Постојат различни системи за класификација за органски реакции, кои се засноваат на различни карактеристики. Меѓу нив се следните класификации:
- Од страна на конечниот резултат од реакцијата, односно промена во структурата на подлогата;
- Од страна на механизам за реакција, односно според видот на раскинувањето на врската и видот на реагенсите.
Супстанциите кои содејствуваат во органска реакција се поделени на реагенсИ супстрат. Во овој случај, се смета дека реагенсот ја напаѓа подлогата.
ДЕФИНИЦИЈА
Реагенс- супстанца која делува на предмет - супстрат - и предизвикува промена на хемиската врска во него. Реагенсите се поделени на радикални, електрофилни и нуклеофилни.
ДЕФИНИЦИЈА
Подлога, генерално се смета за молекула која обезбедува јаглероден атом за нова врска.
КЛАСИФИКАЦИЈА НА РЕАКЦИИТЕ СПОРЕД КОНЕЧНИОТ РЕЗУЛТАТ (ПРОМЕНА ВО СТРУКТУРАТА НА СУБСТРАТОТ)
Во органската хемија, според конечниот резултат и промената на структурата на подлогата се разликуваат четири типа на реакции: додавање, замена, одвојување,или елиминација(од англиски да се елиминира- отстрани, раздели) и преуредувања (изомеризации)). Оваа класификација е слична на класификацијата на реакциите во неорганската хемија според бројот на почетните реагенси и добиените супстанции, со или без промена во составот. Класификацијата според конечниот резултат се заснова на формални критериуми, бидејќи стехиометриската равенка, по правило, не го одразува механизмот на реакција. Да ги споредиме видовите реакции во неорганската и органската хемија.
Вид на реакција во неорганската хемија | Пример | Вид на реакција во органската хемија | Разновидност и пример Реакции |
|---|---|---|---|
1. Поврзување | В л2 + Х2 = 2 H C l | Приклучување преку повеќе врски | Хидрогенизација |
Хидрохалогенизација
|
|||
Халогенација
|
|||
Хидратација
|
|||
2. Распаѓање | 2
Х2
О=2 Х2
+
О2
| Елиминација | Дехидрогенизација
|
Дехидрохалогенација
|
|||
Дехалогенација
|
|||
Дехидрација
|
|||
3. Замена | Z n + 2 H C l =ZnCl2+H2 | Замена |
|
4. Размена (посебен случај - неутрализација) | Х2 С О4 + 2 N a O H=N a 2 S O 4 + 2 H 2 О | посебен случај - естерификација |
|
5. Алотропизација | графит ⇔ дијамант Пцрвено⇔ Пбело P црвено ⇔ P бело Сромб.⇔ Спласт. Srhomb.⇔Splastic | Изомеризација | Изомеризација алкани
|
н) без нивна замена со други.
Во зависност од тоа кои атоми се разделуваат - соседните В–Вили изолиран со два или три или повеќе јаглеродни атоми - В–C–C– В–, –В–C–C–C– В–, соединенијата може да се формираат со повеќекратни обврзниции или циклични соединенија. Елиминацијата на водородни халиди од алкил халиди или вода од алкохоли се случува според правилото на Заицев.
ДЕФИНИЦИЈА
владеењето на Заицев: Водороден атом H се отстранува од најмалку хидрогенизираниот јаглероден атом.
На пример, елиминацијата на молекула на водород бромид се случува од соседните атоми во присуство на алкали, што резултира со формирање на натриум бромид и вода.
ДЕФИНИЦИЈА
Прегрупирање- хемиска реакција која резултира со промена на релативниот распоред на атомите во молекулата, движење на повеќе врски или промена во нивната мноштво.
Преуредувањето може да се изврши додека се одржува атомскиот состав на молекулата (изомеризација) или се менува.
ДЕФИНИЦИЈА
Изомеризација- посебен случај на реакција на преуредување што доведува до трансформација на хемиско соединение во изомер преку структурна промена на јаглеродниот скелет.
Преуредувањето може да се случи и со хомолитичен или хетеролитички механизам. Молекуларните преуредувања можат да се класифицираат според различни критериуми, на пример, според заситеноста на системите, според природата на миграционата група, според стереоспецифичноста итн.
Реакциите на изомеризација се широко користени во индустриските процеси, како што е рафинирањето на нафтата за да се зголеми октанскиот број на бензинот. Пример за изомеризација е трансформацијата n-октан до изооктан:
КЛАСИФИКАЦИЈА НА ОРГАНСКИТЕ РЕАКЦИИ СПОРЕД ТИПОТ РЕАГЕНС
ИСКЛУЧУВАЊЕ
Расцепувањето на врската во органските соединенија може да биде хомолитично или хетеролитичко. 
ДЕФИНИЦИЈА
Расцепување на хомолитичката врска- ова е празнина како резултат на која секој атом добива неспарен електрон и се формираат две честички кои имаат слична електронска структура - бесплатно радикали.
Хомолитичното прекинување е карактеристично за неполарни или слабо поларниврски, како што се C-C, Cl-Cl, C-H и бара голема количина на енергија.
Добиените радикали, кои имаат неспарен електрон, се многу реактивни, затоа хемиските процеси што се случуваат со учество на такви честички често се од „синџирска“ природа, тешко се контролираат, а реакцијата резултира со збир на производи за замена. . Така, кога метанот се хлорира, супституционите производи се хлорометан В Х3 C l CH3Cl, дихлорометан В Х2 В л2 CH2Cl2, хлороформ C H C л3 CHCl3и јаглерод тетрахлорид C C л4 CCl4. Реакциите кои вклучуваат слободни радикали се одвиваат преку механизмот за размена на формирање на хемиски врски.
Радикалните формирани за време на таквото расцепување на врската предизвикуваат радикален механизамтекот на реакцијата. Радикалните реакции обично се случуваат при покачени температури или зрачење (на пр. светлина).
Поради нивната висока реактивност, слободните радикали можат да имаат негативно влијание врз човечкото тело, уништувајќи ги клеточните мембрани, влијаејќи на ДНК и предизвикувајќи предвремено стареење. Овие процеси се поврзани првенствено со липидна пероксидација, односно уништување на структурата на полинезаситените киселини кои формираат маснотии во клеточната мембрана.
ДЕФИНИЦИЈА
Раскинување на хетеролитичка врска- ова е празнина во која електронски пар останува со поелектронегативен атом и се формираат две наелектризирани честички - јони: катјон (позитивен) и анјон (негативен).
Во хемиските реакции, овие честички ги извршуваат функциите на " нуклеофили"("фил" - од гр. биди заљубен) И " електрофили“, формирајќи хемиска врска со партнерот на реакцијата според механизмот донор-акцептор. Нуклеофилните честички обезбедуваат електронски пар за да формираат нова врска. Со други зборови,
ДЕФИНИЦИЈА
Нуклеофил- хемиски реагенс богат со електрони способен за интеракција со соединенија со дефицит на електрони.
Примери за нуклеофили се какви било анјони ( В л− , Јас− , Н О− 3 Cl−,I−,NO3−итн.), како и соединенија кои имаат осамен електронски пар ( Н Х3 , Х2 О NH3, H2O).
Така, кога врската е прекината, може да се формираат радикали или нуклеофили и електрофили. Врз основа на ова, се случуваат три механизми на органски реакции.
МЕХАНИЗМИ НА ОРГАНСКИ РЕАКЦИИ
Механизам на слободни радикали: реакцијата ја започнуваат слободните радикали формирани кога хомолитичка руптураврски во молекула.
Најтипична опција е формирање на радикали на хлор или бром при УВ зрачење.
1. Замена на слободните радикали
метан бромометан
Иницирање на синџир
Растење на синџирот
Отворено коло
2. Додаток на слободни радикали
етен полиетилен
Електрофилен механизам: реакцијата започнува со електрофилни честички кои како резултат добиваат позитивен полнеж хетеролитичка руптуракомуникации. Сите електрофили се Луис киселини.
Таквите честички активно се формираат под влијание на Луис киселини, кои го подобруваат позитивниот полнеж на честичката. Најчесто се користи А л Ц л3 , Ф е Ц л3 , Ф е Б р3 , ZnC л2 AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2, извршувајќи ги функциите на катализатор.
Местото на напад на електрофилната честичка е оние делови од молекулата кои имаат зголемена густина на електрони, т.е. повеќекратната врска и бензенскиот прстен.
Општата форма на реакции на електрофилна супституција може да се изрази со равенката:
1. Електрофилна замена
бензен бромобензен
2. Електрофилна врска
пропен 2-бромопропан
пропин 1,2-дихлоропропен
Додавањето на несиметрични незаситени јаглеводороди се случува во согласност со правилото на Марковников.
ДЕФИНИЦИЈА
Правилото на Марковников:Додавање на несиметрични алкени на молекули на сложени супстанции со условна формула HX (каде X е атом на халоген или хидроксилна група OH–), водородниот атом се додава на најхидрогенизираниот (содржи најмногу водородни атоми) јаглероден атом при двојната врска , и X до најмалку хидрогенизиран.
На пример, додавање на водород хлорид HCl во молекула на пропен В Х3 – C H = C Х2 CH3–CH=CH2.
Реакцијата се одвива со механизмот на електрофилно додавање. Поради влијанието на донирање на електрони В Х3 CH3-група, густината на електроните во молекулата на подлогата се префрла на централниот јаглероден атом (индуктивен ефект), а потоа по системот на двојни врски - до терминалниот јаглероден атом В Х2 CH2-групи (мезомерен ефект). Така, вишокот негативен полнеж е локализиран токму на овој атом. Затоа, нападот започнува со водородниот протон Х+ H+, која е електрофилна честичка. Се формира позитивно наелектризиран карбен јон [Ц Х3 – C H − C Х3 ] + + , на кој се додава хлорниот анјон В л− Cl−.
ДЕФИНИЦИЈА
Исклучоци од правилото на Марковников:реакцијата на додавање оди против правилото на Марковников ако реакцијата вклучува соединенија во кои јаглеродниот атом во непосредна близина на јаглеродниот атом на двојната врска делумно ја апсорбира густината на електроните, односно во присуство на супституенти кои покажуваат значителен ефект на повлекување на електрони (-C C л3 , – C N , – C O O H(–CCl3,–CN,–COOHи сл.).
Нуклеофилен механизам: реакцијата започнува со нуклеофилни честички кои имаат негативен полнеж, формирани како резултат хетеролитичка руптуракомуникации. Сите нуклеофили - Темелите на Луис.
Во нуклеофилните реакции, реагенсот (нуклеофилот) има слободен пар електрони на еден од атомите и е неутрална молекула или анјон ( H a л– , О Х– , Р О− , Р С– , Р Ц О О– , Р– , C N – , Х2 О, Р О Х, Н Х3 , Р Н Х2 Hal–,OH–,RO−,RS–,RCOO–,R–,CN–,H2O,ROH,NH3,RNH2и сл.).
Нуклеофилот го напаѓа атомот во подлогата со најниска густина на електрони (т.е. со делумно или целосно позитивно полнење). Првиот чекор во реакцијата на нуклеофилна супституција е јонизацијата на супстратот за да се формира карбокација. Во овој случај, се формира нова врска поради електронскиот пар на нуклеофилот, а старата се подложува на хетеролитичко расцепување проследено со елиминација на катјонот. Пример за нуклеофилна реакција е нуклеофилната замена (симбол СНСН) на заситен јаглероден атом, на пример алкална хидролиза на бромо деривати.
1. Нуклеофилна замена
2. Нуклеофилен додаток
етанал цијанохидрин
извор http://foxford.ru/wiki/himiya
Нуклеофилене реакција во која реагенс ја напаѓа подлогата со својот нуклеофил; се означува со индексН (нуклеофла).
Во електрофилните реакции, реагенсот обично се нарекува електрофил. Во органската хемија, електрофилноста на реагенсот ја карактеризира неговата способност да комуницира со јаглеродниот атом на подлогата што носи целосен или делумен негативен полнеж.
Всушност, механизмот и резултатот од која било електрофилно-нуклеофилна реакција се одредуваат не само од својствата на реагенсот, туку и од својствата на подлогата, добиените производи од реакцијата, растворувачот и условите за нејзино спроведување. Затоа, поделбата на електрофилно-нуклеофилните реакции на нуклеофилни и електрофилни само врз основа на својствата на реагенсот е условена. Покрај тоа, како што може да се види од горните дијаграми, во овие реакции електрофилите и нуклеофилите содржани во подлогата и реагенсот секогаш комуницираат едни со други. Во многу реакции, само условно една компонента може да се смета за супстрат, а другата за реагенс.
Реакциите на слободните радикали.Хомолитичкото распаѓање е карактеристично за неполарни или нискополарни врски. Тоа е придружено со формирање на слободни радикали - честички со неспарен електрон.
Хомолизата на ковалентна врска може да се смета како расцепување на оваа врска со механизам за размена. За да се изврши хомолиза на врската, потребна е енергија (топлина, светлина) доволна за да се прекине оваа врска. Присуството на неспарен електрон е причина за ниската стабилност на слободните радикали (животниот век во повеќето случаи е дел од секундата) и високата реактивност кај реакции на слободни радикали.Присуството на слободен радикал (R0) во системот може да доведе до формирање на нови радикали поради неговата интеракција со постоечките молекули: R0 + A – B → R – A + 0B
Реакциите на слободните радикалисе придружени со интеракција на слободните радикали со молекули или едни со други со формирање на нови слободни радикали (нуклеирање или развој на синџир) или само молекули (прекинување на синџирот).
Реакциите на слободните радикали се карактеризираат со верижен механизам, кој вклучува три фази: започнување, развој и завршување на синџирот. Овие реакции престануваат кога слободните радикали исчезнуваат од системот. Реакциите на слободните радикали се означени со индексот R (радикал).
Радикалните честички, во зависност од нивниот електронски афинитет, можат и да прифатат електрони (т.е. да бидат оксидирачки агенси) и да донираат електрони (т.е. да бидат редукциони агенси). Во овој случај, афинитетот на радикалот за електрон се одредува не само од неговите својства, туку и од својствата на неговиот реакционен партнер. Карактеристиките на процесите на оксидација-намалување на слободните радикали што се случуваат во телото се разгледуваат посебно кога се опишуваат својствата на одредени класи на органски соединенија.
Во реакциите на сложеност, радикалите можат да бидат и комплексни агенси и лиганди. Во случај на комплекси за пренос на полнеж, може да дојде до формирање на радикали во комплексот поради интрамолекуларно намалување на оксидацијата помеѓу комплексниот агенс и лигандот.
Формирањето на радикали најлесно се случува при хомолиза на неполарни едноставни врски помеѓу атомите на истиот елемент:
C1 2 → C10 + 0С1 HO-OH → СО0 + 0ОН
R-O-O-R" → RO0 + 0OR" R-S-S-R" →RS0 + 0SR"
Со хомолиза на нискополаритетна CH врска се произведуваат алкилни радикали во кои неспарениот електрон се наоѓа на јаглеродниот атом. Релативната стабилност на овие радикали зависи од типот на замена на јаглеродниот атом што го носи непарениот електрон и се зголемува во серијата: CH 3< CH 2 R < CHR 2 < CR 3 . Это объясняется положительным индуктивным эффектом алкильных групп, который, повышая электронную плотность на атоме углерода, способствует стабилизации радикала.
Стабилноста на слободните радикали значително се зголемува кога е можно да се делокализира неспарениот електрон поради π-електроните на соседните повеќекратни врски. Ова е особено јасно забележано кај алилните и бензилните радикали:
 |
алиличен радикал бензил радикал
Кога се запознавате со можните механизми на реакција во молекулите на подлогата и реагенсот, реакционите центри треба да се разликуваат по нивната природа: нуклеофилна, електрофилнаИ радикални.
Според конечниот резултат од хемиската трансформација, наједноставните органски реакции се класифицираат во реакции: замена, додавање, елиминација (елиминација)И прегрупирање.
Реакции на замена.Замената се однесува на замена на атом или група со друг атом или група. Во реакцијата на замена, секогаш се формираат два различни производи. Овој тип на реакција е означен со симболот S (замена).
Реакциите на супституција вклучуваат: халогенација и нитрација на алканите, естерификација и алкилација на карбоксилни киселини, како и бројни реакции на едноставни поларни молекули (H 2 O, NH 3, NGal) со етери, алкохоли и халогени деривати.
Реакции на додавање.Под додаток подразбираме внесување на атоми или групи во молекулата на незаситено соединение, придружено со раскинување на π врски. Во овој случај, двојните врски се претвораат во единечни врски, а тројните врски во двојни или единечни врски. Овој тип на реакција е означен со симболот А (дополнување).
Реакции на елиминација.Елиминацијата се однесува на отстранување на атоми или групи од органска молекула за да се формира повеќекратна врска. Затоа, реакциите на елиминација се спротивни на реакциите на додавање. Овој тип на реакција е означен со симболот Е (елиминација).
Секоја од органските реакции на супституција (S), додавање (А) или елиминација (Е) може да биде електрофилна (Е), нуклеофилна (N) или радикална (R). Така, во органската хемија има девет типични реакции, означени со симболите S, A или E со знаците R, N или E:
Дадените видови на органски реакции треба да се сметаат за модел, бидејќи тие не секогаш се реализираат во нивната чиста форма. На пример, замена и елиминација може да се случат истовремено:
Со понатамошно запознавање со специфичните класи на органски соединенија, ќе ги разгледаме нивните хемиски својства: киселинско-базни, комплексирачки, редокс, електрофилно-нуклеофилни, како и способноста за интеракција на слободните радикали. Посебно внимание ќе се посвети на особеностите на појавата на реакциите што се разгледуваат во биолошките системи.
Видовите на реакции карактеристични за различни класи јаглеводороди, механизмот на нивното настанување и биолошкото значење на процесите се претставени во Табела 10.
 |
Органските соединенија можат да реагираат и едни со други и со неоргански материи - неметали, метали, киселини, бази, соли, вода итн. Затоа, нивните реакции се многу разновидни и по природата на супстанциите што реагираат и по видот на трансформации кои се случуваат. Има многу регистриранреакции именувани по научниците кои ги откриле.
Молекулата на органското соединение вклучена во реакцијата се нарекува супстрат.
Честичка на неорганска супстанција (молекула, јон) во органска реакција се нарекува реагенс.
На пример:
Хемиската трансформација може да ја вклучи целата молекула на органско соединение. Од овие реакции, најпозната е согорувањето, што доведува до трансформација на супстанцијата во мешавина од оксиди. Тие се од големо значење во енергетскиот сектор, како и во уништувањето на отпадот и отровните материи. Од гледна точка и на хемиската наука и на практиката, особено се интересни реакциите кои водат до трансформација на некои органски материи во други. Молекулата секогаш има една или повеќе реактивни места каде што се случува една или друга трансформација.
Атомот или групата атоми во молекулата каде што директно се случува хемиска трансформација се нарекува реакционен центар.
Во повеќеелементните супстанции, реакционите центри се функционални групи и јаглеродни атоми со кои се врзани. Во незаситените јаглеводороди, реакциониот центар се јаглеродни атоми поврзани со повеќекратна врска. Во заситените јаглеводороди, реакциониот центар е претежно секундарни и терциерни јаглеродни атоми.
Молекулите на органските соединенија често имаат неколку реакциони центри кои покажуваат различни активности. Затоа, по правило, се случуваат неколку паралелни реакции, давајќи различни производи. Реакцијата што се јавува со најбрза брзина се нарекува главенДруги реакции - несакани ефекти.Добиената мешавина содржи најголема количина од производот од главната реакција, а производите од несаканите реакции се нечистотии. По реакцијата, речиси секогаш е неопходно главниот производ да се прочисти од нечистотии на органски материи. Забележете дека во неорганската хемија, супстанциите обично треба да се прочистат од нечистотии на соединенија на други хемиски елементи.
Веќе е забележано дека органските реакции се карактеризираат со релативно ниски стапки. Затоа, неопходно е широко да се користат различни средства за забрзување на реакциите - загревање, зрачење, катализа. Катализаторите се од најголема важност во органската хемија. Нивната улога не е ограничена на огромни заштеди на време при извршување на хемиски процеси. Со избирање на катализатори кои забрзуваат одредени видови реакции, може намерно да се спроведе една или друга паралелна реакција и да се добијат саканите производи. За време на постоењето на индустријата за органски соединенија, откривањето на нови катализатори радикално ја промени технологијата. На пример, етанолот се произведувал долго време само со ферментација на скроб, а потоа се префрлил на негово производство
додавање вода во етилен. За да го направите ова, беше неопходно да се најде добро функционален катализатор.
Реакциите во органската хемија се класифицираат според природата на трансформацијата на подлогата:
а) реакции на додавање (симбол А)- мала молекула (вода, халоген итн.) е прикачена на органска молекула;
б) реакции на замена (симбол С) - во органска молекула атом (група атоми) се меша со друг атом или група атоми;
в) реакции на одлепување или елиминација (симбол Д)- органска молекула губи некои фрагменти, кои, по правило, формираат неоргански материи;
г) пукање - разделување на молекула на два или повеќе дела, кои исто така претставуваат органски соединенија;
д) распаѓање - трансформација на органско соединение во едноставни материи и неоргански соединенија;
ѓ) изомеризација - трансформација на молекула во друг изомер;
е) полимеризација - формирање на високомолекуларно соединение од едно или повеќе нискомолекуларни соединенија;
ж) поликондензација - формирање на високомолекуларно соединение со истовремено ослободување на супстанција која се состои од мали молекули (вода, алкохол).
Во процесите на трансформација на органските соединенија се разгледуваат два вида на кинење на хемиските врски.
Расцепување на хомолитичка врска.Од електронскиот пар на хемиската врска, секој атом задржува по еден електрон. Добиените честички кои имаат неспарени електрони се нарекуваат слободни радикали.Во составот, таквата честичка може да биде молекула или индивидуален атом. Реакцијата се нарекува радикална (симбол R):
Раскинување на хетеролитичка врска.Во овој случај, еден атом задржува електронски пар и станува база. Честичката што го содржи овој атом се нарекува нуклеофил.Другиот атом, лишен од електронски пар, има празна орбитала и станува киселина. Честичката што го содржи овој атом се нарекува електрофил:
Овој тип на l-врска особено лесно се раскинува додека се одржува
На пример, одредена честичка А, привлекувајќи n-електронски пар, самата формира врска со јаглероден атом:
Истата интеракција е прикажана на следниот дијаграм: 
Ако јаглеродниот атом во молекула на органско соединение прифати електронски пар, кој потоа го пренесува на реагенс, тогаш реакцијата се нарекува електрофилна, а реагенсот се нарекува електрофил.
Видови електрофилни реакции - додавање А Еи замена С Е.
Следната фаза од реакцијата е формирање на врска помеѓу атомот C + (има слободна орбитала) и друг атом кој има електронски пар.
Ако јаглеродниот атом во молекула на органско соединение изгуби електронски пар и потоа го прифати од реагенс, тогаш реакцијата се нарекува нуклеофилна, а реагенсот се нарекува нуклеофил.
Видови нуклеофилни реакции - додавање на Ад, и супституција С Н.
Хетеролитичката руптура и формирањето на хемиски врски всушност претставуваат единствен координиран процес: постепеното прекинување на постоечката врска е придружено со формирање на нова врска. Во координиран процес, енергијата на активирање е помала.
ПРАШАЊА И ВЕЖБИ
1. Кога се согорувале 0,105 g органска материја, се формирале 0,154 g јаглерод диоксид, 0,126 g вода и 43,29 ml азот (21 ° C, 742 mm Hg). Предложете една од можните структурни формули на супстанцијата.
2. Во молекулата C 3 H 7 X, вкупниот број на електрони е 60. Идентификувајте го елементот X и напишете ги формулите за можни изомери.
3. Има 10 молови електрони на 19,8 g од соединението C 2 H 4 X 2. Идентификувајте го елементот X и напишете формули за можни изомери.
4. Волумен на гас 20 l на 22 „Ца 101,7 kPa содржи 2,5 10 i атоми и има густина од 1,41 g/l. Извлечете заклучоци за природата на овој гас.
5. Наведете радикал кој има два изомери: -C 2 H 5, -C 3 H 7, -CH 3.
6. Наведете ја супстанцијата што има највисока точка на вриење: CH 3 OH, C 3 H 7 OH, C 5 H 11 OH.
7. Напиши ги структурните формули на C 3 H 4 изомерите.
8. Напиши ја формулата за 2,3,4-триметил-4-етилхептен. Наведете ги структурните формули на два изомери на оваа супстанца кои содржат еден и два кватернарни јаглеродни атоми.
9. Напишете ја формулата за 3,3-диметилпентан. Наведете ја формулата за цикличен јаглеводород без повеќе врски со ист број јаглеродни атоми. Дали се изомери?
10. Напиши ја формулата на органско соединение со четири елементи со структура C10, во кое атоми на дополнителни елементи се наоѓаат на вториот и седмиот јаглеродни атоми, а името го содржи коренот „хепта“.
11. Наведете јаглеводород кој има јаглеродна структура
12.Напиши ја структурната формула на соединението C 2 H X F X Cl X со различни супституенти на секој јаглероден атом.
Јаглеводороди
Јаглеводородите се меѓу најважните супстанции кои го одредуваат начинот на живот на модерната цивилизација. Тие служат како извор на енергија (носачи на енергија) за копнен, воздушен и воден транспорт, за затоплување на домовите. Тоа е и суровина за производство на стотици хемиски производи за домаќинство, материјали за пакување итн. Почетен извор на сето горенаведено е нафтата и природниот гас. Благосостојбата на државите зависи од достапноста на нивните резерви. За нафтата се појавија меѓународни кризи.
Меѓу најпознатите јаглеводороди се метанот и пропанот, кои се користат во печките за домаќинство. Метанот се транспортира преку цевки, а пропанот се транспортира и складира во црвени цилиндри. Друг јаглеводород, тиња-бутан, гасовит во нормални услови, може да се види во течна состојба во проѕирните запалки. Производите за рафинирање на нафта - бензин, керозин, дизел гориво - се мешавини на јаглеводороди со различен состав. Мешавини на потешки јаглеводороди се полутечен вазелин од нафта и цврст парафин. Јаглеводородите вклучуваат и добро позната супстанца што се користи за заштита на волната и крзното од молци - нафталин. Главните видови јаглеводороди од гледна точка на составот и структурата на молекулите се заситените јаглеводороди - алкани,циклични заситени јаглеводороди - циклоалкани,незаситени јаглеводороди, т.е. содржат повеќе врски - алкениИ
алкини,циклична конјугираатароматични јаглеводороди - арени.Некои хомологни серии на јаглеводороди се карактеризираат во табелата. 15.1.
Табела 15.1. Хомологни серии на јаглеводороди
Алканите
Поглавје 14 веќе дава податоци за структурата, составот, изомеризмот, имињата и некои својства на алканите. Потсетете се дека во молекулите на алканите, атомите на јаглерод формираат тетраедарски ориентирани врски со атоми на водород и соседни јаглеродни атоми. Во првото соединение од оваа серија, метанот, јаглеродот е поврзан само со водородот. Во молекулите на заситените јаглеводороди постои континуирана внатрешна ротација на терминалните CH 3 групи и одделни делови од синџирот, како резултат на што се јавуваат различни конформации (стр. 429). Алканите се карактеризираат со изомеризам на јаглеродниот скелет. Соединенијата со неразгранети молекули се нарекуваат
нормални, n-алкани и со разгранети - исоалкани. Податоците за имињата и некои физички својства на алканите се дадени во табелата. 15.2.
Првите четири членови од серијата алкани - метан, етан, пропан и бутан - се користат во големи количини како поединечни супстанции. Други поединечни алкани се користат во научните истражувања. Мешавините на алкани, кои обично содржат јаглеводороди и други хомологни серии, се од големо практично значење. Бензинот е една од овие мешавини. Се карактеризира опсег на температура на вриење 30-205 °C. Другите видови јаглеводородни горива исто така се карактеризираат со опсег на вриење, бидејќи како што лесните јаглеводороди се испаруваат од нив, точката на вриење се зголемува. Сите алкани се практично нерастворливи во вода.
Табела 15.2. Имиња и точки на вриење и топење на нормалните алкани
задача 15.1. Групирајте ги алканите врз основа на нивната состојба на агрегација на 20 °C и нормалниот атмосферски притисок (според Табела 15.2).
задача 15.2. Пентанот има три изомери со следните точки на вриење (°C):
Објаснете го намалувањето на точките на вриење во серијата на овие изомери.
Потврда.Маслото е речиси неограничен извор на какви било алкани, но изолирањето на поединечни супстанции од него е прилично тешка задача. Конвенционалните нафтени продукти се фракции кои се добиваат при ректификација (фракциона дестилација) на масло и се состојат од голем број јаглеводороди.
Мешавина од алкани се добива со хидрогенирање на јаглен на температура од -450 0 C и притисок од 300 atm. Бензинот може да се произведува со овој метод, но сепак е поскап од бензинот од нафта. Метанот се формира во мешавина од јаглерод моноксид (II) и водород на никел катализатор:
Во истата мешавина на катализатори кои содржат кобалт, се добива и мешавина од јаглеводороди и поединечни јаглеводороди. Овие можат да бидат не само алкани, туку и циклоалкани.
Постојат лабораториски методи за добивање на поединечни алкани. Карбидите на некои метали произведуваат метан при хидролиза:
Халоалканите реагираат со алкален метал за да формираат јаглеводороди со двојно поголем број на јаглеродни атоми. Ова е реакцијата на Вурц. Тој поминува низ хемолитичкото расцепување на врската помеѓу јаглеродот и халогенот со формирање на слободни радикали:
задача 15.3. Напишете ја целокупната равенка за оваа реакција.
Пример 15.1. Во смесата од 2-бромопропан и 1-бромопропан се додава калиум. Напишете равенки за можни реакции.
РЕШЕНИЕ. Радикалите формирани за време на реакциите на бромоалканите со калиум можат да се комбинираат едни со други во различни комбинации, што резултира со три јаглеводороди во смесата. Збирни равенки за реакција:
Кога се загреваат со алкали, натриумовите соли на органски киселини ја губат карбоксилната група (декарбоксилат) за да формираат алкан:
За време на електролизата на истите овие соли, се случува декарбоксилација и преостанатите радикали се комбинираат во една молекула:
Алканите се формираат при хидрогенизација на незаситени јаглеводороди и редукција на соединенијата што содржат функционални групи:
Хемиски својства.Заситените јаглеводороди се најмалку активни органски материи. Нивното оригинално име парафиниодразува слаб афинитет (реактивност) за други супстанции. Тие реагираат, по правило, не со обични молекули, туку само со слободни радикали. Затоа, реакциите на алканите се случуваат во услови на формирање на слободни радикали: при висока температура или зрачење. Алканите согоруваат кога се мешаат со кислород или воздух и играат витална улога како гориво.
задача 15.4. Топлината на согорувањето на октанот се одредува со посебна точност:
Колку топлина ќе се ослободи при согорување на 1 литар смеса која се состои подеднакво од n-октан и тиња-октан (р = = 0,6972 Алканите реагираат со халогени со радикален механизам (С Р).Реакцијата започнува со распаѓање на халогена молекула на два атома или, како што често се вели, на два слободни радикали:
Еден радикал отстранува атом на водород од алкан, како што е метан:
Новиот молекуларен радикал метил H 3 C- реагира со молекула на хлор, формирајќи производ за замена и во исто време нов радикал на хлор:
Потоа се повторуваат истите фази на оваа верижна реакција. Секој радикал може да генерира синџир на трансформации од стотици илјади врски. Можни се и судири меѓу радикалите, што доведува до прекин на синџирот: 
Целокупната равенка на верижна реакција е:
задача 15.5. Како што се намалува волуменот на садот во кој се случува верижната реакција, бројот на трансформации по радикал (должина на синџирот) се намалува. Дајте објаснување за ова.
Реакцискиот производ хлорометан спаѓа во класата на халогени јаглеводороди. Во смесата, како што се формира хлорометан, започнува реакција за замена на вториот атом на водород со хлор, потоа третиот итн. Во третата фаза се формира добро познатата супстанца хлороформ CHClg, која се користи во медицината за анестезија. Производот на целосна замена на водородот со хлор во метан - јаглерод тетрахлорид CC1 4 - е класифициран и како органски и како неоргански супстанции. Но, ако строго се придржувате до дефиницијата, тоа е неорганско соединение. Во пракса, јаглерод тетрахлорид се добива не од метан, туку од јаглерод дисулфид.
Кога хомолозите на метан се хлорираат, секундарните и терциерните јаглеродни атоми стануваат пореактивни. Од пропан се добива мешавина од 1-хлоропропан и 2-хлоропропан, со поголем дел од вториот. Замената на вториот водороден атом со халоген се случува претежно кај истиот јаглероден атом:
Алканите реагираат кога се загреваат со разредена азотна киселина и азот(IV) оксид за да формираат нитроалкани. Нитрацијаисто така следи радикален механизам и затоа не бара концентрирана азотна киселина:
Алканите претрпуваат различни трансформации кога се загреваат во присуство на специјални катализатори. Нормалните алкани се изомеризираат во зо-алкани:
Се нарекува индустриска изомеризација на алканите за подобрување на квалитетот на моторното гориво реформирање.Катализаторот е метална платина депонирана на алуминиум оксид. Напукнувањето е исто така важно за рафинирање на нафта, т.е. разделување на молекула на алкан на два дела - алкан и алкен. Расцепувањето се случува претежно во средината на молекулата: 
Алумосиликатите служат како катализатори за пукање.
Алкани со шест или повеќе јаглеродни атоми во синџирот циклизираатна оксидни катализатори (Cr 2 0 3 / / A1 2 0 3), формирајќи циклоалкани со шестчлен прстен и арени:
Оваа реакција се нарекува дехидроциклизација.
Сè повеќе добива практично значење функционализацијаалкани, т.е. нивно претворање во соединенија кои содржат функционални групи (обично кислород). Бутанот се оксидира со киселина
кислород со учество на специјален катализатор, формирајќи оцетна киселина:
Циклоалканите C n H 2n со пет или повеќе јаглеродни атоми во прстенот се многу слични по хемиски својства со нецикличните алкани. Тие се карактеризираат со реакции на супституција С Р.Циклопропан C 3 H 6 и циклобутан C 4 H 8 имаат помалку стабилни молекули, бидејќи аглите помеѓу врските C-C-C во нив значително се разликуваат од нормалниот тетраедарски агол од 109,5 °, карактеристичен за јаглерод sp 3. Ова доведува до намалување на врзувачката енергија. Кога се изложени на халогени, прстените се кршат и се спојуваат на краевите на ланецот:
Кога водородот реагира со циклобутан, се формира нормален бутан:
ЗАДАЧА 15.6. Дали е можно да се добие циклопентан од 1,5-дибромопентан? Ако мислите дека е можно, тогаш изберете го соодветниот реагенс и напишете ја равенката на реакцијата.
Алкени
Јаглеводородите кои содржат помалку водород од алканите поради присуството на повеќе врски во нивните молекули се нарекуваат неограничено,и незаситени.Наједноставната хомологна серија на незаситени јаглеводороди се алкените C n H 2n, кои имаат една двојна врска:
Останатите две валентни јаглеродни атоми се користат за додавање на водород и заситени јаглеводородни радикали.
Првиот член на серијата алкени е етен (етилен) C 2 H 4. По него следува пропен (пропилен) C 3 H 6, бутен (бутилен) C 4 H 8, пентен C 5 H 10 итн. Некои радикали со двојна врска имаат посебни имиња: винил CH 2 = CH-, алил CH 2 =CH-CH 2 -.
Јаглеродните атоми поврзани со двојна врска се во состојба на sp 2 хибридизација. Се формираат хибридни орбитали σ врскамеѓу нив, а нехибридната р-орбитала е π врска(Сл. 15.1). Вкупната енергија на двојната врска е 606 kJ/mol, при што а-врзницата изнесува околу 347 kJ/mol, а π врска- 259 kJ/mol. Зголемената јачина на двојната врска се манифестира со намалување на растојанието помеѓу атомите на јаглерод до 133 pm во споредба со 154 pm за единечна врска C-C.
И покрај формалната сила, двојната врска во алкените се покажува како главен центар за реакција. Електронски пар π -врските формираат прилично дифузен облак, релативно оддалечен од атомските јадра, како резултат на што е подвижен и чувствителен на влијанието на другите атоми (стр. 442). π -Облакот се движи кон еден од двата јаглеродни атоми, што
Ориз. 15.1. Формирање на повеќекратна врска помеѓу јаглеродните атоми сп 2
припаѓа, под влијание на супституенти во молекулата на алкен или под влијание на напаѓачка молекула. Ова резултира со висока реактивност на алкените во споредба со алканите. Мешавина од гасовити алкани не реагира со бромна вода, но во присуство на алкени нечистотии, таа се обезбојува. Овој примерок се користи за откривање на алкени.
Алкените имаат дополнителни видови на изомеризам кои ги нема кај алканите: изомеризам на положбата на двојната врска и просторен цис-транс изомеризам.Последниот тип на изомеризам се должи на посебна симетрија π - врски. Ја спречува внатрешната ротација во молекулата и го стабилизира распоредот на четири супституенти на атомите C=C во иста рамнина. Ако има два пара различни супституенти, тогаш со дијагонален распоред на супституентите на секој пар се добива транс изомер, а со соседен распоред се добива cis изомер. Етенот и пропенот немаат изомери, но бутенот ги има двата типа на изомери:
задача 15.7. Сите алкени имаат ист елементарен состав и по маса (85,71% јаглерод и 14,29% водород) и според односот на бројот на атоми n(C): n(H) = 1:2. Можеме ли да претпоставиме дека секој алкен е изомер во однос на другите алкени?
задача 15.8. Дали се можни просторни изомери во присуство на три или четири различни супституенти на атоми на јаглерод sp 2?
задача 15.9. Нацртај ги структурните формули на изомерите на пентен.
Потврда.Веќе знаеме дека алканите можат да се претворат во незаситени соединенија. Ова се случи
се јавува како резултат на отстранување на водородот (дехидрогенизација) и пукање. Дехидрогенизацијата на бутанот произведува претежно бутен-2:
задача 15.10. Напиши ја реакцијата на пукање на малка-
Дехидрогенизацијата и пукањето бараат прилично високи температури. Во нормални услови или нежно загревање, алкените се формираат од халогени деривати. Хлоро- и бромоалканите реагираат со алкали во раствор на алкохол, елиминирајќи халоген и водород од два соседни јаглеродни атоми:
Ова е реакција на елиминација (стр. 441). Ако два соседни јаглеродни атоми имаат различен број на атоми на водород прикачени на нив, тогаш елиминацијата го следи правилото на Заицев.
Во реакцијата на елиминација, водородот преференцијално се елиминира од помалку хидрогенизираниот јаглероден атом.
Пример 15.2. Напишете ја реакцијата на елиминација на 2-хлоробутан.
решение. Според правилото на Заицев, водородот се одвојува од атомот 3 C:
Кога металите цинк и магнезиум делуваат на дихалоалканите со соседни халогени позиции, се формираат и алкени:
Хемиски својства.Алкените можат или да се разградат на високи температури до едноставни супстанции или да се полимеризираат, претворајќи се во високомолекуларни супстанции. Етилен се полимеризира при многу висок притисок (-1500 atm) со додавање на мала количина кислород како иницијатор кој произведува слободни радикали. Од течен етилен под овие услови се добива бела флексибилна маса, проѕирна во тенок слој - полиетилен.Ова е материјал кој е добро познат на сите. Полимерот се состои од многу долги молекули
Молекуларна тежина 20 LLC-40 LLC. Во структурата тој е заситен јаглеводород, но може да има атоми на кислород на краевите на молекулите. При висока молекуларна тежина, процентот на терминални групи е многу мал и тешко е да се одреди нивната природа.
задача 15.11. Колку молекули етилен се вклучени во една молекула полиетилен со молекуларна тежина од 28000?
Полимеризација на етилен се случува и при низок притисок во присуство на специјални катализатори на Ziegler-Natta. Тоа се мешавини на TiCl и органоалуминиумски соединенија AlR x Cl 3-x, каде што R е алкил. Полиетиленот добиен со каталитичка полимеризација има подобри механички својства, но старее побрзо, т.е. се уништува под влијание на светлина и други фактори. Производството на полиетилен започна околу 1955 година. Овој материјал значително влијаеше на секојдневниот живот, бидејќи од него почнаа да се прават кеси за пакување. Од останатите алкени полимери, полипропиленот е најважен. Произведува поригиден и помалку транспарентен филм од полиетилен. Полимеризација на пропилен се врши со
Зиглер-Ната тализер. Добиениот полимер има точен изотактичкиструктура
Кога се полимеризира под висок притисок излегува Атлантикполипропилен со случаен распоред на CH 3 радикали. Ова е супстанца со сосема различни својства: течност со температура на зацврстување од -35 °C.
Реакции на оксидација.Алкените во нормални услови се оксидираат со двојна врска при контакт со раствори на калиум перманганат и други оксидирачки агенси. Во малку алкална средина тие се формираат гликоли,т.е. дијатомскиалкохоли:
Во кисела средина, кога се загреваат, алкените се оксидираат со целосно расцепување на молекулата на двојната врска:
задача 15.12. Напишете ја равенката за оваа реакција.
задача 15.13. Напишете ги равенките за реакција за оксидација на бутен-1 и бутен-2 со калиум перманганат во кисела средина.
Етилен се оксидира со кислород на катализатор Ag/Al2O3 за да се формира циклична супстанција што содржи кислород наречена етилен оксид:
Ова е многу важен производ на хемиската индустрија, кој се произведува годишно во износ од милиони тони. Се користи за производство на полимери и детергенти.
Електрофилни реакции на додавање.Молекулите на халогени, водородни халиди, вода и многу други се поврзани со алкените преку двојна врска. Да го разгледаме механизмот на додавање користејќи бром како пример. Кога молекулата Br 2 напаѓа еден од атомите на јаглерод во незаситениот центар, електронски пар π -врската се префрла на второто и понатаму на бром. Така, бромот делува како електрофилен реагенс:
Се формира врска помеѓу бром и јаглерод, а во исто време врската помеѓу атомите на бром е прекината:
Јаглеродниот атом кој изгубил електронски пар останува со празна орбитала. На него му се додава јон на бром преку механизам на донор-акцептор:
Додавањето на водородни халиди се случува низ фазата на напад на протон на незаситениот јаглерод. Следно, како и во реакцијата со бром, се додава халоген јон:
Ако се додаде вода, има малку протони (водата е слаб електролит), а реакцијата се јавува во присуство на киселина како катализатор. Додавањето на етиленски хомолози го следи правилото на Марковников.
Во реакциите на електрофилното додавање на водородни халиди и вода на незаситени јаглеводороди, водородот преференцијално формира врска со најхидрогенизираниот јаглероден атом.
Пример 15.3.Напишете ја реакцијата за додавање на водород бромид на пропен.
Суштината на правилото на Марковников е дека јаглеводородните радикали се помалку електронегативни (повеќе електрони-донатори) супституенти од атомот на водород. Затоа, мобилен π електронипромена на sp 2 -јаглерод кој не е поврзан со радикал или поврзан со помал број радикали:
Природно, водородот H+ напаѓа јаглероден атом со негативен полнеж. Тој е повеќе хидрогенизиран.
Кај функционалните деривати на алкените, замената може да оди против правилото на Марковников, но кога се разгледува поместувањето на густината на електроните во одредени молекули, секогаш излегува дека водородот се додава во јаглеродниот атом на кој има зголемена густина на електрони. Да ја разгледаме распределбата на полнежите во 3-флуоропропен-1. Електронегативниот атом на флуор делува како акцептор на електронската густина. Во синџирот на о-врски, електронските парови се поместени кон атомот на флуор, а мобилните π електронипоместување од најоддалечениот кон средниот јаглероден атом:
Како резултат на тоа, пристапувањето е спротивно на правилото Марковников:
Еден од главните механизми на взаемно влијание на атомите во молекулите функционира овде - индуктивен ефект:
Индуктивниот ефект (±/) е поместување на електронски парови во синџир на o-врзници под влијание на атом (група атоми) со зголемена (-/) или намалена (+/) електронегативност во однос на водородот:
Атомот на халоген има различен ефект ако се наоѓа на јаглеродниот атом sp2.Овде додатокот го следи правилото на Марковников. Во овој случај тоа важи мезомерскиЕфект. Осамениот електронски пар на атомот на хлор е поместен во јаглеродниот атом, како да ја зголемува множеството на врската Cl-C. Како резултат на тоа, електроните од n-врската се поместуваат на следниот јаглероден атом, создавајќи вишок на густината на електроните на неа. За време на реакцијата, на него се додава протон: 
Потоа, како што може да се види од дијаграмот, јонот на хлор оди до јаглеродниот атом со кој хлорот веќе бил врзан. Мезомерниот ефект се јавува само ако осамениот пар електрони споениСо π врска, односно тие се разделени со само една единствена врска. Кога халогенот е отстранет од двојната врска (како во 3-флуоропропен-1), мезомерскиот ефект исчезнува. Индуктивниот ефект делува кај сите халогени деривати, но во случајот на 2-хлоропропен мезомерскиот ефект е посилен од индуктивниот ефект.
Мезомерски (±M) ефектот се нарекува поместување Јас-електрони во синџирот на sp 2 -јаглеродни атоми со можно учество на осамен електронски пар од функционална група.
Мезомерниот ефект може да биде или позитивен (+M) или негативен (-M). Атомите на халоген имаат позитивен мезомерен ефект и во исто време негативен индуктивен ефект. Функционалните групи со двојни врски кај атоми на кислород имаат негативен мезомерен ефект (види подолу).
задача 15.14. Напишете ја структурната формула на производот на реакцијата од додавањето на водород хлорид во 1-хлоробутен-1.
Оксосинтеза.Реакцијата на алкените со јаглерод моноксид (II) и водород е од индустриско значење. Се изведува на покачени температури под притисок од повеќе од 100 атм. Катализаторот е метален кобалт, кој формира средни соединенија со CO. Производот на реакцијата е оксо соединение - алдехид што содржи еден јаглероден атом повеќе од оригиналниот алкен:
Алкадиени
Јаглеводородите со две двојни врски се нарекуваат алкадиени,а исто така и пократко диените.Општата формула на диените е C n H 2n-2. Постојат три главни хомологни серии на диен јаглеводороди:
задача 15.15. Наведете во какви хибридни состојби се наоѓаат јаглеродните атоми во диен јаглеводородите дадени погоре.
Конјугираните диен јаглеводороди се од најголемо практично значење, бидејќи служат како суровини за производство на различни видови гума. Неконјугираните диени ги имаат вообичаените својства на алкените. Коњугираните диени имаат четири последователни јаглеродни атоми sp 2. Тие се во иста рамнина, а нивните нехибридни р-орбитали се ориентирани паралелно (сл. 15.2). Затоа, се јавува преклопување помеѓу сите соседни p-орбитали, и π врскине само помеѓу 1 -
2 и 3 -
4, но и помеѓу 2-3 јаглеродни атоми. Во исто време, електроните треба да формираат два облаци со два електрони. Постои преклопување (резонанција) на различни состојби на n-електрони со средно множество на спојување помеѓу единечни и двојни: 
Овие врски се нарекуваат конјугирани.Врската помеѓу 2-3 јаглеродни атоми излегува дека е скратена во споредба со обична единечна врска, што ја потврдува нејзината зголемена мноштво. При ниски температури, конјугираните диени се однесуваат претежно како соединенија со две двојни врски, а на покачени температури, како соединенија со конјугирани врски.
Двата најважни диени - бутадиен-1,3 (дивинил) и 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен) - се добиваат од бута-
Ориз. 15.2. Преклопување на p-орбитали во молекула на диен
новИ пентанфракции кои се производи од преработка на природен гас:
Бутадиен се добива и со методот на С.В.Лебедев од алкохол:
Електрофилните реакции на додавање во конјугирани диени се одвиваат на единствен начин. Бутадиенот, кога се лади до -80 °C, ја прикачува првата молекула на бром на позицијата 1,2:
Овој производ се добива со принос од 80%. Останатите 20% доаѓаат од производот со 1,4 додаток:
Преостанатата двојна врска се наоѓа помеѓу вториот и третиот јаглеродни атоми. Прво, бромот се прикачува на терминалниот јаглероден атом, формирајќи карбонат (честичка со позитивен полнеж на јаглеродот):
За време на движењето, π електроните се наоѓаат или во позициите 2, 3, или во позициите 3, 4. При ниски температури, тие почесто ги заземаат позициите 3, 4 и затоа преовладува производот со 1,2 додавање. Ако бромирањето се врши на температура од 40 °C, тогаш производот со 1,4 додаток станува главен, неговиот принос се зголемува до 80%, а остатокот е производ со додавање 1,2.
задача 15.16. Напишете ги производите од последователно додавање на бром и хлор во изопрен при покачени температури.
Бутадиенот и изопренот лесно се полимеризираат за да формираат разни гуми. Катализаторите за полимеризација можат да бидат алкални метали, органски соединенија на алкални метали и катализатори на Ziegler-Natta. Полимеризацијата се јавува според типот 1,4-додаток. По својата структура, молекулите на гумата припаѓаат на не-коњугирани полиени, односно јаглеводороди со голем број двојни врски. Ова се флексибилни молекули кои можат и да се истегнуваат и да се виткаат во топчиња. На двојните врски во гуми се појавува како cis-,и транс распоредот на водородните атоми и радикали. Најдобрите својства се наоѓаат во цис-бутадиен и цис-изопрен (природни) гуми. Нивната структура е прикажана на сл. 15.3. Транс-полиизопрен (гута-перка) се наоѓа и во природата. На дадените формули
Ориз. 15.3. Молекуларната структура на некои гуми
чук околу врските прикажани со точкастата линија, можна е внатрешна ротација. Гуми, во чии молекули има и двете двојни врски cis-,а конфигурацијата на градниот кош се нарекуваат неправилни.Нивните својства се инфериорни во однос на обичните гуми.
задача 15.17. Нацртајте ја структурата транс полибуТадиен.
задача 15.18. Познат е хлоро дериват на бутадиен, хлоропрен (2-хлоробутадиен-1,3), од кој се добива хлоропренова гума. Напишете ја структурната формула на цис-хлоропренската гума.
Гумата се произведува од гума, чија практична примена е исклучително широка. Најголемото количество од него се користи за производство на гуми на тркала. За да се добие гума, гумата се меша со сулфур и се загрева. Атомите на сулфур се спојуваат преку двојни врски, создавајќи многу мостови помеѓу молекулите на гумата. Се формира просторна мрежа на врски, обединувајќи ги речиси сите постоечки молекули на гума во една молекула. Додека гумата се раствора во јаглеводороди, гумата може само да отече, апсорбирајќи го растворувачот во празните ќелии помеѓу деловите на јаглеводородните синџири и сулфурните мостови.
Алкини
Друга хомолошка серија се состои од алкини- јаглеводороди со тројна врска помеѓу јаглеродните атоми: 
Општата формула на оваа серија C n H 2n _ 2 е иста како и за хомологната серија на диени. Првиот член на серијата е ацетилен C 2 H 2, или, според систематската номенклатура, етин. Следните членови на серијата се пропин C 3 H 4, бутин C 4 H 6, пентин C 5 H 8, итн.
врска, се во состојба на сп-хибридизација. Нивните хибридни орбитали се насочени во спротивни насоки под агол од 180° и создаваат линеарна групација која вклучува атоми на водород или јаглерод на радикалите:
задача 15.19. Напиши ги структурните формули на пропин и бутин. Дали имаат изомери?
задача 15.20. Размислете за моделот на преклопување на орбиталите во молекулата на ацетилен (стр. 188). Кои орбитали формираат n-врски помеѓу јаглеродните атоми?
Тројната врска кај алкените се карактеризира со енергија E St = 828 kJ/mol. Ова е 222 kJ/mol повеќе од енергијата на двојната врска во алкените. Растојанието C=C е намалено на 120 часот. И покрај присуството на таква силна врска, ацетиленот е нестабилен и може експлозивно да се распадне на метан и јаглен:
Ова својство се објаснува со фактот дека бројот на помалку издржливи супстанции во производите на распаѓање се намалува. π врски, наместо кои се создаваат σ обврзнициво метан и графит. Нестабилноста на ацетиленот е поврзана со големо ослободување на енергија при неговото согорување. Температурата на пламенот достигнува 3150 °C. Ова е доволно за сечење и заварување на челик. Ацетиленот се складира и транспортира во бели цилиндри, во кои се наоѓа во раствор од ацетон под притисок од -10 атм.
Алкините покажуваат изомеризам во јаглеродниот скелет и повеќекратните позиции на врската. Просторен цистранснема изомеризам.
задача 15.21. Напиши ги структурните формули на сите можни изомери на C 5 H 8 кои имаат тројна врска.
Потврда.Ацетилен се формира со хидролиза на калциум карбид:
Друг практично важен метод за производство на ацетилен се базира на брзо загревање на метанот до 1500-1600 °C. Во овој случај, метанот се распаѓа и во исто време се формира до 15% ацетилен. Мешавината на гасови брзо се лади. Ацетиленот се одвојува со растворање во вода под притисок. Коефициентот на волуметриска растворливост на ацетилен е повисок од оној на другите јаглеводороди: K V = 1,15 (15 ° C).
Алкините се формираат кога двојноелиминација на дихалогени деривати:
Пример 15.4. Како да се добие бутин-2 од бутен-1 во четири чекори?
решение. Да ги напишеме равенките на реакцијата.
Хемиски својства.Ацетилен експлодира на температура од -500 °C или под притисок од повеќе од 20 atm, распаѓајќи на јаглен и водород со мешавина на метан. Молекулите на ацетилен исто така можат да се поврзат едни со други. Во присуство на CuCl, се јавува димеризација за да се формира винил ацетилен:
задача 15.22. Именувајте го винил ацетилен користејќи систематска номенклатура.
Кога се поминува преку загреан јаглен, ацетиленот се тримеризира и формира бензен:
Калиум перманганат во слабо алкална средина ги оксидира алкините додека одржува σ обврзниципомеѓу јаглеродни атоми:
Во овој пример, производот на реакцијата е калиум оксалат, сол на оксална киселина. Оксидацијата со калиум перманганат во кисела средина доведува до целосно расцепување на тројната врска:
ЗАДАЧА 15.23.Напишете равенка за оксидација на бутин-2 со калиум перманганат во малку алкална средина.
И покрај поголемата незаситеност на молекулите, електрофилните адициски реакции кај алкините се потешки (побавни) отколку кај алкените. Алкините додаваат две халогени молекули во серија. Додавањето на водородни халиди и вода го следи правилото на Марковников. За да се додаде вода, потребен е катализатор - жива сулфат во кисела средина (реакција Кучеров):
Хидроксилната група OH врзана за сп 2 -внепокуќа, нестабилна. Електронски пар се движи од кислород до најблискиот јаглероден атом, а протонот се движи до следниот јаглероден атом:
Така, финалниот производ од реакцијата на пропин со вода е оксо соединението ацетон.
Реакција на замена на водород.Јаглеродот во состојба на сп-хибридизација се карактеризира со малку поголема електронегативност отколку во состојбите сп 2И sp3.Затоа, кај алкините поларитетот на C-H врската е зголемен, а водородот станува релативно подвижен. Алкините реагираат со раствори на соли на тешки метали, формирајќи производи за замена. Во случај на ацетилен, овие производи се нарекуваат ацетилениди:
Калциум карбидот исто така припаѓа на ацетиленидите (стр. 364). Треба да се напомене дека ацетиленидите на алкалните и земноалкалните метали се целосно хидролизирани. Ацетиленидите реагираат со халогените деривати на јаглеводородите за да формираат различни хомолози на ацетилен.
CH 3 -CH 3 + Cl 2 – (hv) ---- CH 3 -CH 2 Cl + HCl
C 6 H 5 CH 3 + Cl 2 --- 500 C --- C 6 H 5 CH 2 Cl + HCl
Реакции на додавање
Ваквите реакции се типични за органски соединенија кои содржат повеќе (двојни или тројни) врски. Реакциите од овој тип вклучуваат реакции на додавање на халогени, водородни халиди и вода во алкени и алкини
CH3 -CH=CH2 + HCl ---- CH3 -CH(Cl)-CH3
Реакции на елиминација
Тоа се реакции кои водат до формирање на повеќе врски. При елиминација на водородни халиди и вода се забележува одредена селективност на реакцијата, опишана со правилото на Заицев, според кое атом на водород се елиминира од јаглеродниот атом во кој има помалку атоми на водород. Пример реакција
CH3-CH(Cl)-CH2-CH3 + KOH →CH3 -CH=CH-CH3 + HCl
Полимеризација и поликондензација
n(CH 2 =CHCl) (-CH 2 -CHCl)n
Редокс
Најинтензивна од оксидативните реакции е согорувањето, реакција карактеристична за сите класи на органски соединенија. Во овој случај, во зависност од условите на согорување, јаглеродот се оксидира до C (саѓи), CO или CO 2, а водородот се претвора во вода. Меѓутоа, за органските хемичари, реакциите на оксидација извршени во многу поблаги услови од согорувањето се од голем интерес. Употребени оксидирачки агенси: раствори на Br2 во вода или Cl2 во CCl4; KMnO 4 во вода или разредена киселина; бакар оксид; свежо таложено сребро(I) или бакар(II) хидроксиди.
3C 2 H 2 + 8KMnO 4 +4H 2 O→3HOOC-COOH + 8MnO 2 + 8KOH
Естерификација (и нејзината обратна реакција на хидролиза)
R 1 COOH + HOR 2 H+ R 1 COOR 2 + H 2 O
Cycloaddition
Y R Y-R
‖ + ‖ → ǀ ǀ
R Y R-Y
‖ + →
11. Класификација на органски реакции по механизам. Примери.
Механизмот на реакција вклучува детален чекор-по-чекор опис на хемиските реакции. Притоа се утврдува кои ковалентни врски се прекинуваат, по кој редослед и на кој начин. Внимателно е опишано и формирањето на нови врски за време на процесот на реакција. При разгледување на механизмот на реакција, пред сè, обрнете внимание на методот на раскинување на ковалентната врска во молекулата што реагира. Постојат два такви начини - хомолитичен и хетеролитички.
Радикални реакциипродолжи со хомолитичко (радикално) расцепување на ковалентна врска:
Неполарни или нискополарни ковалентни врски (C–C, N–N, C–H) се подложени на радикално расцепување на високи температури или под влијание на светлината. Јаглеродот во радикалот CH 3 има 7 надворешни електрони (наместо стабилна октетна обвивка во CH 4). Радикалите се нестабилни; тие имаат тенденција да го фатат електронот што недостасува (до пар или до октет). Еден од начините за формирање стабилни производи е димеризација (комбинација на два радикали):
CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3,
N + N N : Н.
Радикални реакции - тоа се, на пример, реакции на хлорирање, бромирање и нитрација на алканите:
Јонски реакции се јавуваат со расцепување на хетеролитичката врска. Во овој случај, краткотрајните органски јони - карбокации и карбаниони - со полнење на јаглеродниот атом се формираат посредно. Во јонските реакции, сврзувачкиот електронски пар не се одвојува, туку целосно поминува до еден од атомите, претворајќи го во анјон:
Силно поларните (H-O, C-O) и лесно поларизираните (C-Br, C-I) врски се склони кон хетеролитичко расцепување.
Разликувајте нуклеофилни реакции (нуклеофил– барајќи го јадрото, место со недостаток на електрони) и електрофилни реакции (електрофил– бараат електрони). Изјавата дека одредена реакција е нуклеофилна или електрофилна секогаш се однесува на реагенсот. Реагенс– супстанца која учествува во реакцијата со поедноставна структура. Подлога– почетна супстанција со посложена структура. Појдовна групае заменлив јон кој е врзан за јаглерод. Производ за реакција– нова супстанција што содржи јаглерод (напишана на десната страна од равенката на реакцијата).
ДО нуклеофилни реагенси(нуклеофили) вклучуваат негативно наелектризирани јони, соединенија со осамени парови електрони, соединенија со двојни врски јаглерод-јаглерод. ДО електрофилни реагенси(електрофили) вклучуваат позитивно наелектризирани јони, соединенија со ненаполнети електронски обвивки (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), соединенија со карбонилни групи, халогени. Електрофили се секој атом, молекула или јон способен да додаде пар електрони во процесот на формирање на нова врска. Движечката сила на јонските реакции е интеракцијата на спротивно наелектризираните јони или фрагменти од различни молекули со делумно полнење (+ и –).
Примери на различни видови јонски реакции.
Нуклеофилна замена :
Електрофилна замена :
Нуклеофилен додаток (CN – прво се додава, потоа H +):
Електрофилна врска (Прво се додава H +, потоа X –):
Елиминација со дејство на нуклеофили (бази) :
Елиминација по акција електрофили (киселини) :
Органските реакции може да се поделат на два општи типа.
Хемолитички реакции. Овие реакции се одвиваат со радикален механизам. Ќе ги разгледаме подетално во следното поглавје. Кинетиката и механизмот на реакциите од овој тип беа дискутирани во погл. 9.
Хетеролитички реакции. Овие реакции се во суштина јонски реакции. Тие, пак, може да се поделат на реакции на супституција, додавање и елиминација.
Реакции на замена
Во овие реакции, атом или група атоми се заменуваат со друг атом или група. Како пример за реакции од овој тип, даваме хидролиза на хлорометан со формирање на метанол:
Хидроксилниот јон е нуклеофил. Затоа, замената за која станува збор се нарекува нуклеофилна супституција. Тој е означен со симболот SN. Заменетата честичка (во овој случај, јон на хлор) се нарекува напуштачка група.
Ако нуклеофилот го означиме со симболот, а напуштената група со симболот, тогаш можеме да ја напишеме генерализираната равенка за реакцијата на нуклеофилна замена кај заситен јаглероден атом во алкилната група R на следниов начин:
Студијата за брзината на реакциите од овој тип покажува дека реакциите може да се поделат на
Реакции од типот За некои реакции од типот SN, кинетичката равенка за брзината на реакцијата (види Дел 9.1) има форма
Така, овие реакции се од прв ред во подлогата, но нула ред во реактантот.Каактеристиката на кинетиката на реакцијата од прв ред е сигурен показател дека чекорот на реакцијата со ограничување на брзината е едномолекуларен процес. Затоа, реакциите од овој тип се означени со симболот.
Реакцијата има нула ред во однос на реагенсот бидејќи нејзината брзина не зависи од концентрацијата на реагенсот.Затоа, можеме да напишеме:
Бидејќи нуклеофилот не учествува во чекорот за ограничување на брзината на реакцијата, механизмот на таквата реакција мора да вклучува најмалку два чекори. Следниот механизам е предложен за такви реакции:
Првата фаза е јонизација со формирање на карбокација.Овој стадиум е ограничувачки (бавен).
Пример за овој тип на реакција е алкалната хидролиза на терциерни алкил халиди. На пример
Во случајот што се разгледува, брзината на реакцијата се одредува со равенката
Реакции од типот За некои реакции на нуклеофилна супституција SN равенката на брзината има форма
Во овој случај, реакцијата е од прв ред во нуклеофилот и прв ред во . Во принцип, тоа е реакција од втор ред. Ова е доволна причина да се верува дека фазата на ограничување на брзината на оваа реакција е бимолекуларен процес. Затоа, реакцијата од типот што се разгледува е означена со симболот Бидејќи и нуклеофилот и супстратот истовремено учествуваат во фазата на реакцијата со ограничување на брзината, можеме да мислиме дека оваа реакција продолжува во една фаза низ преодна состојба (види дел 9.2):
Хидролизата на примарните алкил халиди во алкална средина се одвива според механизмот
Оваа реакција ја има следната кинетичка равенка:
Досега ја разгледувавме нуклеофилната супституција само на заситениот јаглероден атом. Нуклеофилна замена е можна и кај незаситен јаглероден атом:
Реакциите од овој тип се нарекуваат нуклеофилна ацилна супституција.
Електрофилна замена. Електрофилни реакции на супституција може да се појават и на бензенските прстени. Во овој тип на замена, бензенскиот прстен го снабдува електрофилот со два негови делокализирани -електрони. Во овој случај, се формира средно соединение - нестабилен комплекс на електрофил и напуштачка група. За шематски приказ на вакви комплекси, се користи отворен круг, што укажува на губење на два електрони:
Пример за реакции на електрофилна супституција е нитрацијата на бензенот:
Нитрацијата на бензенот се изведува во инсталација со рефлуксен кондензатор на температура од 55 до 60 ° C со помош на мешавина за нитрација. Оваа мешавина содржи еднакви количини на концентрирани азотни и сулфурни киселини. Реакцијата помеѓу овие киселини доведува до формирање на нитроил катјон
Реакции на додавање
Во реакциите од овој тип, електрофил или нуклеофил се додава на незаситен јаглероден атом. Овде ќе разгледаме по еден пример за електрофилно додавање и нуклеофилно додавање.
Пример за електрофилно додавање е реакцијата помеѓу водород бромид и алкен. За да се добие водород бромид во лабораторија, може да се користи реакција помеѓу концентрирана сулфурна киселина и натриум бромид (види Дел 16.2). Молекулите на водород бромид се поларни бидејќи атомот на бром има негативен индуктивен ефект врз водородот. Затоа, молекулата на водород бромид има својства на силна киселина. Според современите погледи, реакцијата на водород бромид со алкени се случува во две фази. Во првата фаза, позитивно наелектризираниот атом на водород ја напаѓа двојната врска, која делува како извор на електрони. Како резултат на тоа, се формира активиран комплекс и бромид јон:
Бромидниот јон потоа го напаѓа овој комплекс, што резултира со формирање на алкил бромид:
Пример за нуклеофилно додавање е додавањето на водород цијанид на кој било алдехид или кетон. Прво, алдехидот или кетонот се третира со воден раствор на натриум цијанид, а потоа се додава вишок на која било минерална киселина, што доведува до формирање на водород цијанид HCN. Цијанидниот јон е нуклеофил. Го напаѓа позитивно наелектризираниот јаглероден атом на карбонилната група на алдехидот или кетонот. Позитивниот полнеж и поларитетот на карбонилната група се должат на мезомерниот ефект, кој беше опишан погоре. Реакцијата може да се претстави со следниот дијаграм:
Реакции на елиминација
Овие реакции се обратни од реакциите на додавање. Тие доведуваат до отстранување на сите атоми или групи на атоми од два јаглеродни атоми поврзани едни со други со едноставна ковалентна врска, што резултира со формирање на повеќекратна врска меѓу нив.
Пример за таква реакција е елиминација на водород и халоген од алкил халиди:
За да се спроведе оваа реакција, алкилхалидот се третира со калиум хидроксид во алкохол на температура од 60 °C.
Треба да се забележи дека третманот на алкил халид со хидроксид, исто така, води до нуклеофилна супституција (види погоре). Како резултат на тоа, две конкурентни реакции на супституција и елиминација се случуваат истовремено, што доведува до формирање на мешавина на производи за замена и елиминација. Која од овие реакции ќе биде доминантна зависи од повеќе фактори, вклучувајќи ја и средината во која се изведува реакцијата. Нуклеофилна замена на алкил халиди се врши во присуство на вода. Спротивно на тоа, реакциите на елиминација се изведуваат во отсуство на вода и на повисоки температури.
Па да кажеме уште еднаш!
1. При хемолитичко расцепување на врската, два споделени електрони се распределуваат рамномерно помеѓу атомите.
2. За време на расцепувањето на хетеролитичката врска, два споделени електрони се нерамномерно распоредени меѓу атомите.
3. Карбанион е јон кој содржи јаглероден атом со негативен полнеж.
4. Карбокација е јон кој содржи јаглероден атом со позитивен полнеж.
5. Ефектите на растворувачите може да имаат значително влијание врз хемиските процеси и нивните константи на рамнотежа.
6. Ефектот на хемиската средина на функционална група во рамките на молекулата врз реактивноста на таа функционална група се нарекува структурен ефект.
7. Електронските ефекти и стеричните ефекти колективно се нарекуваат структурни ефекти.
8. Двата најважни електронски ефекти се индуктивниот ефект и мезомерскиот (резонантниот) ефект.
9. Индуктивниот ефект е поместување на густината на електроните од еден во друг атом, што доведува до поларизација на врската помеѓу двата атома. Овој ефект може да биде позитивен или негативен.
10. Молекуларните честички со повеќе врски можат да постојат во форма на резонантни хибриди помеѓу две или повеќе резонантни структури.
11. Мезомерниот (резонантен) ефект се состои во стабилизирање на резонантните хибриди поради делокализација на -електрони.
12. Стеричната пречка може да настане кога гломазните групи во молекулата механички ја попречуваат реакцијата.
13. Нуклеофил е честичка која напаѓа јаглероден атом, снабдувајќи го со својот електронски пар. Нуклеофилот е база на Луис.
14. Електрофил е честичка која напаѓа јаглероден атом, прифаќајќи го неговиот електронски пар. Нуклеофилот е Луисова киселина.
15. Хемолитичките реакции се радикални реакции.
16. Хетеролитичките реакции се главно јонски реакции.
17. Замената на која било група во молекулата со нуклеофилен реагенс се нарекува нуклеофилна супституција. Групата што се заменува во овој случај се нарекува група што заминува.
18. Електрофилна супституција на бензен прстен вклучува донирање на два делокализирани електрони на некој електрофил.
19. Во реакциите на електрофилна адиција, електрофил се додава на незаситен јаглероден атом.
20. Додавањето на водород цијанид во алдехиди или кетони е пример за нуклеофилно додавање.
21. Во реакциите на елиминација (елиминација), некои атоми или групи на атоми се одвоени од два јаглеродни атоми поврзани еден со друг со едноставна ковалентна врска. Како резултат на тоа, се формира повеќекратна врска помеѓу овие јаглеродни атоми.
