Przeczytaj
Zajście reakcji organicznej zwykle jest warunkowane zderzeniem dwóch drobin. Mogą one mieć miejsce pomiędzy:
dwoma indywiduami chemicznymi obojętnymi elektrycznie – cząsteczkami;
dwoma jonami lub dwoma rodnikami;
cząsteczką a jonem lub rodnikiem.
Typy reakcji chemicznych
Przypomnijmy, z jakimi typami reakcji mamy do czynienia w chemii organicznej.
Reakcje substytucji
Reakcje te polegają na podstawieniu (zastąpieniu) atomu lub grupy funkcyjnej w cząsteczce przez atom lub inną grupę funkcyjną.
Mapa myśli. Lista elementów: Nazwa kategorii reakcja substytucji. Elementy należące do kategorii: reakcja substytucji.
Nazwa kategorii: rodnikowa ;
Nazwa kategorii: elektrofilowa ;
Nazwa kategorii: nukleofilowa .
Reakcje addycji
Reakcje te polegają na przyłączeniu cząsteczek homoatomowych lub heteroatomowych do atomów węgla, połączonych wiązaniami wielokrotnymi, z jednoczesnym zmniejszeniem krotności wiązania w cząsteczce wyjściowego substratu organicznego.
Mapa myśli. Lista elementów: Nazwa kategorii: reakcje addycji. Elementy należące do kategorii: reakcje addycji.
Nazwa kategorii: rodnikowa : ;
Nazwa kategorii: elektrofilowa :
Nazwa kategorii: nukleofilowa : .
Reakcje eliminacji
Reakcje te polegają na oderwaniu od sąsiadujących ze sobą atomów węgla lub grup funkcyjnych bez zastąpienia ich innymi podstawnikami, w wyniku czego wzrasta krotność wiązania w stosunku do wyjściowego substratu organicznego.
Mapa myśli. Lista elementów: Nazwa kategorii: reakcje eliminacji. Elementy należące do kategorii reakcje eliminacji.
Nazwa kategorii: alfa‑eliminacja: ;
Nazwa kategorii: beta‑eliminacja: ;
Nazwa kategorii: gamma‑eliminacja: cząsteczka, którą stanowi trójczłonowy pierścień, w którym to atomy A B C połączone są ze sobą wiązaniami pojedynczymi, dodać .
Rozrywanie wiązań w cząsteczkach organicznych
Ze względu na sposób rozrywania wiązań w cząsteczkach, reakcje dzielimy na:
homolityczne (rodnikowe);
heterolityczne (jonowe).
Cechą różniącą reakcje heterolityczne od homolitycznych jest także charakter nowo utworzonych wiązań.
Reakcje homolityczne
Jeśli wspólna para elektronowa, która tworzy wiązanie kowalencyjne, ulega rozerwaniu w taki sposób, że przy każdym z fragmentów pozostaje jeden elektron niesparowany, wtedy ów rozpad nazywamy rozpadem homolitycznym. W wyniku homolitycznego rozpadu powstają rodniki – reaktywne indywidua chemiczne, mogące pełnić rolę tzw. czynników atakujących (inicjujących) w dalszych etapach przemiany chemicznej.
Pod wpływem światła wysokoenergetycznego (UV) lub podwyższonej temperatury, następuje zerwanie wiązania kowalencyjnego (rozpad homolityczny) w cząsteczce chloru () – powstają rodniki chlorkowe.
Mechanizm substytucji rodnikowej
Reakcje heterolityczne
W przemianach jonowych, w trakcie rozerwania wiązania kowalencyjnego, para elektronowa zostaje przy jednym z powstających fragmentów, który staje się anionem, drugi zaś kationem – wówczas mówimy o rozpadzie heterolitycznym. Powstający anion może pełnić w dalszych etapach reakcji rolę czynnika atakującego (inicjującego).
Na przykład:
Albo:
– czynnik elektrofilowyczynnik elektrofilowy (układy zawierające luki elektronowe – kwasy Lewisa – w elektronowej teorii kwasów i zasad). Czynnikami elektrofilowymi (kwasami Lewisa) mogą być kationy, ale również cząsteczki posiadające lukę elektronową (niedobór elektronów) w całej strukturze lub w jej określonej części (np. w cząsteczkach polarnych w miejscach, gdzie występuje tzw. dodatni biegun cząsteczki), np. , , , , , , , , , , , , , , , .
Do kwasów Lewisa należą: , , , , , , , , , , , , , , , .
– czynnik nukleofilowyczynnik nukleofilowy (układ posiadający wolne pary elektronowe; zasady Lewisa w elektronowej teorii kwasów i zasad). Czynnikami nukleofilowymi (zasadami Lewisa) mogą być aniony, ale również cząsteczki zawierające wolne (niewiążące) pary elektronowe: , , , , , , aminy pierwszorzędowe, drugorzędowe i trzeciorzędowe: , , .
Do zasad Lewisa należą: , , , , , , a także aminy pierwszo- drugo- i trzeciorzędowe o następujących wzorach ogólnych: , , .
Reakcje heterolityczne mogą przebiegać wg mechanizmu elektrofilowego lub mechanizmu nukleofilowego.
Wspomniany wyżej rozpad może zachodzić w czasie reakcji addycji do etenu. Cząsteczka etenu atakuje , który rozpada się heterolitycznie z jednoczesnym przyłączeniem jonu wodoru do wiązania podwójnego. Dzięki temu powstaje karbokation, który jest atakowany przez anion . Cząsteczka etenu pełni rolę czynnika nukleofilowego w pierwszym etapie reakcji, natomiast w drugim tę rolę pełni już anion bromkowy.
Słownik
atom (grupa atomów) zawierający niesparowany elektron; rodniki (szczególnie organiczne) są najczęściej nietrwałe i aktywne chemicznie, ponieważ niesparowany elektron jest bardzo aktywny
drobiny wykazujące powinowactwo do jąder atomowych lub dodatnich biegunów spolaryzowanych cząsteczek
drobiny wykazujące powinowactwo do elektronów lub ujemnych biegunów spolaryzowanych cząsteczek
(łac. carbo „węgiel”) rodnik, w którym niesparowany elektron jest zlokalizowany na atomie węgla
Bibliografia
Klimaszewska M, Chemia od A do Z, Warszawa 2017.
Korzeń S., Korzeń A., Krupowicz J., Malicki J., Chemia organiczna, Lublin 1995
Król I., Mazur P., Repetytorium maturzysty, Kraków 2019.
Kaczyński J., Czaplicki A., Chemia ogólna, Warszawa 1974.
Bogdańska Zarembina A., Matusewicz E. I., Matusewicz J., Chemia dla szkół średnich, Warszawa 1995.
Pazdro K. M., Chemia podręcznik do kształcenia rozszerzonego w liceach, Warszawa 2009.