Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды (стр. 5 из 5)
Существуют все ступени перехода от восстановителей к окислителям и от нуклеофильных реагентов к электрофильным. В зависимости от условий и от природы атакующего реагента одни и те же вещества проявляют либо нуклеофильные (восстановительные), либо электрофильные (окислительные) свойства.
Например, молекула акролеина CH2=CH—CH=O может по связи С=С присоединять как нуклеофильный реагент – гидросульфит натрия, так и электрофильный реагент – молекулу хлора:
ООH2C=CH—C—H + NaHSO3 ¾® CH2—CH2—C—H
ú
О SO3Na ОH2C=CH—C—H + Cl2 ¾® CH2Cl—CHCl—C—H
В первом случае молекула акролеина проявляет электрофильные, а во втором – нуклеофильные свойства. Такие реагенты, как аммиак и вода, в зависимости от условий реакции и природы взаимодействующего с ними вещества, проявляют нуклеофильные и электрофильные свойства.
Гомолитическое расщепление ковалентной связи происходит вследствие разрыва электронной пары:
А : В --- А× + ×В
Гомолитическая диссоциация молекул обычно вызывается термическим и фотохимическим разложением органических веществ. Фотоны с достаточной энергией превращают молекулы в свободные радикалы. Поэтому действие света, равно как и облучение УФ-лучами, инициирует процесс гомолитической диссоциации молекул. В результате гомолитических реакций образуются свободные радикалы.
Свободные радикалы представляют собой электронейтральные частицы с неспаренными электронами. Свободные радикалы подобно свободным одновалентным атомам, обладая большой энергией, являются малоустойчивыми и крайне реакционноспособными частицами. Они не могут существовать длительное время и легко взаимодействуют не только друг с другом (рекомбинация свободных радикалов), но с недиссоциированными молекулами с образованием устойчивых соединений. Однако, существуют и долгоживущие свободные радикалы с сопряженной системой связей.
В настоящее время установлено, что многие органические реакции (окисления, галогенирования, нитрования и другие) протекают с образованием свободных радикалов.
Радикальные реакции обычно являются цепными реакциями, т.к. взаимодействие свободного радикала с молекулой приводит к образованию нового свободного радикала или атома с развитием цепи химических превращений. Примером цепных радикальных реакций является реакция взаимодействия галогенов с углеводородами при освещении:
Сl : Cl + hn® 2Cl× инициирование цепи
CH4 + Cl×®×CH3 + HCl î развитие или рост
×CH3 + Cl2 ® CH3Cl + Cl×ì цепи
Обрыв цепи происходит вследствие исчезновения из газовой фазы свободных радикалов в результате их рекомбинации:
Cl× + Cl× = Cl2 î
×CH3 + ×CH3 = C2H6 ì обрыв цепи
Причиной обрыва цепи являются также столкновения радикалов со стенками сосуда и с молекулами примесей.
При взаимодействии свободных радикалов или атомов с молекулами с двойными связями происходит гомолитический разрыв p-связи и образование нового свободного радикала:
Br2 + hn® Br× + Br×
Br× + >C=C< ® >CBr—C<
>CBr—C< + Br×® >CBr—CBr<
Энергия, необходимая для разрыва p-связи (пары электронов), тем меньше, чем больше устойчивость образующегося при этом свободного радикала.
Радикальные реакции – преимущественно реакции автокаталитические. Они играют первостепенную роль в процессах полимеризации, ведущих к получению ценнейших полимерных материалов.
Классификация органических реакций
По конечному результату:
А) реакции присоединения (R—CH=CH2 + Br2 ® R—CHBr—CH2Br);
Б) реакции отщепления (элиминирования)
(R—CHBr—CH2—R' + KOH ® R—CH = CH—R' +KBr + H2O)
В) реакции замещения (RH + Cl2 ® RCl + HCl)
Г) реакции изомеризации (CH3—CH2—CH2—CH3 ® CH3—CH—CH3
ï
По механизму протекания: CH3
А) Гетеролитические (полярные и ионные) реакции
Нуклеофильные реакции (R :Cl + :OH- ® R : OH + :Cl-)
Электрофильные реакции ( R—NH2 + H+ ® R—NH3+)
Б) Гомолитические (радикальные) реакции
Сl : Cl + hn® 2Cl×
CH4 + Cl×®×CH3 + HCl
×CH3 + Cl2 ® CH3Cl + Cl×
3) По количеству молекул, участвующих в элементарной стадии, протекаю-
щей с наименьшей скоростью:
Мономолеклярные,
Бимолекулярные и т.д.
Эти классы реакций неразрывно связаны между собой, ибо реакции присоединения могут протекать по электрофильному, нуклеофильном или радикальному механизму, а реакции нуклеофильного замещения при насыщенном атоме углерода могут осуществляться посредством мономолекулярного, либо бимолекулярного механизма.
Классификация органических соединений
Органические соединения делят на три большие группы:
Органические соединения с открытой цепью (ациклические) атомов углерода (алифатический или жирный ряд). К этой группе органических соединений относят углеводороды и их производные, не содержащие в молекулах колец, или циклов.
Алифатические соединения подразделяются на насыщенные (или
предельные), содержащие в молекулах ординарные углерод- углеродные связи, и ненасыщенные (или непредельные - олефины), содержащие в
молекулах двойные и тройные углерод - углеродные связи.
Карбоциклические (алициклические) соединения – органические
соединения, содержащие замкнутые в кольцо цепи атомов углерода:
Алициклические могут быть соединениями – насыщенными (циклопропан,
циклобутан, циклопентан и т.д.) и ненасыщенные;
Ароматические соединения, содержащие бензольное ядро (и другие соединения отвечающие правилу ароматичности Хюккеля). Часто к ароматическим соединениям относят только соединения с бензоидной системой связей, т.е. арены (бензол и полициклические соединения, построенные из конденсированных бензольных колец) и их замещенные.
Гетероциклические соединения – соединения, в построении колец которых
Участвуют не только атомы углерода, но и атомы других химических
элементов.
Органические соединения образуют гомологические ряды. Каждый последующий член гомологического ряда отличается от предыдущего на метиленовую группу CH2, которая называется гомологической разностью. Гомологические ряды объединяют органические соединения с общими химическими свойствами и сходным химическим строением.
Список литературы
Писаренко А.П., Хавин З.Я. Курс органической химии. М., Высшая школа,
1975. 510 с.
Нечаев А.П. Органическая химия. М., Высшая школа, 1976. 288 с.
Артеменко А.И. Органическая химия. М., Высшая школа, 2000. 536 с.
Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. М., Высшая школа, 1999. 768 с.
Ким А.М. Органическая химия. Новосибирск, Сибирское университетское издательство, 2002. 972 с.