Органикалық реакциялардың жіктелуі мен механизмдері

Органикалық реакциялардің жіктелуі мен механизмдері

 

Органикалық реакциялар бейорганикалық реакциялардың заңдылықтарына бағынғанымен, біраз ерекшеліктері де бар. Органикалық реакциялар, негізінен, молекулалардың арасында жүреді. Сондықтан иондар қатысатын бейорганикалық реакциялардай емес, органикалық реакциялар баяу жүреді. Оларды тездету үшін өршіткілер (катализаторлар) пайдаланылады және қажетті жағдайда температура мен қысымды жоғарылатады. Осындай себептерден органикалық реакциялар өнімінің шығымы төмендеу болып, қосымша заттар түзе жүреді.

Органикалық реакцияларды теңдеу түрінде емес, сызбанұсқа түрінде жазып, онда бастапқы заттарды, реакцияның негізгі өнімдерін және реакцияның жүру жағдайларын көрсетеді. Теңдік белгісінің (=) орнына бағдарша (→) қойылады. Кейде бағдаршаның үстінде реакцияның жүру жағдайы көрсетіледі.

Реакциялардың жіктелуі Органикалық реакцияларды жіктеудің бірнеше жолы бар. Оларды химиялық айналымдардың сипатына және реакциялардың жүру механизмдеріне, т.б. белгілеріне байланысты жіктеу жиі қолданылады.

Химиялық айналымдардың сипаты

Химиялық айпалымдардың сипатына байланысты органикалық реакцияларды орынбасу, қосылу, айырылу, қайтатоптасу (изомерлену), тотығу, полимерлену, т.б. түрлерге бөледі.

1. Орынбасу реакциялары. Бастапқы молекуладағы атомның (не атомдар тобының) орнын басқа атом (не атомдар тобы) басып, жаңа молекула түзіледі:

 

        СН4 + HONO2→CH3-NO2+ Н2O

2. Қосылу реакциялары. Екі немесе одан да көп заттардан бір жаңа зат түзіледі. Көміртек қаңқасы бар бастапқы молекулаға басқа атом не атомдар тобы қосылады:

 

        СН2 = СН2 + Сl2→СН2Cl-СН2Cl

3. Айырылу (ыдырау ) реакциялары. Бастапқы органикалық қосылыстан құрылымы қарапайым бірнеше зат түзіледі (бастапқы молекуладан атомдар тобы үзіледі):

 

        СН4→С + 2Н2

4. Изомерлену (қайтатоптасу)реакциялары. Реакциялардың бұл түрлерінде реакцияға түскен заттың молекулалық формуласы өзгермейді, атомдар мен атом топтарының молекула ішіндегі байланысу реті өзгеріп, жаңа зат түзіледі.

5. Тотығу және тотықсыздану реакциялары. Тотығу реакциясы көміртектің өзінен электртерістігі үлкенірек элементпен (галоген, оттек, т.б.) жаңа байланыс түзуі арқылы жүреді. Реакция барысында көміртек атомының тотығу дәрежесі өседі. Тотықтырғыштың әсерінен (оның формуласын жазбай-ақ [О] арқылы белгілеуге де болады) реагент оттек қосып алады немесе сутек бөлінеді:

 

        CH4+[O]→CH3OH

Жану реакциясы тотығу реакциясының жиі үшырасатын түрі.

Реакция толық жүрсе, көміртек диоксиді мен су түзіледі:

 

        2С2Н6 + 7O2→4СO2+6Н2O

 

Тотықсыздану реакциясы барысында көміртек атомының тотығу дәрежесі кеміп, жаңа С—Н байланыстар түзіледі. Тотықсыздандырғыштың әсерінен ([H] деп белгілеуге болады) реагент сутек қосып алады немесе оттектен айырылады.

Гидрлеу реакциясы тотықсыздану реакциясының жиі ұшырасатын түрі. Сутек еселі байланысқа қосылады. Реакция өршіткі (VIII топ металдары: Ni, Pt, Pd) қатысында өтеді:

 

        C2H2+H2→C2H4

6. Полимерлену реакциялары. Құрамында еселі байланысы бар қарапайым заттар — мономерлер бір-бірімен қосылып, құрамы күрделі жоғары молекулалы қосылыс — полимер түзеді:

 

        nCH2=CH2→(-CH2-CH2-)n

Органикалық реакциялардың бұлардан басқа түрлерін кейін қарастырамыз.

Органикалық реакциялардың механизмдері

Органикалық реакцияларды олардың жүру механизмдеріне байланысты жүйелеу қолайлы. Әрбір реакция белгілі бір механизммен жүреді. Механизм— химиялық реакцияның қарапайым сатылар арқылы жүру реті. Реакцияның механизмі бастапқы заттардағы химиялық байланыстың үзілу түріне тәуелді болады.

Коваленттік байланыстың үзілу механизмі екі түрлі өтуі мүмкін: гомолитті (симметриялы, радикалды) және гетеролитті (ассимметриялы, ионды).

Гомолитті механизм

Симметриялы үзілген жағдайда химиялық байланыс түзген электрон жұбы (электрон тығыздығы) ажырап бөлініп, радикалдар түзіледі:

 

        A:B→A•  + B•

Жұптаспаған электрондары бар бөлшектер бос радикалдар деп аталады. Бос радикалдар тұрақсыз және химиялық айналуларға тез түсетін атомдар немесе бөлшектер.

Молекулаға СХ бос радикалмен (А•) шабуыл жасағанда, жаңа молекула мен жаңа радикал түзіледі:

 

        С:Х + A• → CA + X•

 

Мұндай орынбасу реакцияларын радикалды орынбасу деп атап, SR деп белгілейді (S лат. substitution — орынбасу). Метанның хлорлану реакциясы радикалды орынбасу механизмі бойынша жүреді:

 

        СН4 + Сl• → СН3• + HCl

 

Гетеролитті механизм

АВ молекуласының байланысы гетеролиттік үзілген жағдайда электрон жұбы молекуланың бір бөлігінде қалып қояды да, бұл бөлігі — теріс, ал келесі бөлігі оң зарядталады:

 

        A |: В  → А+ + :В- немесе A: | В → :А- + В+

Оң зарядты бөлшектер электрофильдер ("электронға ынтық" деген мағынаны білдіреді) немесе электронакцепторлар деп аталады. Электрофильді реагенттерге катиондар мен бөлінбеген бос орбитальдары бар молекулалар жатады, мысалы:

 

        Н+, Н3O+, Cl+, +NO2, +SO3H, R+, АlСl3, ZnCl2

Бұл реагенттер қатысында жүретін реакциялар электрофилъді реакциялар (орынбасу, қосылу) деп аталады. Әрекеттесетін молекула электрондонорлық қасиет көрсетеді. Электрофильді орынбасу (SR) реакциясының мысалы:

 

        С6Н6 + Сl+ → С6Н5Сl + Н+

Жаңа байланыс түзуге дайын электрон жұбы бар реагенттер нуклеофильдер ("ядроға ынтық" деген мағынаны білдіреді) немесе электрондонорлар деп аталады. Бұндай реагенттерге аниондар мен бөлінбеген бос электрондары бар молекулалар жатады, мысалы:

 

        OH-, CN-, CI-, HSO3-, R-, RO-, RCOO-, H2N, NH3, Н2O, С2Н5ОН

Мұндай бөлшектердің қатысында жүретін реакциялар нуклеофильді реакциялар деп аталады. Реакцияға түсетін молекула электрофильді қасиет көрсетеді. Нуклеофильді орынбасу реакциясына (SN) мысал келтірейік:

 

        RCl + НО- → ROH + Сl-[1]