Введение в теорию органической химии. Особенности

реклама
Введение в теорию органической химии.
Особенности органических реакций
«Химическая натура сложной частицы определяется
натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим
строением. Каждый химический атом, входящий в состав тела,
принимает участие в образовании этого последнего и действует здесь
определенным количеством принадлежащей ему химической силы"
А.М. Бутлеров, 1861г., из доклада «О химическом строении вещества»
Классификация органических реакций по типу разрыва ковалентной связи
Гетеролитические
Гомолитические
Катионы и анионы
Радикалы
Интермедиаты
Карбокатион
Радикал
Карбанион
Метильный катион
трет-Бутильный радикал
Бензильный анион
2. Классификация органических реакций по характеру взаимодействия
Типы реагентов
Реакционный центр
•Электрофильные агенты (Е)
(«любят» электроны)
Атакующий
агент (реагент)
Реакционный центр - группа
атомов, претерпевающая
изменения в данной реакции
Электрофил – катион или нейтральная
молекула, имеющая в своем составе
атом с незанятой орбиталью
Классификация органических реакций по характеру взаимодействия
Типы реагентов
Реакционный центр
•Нуклеофильные агенты (Nu)
(«любят» ядра)
Атакующий
агент (реагент)
Нуклеофил – анион или нейтральная молекула,
имеющая в своем составе атом с неподеленной
электронной парой (занятая орбиталь)
Классификация органических реакций по характеру взаимодействия
Тип реакции
Реагент, Z Типичные условия
Обозначение
E
Кислая среда,
Полярный растворитель
SE
N
Основная среда,
Полярный растворитель
SN
R∙
Повышенная температура;
облучение;
H2O2,
Нейтральная среда
SR
Замещение
Присоединение
Элиминирование
E
AE
N
AN
R∙
Повышенная температура;
облучение;
H2O2,
Нейтральная среда
AR
Кислая среда,
Основная среда,
E
Классифицируйте реакции!
CH3
CH3CH2CH
C CH3
H2O, H+
CH3CH2CH2
CH3
C CH3
OH
Движущей силой химической реакции является стремление реагирующих
молекул занять наиболее устойчивое состояние, т.е. состояние с
наименьшей свободной энергией
Джозайя-Уиллард Гиббс
(11.02I.1839 - 28.04.1903)
∆ G= ∆ H - T ∆ S
Изменение
энергии
системы
lnКр=-∆G/RT
∆ G>0, Кр<1;
∆ G<0, Кр>1;
∆ G=0, Кр=1.
∆ G<0
H
+ Br+
1
1,2,3
– элементарные стадии
химической реакции
Br
Br
Br+
+ H+
2
3
Лимитирующая стадия
Энергия
A + B  [1]  [интермедиат]  [2]  X
1
в квадратных скобках
помещают неустойчивые
переходные
состояния или интермедиаты
2
1
молекулярность стадии - число
взаимодействующих частиц,
принимающих участие в стадии
*
акт.
A+ B
интермедиат
C+D
Координата реакции
k=A∙e - Еакт / RT
Уравнение Аррениуса
переходное состояние (#) –
промежуточное состояние, когда старые
связи еще не разорвались, а новые еще
не образовались.
интермедиат – промежуточное
соединение, образующееся на одной
элементарной стадии
Принцип Хэммонда: если реакция проходит как через переходное состояние, так и
интермедиат, энергия которых почти равна, то взаимное превращение обоих
сопровождается лишь малым изменением структуры.
При экзотермических реакциях переходное состояние похоже на исходные
субстраты; при эндотермических реакциях – на продукты.
ПРИМЕР: электрофильного присоединения HBr к этилену
G
медл.
CH2=CH2
+ HBr
-
-Br
+
[ CH2
CH2
+ 1
H]
переходн. сост.1
1
2
+
CH2
G 1
G 2
CH2=CH2 + HBr
интермедиат
Br-CH2-CH3
[CH2CH3] + Br-
[ Br
+
2
]
CH2-CH3
переходн. сост.2
Br
+
2
CH2-CH3 ]
Br-CH2-CH3
CH2
+ 1
H]
[CH2CH3]
интермедиат
Суммируем:
1.
Любая химическая реакция должна рассматриваться с позиций
термодинамики и кинетики.
2. Термодинамика указывает на возможность протекания процесса в
данных условиях, выражаемую, например, через ∆G или константу
равновесия. Термодинамическое описание ничего не говорит о
скорости протекания реакции, времени достижения равновесия.
3. Скорость же реакции определяется энергией ее переходного состояния,
которая описывается в терминах кинетики.
4. Механизм реакции - совокупность и последовательность элементарных
стадий. Механизм реакции определяет:
• последовательность стадий;
• тип интермедиатов;
• лимитирующую стадию.
6. Строение и энергия интермедиатов близки к строению и энергии
переходных состояний.
7. Факторы, стабилизирующие/дестабилизирующие интермедиат, будут
стабилизировать/дестабилизировать переходное состояние.
Факторы, влияющие на стабильность интермедиатов
?
Скачать