Типы химических реакций в органической химии с примерами. Основные типы органических реакций

Занятие 2. Классификация реакций в органической химии. Упражнения на изомерию и гомологи

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕАКЦИЙ В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ.

Существуют три основные классификации органических реакций.

1 Классификация по способу разрыва ковалентных связей в молекулах реагирующих веществ.

§ Реакции, протекающие по механизму свободнорадикального (гомолитического) разрыва связей. Такому разрыву подвергаются малополярные ковалентные связи. Образующиеся частицы называются свободными радикалами – хим. частица с неспаренным электроном, обладающая высокой химической активностью. Типичным примером такой реакции является галогенирование алканов, например :

§ Реакции, протекающие по механизму ионного (гетеролитического) разрыва связей. Такому разрыву подвергаются полярные ковалентные связи. В момент реакции образуются органические ионные частицы – карбкатион (ион, содержащий атом углерода с положительным зарядом) и карбанион (ион, содержащий атом углерода с отрицательным зарядом). Примером такой реакции может служить реакция гидрогалогенирования спиртов, например:

2. Классификация по механизму протекания реакции.

§ Реакции присоединения – реакция, в ходе которой из двух реагирующих молекул образуется одна (вступают непредельные или циклические соединения). В качестве примера приведите реакцию присоединения водорода к этилену:

§ Реакции замещения – реакция, в результате которой происходит обмен одного атома или группы атомов на другие группы или атомы. В качестве примера приведите реакцию взаимодействия метана с азотной кислотой:

§ Реакции отщепления (элиминирования) – отделение небольшой молекулы от исходного органического вещества. Выделяют a-элиминирование (отщепление происходит от одного и того же атома углерода, образуются неустойчивые соединения – карбены); b-элиминирование (отщепление происходит от двух соседних атомов углерода, образуются алкены и алкины); g-элиминирование (отщепление происходит от более удаленных атомов углерода, образуются циклоалканы). Приведите примеры вышеперечисленных реакций:

§ Реакции разложения – реакции, в результате которой из одной молекулы орг. соединения образуется несколько более простых. Типичным примером такой реакции служит крекинг бутана:

§ Реакции обмена – реакции, в процессе которых молекулы сложных реагентов обмениваются своими составными частями. В качестве примера приведите реакцию взаимодействия уксусной кислоты и гидроксида натрия:

§ Реакции циклизации – процесс образования циклической молекулы из одной или нескольких ациклических. Напишите реакцию получения циклогексана из гексана:

§ Реакции изомеризации – реакция перехода одного изомера в другой при определенных условиях. Приведите пример изомеризации бутана:

§ Реакции полимеризации – цепной процесс, последовательное соединение низкомолекулярных молекул в более крупные высокомолекулярные путем присоединения мономера к активному центру, находящемуся на конце растущей цепи. Полимеризация не сопровождается образованием побочных продуктов. Типичным примером является реакция образования полиэтилена:

§ Реакции поликонденсации – последовательное соединение мономеров в полимер, сопровождающееся образованием низкомолекулярных побочных продуктов (воды, аммиака, галогеноводорода и т.д.). В качестве примера напишите реакцию образования фенолформальдегидной смолы:

§ Реакции окисления

а) полное окисление (горение), например:

б) неполное окисление (возможно окисление кислородом воздуха или сильными окислителями в растворе – KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7). В качестве примера запишите реакции каталитического окисления метана кислородом воздуха и варианты окисления этилена в растворах с разным значением рН:

3. Классификация по химизму реакции.

· Реакция галогенирования – введение в молекулу орг. соединения атома галогена путем замещения или присоединения (заместительное или присоединительное галогенирование). Напишите реакции галогенирования этана и этена:

· Реакция гидрогалогенирования – присоединение галогеноводородов к непредельным соединениям. Реакционная способность возрастает с увеличением молярной массы Hhal. В случае ионного механизма реакции присоединение идет по правилу Марковникова: ион водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода. Приведите пример реакции взаимодействия пропена и хлороводорода:

· Реакция гидратации – присоединение воды к исходному органическому соединению, подчиняется правилу Марковникова. В качестве примера запишите реакцию гидратации пропена:

· Реакция гидрирования – присоединение водорода к органическому соединению. Обычно проводят в присутствии металлов VIII группы Периодической системы (платина, палладий) в качестве катализаторов. Напишите реакцию гидрирования ацетилена:

· Реакция дегалогенирования – отщепление атома галогена от молекулы орг. соединения. В качестве примера приведите реакцию получения бутена-2 из 2,3-дихлорбутана:

· Реакция дегидрогалогенирования – отщепление молекулы галогеноводорода от органической молекулы с образованием кратной связи или цикла. Обычно подчиняется правилу Зайцева: водород отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода. Запишите реакцию взаимодействия 2-хлорбутана со спиртовым раствором гидроксида калия:

· Реакция дегидратации – отщепление молекулы воды от одной или нескольких молекул орг. вещества (внутримолекулярная и межмолекулярная дегидратация). Осуществляется при высокой температуре или в присутствии водоотнимающих средств (конц. H 2 SO 4 , P 2 O 5). Приведите примеры дегидратации этилового спирта:

· Реакция дегидрирования – отщепление молекулы водорода от орг. соединения. Напишите реакцию дегидрирования этилена:

· Реакция гидролиза – обменная реакция между веществом и водой. Т.к. гидролиз в большинстве случаев обратим, его проводят в присутствии веществ, связывающих продукты реакции, или удаляют продукты из сферы реакции. Гидролиз ускоряется в кислой или щелочной среде. Приведите примеры водного и щелочного (омыление) гидролиза этилового эфира уксусной кислоты:

· Реакция этерификации – образование сложного эфира из органической или неорганической кислородсодержащей кислоты и спирта. В качестве катализатора применяют конц. серную или соляную кислоты. Процесс этерификации обратим, поэтому продукты необходимо удалять из сферы реакции. Запишите реакции этерификации этилового спирта с муравьиной и с азотной кислотами:

· Реакция нитрования – введение группы –NO 2 в молекулы орг. соединений, например реакция нитрования бензола:

· Реакция сульфирования – введение группы –SO 3 Н в молекулы орг. соединений. Запишите реакцию сульфирования метана:

· Реакция алкилирования – введение радикала в молекулы орг. соединений вследствие реакций обмена или присоединения. В качестве примера запишите реакции взаимодействия бензола с хлорэтаном и с этиленом:

Упражнения на изомерию и гомологи

1. Укажите, какие из следующих веществ являются гомологами по отношению друг к другу: С 2 Н 4 , С 4 Н 10 , С 3 Н 6 , С 6 Н 14 , С 6 Н 6 , С 6 Н 12 , С 7 Н 12 , С 5 Н 12 , С 2 Н 2 .

2. Составьте структурные формулы и дайте названия всем изомерам состава С 4 Н 10 О (7 изомеров).

3. Продукты полного сгорания 6,72л смеси этана и его гомолога, имеющего на один атом углерода больше, обработали избытком известковой воды, при этом образовалось 80г осадка. Какого гомолога в исходной смеси было больше? Определите состав исходной смеси газов. (2,24л этана и 4,48л пропана).

4. Составьте структурную формулу алкана с относительной плотностью паров по водороду 50, в молекуле которого имеется по одному третичному и четвертичному атому углерода.

5. Среди предложенных веществ выделите изомеры и составьте их структурные формулы: 2,2,3,3,-тетраметилбутан; н-гептан; 3-этилгексан; 2,2,4-триметилгексан; 3-метил-3-этилпентан.

6. Вычислите плотность паров по воздуху, по водороду и по азоту пятого члена гомологического ряда алкадиенов (2,345; 34; 2,43).

7. Напишите структурные формулы всех алканов, содержащих 82,76% углерода и 17,24% водорода по массе.

8. На полное гидрирование 2,8г этиленового углеводорода израсходовали 0,896л водорода (н.у.). Определите углеводород, если известно, что он имеет неразветвленное строение.

9. При добавлении какого газа к смеси равных объемов пропана и пентана ее относительная плотность по кислороду увеличится; уменьшится?

10. Приведите формулу простого газообразного вещества, имеющего такую же плотность по воздуху, как простейший алкен.

11. Составьте структурные формулы и назовите все углеводороды, содержащие 32е в молекуле 5 изомеров).

Существуют разные системы классификации органических реакций, которые основаны на различных признаках. Среди них можно выделить классификации:

• по конечному результату реакции , то есть изменению в структуре субстрата;
• по механизму протекания реакции , то есть по типу разрыва связей и типу реагентов.

Взаимодействующие в органической реакции вещества подразделяют на реагент и субстрат . При этом считается, что реагент атакует субстрат.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Реагент - вещество, действующее на объект - субстрат - и вызывающее в нем изменение химической связи. Реагенты делятся на радикальные, электрофильные и нуклеофильные.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Субстратом , как правило, считают молекулу, которая предоставляет атом углерода для новой связи.

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕАКЦИЙ ПО КОНЕЧНОМУ РЕЗУЛЬТАТУ (ИЗМЕНЕНИЮ В СТРУКТУРЕ СУБСТРАТА)

В органической химии различают четыре вида реакций по конечному результату и изменению в структуре субстрата: присоединения, замещения, отщепления, или элиминирования (от англ. to eliminate - удалять, отщеплять), и перегруппировки (изомеризации ). Такая классификация аналогична классификации реакций в неорганической химии по числу исходных реагентов и образующихся веществ, с изменением или без изменения состава. Классификация по конечному результату основана на формальных признаках, так как стехиометрическое уравнение, как правило, не отражает механизм реакции. Сравним типы реакций в неорганической и органической химии.

Тип реакции в неорганической химии	Пример	Тип реакции в органической химии	Разновидность и пример Реакции
1. Соединение	C l 2 + H 2 = 2 H C l	Присоединение по кратным связям	Гидрирование
			Гидрогалогенирование
			Галогенирование
			Гидратация
2. Разложение	2 H 2 O = 2 H 2 + O 2	Элиминирование	Дегидрирование
			Дегидрогалогенирование
			Дегалогенирование
			Дегидратация
3. Замещение	Z n + 2 H C l = ZnCl2+H2	Замещение
4. Обмен (частный случай - нейтрализация)	H 2 S O 4 + 2 N a O H =N a 2 S O 4 + 2 H2 O	частный случай - этерификация
5.Аллотропизация	графит⇔ алмаз P красн. ⇔ P бел. Pкрасн.⇔P бел. S ромб. ⇔ S пласт. Sромб.⇔Sпласт.	Изомеризация	Изомеризация алканов

п) без замены их другими.

В зависимости от того, какие атомы отщепляются - соседние C –C или изолированные двумя-тремя или более атомами углерода –C –C–C–C –, –C –C–C–C–C –, могут образовываться соединения с кратными связям и или циклические соединения . Отщепление галогеноводородов из алкилгалогенидов либо воды из спиртов происходит по правилу Зайцева.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Правило Зайцева : атом водорода Н отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода.

Например, отщепление молекулы бромоводорода происходит от соседних атомов в присутствии щелочи, при этом образуется бромид натрия и вода.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Перегруппировка - химическая реакция, в результате которой происходит изменение взаимного расположения атомов в молекуле, перемещение кратных связей или изменение их кратности.

Перегруппировка может осуществляться с сохранением атомного состава молекулы (изомеризация) или с его изменением.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Изомеризация - частный случай реакции перегруппировки, приводящая к превращению химического соединения в изомер путем структурного изменения углеродного скелета.

Перегруппировка тоже может осуществляться по гомолитическому или гетеролитическому механизму. Молекулярные перегруппировки могут классифицироваться по разным признакам, например по насыщенности систем, по природе мигрирующей группы, по стереоспецифичности и др. Многие реакции перегруппировки имеют специфические названия - перегруппировка Кляйзена, перегруппировка Бекмана и др.

Реакции изомеризации широко используются в промышленных процессах, например при переработке нефти для повышения октанового числа бензина. Примером изомеризации является превращение н -октана в изооктан:

КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ПО ТИПУ РЕАГЕНТА

РАЗРЫВ СВЯЗИ

Разрыв связи в органических соединениях может гомолитическим и гетеролитическим.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Гомолитический разрыв связи - это такой разрыв, в результате которого каждый атом получает неспаренный электрон и образуются две частицы, имеющие сходное электронное строение - свободные радикалы .

Гомолитический разрыв характерен для неполярных или слабополярных связей, например C–C, Cl–Cl, C–H, и требует большого количества энергии.

Образующиеся радикалы, имеющие неспаренный электрон, обладают высокой реакционной способностью, поэтому химические процессы, протекающие с участием таких частиц, часто носят «цепной» характер, их трудно контролировать, а в результате реакции получается набор продуктов замещения. Так, при хлорировании метана продуктами замещения являются хлорметан C H 3 C l CH3Cl , дихлорметан C H 2 C l 2 CH2Cl2 , хлороформ C H C l 3 CHCl3 и четыреххлористый углерод C C l 4 CCl4 . Реакции с участием свободных радикалов протекают по обменному механизму образования химических связей.

Образующиеся в ходе такого разрыва связи радикалы обуславливают радикальный механизм протекания реакции. Радикальные реакции обычно протекают при повышенных температурах или при излучении (например, свет).

В силу своей высокой реакционной способности свободные радикалы могут оказывать негативное воздействие на организм человека, разрушая клеточные мембраны, воздействуя на ДНК и вызывая преждевременное старение. Эти процессы связаны, в первую очередь, с пероксидным окислением липидов, то есть разрушением структуры полиненасыщенных кислот, образующих жир внутри клеточной мембраны.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Гетеролитический разрыв связи - это такой разрыв, при котором электронная пара остается у более электроотрицательного атома и образуются две заряженные частицы - ионы: катион (положительный) и анион (отрицательный).

В химических реакциях эти частицы выполняют функции «нуклеофилов » («фил» - от гр. любить ) и «электрофилов », образуя химическую связь с партнером по реакции по донорно-акцепторному механизму. Частицы-нуклеофилы предоставляют электронную пару для образования новой связи. Другими словами,

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Нуклеофил - электроноизбыточный химический реагент, способный взаимодействовать с электронодефицитными соединениями.

Примерами нуклеофилов являются любые анионы (C l − , I − , N O − 3 Cl−,I−,NO3− и др.), а также соединения, имеющие неподеленную электронную пару (N H 3 , H 2 O NH3,H2O ).

Таким образом, при разрыве связи могут образоваться радикалы или нуклеофилы и электрофилы. Исходя из этого выделяют три механизма протекания органических реакций.

МЕХАНИЗМЫ ПРОТЕКАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Свободно-радикальный механизм : реакцию начинают свободные радикалы, образующиеся при гомолитическом разрыве связи в молекуле.

Наиболее типичный вариант - образование радикалов хлора или брома при УФ-облучении.

1. Свободно-радикальное замещение

метан бромметан

Инициирование цепи

Рост цепи

Обрыв цепи

2. Свободно-радикальное присоединение

этен полиэтилен

Электрофильный механизм : реакцию начинают частицы-электрофилы, получающие положительный заряд в результате гетеролитического разрыва связи. Все электрофилы - кислоты Льюиса.

Такие частицы активно образуются под действием кислот Льюиса , которые усиливают положительный заряд частицы. Чаще других используются A l C l 3 , F e C l 3 , F e B r 3 , Z n C l 2 AlCl3,FeCl3,FeBr3,ZnCl2 , выполняющие функции катализатора.

Местом атаки частицы-электрофила являются те участки молекулы, которые имеют повышенную электронную плотность, т. е. кратная связь и бензольное кольцо.

Общий вид реакций электрофильного замещения можно выразить уравнением:

1. Электрофильное замещение

бензол бромбензол

2. Электрофильное присоединение

пропен 2-бромпропан

пропин 1,2-дихлорпропен

Присоединение к несимметричным непредельным углеводородам происходит в соответствии с правилом Марковникова.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Правило Марковникова: присоединение к несимметричным алкенам молекул сложных веществ с условной формулой НХ (где Х - это атом галогена или гидроксильная группа ОН–) атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному (содержащему больше всего атомов водорода) атому углерода при двойной связи, а Х - к наименее гидрогенизированному.

Например, присоединение хлороводорода HCl к молекуле пропена C H 3 – C H = C H 2 CH3–CH=CH2 .

Реакция протекает по механизму электрофильного присоединения. За счет электронодонорного влияния C H 3 CH3 -группы электронная плотность в молекуле субстрата смещена к центральному атому углерода (индуктивный эффект), а затем по системе двойных связей - к концевому атому углерода C H 2 CH2 -группы (мезомерный эффект). Таким образом, избыточный отрицательный заряд локализован именно на этом атоме. Поэтому атаку начинает протон водорода H + H+ , являющийся электрофильной частицей. Образуется положительно заряженный карбеновый ион [ C H 3 – C H − C H 3 ] + + , к которому присоединяется анион хлора C l − Cl− .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Исключения из правила Марковникова: реакция присоединения протекает против правила Марковникова, если в реакцию вступают соединения, у которых атом углерода, соседний с атомом углерода двойной связи, оттягивает на себя частично электронную плотность, то есть при наличии заместителей, проявляющих значительный электроноакцепторный эффект (– C C l 3 , – C N , – C O O H (–CCl3,–CN,–COOH и др.).

Нуклеофильный механизм : реакцию начинают частицы-нуклеофилы, имеющие отрицательный заряд, образовавшиеся в результате гетеролитического разрыва связи. Все нуклеофилы - основания Льюиса .

В нуклеофильных реакциях реагент (нуклеофил) имеет на одном из атомов свободную пару электронов и является нейтральной молекулой или анионом (H a l – , O H – , R O − , R S – , R C O O – , R – , C N – , H 2 O , R O H , N H 3 , R N H 2 Hal–,OH–,RO−,RS–,RCOO–,R–,CN–,H2O,ROH,NH3,RNH2 и др.).

Нуклеофил атакует в субстрате атом с наименьшей электронной плотностью (т. е. с частичным или полным положительным зарядом). Первой стадией реакции нуклеофильного замещения является ионизация субстрата с образованием карбкатиона. При этом новая связь образуется за счет электронной пары нуклеофила, а старая претерпевает гетеролитический разрыв с последующим отщеплением катиона. Примером нуклеофильной реакции может служить нуклеофильное замещение (символ S N SN ) у насыщенного атома углерода, например щелочной гидролиз бромпроизводных.

1. Нуклеофильное замещение

2. Нуклеофильное присоединение

этаналь циангидрин

источник http://foxford.ru/wiki/himiya

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №19»

г.Мичуринска Тамбовской области

Типы химических реакций

в органической химии

Головкина Светлана Александровна,

учитель химии МБОУ СОШ №19 г.Мичуринска

Содержание

Аннотация……………………………………………………………………….3

Введение…………………………………………………………………………4

Спецификация тестов…………………………………………………………...5

Тесты 9 класс ………………………………………………………………15

Тесты 11 класс …………………………………………………………………24

Информационные ресурсы……………………………………………………..33

Аннотация.

В данной работе отражен подход авторов к изучению типов химических реакций в органической химии. Предлагаемый материал может быть интересен учителям химии, работающим в основной и полной общеобразовательной школе, так как он дает обобщение основным понятиям типов химических реакций в органической химии, которые позволят осуществить подготовку к ГИА И ЕГЭ и отработать материал по данной теме.

Введение.

Материал органической химии сложен для понимания, особенно в 9 классе, где на его изучение отводится очень мало времени, при большом объеме теоретического материала. Вопросы по органической химии включены в КИМы ГИА и ЕГЭ, при подготовки обучающихся к итоговой аттестации учитель часто сталкивается с непониманием данного материала. Интенсифицировать процесс преподавания и повысить качество усвоения органической химии можно активно, используя при его изучении современные технологии обучения, например, применение ИКТ, технологии тестового контроля. В пособии учителя делятся своим опытом при изучении небольшого, но сложного материала.

Спецификация тестов по подготовке к ГИА и ЕГЭ

Назначение тестов – оценить общеобразовательную подготовку обучающихся по типам химических реакций.

Преемственность содержания материала тестов – показать взаимосвязь базовых понятий неорганической и органической химии.

Характеристика содержания тестов – каждый вариант тестового контроля состоит из трех частей и заданий. Одинаковые по уровню сложности и форме представления задания сгруппированы в определенных частях работы.

Часть А содержит 10 заданий на выбор ответа базового уровня сложности А1, А2 ….А10

Часть В содержит 3 задания на выбор ответа повышенного уровня сложности В1, В2, В3

ЧастьС содержит 1 задание высокого уровня сложности.

Таблица 1 Распределения заданий по частям работы.

Задания с выбором ответа проверяют основную часть изученного материала: язык химической науки, химические связи, знание свойств органических веществ, типы и условия протекания химических реакций.

Задания повышенного уровня сложности проверяют на повышенном уровне знания об окислительно- восстановительных реакциях. В работе предлагаются задания с выбором нескольких ответов.

Выполнение заданий повышенного уровня сложности позволяет осуществлять дифференциацию обучающихся по уровню их подготовки и на этой основе выставлять им более высокие оценки.

Задания с развернутым ответом – наиболее сложные в тесте. Эти задания проверяют усвоение следующих элементов содержания: количество вещества, молярный объем и молярная масса вещества, массовая доля растворенного вещества.

4.Распределение заданий контрольной работы по содержанию, проверяемым умениям и видам деятельности.

При определении содержания проверочных заданий контрольной работы учитывалось, какой объем каждой из содержательных блоков занимает в курсе химии

5.Время выполнения работы

На выполнение контрольной работы отводится 45 минут (1 урок)

Примерное распределение времени, отводимого на выполнение отдельных заданий:

для каждого задания части А до 2 мин.

для каждого задания части В до 5 мин.

для каждого задания части С до 10 мин.

6. Система оценивания отдельных заданий и работы в целом

Верное выполнение каждого задания части А оценивается 1 баллом.

Верное выполнение каждого задания части В оценивается 2 баллами;

допущена ошибка в одном из элементов ответа- 1 балл.

Выполнение заданий части С имеет вариативный характер, правильное и полное выполнение задания С1 - 4 балла,

Полученные обучающимися баллы за выполнение всех заданий суммируются. Оценка выставляется по пятибалльной шкале.

7. Градация оценки:

0 % - 25% - от набранных баллов «1»

26% - 50% - от набранных баллов «2»

51% - 75% - от набранных баллов «3»

76% - 85% - от набранных баллов «4»

86% - 100% - от набранных баллов «5»

Типы химических реакций в органической химии

Химическая реакция - это такое изменение веществ, при котором разрываются старые и образуются новые химические связи между частицами (атомами, ионами), из которых построены вещества.

Химические реакции классифицируются:

1. По числу и составу реагентов и продуктов

К этому типу реакций могут быть отнесены реакции изомеризации, которые идут без изменения не только качественного, но и количественного состава молекул веществ.

Реакции разложения в органической химии, в отличие от реакций разложения в неорганической химии, имеют свою специфику. Их можно рассматривать как процессы, обратные присоединению, поскольку в результате чаще всего образуются кратные связи или циклы.

CH3-CH2-С=-СН СН3-С=-С-СН3

этилацетилен диметнлацетилен

Для того чтобы вступить в реакцию присоединения, органическая молекула должна иметь кратную связь (или цикл), эта молекула будет главной (субстрат). Молекула попроще (часто неорганическое вещество, реагент) присоединяется по месту разрыва кратной связи или раскрытия цикла.

чаще всего образуются кратные связи или циклы.

Их отличительный признак - взаимодействие простого вещества со сложным. Понятие «замещение» в органике шире, чем в неорганической химии. Если в молекуле исходного вещества какой-либо атом или функциональная группа заменяются на другой атом или группу, это тоже реакции замещения.

Реакции обмена - реакции, протекающие между сложными веществами, при которых их составные части обмениваются местами. Обычно эти реакции рассматривают как ионные. Реакции между ионами в растворах электролитов идут практически до конца в сторону образования газов, осадков, слабых электролитов.

2. По тепловому эффекту

Экзотермические реакции протекают с выделением энергии.

К ним относятся почти все реакции соединения.

Экзотермические реакции, которые протекают с выделением света, относят к реакциям горения. Гидрирование этилена - пример экзотермической реакции. Она идет при комнатной температуре.

Эндотермические реакции протекают с поглощением энергии.

Очевидно, что к ним будут относиться почти все реакции разложения,

СН 2 =СН 2 + Н 2 → СН 3 -СН 3

3. По использованию катализатора

Идут без участия катализатора.

Так как все биохимические реакции, протекающие в клетках живых организмов, идут с участием особых биологических катализаторов белковой природы - ферментов, все они относятся к каталитическим или, точнее, ферментативным.

4. По направлению

Протекают одновременно в двух противоположных направлениях.

Таких реакций подавляющее большинство.

В органической химии признак обратимости отражают названия - антонимы процессов:

гидрирование - дегидрирование,

гидратация - дегидратация,

полимеризация - деполимеризация.

Обратимы все реакции этерификации (противоположный процесс, как вы знаете, носит название гидролиза) и гидролиза белков, сложных эфиров, углеводов, полинуклеотидов. Обратимость этих процессов лежит в основе важнейшего свойства живого организма - обмена веществ.

Протекают в данных условиях только в одном направлении.

К ним можно отнести все реакции обмена, сопровождающиеся образованием осадка, газа или малодиссоциирующего вещества (воды) и все реакции горения.

5. По агрегатному состоянию

Реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в разных агрегатных состояниях (в разных фазах).

Реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии (в одной фазе).

6. По изменению степеней окисления химических элементов, образующих вещества

Реакции, идущие без изменения степеней окисления химических элементов. К ним, например, относятся все реакции ионного обмена, а также многие реакции соединения, многие реакции разложения, реакции этерификации

Реакции, идущие с изменением степеней окисления элементов. К ним относится множество реакций, в том числе все реакции замещения, а также те реакции соединения и разложения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество.

НСООН + CH 3 OH → НСООСН3 + H2O

7. По механизму протекания.

Идут между образующимися в ходе реакции радикалами и молекулами.

Как вы уже знаете, при всех реакциях происходит разрыв старых и образование новых химических связей. Способ разрыва связи в молекулах исходного вещества определяет механизм (путь) реакции. Если вещество образовано за счет ковалентной связи, то могут быть два способа разрыва этой связи: гемолитический и гетеролитический. Например, для молекул Сl2, СН4 и т. д. реализуется гемолитический разрыв связей, он приведет к образованию частиц с неспаренными электронами, то есть свободных радикалов.

Идут между уже имеющимися или образующимися в ходе реакции ионами.

Типичные ионные реакции - это взаимодействие между электролитами в растворе. Ионы образуются не только при диссоциации электролитов в растворах, но и под действием электрических разрядов, нагревания или излучений. Ŷ-Лучи, например, превращают молекулы воды и метана в молекулярные ионы.

По другому ионному механизму происходят реакции присоединения к алкенам галогеноводородов, водорода, галогенов, окисление и дегидратация спиртов, замещение спиртового гидроксила на галоген; реакции, характеризующие свойства альдегидов и кислот. Ионы в этом случае образуются при гетеролитическом разрыве ковалентных полярных связей.

8. По виду энергии, инициирующей реакцию.

Они инициируются излучениями большой энергии - рентгеновскими лучами, ядерными излучениями (Ý-лучами, а-частицами - Не2+ и др.). С помощью радиационных реакций проводят очень быструю радиополимеризацию, радиолиз (радиационное разложение) и т. д.

Например, вместо двухстадийного получения фенола из бензола его можно получать взаимодействием бензола с водой под действием радиационных излучений. При этом из молекул воды образуются радикалы [·OН] и [·H·], с которыми и реагирует бензол с образованием фенола:

С6Н6 + 2[ОН] -> С6Н5ОН + Н20

Вулканизация каучука может быть проведена без серы с использованием радиовулканизации, и полученная резина будет ничуть не хуже традиционной

Их инициирует тепловая энергия. К ним относятся все эндотермические реакции и множество экзотермических реакций, для начала которых необходима первоначальная подача теплоты, то есть инициирование процесса.

Их инициирует световая энергия. Кроме рассмотренных выше фотохимических процессов синтеза НСl или реакции метана с хлором, к ним можно отнести получение озона в тропосфере как вторичного загрязнителя атмосферы. К этому виду реакций принадлежит и важнейший процесс, протекающий в растительных клетках, - фотосинтез.

Их инициирует электрический ток. Помимо хорошо известных вам реакций электролиза укажем также реакции электросинтеза, например, реакции промышленного получения неорганических окислителей.

Тестовые задания для 9 класса

Вариант 1.

Часть А

А1. Какие модели соответствуют молекулам алкенов?

а) все, кроме А

б) все, кроме Б

в) все, кроме В

г) все, кроме Г

А2. С каким реагентом могут взаимодействовать алканы:

а) Br 2 (р-р)

б) Cl 2 ,(свет)

в) H 2 SO 4
г) NaOH

А3. В реакции 1,3-бутадиена с HCl не может образоваться

а) 3-хлорбутен-1 в) 1-хлорбутен-2

б) 4-хлорбутен-1 г) 2,3-дихлорбутан

А4. Вещество, с которым муравьиная кислота при соот­ветствующих условиях вступает в окислительно-вос­становительную реакцию, - это:

а) медь;

б) гидроксид меди (II);

в) хлорид меди (II);

г) сульфат меди (II).

А5. Взаимодействие сложного эфира с водой можно на­звать:

а) гидратацией;

б) дегидратацией;

в) гидролизом;

г) гидрогенизацией.

А6. В цепочке превращений

реакции «а» и «б» - это соответственно:

а) гидратация и окисление;

б) окисление и гидратация;

в) гидратация и гидратация;

г) окисление и окисление.

А7. Реакция, обусловленная наличием в молекулах кар­бонильных соединений двойной связи, - это реак­ция:

а) присоединения;

б) разложения;

в) замещения;

г) обмена.

А8. С помощью аммиачного раствора оксида серебра нель­зя распознать:

а) этанол и этаналь;

б) пропаналь и пропанон;

в) пропаналь и глицерин;

г) бутаналь и 2-метилпропаналь.

А9. При действии на пропеналь избытка водорода образу­етс я:

а) предельный спирт;

б) непредельный спирт;

в) непредельный углеводород;

г) предельный углеводород.

А10. Уксусный альдегид образуется при гидратации:

а) этана;

б) этена;

в) этина;

г) этанола.

Часть В

В1. Установите соответствие между типом реакции и уравнением

ТИП РЕАКЦИИ

В2. Ацетилен массой 10,4 г присоединил хлороводород массой 14,6 г. Формула продукта реакции_____.

В3. Из технического карбида кальция массой 1 кг получен ацетилен объемом 260 л (н.у.). Массовая доля примесей (в %), содержащихся в образце карбида кальция равна_________. (Запишите ответ с точностью до сотых).

Часть С.

C 1. Напишите уравнения реакций с помощью которых можно осуществить следующие

BaCl 2

превращения: С O

Вариант 2.

Часть А К каждому из заданий А1-А10 дано четыре варианта ответа,

только один из которых правильный. Обведите номер ответа.

А1.Реакция характерная для алканов

а)присоединении

б)замещение

в)гидротации

г)обмена

А2. Для каких углеводородов характерна реакция полимеризации.

а) CH 4

б) C 2 H 4

в) C 6 H 6

г) C 2 H 5 ОH

А3. Вещество, с которым метан вступает в реакцию замещения.

а) CL 2 (свет)

б) H 2 О

в) H 2 SO 4

г) NaOH

А4. Какое вещество легко окисляется перманганатом калия.

а) C 2 H 6

б) C 2 H 2

в) C 2 H 5 ОH

г) C 6 H 6

А5. Какое вещество можно подвергать реакции дегидратации.

а) C 2 H 4

б) C 2 H 5 ОH

в) CH 4

г) С H 3 COH

А6. В цепочке превращений C 2 H 6 – ацетилен – этан реакции «а» и «б»- это соответствует

а) гидротация и гидрирование

б) гидротация и окисление

в) дегидрирование и гедрирование

г) окисление и гидротация

А7. Как называется реакция образования сложных эфиров.

а) присоединения

б)замещения

в) этерификации

г) разложения

А8. При взаимодействии этилена с водой образуется.

а) предельный спирт

б) непределдьный спирт

в) предельный углеводород

г) непредельный углеводород

А9. Уксусная кислота образуется из:

а) этана

б) этена

в) этина

г) этанола

А10. Какая реакция характерна для жиров.

а) присоединения

б) окисления

в) гидролиза

г) замещения

Часть В При выполнении заданий В1 установите соответствие. В2 и В3 произведите расчеты и запишите ответ.

В1. Установите соответствие между типом реакции и веществом

Тип реакции

В2. Объем кислорода, необходимый для полного сжигания 50 л. метана (н.у.) равен ___л.

В3. Углеводород содержит 16,28 % водорода. Определите формулу углеводорода, если плотность его паров по водороду равна 43.

Часть С. Для ответов на задание С1 используйте отдельный бланк (лист)

Запишите номер задания и ответ к нему.

С1. Вычислите объем углекислого газа, выделившегося при сгорании 56 л метана в 48 л кислорода

ОТВЕТЫ

Вариант 1

Часть А

Часть В

Часть С

Напишите уравнения реакций с помощью которых можно осуществить следующие BaCl 2

превращения: С O 2 → Na 2 СО 3 → X → СО 2 . Для второго процесса составьте ионное уравнение реакции.

Ответ

Вариант 2

Часть А

А1

Часть В

Часть С

Тестовые задания для 11 класса

Вариант 1.

Часть А К каждому из заданий А1-А10 дано четыре варианта ответа,

только один из которых правильный. Обведите номер ответа.

А1. Реакция Вюрца соответствует описанию:

1. гидратации ацетилена

2. удлинению углеродного скелета

3. восстановлению нитропроизводных металлами в кислой среде

4. одновременной дегидратации и дегидрированию этанола

А2. Глюкозу и сахарозу можно различить с помощью:

1. азотной кислоты

2. аммиачного раствора оксида серебра

3. воды

4. гидроксида натрия.

А3. Этанол можно получить из этилена посредством реакции

1. гидратации

2. гидрирования

3. галогенирования

4. гидрогалогенирования

А4. Реакция с аммиачным раствором оксида серебра характерна для

1. пропанола-1

2. пропаналя

3. пропанола-2

4. диметилового эфира

А5. При щелочном гидролизе этилформиата образуются

1. формальдегид и этанол

2. муравьиная кислота и этанол

3. соль муравьиной кислоты и этанол

4. формальдегид и муравьиная кислота

А6. Отличительным признаком реакции Кучерова является взаимодействие веществ с

1. с водородом

2. с хлором

3. с водой

4. с кислотой

А7. Реакция Зинина, характерная для ароматических углеводородов, имеет другое название

1. хлорирование

2. бромирование

3. нитрование

4. гидрирование

А8. Качественной реакцией на многоатомные спирты является их взаимодействие

1. с оксидом меди (II )

2. с гидроксидом меди (II )

3. с медью

4. с оксидом меди (I )

А9. В ходе реакции этанола с соляной кислотой в присутствии серной кислоты образуется

1. этилен

2. хлорэтан

3. 1,2-дихлорэтан

4. хлорвинил

А10. В отличииот этаналя уксусная кислота взаимодействует с

1. магнием

2. гидроксидом меди (II )

3. кислородом

4. водородом

Часть В

запишите их по возрастанию

В1. Продуктами гидролиза сложных эфиров состава С 5 Н 10 О 2 могут быть

1. пентаналь и метанол

2. пропановая кислота и этанол

3. этанол и бутаналь

4. бутановая кислота и метанол

5. этановая кислота и пропанол

6. формальдегид и пентанол

В2. С муравьиной кислотой взаимодействуют

1. Na 2 CO 3

2. HCl

3. OH

4. H 2 S

5. CuSO 4

6. Cu (OH) 2

В3. Вещества, с которыми способна взаимодействовать α-аминопропановая кислота

1. этан

2. гидроксид калия

3. хлорид калия

4. серная кислота

5. диметиловый эфир

6. хлороводород

Часть С. Для ответов на задание С1 используйте отдельный бланк (лист)

Запишите номер задания и ответ к нему.

С1. В результате каталитического окисления пропана получена пропионовая кислота массой 55,5 г. Массовая доля выхода продукта реакции равна 60%. Рассчитайте объём взятого пропана (н.у.).

Вариант 2

Часть А К каждому из заданий А1-А10 дано четыре варианта ответа,

только один из которых правильный. Обведите номер ответа.

А1. В реакцию с бромной водой при обычных условиях взаимодействует каждое из двух веществ:

1. бензол и толуол

2. циклогексан и пропен

3. этилен и бензол

4. фенол и ацетилен

А2 . Этилен образуется в результате реакции:

1. гидратации ацетилена

2. хлорметана с натрием

3. ацетилена с хлороводородом

4. дегидратации этанола

А3 . Этанол можно получить из этилена в результате реакции

1. гидратации

2. гидрирования

3. галогенирования

4. гидрогалогенирования

А4 . В результате реакции тримеризации ацетилена образуеться:

1. гексан

2. гексен

3. этан

4. бензол

А5. При окислении этилена водным раствором КМ nO 4 образуется:

1. этан

2. этанол

3. глицерин

4. этиленгликоль

А6. При щелочном гидролизе 2-хлорбутана преимущественно образуются:

1. бутанол-2

2. бутанол-1

3. бутаналь

4. бутанон

А7 . В реакцию замещения с хлором вступает:

1. этен 2. этин 3 . бутен-2 4. бутан

А8 . Характерной реакцией для многоатомных спиртов является взаимодействие с:

1. H 2

2. Cu

3. Ag 2 O (NH 3 р-р)

4. Cu (OH) 2

А9. Мономером для получения искусственного каучука по способу Лебедева служит:

1. бутен-2

2. этан

3. этилен

4. бутадиен-1,3

А10. Бутанол-2 и хлорид калия образуются при взаимодействии:

1. 1-хлорбутана и 2-хлорбутана

2. 2-хлорбутана и спиртового раствора КОН

3. 1-хлорбутана и спиртового раствора КОН

4. 2-хлорбутана и водного раствора КОН

Часть В При выполнении заданий В1- В3 выберите три варианта ответов и

запишите их по возрастанию

В1. Продуктами гидролиза сложных эфиров состава С 6 Н 12 О 2 могут быть

1 . этаналь и диметиловый эфир

2 . пропановая кислота и пропанол

3 . метилацетат и бутан

4 . этановая кислота и бутанол

5. пентановая кислота и метанол

6. пропаналь и этандиол

В2. Алкены взаимодействуют с:

1 . [ Ag (NH 3) 2 ]OH

2 . H 2 O

3 . Br 2

4 . KMnO 4 (H +)

5 . Ca(OH) 2

6 . Cu (OH) 2

В3. Метилэтиламин взаимодействует с:

1 . этаном

2 . гидроксидом калия

3. бромоводородной кислотой

4 . кислородом

5 . пропаном

6 . водой

Часть С. Для ответов на задание С1 используйте отдельный бланк (лист)

Запишите номер задания и ответ к нему.

С1. Газообразный аммиак, выделившийся при кипячении 160г 7-% -ного раствора гидроксида калия с 9,0г. Хлорида аммония, растворили в 75г воды. Определите массовую долю аммиака в полученном растворе.

ОТВЕТЫ

Вариант 1

Часть А

А1

Часть В

В1

Часть С

Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла)

Элементы ответа:

1. Составлено уравнение реакции

3С 2 Н 2
С 6 Н 6

2. Определены количества вещества ацетилена и бензола

n (C 2 H 2) = 10,08/22,4 = 0,45 моль

по уравнению реакции n (C 2 H 2) : n(C 6 H 6) =3:1

n (C 6 H 6) = 0,45/3 = 0,15 моль

3. Рассчитана теоретическая масса бензола

m (C 6 H 6) = 0,15 моль * 78 г/моль = 11,7 г

4. Рассчитана практическая масса бензола

m (C 6 H 6) пр = 0,7 * 11,7 = 8,19 г

Вариант 2

Часть А

Часть В

Часть С

С 1 1. Газообразный аммиак, выделившийся при кипячении 160г 7-% -ного раствора гидроксида калия с 9,0г. Хлорида аммония, растворили в 75г воды. Определите массовую долю аммиака в полученном растворе.

Содержание верного ответа и указания по оцениванию Элементы ответа:

Составлено уравнение реакции:

КОН + NH 4 Cl = KCl + NH 3 + H 2 O

Рассчитаны масса и количество вещества щёлочи в растворе, а также количество вещества хлорида аммония:

m (KOH) = 160 . 0,07 = 11,2 г n (KOH) = 11,2 / 56 = 0,2 моль n (NH 4 Cl) = 9/53,5 = 0,168 моль

Указано вещество, которое в растворе находится в избытке:

КОН – гидроксид калия (или вещество, которое реагирует полностью – NH 4 Cl).

Определена масса аммиака и его массовая доля в растворе

n (NH 3) = n (NH 4 Cl) = 0,168 моль m (NH 3) = 0,168 . 17 = 2,86 г w (NH 3) = 2,86/77,86 = 0,0367 или 3,67%

*Примечание. В случае, когда в ответе содержится ошибка в вычислениях в одном из элементов ответа, которая привела к неверному ответу, оценка за выполнение задания снижается только на 1 балл.

Информационные ресурсы.

Артеменко А.И. Удивительный мир органической химии. – М.: Дрофа, 2004.

Габриелян О.С., Остроумов И.Г. Настольная книга учителя. Химия. 10-й класс. – М.: Дрофа,2004.

Корощенко А.С., Медведев Ю.Н. Химия ГИА типовые тестовые задания – М.: «Экзамен», 2009.

Кузнецова Н.Е., Левкина А.Н, Задачник по химии 9-й класс. – М.: Издательский центр «Вентана – Граф», 2004.

Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н., Жегин А.Ю. Химия. – 9-й класс. – М.: Издательский центр «Вентана – Граф», 2002.

Потапов В.М. Органическая химия. – М.: Просвещение, 1976.

Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика – Пресс, 1997.

Пичугина Г.В. Химия и повседневная жизнь человека. – М.: Дрофа, 2005.

http://www.fipi.ru/

Нуклеофильной называется реакция, при которой реа­гент атакует субстрат своим нуклеофилом; она обо­значается индексом N (nucleophlle).

В электрофильных реакциях реагент принято называть электрофилом. В органической химии электрофильность реагента ха­рактеризует его способность взаимодействовать с атомом углерода субстрата, несущим полный или частичный отрицательный заряд.

В действительности механизм и результат любой электрофильно-нуклеофильной реакции определяется не только свойст­вами реагента, но и свойствами субстрата, образующихся про­дуктов реакции, растворителя и условиями ее проведения. По­этому разделение электрофильно-нуклеофильных реакций на нуклеофильные и электрофильные только по свойствам реагента носит условный характер. Кроме того, как видно из приведенных схем, в этих реакциях всегда взаимодействуют между собой элек­трофилы и нуклеофилы, содержащиеся в субстрате и реагенте. Во многих реакциях лишь условно один компонент может счи­таться субстратом, а другой – реагентом.

Свободнорадикальные реакции. Гомолитический распад ха­рактерен для неполярной или малополярной связи. Он сопро­вождается образованием свободных радикалов - частиц с неспаренным электроном.

Гомолиз ковалентной связи можно рассматривать как расще­пление этой связи по обменному механизму. Для осуществления гомолиза связи необходима энергия (теплота, свет), достаточная для того, чтобы разорвать эту связь. Наличие неспаренного элек­трона является причиной малой стабильности свободных радика­лов (время жизни в большинстве случаев составляет доли секун­ды) и высокой реакционной способности в свободнорадикальных реакциях. Присутствие в системе свободного радикала (R۰) мо­жет приводить к образованию новых радикалов вследствие его взаимодействия с имеющимися молекулами: R۰ + А – В → R – A + ۰В

Свободнорадикальные реакции сопровождаются взаи­модействием свободных радикалов с молекулами или между собой с образованием новых свободных радикалов (зарождение или развитие цепи) или только молекул (обрыв цепи).

Для свободнорадикальных реакций характерен цепной ме­ханизм, который включает три стадии: зарождение, развитие и обрыв цепи. Эти реакции прекращаются при исчез­новении в системе свободных радикалов. Свободнорадикальные реакции обозначаются индексом R (radical).

Радикальные частицы в зависимости от их сродства к электрону могут и принимать электроны (т. е. быть окислителями), и отдавать электроны (т. е. быть восстановителями). При этом сродство радикала к электрону определяется не только его свойствами, но и свойствами его партнера по реакции. Особенности процессов свободнорадикального окисления-восстановления, протекающих в организме, рассматриваются отдельно при описании свойств определенных классов органических соединений.

В реакциях комплексообразования радикалами могут быть и комплексообразователь, и лиганды. В случае комплексов с переносом заряда радикалообразование может происходить внутри комплекса за счет внутримолекулярного окисления-восстановления между комплексообразователем и лигандом.

Образование радикалов легче всего происходит при гомолизе неполярных простых связей между атомами одного и того же элемента:

С1 2 → С1۰ + ۰С1 НО-ОН → НО۰ + ۰ОН

R-О-О-R" → RO۰ + ۰OR" R-S-S-R" →RS۰ + ۰SR"

При гомолизе малополярной связи С-Н образуются алкильные радикалы, в которых неспаренный электрон находится у атома углерода. Относительная устойчивость этих радикалов зависит от типа замещения атома углерода, несущего неспарен­ный электрон, и растет в ряду: СН 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.

Стабильность свободных радикалов существенно возрастает, когда имеется возможность делокализации неспаренного элек­трона за счет π-электронов соседних кратных связей. Это особен­но наглядно наблюдается в аллильном и бензильном радикалах:

аллильный радикал бензильный радикал

В ходе ознакомления с возможными механизмами реакций в молекулах субстрата и реагента следует различать реакцион­ные центры по их характеру: нуклеофильные, электрофилъные и радикальные.

По конечному результату химического превращения простей­шие органические реакции классифицируются на реакции: замещения, присоединения, элиминирования (отщепления) и пе­регруппировки.

Реакции замещения. Под замещением понимают замену ато­ма или группы на другой атом или группу. В реакции замещения всегда образуются два различных продукта. Этот тип реакций обозначается символом S (substitution).

К реакциям замещения относятся: галогенирование и нит­рование алканов, этерификация и алкилирование карбоновых кислот, а также многочисленные ре­акции взаимодействия простых полярных молекул (Н 2 О, NH 3 , НГал) с эфирами, спиртами и галогенпроизводными.

Реакции присоединения. Под присоединением понимают вве­дение атомов или групп в молекулу непредельного соединения, сопровождаемое разрывом π-связей. При этом двойные связи превращаются в ординарные, а тройные связи - в двойные или ординарные. Этот тип реакций обозначается симво­лом A (addition).

Реакции элиминирования (отщепления). Под элиминиро­ванием понимают отщепление атомов или групп от органиче­ской молекулы с образованием кратной связи. Поэтому реакции элиминирования обратны реакциям присоединения. Этот тип ре­акции обозначается символом Е (elimination).

Каждая из органических реакций замещения (S), присоеди­нения (А) или элиминирования (Е) может быть электрофильной (Е), нуклеофильной (N) или радикальной (R). Таким образом, в органической химии выделяют девять типовых реакций, обо­значаемых символами S, А или Е с индексами R, N или Е:

Приведенные типы органических реакций следует считать модельными, так как они не всегда реализуются в чистом виде. Так, например, замещение и элиминирование могут протекать одновременно:

При дальнейшем знакомстве с конкретными классами орга­нических соединений нами будут рассматриваться следующие их химические свойства: кислотно-основные, комплексообразующие, окислительно-восстановительные, электрофильно-нуклеофильные, а также способность к свободнорадикальному взаимо­действию. Особое внимание будет уделено особенностям проте­кания рассматриваемых реакций в биологических системах.

Типы реакций, характерные для различных классов углеводородов, механизм их протекания и биологическое значение процессов представлены в таблице 10.

Реакции органических веществ можно формально разделить на четыре основных типа: замещения, присоединения, отщепления (элиминирования) и перегруппировки (изомеризации) . Очевидно, что все многообразие реакций органических соединений невозможно свести к предложенной классификации (например, реакции горения). Однако такая классификация поможет установить аналогии с уже знакомыми вам реакциями, протекающими между неорганическими веществами.

Как правило, основное органическое соединение, участвующее в реакции, называют субстратом , а другой компонент реакции условно рассматривают как реагент .

Реакции замещения

Реакции замещения - это реакции, в результате которых осуществляется замена одного атома или группы атомов в исходной молекуле (субстрате) на другие атомы или группы атомов.

В реакции замещения вступают предельные и ароматические соединения, такие как алканы, циклоалканы или арены. Приведем примеры таких реакций.

Под действием света атомы водорода в молекуле метана способны замещаться на атомы галогена, например, на атомы хлора:

Другим примером замещения водорода на галоген является превращение бензола в бромбензол:

Уравнение этой реакции может быть записано иначе:

При этой форме записи реагенты, катализатор, условия проведения реакции записывают над стрелкой, а неорганические продукты реакции - под ней.

В результате реакций замещения у органических веществ образуются не простое и сложное вещества, как в неорганической химии, а два сложных вещества.

Реакции присоединения

Реакции присоединения - это реакции, в результате которых две или более молекул реагирующих веществ соединяются в одну.

В реакции присоединения вступают ненасыщенные соединения, такие как алкены или алкины. В зависимости от того, какая молекула выступает в качестве реагента, различают гидрирование (или восстановление), галогенирование, гидрогалогенирование, гидратацию и другие реакции присоединения. Каждая из них требует определенных условий.

1.Гидрирование - реакция присоединения молекулы водорода по кратной связи:

2. Гидрогалогенирование - реакция присоединения галогенводорода (гидрохлорирование):

3. Галогенирование - реакция присоединения галогена:

4.Полимеризация - особый тип реакций присоединения, в ходе которых молекулы вещества с небольшой молекулярной массой соединяются друг с другом с образованием молекул вещества с очень высокой молекулярной массой - макромолекул.

Реакции полимеризации - это процессы соединения множества молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в крупные молекулы (макромолекулы) полимера.

Примером реакции полимеризации может служить получение полиэтилена из этилена (этена) под действием ультрафиолетового излучения и радикального инициатора полимеразации R.

Наиболее характерная для органических соединений ковалентная связь образуется при перекрывании атомных орбиталей и образовании общих электронных пар. В результате этого образуется общая для двух атомов орбиталь, на которой находится общая электронная пара. При разрыве связи судьба этих общих электронов может быть разной.

Типы реакционноспособных частиц

Орбиталь с неспаренным электроном, принадлежащая одному атому, может перекрываться с орбиталью другого атома, на которой также находится неспаренный электрон. При этом происходит образование ковалентной связи по обменному механизму:

Обменный механизм образования ковалентной связи реализуется в том случае, если общая электронная пара образуется из неспаренных электронов, принадлежащих разным атомам.

Процессом, противоположным образованию ковалентной связи по обменному механизму, является разрыв связи, при котором к каждому атому отходит по одному электрону (). В результате этого образуются две незаряженные частицы, имеющие неспаренные электроны:

Такие частицы называются свободными радикалами.

Свободные радикалы - атомы или группы атомов, имеющие неспаренные электроны.

Свободнорадикальные реакции - это реакции, которые протекают под действием и при участии свободных радикалов.

В курсе неорганической химии это реакции взаимодействия водорода с кислородом, галогенами, реакции горения. Реакции этого типа отличаются высокой скоростью, выделением большого количества тепла.

Ковалентная связь может образоваться и по донорно-акцепторному механизму. Одна из орбиталей атома (или аниона), на которой находится неподеленная электронная пара, перекрывается с незаполненной орбиталью другого атома (или катиона), имеющего незаполненную орбиталь, при этом формируется ковалентная связь, например:

Разрыв ковалентной связи приводит к образованию положительно и отрицательно заряженных частиц (); так как в данном случае оба электрона из общей электронной пары остаются при одном из атомов, у другого атома получается незаполненная орбиталь:

Рассмотрим электролитическую диссоциацию кислот:

Можно легко догадаться, что частица, имеющая неподеленную электронную пару R: — , т. е. отрицательно заряженный ион, будет притягиваться к положительно заряженным атомам или к атомам, на которых существует по крайней мере частичный или эффективный положительный заряд.
Частицы с неподеленными электронными парами называют нуклеофильными агентами (nucleus - «ядро», положительно заряженная часть атома), т. е. «друзьями» ядра, положительного заряда.

Нуклеофилы (Nu ) - анионы или молекулы, имеющие неподеленную пару электронов, взаимодействующие с участками молекул, на которых сосредоточен эффективный положительный заряд.

Примеры нуклеофилов: Сl — (хлорид-ион), ОН — (гидроксид-анион), СН 3 O — (метоксид-анион), СН 3 СОО — (ацетат-анион).

Частицы, имеющие незаполненную орбиталь, напротив, будут стремиться заполнить ее и, следовательно, будут притягиваться к участкам молекул, на которых присутствует повышенная электронная плотность, отрицательный заряд, неподеленная электронная пара. Они являются электрофилами, «друзьями» электрона, отрицательного заряда или частиц с повышенной электронной плотностью.

Электрофилы - катионы или молекулы, имеющие незаполненную электронную орбиталь, стремящиеся к заполнению ее электронами, так как это приводит к более выгодной электронной конфигурации атома.

Электрофилом с незаполненной орбиталью является не любая частица. Так, например, катионы щелочных металлов имеют конфигурацию инертных газов и не стремятся к приобретению электронов, так как имеют низкое сродство к электрону.
Из этого можно сделать вывод, что несмотря на наличие у них незаполненной орбитали, подобные частицы не будут являться электрофилами.

Основные механизмы протекания реакций

Выделено три основных типа реагирующих частиц - свободные радикалы, электрофилы, нуклеофилы - и три соответствующих им типа механизма реакций:

• свободнорадикальные;
• электрофильные;
• нулеофильные.

Кроме классификации реакций по типу реагирующих частиц, в органической химии различают четыре вида реакций по принципу изменения состава молекул: присоединения, замещения, отщепления, или элиминирования (от англ. to eliminate - удалять, отщеплять) и перегруппировки. Так как присоединение и замещение могут происходить под действием всех трех типов реакционноспособных частиц, можно выделить несколько основных механизмов протекания реакций.

Кроме того, рассмотрим реакции отщепления, или элиминирования, которые идут под воздействием нуклеофильных частиц - оснований.
6. Элиминирование:

Отличительной чертой алкенов (непредельных углеводородов) является способность вступать в реакции присоединения. Большинство этих реакций протекает по механизму электрофильного присоединения.

Гидрогалогенирование (присоединение галоген водорода):

При присоединении галогенводорода к алкену водород присоединяется к более гидрированному атому углерода, т. е. атому, при котором находится больше атомов водорода, а галоген - к менее гидрированному .