Кафедра “Химическая технология”

УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ЛЕКЦИОННЫЕ ЗАНЯТИЯ

ЛЕКЦИЯ №1
Механизмы органических реакций
ПЛАН:

1. 
   Классификация органических реакции.
   
2. 
   Типы функциональных заместителей.
   
3. 
   Индуктивный эффект. Эффект сопряжения.
   
4. 
   Проявление электронных эффектов в монозамещенных бензолах.
   
5. 
   Влияние функциональных заместителей на кислотно-основные свойства органических соединений.
   
6. 
   Сила органических кислот и оснований.
   
7. 
   Реакционная способность органических соединений в реакциях электрофильного, нуклеофильного и радикального замещения.
   

Классификация органических реакций
Все химические реакции сопровождаются разрывом одних связей и возникновением других. Органические реакции подчиняются, в принципе, тем же законам, что и реакции неорганических веществ, но имеют свои особенности. Так в отличие от последних, в кото рых обычно участвуют ионы, в органических реакциях чаще всего принимают участие молекулы. Такие реакции протекают гораздо медленнее и для их ускорения часто используют катализаторы или создают соответствующие условия (повышают температуру или давление). При этом выход конечного продукта обычно невысок (50-80%), но и это удовлетворяет химиков-органиков, так как в процессе его получения идет не одна реакция, а несколько, которые называют побочными. Поэтому органическую реакцию записывают не в виде химического уравнения (с приведением стехиометри ческих соотношений реагирующих веществ), а ее схему, которая показывает только исходные вещества и основной продукт реак ции, а также условия проведения реакции. В этом случае вместо знака равенства (=) используют стрелку (→), указывающую направление превращения веществ. Часто запись уравнения реакции изображают в сокращенном виде: над стрелкой указывают условия проведения реакции, а под стрелкой – побочные вещества, которые выделяются в реакции (со знаком минус).
Все органические реакции классифицируют:
1. По характеру химических превращений органические реакции делят на следующие типы.
Реакция замещения. Один атом (или группа атомов) замещается на другой атом (или группу атомов) с образованием новой молекулы:

Реакция присоединения. В этом случае из двух (или нескольких) молекул образуется одно новое вещество:

К реакции присоединения можно отнести реакцию восстановления (действие восстанавливающего реагента обозначают символом [Н]):

Реакция восстановления противоположна реакции окисления. Частным случаем реакции восстановления является гидрирование:

Реакция отщепления. В результате этой реакции образуется новое вещество, содержащее кратную связь:

Перегруппировка. Такие реакции приводят к внутримолекулярным перемещениям атомов или групп атомов без изменения молекулярной формулы веществ, участвующих в реакциях:

Окисление – реакция, при которой под действием окисляющего реагента (его обозначают символом [O]) образуется новое соединение:

Реакции конденсации и поликонденсации являются также частным случаем реакции присоединения. В результате соединения нескольких молекул друг с другом, сопровождающегося выделением простых веществ (H2O, NН3 и др.), образуется сложное вещество с более высокой молекулярной массой:

Реакция разложения (расщепления) приводит к образованию новых веществ более простого строения:

2. По механизмам их протекания и характеру реагента, действующего на молекулу.
Под механизмом химической реакции понимают путь, который приводит к разрыву старой связи и образованию новой. Разрыв ковалентной связи может протекать по двум механизмам: гетеролитическому (ионному) и гомолити ческому (радикальному).
1. Гетеролитический (ионный) механизм.
Молекула А:В, состоящая из атомов А и В, под действием реагента С способна разрываться по двум направлениям (1) и (2) с образованием ионов:

При этом механизме электронная пара, связывающая атомы А и В, не разъединяется, а полностью переходит к одному из атомов (А или В). В зависимости от характера реагента С (С+ или :С–) и пути гетеролитического разрыва связи в молекуле А:В образуются различные продукты (молекулы и ионы):

S – от лат. substitutio – замещение, N – nucleophilic (нуклеофильный), E – electrophilic (электрофильный). Реагент E+ не располагает электронной парой для вновь образующейся связи, а использует ту пару, которая принадлежала реагирующей молекуле А:В. Такой реагент называется электрофильным ("имеющим сродство к электрону") или элeкmpoнoакцenmopным.
К таким реагентам относятся катионы H+, Cl+, NO+2, SO3H+, R+, R–+C=O и молекулы со свободными орбиталями (АlСl3, ZnCl2 и др.) Реакции, идущие с участием таких реагентов, называются электрофильными реакциями (замещения, присоединения). При этом субстрат (реагирующая молекула) проявляет электроно донорные свойства. Пример электрофильного замещения (SЕ):

Другой реагент (:Nu–) располагает электронной парой для образования новой связи. Он называется нуклеофильным ("имеющим сродство к ядру") или электронодонорным. К таким реагентам относятся анионы или молекулы, содержащие атомы с неподеленными электронными парами: НО–, RO–, Cl–, RCOO–, CN–, R–, –NH2, H2O:, :NH3, C2H5OH (рисунок 1).



Рисунок 1.Строение некоторых нуклеофильных реагентов.
Реакции, протекающие с участием таких реагентов, называются нуклеофильными реакциями (замещения, присоединения или отщепления). При этом реагирующая молекула проявляет электрофильные свойства. Пример нуклеофильного замещения (SN):

2. Гомолитический (радикальный) механизм. Эти реакции идут в том случае, если атакующий реагент С·– свободный радикал (частица с неподеленным электроном):