2.3 Общие представления о механизмах химических реакций

 

В процессе химической реакции происходит разрыв химических связей в реагирующих молекулах и образование новых связей. При этом разрыв ковалентной связи может происходить различно. Во-первых, в результате разрыва связи у каждого из атомов может остаться по одному электрону из пары. Такой разрыв называют гомолитическим, а образующиеся незаряженные частицы с неспаренными электронами – радикалами:

свободные радикалы

Во-вторых, разрыв связи может происходить и таким образом, что электронная пара связи окажется у одного из атомов, который тем самым получит лишний электрон и, следовательно, и отрицательный заряд; другой атом, потерявший электрон, зарядится положительно:

Такой разрыв связи называют гетеролитическим, а образующиеся частицы – ионами (катионом и анионом).

Если положительный заряд возник на атоме углерода, то такой катион называется карбкатионом, а отрицательный – карбанионом:

Радикалы, карбанионы, карбкатионы – частицы, промежуточно образующиеся в ходе химических реакций, как правило, исключительно реакционноспособны и обычно не могут существовать в свободном виде более или менее продолжительное время.

Каков механизм реакции – свободнорадикальный или ионный – можно установить, изучив экспериментальные условия, благоприятствующие течению реакции.

 

2.3.1 Свободнорадикальные реакции

 

1. Катализируются светом, высокой температурой или разложением веществ, образующих свободные радикалы.

2. Тормозятся веществами, легко реагирующими со свободными радикалами (например гидрохинон).

3. Происходят в неполярных растворителях или паровой фазе.

4. Часто являются автокаталитическими и имеют индукционный период перед началом реакции.

5. В кинетическом отношении часто являются цепными.

 

 

2.3.2 Ионные реакции

1. Катализируются кислотами и основаниями и не подвергаются влиянию света или свободных радикалов.

2. Не подвержены влиянию акцепторов свободных радикалов.

3. На ход реакции оказывает влияние природа растворителя.

4. Редко происходят в паровой фазе.

5. Кинетически являются большей частью реакциями первого и второго порядка.

В зависимости от природы реагента, атакующего молекулу, ионные реакции подразделяются на электрофильные и нуклеофильные, как и сами атакующие реагенты.

Пример: реакции замещения – обозначаются S:

 

Реагенты, которые, участвуя в реакциях, отдают свою электронную пару для образования связи с атомными ядрами других молекул, называются нуклеофильными, а реагенты, действие которых связано с приобретением электронов называются электрофильными.

Очень многие реакции происходят непосредственно между молекулами органических соединений. При таких реакциях образование новых и разрыв прежних связей в реагирующих молекулах происходит синхронно в реакционном активном комплексе, в котором все изменяющиеся связи ослаблены:

Реакционный комплекс имеет переходный характер и не может быть изолирован.

В реакциях этого типа требуется значительно меньшая энергия, чем для реакций, включающих полную диссоциацию молекул, вступающих в реакцию.