Типы химических реакций

Химические реакции связаны с разрывом химической связи.

Выделяют три основных типа реагирующих частиц – свободных радикал, нуклеофил и электрофил. Поэтому рассматривают классификацию реакций по типу реагирующих частиц:

• Свободнорадикальные реакции
• Электрофильные  реакции                             
• Нуклеофильные реакции                               

По принципу изменения состава молекул в органической химии выделяют 4 типа реакций:

1. Реакции присоединения
2. Реакции замещения
3. Реакции отщепления
4. Реакции перегруппировки

В органических реакциях выделяют:

1.      Субстрат – основное органическое вещество

2.      Реагент – это вещество, молекула которого обладает более простым строением

ТИП РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ

     Это реакции, в результате которых происходит замена атомов или групп атомов в молекулах субстрата на другие атомы или группы атомов из реагента.

1.      Вид: 1. реакция галогенирования (+Hal₂)

1.      Вид: 2. реакция нитрования (+HNO₃)

1.      Вид: 3. реакция алкилирования (+R-Hal) галогенпроизводное углеводородов

ТИП ПРИСОЕДИНЕНИЕ

 – это реакции в результате которых атомы или группы атомов реагента присоединяются (добавляются) к молекуле субстрата.

Реакции присоединения характерны для органических веществ с кратными связями. Присоединение реагента идет по месту разрыва пи-связи в молекуле субстрата

Вид: 1. гидрирование (+ Н₂)

1.      Вид: 2. галогенирование (+ Hal₂)

1.      Вид: 3.  гидрогалогенирвоание ( + Н-Гал)

Правило Марковникова — при присоединении галогеноводородов или воды к несимметричным алкенам или алкинам атом водорода из Галогенводорода присоединяется к наиболее  гидрогенизированному (гидрированному) углеродному атому (т.е. к атому С, связанному с большим числом атомов Н), а атом галогена (или группа –ОН) – к наименее гидрогенизированному.

Правило, устанавливающее направление реакции присоединения галогеноводородов (гидрогалогенирование) и воды (гидратация), сформулировал русский химик В.В. Марковников в 1869 г.

Правило Марковникова о присоединении по двойной связи объясняется смещением электронной плотности в молекулах несимметричных алкенов.

Механизм присоединения по правилу Марковникова

Электронная плотность в молекуле СН₃-СН=СН₂ до вступления в реакцию распределена неравномерно. Это обусловлено тем, что метильная группа СН₃ за счет суммирования небольшой полярности трех С-Н-связей является донором электронов, т.е. проявляет +I-эффект ссылка  по отношению к соседним атомам углерода.

Это вызывает смещение подвижности π-электронов двойной связи в сторону более гидрогенизированного атома углерода и появлению на нем частичного отрицательного заряда (δ-).

На другом, менее гидрогенизированном, атоме углерода возникает частичный положительный заряд (δ+). Поэтому атака электрофильной частицы Н+ происходит по более гидрогенизированному углеродному атому, а атом галогена или группа –ОН присоединяются к менее гидрогенизированному атому углерода.

Например, гидробромирование  бутена-2 и пропена:

Бутен-2 является симметричным алкеном, оба углеродных атома относительно двойной связи совершенно равноценны. В результате первой реакции образуется один продукт – 2-бромбутан.

Пропен – несимметричный алкен. Один углеродный атом при двойной связи более гидрогенизирован, т.е. содержит большее число атомов водорода. Поэтому продуктом  реакции является 2-бромпропан.

Присоединение воды к несимметричным алкенам также происходит по правилу Марковникова.

Например, гидратация пропена и бутена-1: 

В результате  гидратации пропена образуется пропанол-2, а не пропанол-1.  А в результате гидратации бутена-1 – бутанол-2, а не бутанол-1.

Исключение из правила Марковникова.

Если же в алкене присутствует электроноакцепторный заместитель, т.е. группа, обладающая способностью оттягивать на себя электронную плотность, более стабильным может оказаться первичный катион и реакция пойдет против правила Марковникова, например гидрогалогенирование  трифторпропена.  

1.      Вид: 4. реакция гидратации ( + Н₂О)

См. пример выше.

ТИП ОТЩЕПЛЕНИЯ

- реакции в результате которых от молекул исходного вещества отщепляется некоторые атомы или группы атомов

1.      Вид: 1. дегидрирования (- Н₂)

СН₃-СН₃ → кат.  СН₂=СН₂ + Н₂

1.      Вид: 2. дегалогенирования ( - 2Гал)

1.      Вид: 3. дегидрогалогенирования ( - Н Гал)

R-Hal + щелочь (NaOH, KOH)
Спиртовой раствор	Водный раствор
Реакция отщепления, дегидрогалогенирование = образуются вещества с кратной связью	Реакция замещения (атом Гал замещается на ОН группу из щелочи) = образуются спирты

Правило Зайцева — отщепление атома водорода в реакциях дегидрогалогенирования и дегидратации происходит преимущественно от наименее гидрированного (гидрогенизированного) атома углерода.

Эта закономерность была открыта в 1875 г. русским химиком А.М. Зайцевым.

 Дегидрогалогенирование алкилгалогенидов (галогеналканов)

Реакция дегидрогалогенирования проходит при нагревании под действием концентрированного спиртового раствора щелочи.

Использование водного раствора щелочи приводит к образованию другого продукта реакции — спирта.

Дегидратация спиртов

Отщепление молекулы воды от вторичных и третичных спиртов также идет по правилу Зайцева:

В тех случаях, когда возможны 2 направления реакции, например:

дегидратация идет преимущественно в направлении I, т.е. по правилу Зайцева – с образованием более замещенного алкена.

1.      Вид: 4. дегидратация ( - Н₂О)

См выше.

ТИП РЕАКЦИИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ

- это реакции, в ходе которых молекулы ОВ с небольшой молекулярной массой соединяются друг с другом с образованием молекул органических веществ очень высокой молекулярной массой – макромолекул, без образования побочных продуктов.

Эта реакция характерна для органических веществ с двойной связью, в которой происходит разрыв π-связи:

Число элементарных звеньев, повторяющихся в макромолекуле полимера, называется степенью полимеризации (обозначается n).

ТИП РЕКАКЦИИ ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ

- это реакции, при которых происходит соединение двух и более молекул органических веществ друг с другом, сопровождающиеся отщеплением побочных продуктов.

Например, реакция поликонденсации аминокислот

Обратите внимание! В результате реакции поликонденсации образуется побочное вещество (в данном случае вода). Это отличие от полимеризации.

6. ТИП РЕАКЦИИ ИЗОМЕРИЗАЦИИ

- превращение одного изомера в другой. Виды смотрите в блоке IV

7. ТИП РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ

- реакции, в результате которых увеличивается степень окисления в

молекулах органических веществ.

Выделают следующие ВИДЫ:

1. Реакции полного окисления (реакции горения)

А) ОВ (углеводороды, кислородсодержащие вещества) + О₂ → СО₂ + Н₂О

В) ОВ (азотсодержащие вещества) + О₂ → СО₂ + Н₂О + N₂

Например, горение метана:

Реакция неполного окисления (Окислительно-восстановительные реакции)

ОВ + [O] → продукты окисления + продукты восстановления

В качестве [O] окислителя могут выступать: слабые окислители (Ag₂O, CuO, Cu(OH)₂) или сильные окислители (KMnO₄, K₂Cr₂O₇)

Например неполное окисление этанола: