1.4.Общая характеристика реакций органических соединений.

Почти все реакции в органической химии сопровождаются разрывом или образованием ковалентных связей. Умение разобраться в этом процессе является основой для понимания механизмов реакций. Во время химической реакции ковалентная связь между атомами А и В рвется, возможно представить три способа разрыва этой связи. Гомолитическое расщепление связи – это разрыв ковалентной связи, при котором каждый из первоначально связанных атомов сохраняет один из обобществленных электронов. Каждая из образовавшихся частиц имеет один «неспаренный» электрон, но не несет электрического заряда. Такие частицы называются свободными радикалами.

Г омолитический разрыв

Другой тип разрыва связи – гетеролитический, при котором оба связывающих электрона остаются у одного из первоначально связанных атомов. Этот процесс сопровождается образованием электрически заряженных частиц, может осуществляться двумя путями, как показано на приведенной схеме.

Е сли А – существенно более электроотрицательный элемент, чем В, то более вероятен последний путь гетеролитического расщепления связи.

Образование новых ковалентных связей происходит в ходе химических реакций, обратных только что описанным. Хотя органическая химия включает изучение очень сложных превращений, огромное множество реакций можно объяснить с использованием этих простых перемещений электронов. При графическом изображении механизмов реакций удобно пользоваться символическими обозначениями, показывающими направление движения электронов. Такими символами являются изогнутые стрелки, которые обозначают перемещение одного или двух электронов, соответственно.

П ри написании этих стрелок нужно твердо помнить, что начало и конец стрелки четко определяет направление и место перемещения электронов. Например, реакцию протонирования воды можно изобразить следующим образом:

Свободная электронная пара атома кислорода является донором для образования связи с протоном, при этом одновременно происходит перенос электронов из связи Н – Сl атому хлора.

В любой химической реакции можно выделить двух партнеров. Один из них – само вещество, называемое субстратом, а действующее на него соединение - реагентом. Именно в субстрате происходит разрыв старой и образование новой связи.

Типы органических реакций.

Органические реакции классифицируют несколькими способами.

1.По характеру изменений связей в субстрате и реагенте.

Реагенты могут быть трех основных типов: радикальные, электрофильные и нуклеофильные. Радикальные реагенты образуются в результате гомолитического разрыва связи. Радикальные реагенты (радикалы) – свободные атомы или частицы с неспаренным электроном. Примеры радикальных реагентов – Cl^., NO2^., ^. O-O^. .

Реагенты, образующиеся в результате гетеролитического (ионного) разрыва связи, называются электрофильными и нуклеофильными .Электрофильные реагенты( электрофилы)- частицы с не полностью заполненным валентным электронным уровнем. К таким реагентам относят положительно заряженные частицы – протон Н⁺, катион брома Br ^+, или электронейтральные молекулы, как, например,триоксид серы : SO₃. Нуклеофильные реагенты (нуклеофилы)- частицы, имеющие пару электронов на внешнем электронном уровне. Они могут быть отрицательно заряженными – хлорид-ион Cl^- , алкоксид-ион RO^- или быть электронейтральными. В таком случае их нуклеофильность обусловлена наличием n- или π – электронов- H₂O, NH₃, C₆H₆.

В соответствии с характером разрыва связи в субстрате и природой реагента различают три типа реакций: радикальные, ионные и согласованные.

Радикальные, или гомолитические реакции (символ R). В них действуют радикальные реагенты и происходит гомолитический разрыв связи в субстрате.

Ионные, или гетеролитические реакции. Эти реакции сопровождаются ионным разрывом связи. В зависимости от природы атакующего реагента могут быть электрофильными (символ E), нуклеофильными (символ N).

Синхронные, или согласованные реакции. В этом случае разрыв старых и образование новых связей протекает без участия промежуточных, радикальных или ионных,частиц.

2.По числу частиц, принимающих участие в элементарной стадии. По этому признаку все реакции можно разделить на мономолекулярные и бимолекулярные. В мономолекулярной реакции в элементарном акте реакции участвует одна молекула, а в бимолекулярной – две. Например, мономолекулярной реакцией является реакция:

СH₃-CH₂-OH CH₂= CH₂+H₂O

Примером бимолекулярной реакции является реакция:

СH₃ –CH₂-I +KOH CH₃-CH₂-OH+KI

3. В соответствии с конечным результатом. По этому признаку все реакции делят на несколько основных типов:

1. Реакции замещения (символ S).

2. Реакции присоединения ( символ А)

3. Реакции отщепления (элиминирования) ( символ Е ).

Иногда реакции любого типа сопровождаются перегруппировками.

55