Типы химических реакций в органической химии

При протекании химических реакций происходит разрыв одних и возникновение других связей. Химические реакции условно делят на органические и неорганические. Органическими реакциям принято считать реакции, в которых, по крайней мере, одно из реагирующих веществ является органическим соединением, изменяющим свою молекулярную структуру в процессе реакции. Отличием органических реакций от неорганических является то, что, как правило, в них участвуют молекулы. Скорость таких реакции низка, а выход продукта обычно составляет всего лишь 50-80 %. Для повышения скорости реакции применяют катализаторы, повышают температуру или давление. Далее рассмотрим типы химических реакций в органической химии.

Классификация по характеру химических превращений

  • Реакции замещения
  • Реакции присоединения
  • Реакция элиминирования (отщепления)
  • Реакция изомеризации и перегруппировка
  • Реакции окисления
  • Реакции конденсации и поликонденсации
  • Реакции разложения

Реакции замещения

В ходе реакций замещения один атом или группа атомов в начальной молекуле замещается на иные атомы или группы атомов, образуя новую молекулу. Как правило, такие реакции характерны для насыщенных и ароматических углеводородов, например:

реакции замещения

Реакции присоединения

При протекании реакций присоединения из двух или более молекул веществ образуется одна молекула нового соединения. Такие реакции характерны для ненасыщенных соединений. Различают реакции гидрирования (восстановления), галогенирования, гидрогалогенирования, гидратации, полимеризации и т.п:

  1. Гидрирование – присоединение молекулы водорода:

реакция гидрирования

  1. Галогенирование — присоединение молекулы галогена:галогенирование
  2. Гидрогалогенирование — присоединение молекулы галогенводорода:гидрогалогенирование
  3. Гидратация — присоединение молекулы воды:гидратация
  4. Полимеризация – образование высокомолекулярного соединения посредством многократного присоединения низкомолекулярного соединения, например: полимеризация

Реакция элиминирования (отщепления)

В результате реакций отщепления органические молекулы теряют атомы или группы атомов, и образуется новое вещество, содержащее одну или несколько кратных связей. К реакциям элиминирования относятся реакции дегидрированиядегидратациидегидрогалогенирования и т.п.:

  1. Дегидрирование – отщепления молекулы водорода: дегидрирование
  2. Дегидратация – отщепление молекулы воды: дегидратация
  3. Дегидрогалогенирования – отщепления молекулы галогеноводородов: дегидрогалогенирование

Реакции изомеризации и перегруппировка  

В ходе таких реакций происходит внутримолекулярная перестройка, т.е. переход атомов или групп атомов с одного участка молекулы в другое без изменения молекулярной формулы вещества, участвующего в реакции, например: перегруппировка

изомеризация

Реакции окисления 

В результате воздействия окисляющего реагента происходит повышение степени окисления углерода в органическом атоме, молекуле или ионе процесс за счет отдачи электронов, вследствие чего образуется новое соединение: окисление

Реакции конденсации и поликонденсации

Заключаются во взаимодействии нескольких (двух и более) органических соединений с образованием новых С-С связей и низкомолекулярного соединения:

конденсация

Поликонденсация – образование молекулы полимера из мономеров, содержащих функциональные группы с выделением низкомолекулярного соединения. В отличие от реакции полимеризации, в результате которых образуется полимер, имеющий состав, аналогичный мономеру, в результате реакций поликонденсации состав образованного полимера отличается от его мономера:

поликонденсация

Реакции разложения 

Это процесс расщепления сложного органического соединения на менее сложные или простые вещества:

разложение

С18H38  → С9H18 + С9H20

Классификация химических реакций по механизмам

Протекание реакций с разрывом ковалентных связей в органических соединениях возможно по двум механизмам (т.е. пути, приводящему к разрыву старой связи и образованию новой) –  гетеролитическому (ионному) и гомолитическому (радикальному).

Гетеролитический (ионный) механизм

В реакциях, протекающих по гетеролитическому механизму образуются промежуточные частицы ионного типа с заряженным атомом углерода.  Частицы, несущие положительный заряд называются карбкатионы, отрицательный – карбанионы. При этом происходит не разрыв общей электронной пары, а ее переход к одному из атомов, с образованием иона: гетеролитический механизм

Склонность к гетеролитическому разрыву проявляют сильно полярные, например Н–O, С–О и легко поляризуемые, например С–Вr, С–I связи.

Реакции, протекающие по гетеролитическому механизму делят на нуклеофильные и электрофильные реакции.  Реагент, располагающий электронной парой для образования связи называют нуклеофильным или электронодонорным. Например, HO,RO, Cl, RCOO, CN, R, NH2, H2O, NH3, C2H5OH, алкены, арены.

Реагент, имеющий незаполненную электронную оболочку и способные присоединить  пару электронов в процессе образования новой связи.называют электрофильным реагентам относятся следующие катионы: Н+, R3C+, AlCl3, ZnCl2, SO3, BF3, R-Cl, R2C=O

Реакции нуклеофильного замещения

Характерны для алкил- и арилгалогенидов: нуклеофильное замещение

Реакции нуклеофильного присоединения нуклеофильное присоединение

Реакции электрофильного замещения

 электрофильное замещение

Реакции электрофильного присоединения электрофильное присоединение

Гомолитический (радикальный механизм)

В реакциях, протекающих по гомолитическому (радикальному) механизму на первой стадии происходит разрыв ковалентной связи с образованием радикалов. Далее образовавшийся свободный радикал выступает в качестве атакующего реагента. Разрыв связи по радикальному механизму свойственен для неполярных или малополярных ковалентных связей (С–С, N–N, С–Н).

Различают реакции радикального замещения и  радикального присоединения

Реакции радикального замещения

Характерны для алканов Радикальное замещение

Реакции радикального присоединения

Характерны для алкенов и алкинов Радикальное присоединение

Таким образом, мы рассмотрели основные типы химических реакций в органической химии