Классификация органических реакций

Химические реакции – это процессы, сопровождающиеся изменением распределения электронов внешних оболочек атомов реагирующих веществ. В ходе реакции в молекулах реагирующих веществ разрываются одни химические связи и образуются другие. Реакция идет в сторону образования стабильных частиц, т.е. обладающих меньшей внутренней энергией.

Классифицировать реакции можно по различным признакам.

А. По типу разрыва химических связей в реагирующих частицах (субстрат и реагент). Субстрат – это реагирующее вещество, реагент – действующее вещество. Но это разделение условное.

Различают три типа реагентов:

1. радикалы (R) – это нейтральные атомы или частицы с неспаренным электроном (Н, С1, ОН, СН₃ и др.);

2. нуклеофилы (Nu – «любящие ядра») – это частица, имеющая электронную пару на внешнем электронном уровне атома (Н^–, НО^–, Наl^–, Н₂О:, :NН₃, СН₂=СН₂, С₆Н₆ и др.);

3. элекрофилы (Е – «любящие электроны») – это частицы, имеющие недостаток электронов – незаполненный валентный электронный уровень (катионы Н⁺, NО₂⁺, молекулы А1С1₃, SО₃ и др.).

В реакциях нуклеофил атакует в субстрате реакционный центр с недостатком электронов, электрофил атакует реакционный центр с избытком электронов. Соответственно этому различают:

1. Радикальные реакции

Н₃С : Н + С1 : С1 СН₃С1 + НС1

Субстрат(S) Реагент

II. Электрофильные реакции

Nu (S) Е (реагент)

III. Нуклеофильные реакции

СН₃ : С1^ + Nа⁺ : ОН^  СН₃ОН + NаС1

Б. По количеству и характеру исходных и конечных продуктов различают типы реакций:

1. Реакции замещения (S)

СН₃С1 + NаОН  СН₃ОН + NаС1

Они подобны реакциям обмена в неорганической химии.

2. Реакции присоединения (А)

СН₂ = СН₂ + Br₂  СН₂Br  СН₂Br

3. Реакции отщепления (элиминирования) – это отщепление двух атомов или групп атомов от соседних атомов углерода с образованием между ними-связи.

СН₂=СН₂ + Н₂О

С учетом характера реагентов реакции замещения и присоединения

могут быть нуклеофильными, электрофильными и радикальными и обозначаются следующим образом:

1. Реакции нуклеофильного замещения (S_N)

С1^ + Nа⁺ – ОН^  СН₃ОН + NаС1

Nu Nu

2. Реакции электрофильного замещения (S_Е)

3. Реакции радикального замещения (S_R)

Н₃С : Н + С1 : С1 СН₃С1 + НС1

4. Реакции электрофильного присоединения (А_Е)

Н₂С = СН₂ + Н⁺С1^–  СН₃ – СН₂С1

5. Реакции нуклеофильного присоединения (А_N)

Контрольные вопросы:

1. Какие системы называются сопряженными.

2. Виды сопряжения. Приведите примеры на каждый вид.

3. Что такое индуктивный эффект. В каких случаях возникает отрицательный и положительный индуктивный эффект.

4. Мезомерный эффект. Дайте определение.

5. Какие функциональные группы являются электронодонорами, а какие электроноакцепторами?

6. Критерии ароматичности.

7. Приведите классификацию органических реакций.

8. Какие частицы называются нуклеофильными, а какие электрофильными?

Упражнения и ситуационные задачи:

1. Докажите, что пирролявляется ароматическим соединением.

2. Каким заместителем является аминогруппа в молекулах анилина и аминоэтанола? Ответ поясните. Покажите направление электронных эффектов в этих молекулах.

3. Покажите действие мезомерного эффекта карбоксильной группы на распределение электронной плотности в бензольном кольце.

4. Сульфаниловая кислота, лежащая в основе группы сульфаниламидных препаратов, обладающих антибактериальной активностью по международной номенклатуре называется: 4-амино-бензолсульфокислота. Напишите её структурную формулу и укажите электронные эффекты функциональных групп.

5. Укажите вид сопряжения и изобразите электронные эффекты аминогруппы в аминобензоле и 2-аминопропане. ЭД или ЭА она является?

6. Объясните почему пиридин ароматическое соединение? Укажите вид сопряжения. ЭД или ЭА является в пиридине азот?

7. ЭД или ЭА является группа NH₂ в следующих соединениях:

Какие эффекты она проявляет. Изобразите их графически.

8. Укажите вид сопряжения и электронные эффекты заместителей в следующих соединениях:

Изобразите их графически. ЭД или ЭА они являются?

9. ЭД или ЭА заместителем является –ОН в соединениях:

10. Электронодонором или Электроноакцептором является N в соединениях:

Л и т е р а т у р а:

Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия, - М., Медицина, 1991. С.37, 40-50, 90-95.