теряет атомы O. Восстановитель обозначают символом [H]. Например, превращение алкенов в алканы, альдегидов в первичные спирты или нитросоединений в амины.

 

4. По типу активации различают каталитические и некаталитические реакции.



Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 258;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.012 сек.