Механизмы реакций в органической химии
Ионный (правило В.В. Марковникова) и радикальный механизмы реакций в органической химии.
Механизмы разрыва химических связей в органических реакциях
Гомолитический разрыв связи – это такой разрыв химической связи, когда каждый атом получает при разрыве связи по одному электрону из общей электронной пары. |
Образующиеся при этом частицы — это свободные радикалы.
Свободные радикалы – это частицы, каждая из которых содержит один неспаренный электрон. A:B → A∙ + ∙B Гомолитический разрыв связи характерен для слабо полярных или неполярных связей. Условия протекания радикальных реакций:
Например , взаимодействие метана с хлором протекает по цепному радикальному механизму. То есть реакция протекает как цепь последовательных превращений с участием свободных радикалов. Свободные радикалы R∙ – это атомы или группы связанных между собой атомов, которые содержат один или несколько неспаренных электронов. Свободные радикалы – очень активные частицы, которые стремятся образовать связь с каким-либо другим атомом. Этапы радикально-цепного процесса: Стадия 1. Инициирование цепи. Под действием кванта света или при нагревании молекула галогена распадается на радикалы: Cl:Cl → Cl⋅ + ⋅Cl Стадия 2. Развитие цепи. Радикалы взаимодействуют с молекулами с образованием новых молекул и радикалов. Радикал галогена взаимодействует с молекулой алкана и отрывает от него водород. При этом образуется промежуточная частица – алкильный радикал, который в свою очередь взаимодействует с молекулой хлора: CH4 + ⋅Cl → CH3⋅ + HCl Стадия 3. Обрыв цепи. При протекании цепного процесса рано или поздно радикалы сталкиваются с радикалами. При этом образуются молекулы, т.е. радикальный процесс обрывается. Могут столкнуться разные радикалы, в том числе два метильных радикала:
При гетеролитическом разрыве связи образуются ионы – положительно заряженный катион и отрицательно заряженный анион. A:B → A: – + B +
Гетеролитический (ионный) механизм характерен для полярных и легко поляризуемых связей. Условия протекания ионных реакций:
Присоединение галогеноводородов (гидрогалогенирование). Например, этилен взаимодействует с бромоводородом: Реакция протекают по механизму электрофильного присоединения в несколько стадий. I стадия. Электрофилом является протон Н + в составе бромоводорода. Катион водорода присоединяется к атому углерода при двойной связи и образуется карбокатион . На втором атоме углерода, который потерял электроны π-связи, образуется положительный заряд: II стадия. Карбокатион взаимодействует с анионом Br – : При присоединении галогеноводородов и других полярных молекул к симметричным алкенам образуется одно вещество. Например , при присоединении бромоводорода к этилену образуется только бромэтан. При присоединении полярных молекул к несимметричным алкенам образуется смесь изомеров. При этом выполняется правило Марковникова.
Например , при взаимодействии хлороводорода HCl с пропиленом атом водорода присоединяется преимущественно к атому углерода группы СН2=, поэтому преимущественно образуется 2-хлорпропан. При этом 1-хлорпропан образуется в незначительном количестве: В некоторых случаях присоединение к двойным связям происходит против правила Марковникова. Исключения из правила Марковникова: 1) Если в молекуле присутствует заместитель, который оттягивает на себя электронную плотность двойной связи. Например , при взаимодействии 3-хлорпропена с хлороводородом HCl преимущественно образуется 1,3-дихлорпропан. Атом хлора смещает к себе электронную плотность, поэтому π-электронная плотность двойной связи смещена к менее гидрогенизированному атому углерода: 2) Если в реакционной системе присутствуют свободные радикалы или источники свободных радикалов, то реакция присоединения полярных молекул вида НХ к двойной связи протекает по радикальному механизму против правила Марковникова. Например , при присоединении бромоводорода к пропилену в присутствии пероксидов (H2O2 или R2O2) преимущественно образуется 1-бромпропан: По свободно радикальному механизму протекают реакции уравнение которойВзаимодействие н-бутана с хлором протекает 1) с разрывом связей в молекуле бутана 2) через образование свободных радикалов 3) с преимущественным образованием 1-хлорбутана 4) с образованием нескольких монохлорпроизводных 5) с промежуточным образованием частицы 6) на свету или при нагревании Ответ запишите цифрами без пробелов Алканы- это предельные углеводороды, для них характерны реакции радикального замещения (с образованием свободных радикалов) , протекающие на свету или нагревании. Если алкан имеет разветвленное строение, то замещение происходит у третичных или вторичных и в последнюю очередь у первичных атомов углерода. При хлорировании алканов линейного строения образуются несколько монохлорпроизводных. Поэтому ответ: 2,4,6 у бутана же всего 4 атома углерода в скелете, то есть с какой бы стороны не присоединился первый хлор это всё равно будет 2-хлорбутан (CH3-CHCl-CH2-CH3 и CH3-CH2-CHCl-CH3 это ведь одно и то же вещество только прочитанное с другого конца.) а вот 5 ответ по моему правильный ведь реакция идет по радикальному механизму соответственно должен ременно образоваться свободный радикал. Будет получаться и 2-хлорбутан, и 1-хлорбутан. Под номером 5 представлена частица с положительным зарядом — катион, а не радикал. полностью согласен с гостем, правильный ответ 256, и если вы говорите что это катион а не радикал то объясните пожалуйста как вы понимаете слово радикал, и как ещё его можно изобразить, если не как в 5 варианте ответа, до того как он присоединился к чему либо? со всем уважением, но вы в данном случае не правы, но это моё субъективное мнение, и если вы мне толково объясните в чем наша ошибка, буду вам искренне благодарен.))) Знаком «+» принято обозначать положительно заряженные частицы — катионы, знаком «—» — отрицательно заряженные — анионы. Свободные радикалы (частицы с неспаренным электроном) принято обозначать знаком « · » над символом атома, у которого имеется неспаренный электрон. Например, радикал изопропил изображается так: В данном задании (взаимодействие бутана с хлором) реакция идет именно через образование радикалов. Через образование указанного в пункте 5 катиона происходит, например, реакция бутена-2 с хлороводородом Так что, правильный ответ 246 Взаимодействие толуола с бромом на свету протекает 1) с разрывом π-связей в молекуле толуола 2) через образование свободных радикалов 3) как реакция присоединения 4) как реакция замещения 5) с промежуточным образованием частицы 6) по ионному механизму Ответ запишите цифрами без пробелов Толуол- представитель голомологического ряда аренов (ароматических углеводородов). В случае гомологов бензола при действии хлора на свету или при нагревании происходит реакция хлорирования на свету радикального замещения (образование свободных радикалов) в БОКОВОЙ цепи. Поэтому правильный ответ: 2,4,5 Этан может вступать в реакции Этан это алкан. Для предельных углеводородов характерны реакции замещения, дегидрирования, горения, разложения, изомеризации, крекинга. В этане 2 атома углерода, поэтому реакции изомеризации и крекинга отсутствуют. По ионному механизму протекают реакции, уравнения которых: 1) 2) 3) 4) 5) 6) По ионному механизму идут реакции присоединения полярных молекул: HCl, HBr, H2O АлканыОрганическая химияМы приступаем к новому разделу — органической химии. Совершенно необязательно (и даже преступно по отношению к собственному времени!) знать наизусть, зубрить свойства органических веществ. По мере изучения вы поймете, что свойства вещества определяются его строением, и научитесь легко предсказывать ход реакций 😉 В этой связи особый интерес представляет теория химического строения, которая была создана А.М. Бутлеровым в 1861 году. Она включает в себя несколько основных положений:
Алканы (парафины) — насыщенные углеводороды, имеющие линейное или разветвленное строение, содержащие только простые связи. Относятся к алифатическим углеводородам, так как не содержат ароматических связей. Алканы являются насыщенными соединениями — содержат максимально возможное число атомов водорода. Общая формула их гомологического ряда — CnH2n+2. Номенклатура алкановНоменклатура (от лат. nomen — имя + calare — созывать) — совокупность названий индивидуальных химических веществ, а также правила составления этих названий. Названия у алканов формируются путем добавления суффикса «ан»: метан, этан, пропан, бутан и т.д. Гомологами называют вещества, сходные по строению и свойствам, отличающиеся на одну или более групп CH2 Перечисленные выше алканы, являются по отношению друг к другу гомологами, то есть составляют один гомологический ряд (греч. homólogos — соответственный). Названия алканов формируются по нескольким правилам. Если вы знаете их, можете пропустить этот пункт, однако я должен познакомить читателя с ними. Итак, алгоритм составления названий следующий:
Внимательно изучите составленные для различных веществ названия ниже. В углеводородной цепочке различают несколько типов атомов углерода, в зависимости от того, с каким числом других атомов углерода соединен данный атом. Различают первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода. Изомерами (греч. isomeros — составленный из равных частей) называют вещества, имеющие одну молекулярную формулу, но отличающиеся по строению (структурная изомерия) или расположению атомов в пространстве (пространственная изомерия). Изомерия бывает структурной (межклассовая, углеродного скелета, положения функциональной группы или связи) и пространственной (геометрической, оптической). По мере изучения классов органических веществ вы узнаете о всех этих видах. В молекулах алканов отсутствуют функциональные группы, кратные связи. Для алканов возможна изомерия только углеродного скелета. Так у пентана C5H12 существует 3 структурных изомера. Некоторые данные, касающиеся алканов, надо выучить:
Природный газ и нефтьАлканы входят в состав природного газа: метан 80-97%, этан 0.5-4%, пропан 0.2-1.5% , бутан 0.1-1%, пентан 0-1%. Состав нефти нельзя выразить одной формулой, он непостоянен и зависит от месторождения. В состав нефти входят алканы с длинными углеродными цепочками, например: C8H18, C12H26. Путем крекинга из нефти получают алканы. Получение алкановВ промышленности алканы получают путем:
В ходе крекинга нефти получается один алкан и один алкен. Гидрогенизацией угля (торфа, сланца) Гидрированием оксида углерода II В лабораторных условиях алканы получают следующими способами:
Данный синтез заключается в сплавлении соли карбоновой кислоты с щелочью, в результате образуется алкан. Эта реакция заключается во взаимодействии галогеналкана с металлическим натрием, калием или литием. В результате происходит удвоение углеводородного радикала, рост цепи осуществляется зеркально: в том месте, где находился атом галогена. В ходе синтеза Гриньяра с помощью реактива Гриньяра (алкилмагнийгалогенида) получают различные органические соединения, в том числе несимметричные (в отличие от реакции Вюрца). На схеме выше мы сначала получили реактив Гриньяра, а потом использовали его для синтеза. Однако можно записать получение реактива Гриньяра и сам синтез в одну реакцию, как показано на примерах ниже. В результате электролиза солей карбоновых кислот может происходить образование алканов. В результате разложения карбида алюминия образуется метан и гидроксид алюминия. Гидрированием ненасыщенных углеводородов Химические свойства алкановАлканы — насыщенные углеводороды, не вступают в реакции гидрирования (присоединения водорода), гидратации (присоединения воды). Для алканов характерны реакции замещения, а не присоединения.
Атом галогена замещает атом водорода в молекуле алкана. Запомните, что легче всего идет замещение у третичного атома углерода, чуть труднее — у вторичного и значительно труднее — у первичного. Реакции с хлором на свету происходят по свободнорадикальному механизму. На свету молекула хлора распадается на свободные радикалы, которые и осуществляют атаку на молекулу углеводорода. Реакция Коновалова заключается в нитровании алифатических (а также ароматических) соединений разбавленной азотной кислотой. Реакция идет при повышенном давлении, по свободнорадикальному механизму. Для удобства и более глубокого понимания, азотную кислоту — HNO3 — можно представить как HO-NO2. Все органические вещества, в их числе алканы, сгорают с образованием углекислого газа и воды. В ходе каталитического, управляемого окисления, возможна остановка на стадии спирта, альдегида, кислоты. Пиролиз (греч. πῦρ — огонь + λύσις — разложение) — термическое разложение неорганических и органических соединений. Принципиальное отличие пиролиза от горения — в отсутствии кислорода. В реакциях, по итогам которых образуются изомеры, используется характерный катализатор AlCl3. Вам уже известно, что в результате крекинга образуется один алкан и один алкен. Это не только способ получения алканов, но и их химическое свойство. © Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022 Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию. источники: http://chem-ege.sdamgia.ru/test?theme=35 http://studarium.ru/article/181 |