Typy reakcji w chemii

organicznej

-Czynniki elektrofilowe

-Czynniki nukleofilowe

-Reakcje substytucji

-Reakcje addycji

-Reakcje eliminacji

-Efekt indukcyjny

-Efekt mezomeryczny

-Efekt nadsprzężenia

-Efekt kierujący podstawników w reakcja

substytucji na pierścieniu
aromatycznym.

Typy reakcji w chemii

organicznej

Podział reakcji ze względu

na mechanizm

Reakcje

rodnikowe

(

homolityczne

)

Reakcje

jonowe

(

hetrolityczne

)

Reakcje

elektrofilowe

Reakcje

nukleofilowe

Reakcje rodnikowe

• Reakcje rodnikowe

– czynnikiem

atakującym (inicjującym) reakcję jest

rodnik

powstający

w wyniku

homolitycznego

rozpadu

cząsteczki:

rozpad wiązania rozpad wiązania

• A

·

·

B  A

*

+ B

*

; X

·

·

X  X

*

+

X

*

• CH

4

 C

*

H

3

+ H

*

Cl

2

 Cl

*

+ Cl

*

• A

*

, B

*

, X

*

-

rodniki

– atom lub grupa

atomów

posiadające niesparowany

elektron

Reakcje jonowe

• Reakcje jonowe

– czynnikiem atakującym

(inicjującym) reakcję jest

jon

powstający w

wyniku

heterolitycznego

rozpadu cząsteczki:

rozpad wiązania rozpad wiązania

A ··B 

A

+

+

B

-

H ··Br 

H

+

+

Br

-

A

+

- czynnik

elektrofilowy

(układ z

deficytem – luką
elektronową)

B

-

- czynnik

nukleofilowy

(układ

posiadający wolne
pary elektronowe)

H

+

; Cl

+

; Br

+

; NO

2

+

,

SO

3

H

+

; R

+

; R

3

C

+

;

COR

+

; RN

2

+

F

-

; Cl

-

; Br

-

; OH

-

; NH

3

;

H

2

O, RNH

2

Reakcje substytucji (S)

Charakterystyka

Mechanizm

reakcji

Schemat mechanizmu

reakcji

Reakcja polega
na podstawieniu
(zastąpieniu)
atomu lub grupy
funkcyjnej) w
cząsteczce przez
atom lub inną
grupę funkcyjną

Substytucja

rodnikowa

S

R

R*

+ A – B  A - R +

B*

(halogenowanie
alkanów ,
cykloalkanów)

Substytucja

elektrofilowa

S

E

Z

+

+ A – B  A – Z +

B

+

(halogenowanie ,

nitrowanie,
sulfonowanie ,
alkilowanie,
acylowanie arenów )

Substytucja

nukleofilowa

S

N

Y

-

+ A – B  A – Y +

B

-

(reakcja

monohalogenopochod
nych alkanów z
zasadami
w środowisku
wodnym)

Reakcje addycji (A)

Charakterystyka

Mechanizm

reakcji

Schemat mechanizmu reakcji

Reakcja polega

na przyłączeniu

cząsteczek

homoatomowyc
h

lub

heteroatmowych

do atomów
węgla

połączonych

wiązaniami

wielokrotnymi

z jednoczesnym

zmniejszeniem
krotności

wiązania

Addycja

rodnikowa

A

R

R*

+ A = B  R – A –

B*

(z

reguły reakcje

polimeryzacji)

Addycja

elektrofilowa

A

E

Z

+

+ A = B  Z – A –

B

+

(addycja halogenów,

halogenowodorów, wodoru-

uwodornienie, wody-

hydratacja, katalitycznie

utlenienie alkenów

i alkinów, uwodornienie i
addycja halogenów przez

areny.

Addycja

nukleofilowa

A

N

Y

-

+ A = B  Y – A –

B

–

Reakcje eliminacji (E)

Charakteryst

yka

Mechanizm

reakcji

Schemat mechanizmu reakcji

Reakcja

polega na

oderwania

od cząsteczki

dwóch
atomów lub

grup

funkcyjnych

bez

zastąpienia
ich innymi

podstawnika

mi , w

wyniku

czego rośnie

krotność
wiązania

α-eliminacja

:

atomy lub grupy

atomów

odszczepiają się

od tego samego

atomu węgla

Z
/

A  |A + Z - Y
\

Y

β-eliminacja

:

atomy lub grupy

atomów

odszczepiają się

od sąsiadujących

ze sobą atomów

węgla

Z – A – B – Y  A = B + Z – Y

(reakcje eliminacji wody – dehydratacji

alkoholi, eliminacji podstawników

halogenowych z cz.

dihalogenowęglowodoru w reakcji z

aktywnym metalem, reakcja

halogenowęglowodoru

z alkoholowym roztworem silnej zasady).

γ-eliminacja:

atomy lub grupy
atomów

odszczepiają się

od atomów węgla

nie sąsiadujących

ze sobą

powodując

cyklizację

cząsteczki

Z – A – B – C – Y 

A - B + Z – Y

\ /

C

(

cyklizacja w reakcji

dihalogenowęglowodorów
z aktywnym metalem)

Efekt indukcyjny (I)

• Efekt indukcyjny

– oddziaływanie

podstawników polegające na przyciąganiu
lub odpychaniu elektronów,
co prowadzi do polaryzacji wiązań w
cząsteczce

Ujemny efekt indukcyjny (-I)

Dodatni efekt indukcyjny

(+I)

Ujemny efekt indukcyjny

występuje gdy atom

kluczowy podstawnika

jes

t

bardziej elektroujemny

niż

atom wodoru

Dodatni efekt indukcyjny

występuje, gdy atom

kluczowy podstawnika

jest

mniej elektroujemny

niż

atom wodoru

Zmiana efektu indukcyjnego podstawników

(-I) : -CN > -F > -Cl > Br >– I > - O-CH

3

> -OH > -C

6

H

5

>

H

>

>-CH

3

> - C(CH

3

)

3

> COO- (+I)

Podstawniki o

ujemnym efekcie indukcyjnym (-I)

wpływają

na

wzrost

mocy kwasów

i

obniżają moc zasad

.

Efekt sprzężenia

(mezomeryczny)

• Efekt mezomeryczny

– oddziaływanie

wolnych par elektronowych podstawnika

lub

wiązania π

z innymi wiązaniami π, lub

elektronami zdelokalizowanymi

. Wynikiem

efektu jest zmiana rozkładu gęstości
elektronowej w cząsteczce.

CH

2

= CH – Cl Cl

kierunek oddziaływania

• Efekt mezomeryczny

prowadzi do zmiany

długości wiązań układu sprzężonego (zwykle
ulegają one skróceniu) i obniżenia energii
układu.

Efekty mezomeryczne

podstawników

i efekt nadsprzężenia

Dodatni efekt mezomeryczny

(+M)

Ujemny efekt mezomeryczny (-M)

Sprzężenie powoduje

zwiększenie

gęstości elektronowej

w układzie

nienasyconym

lub aromatycznym, a

zmniejszenie

na podstawniku

Sprzężenie powoduje

zmniejszenie

gęstości elektronowej

w układzie

nienasyconym

lub aromatycznym, a

zwiększenie

na podstawniku

Podstawniki o efekcie mezomerycznym ujemnym (-M)

utrudniają

podstawianie lub przyłączanie elektrofilowe

w układzie nienasyconym

lub aromatycznym, natomiast ułatwiają nukleofilowe.

Podstawniki o efekcie mezomerycznym dodatnim (+M

) ułatwiają

podstawianie lub przyłączanie elektrofilowe

w układzie nienasyconym

lub aromatycznym, natomiast utrudniają nukleofilowe

Efekt nadsprzężenia

Efekt nadsprzężenia

polega na oddziaływaniu par elektronowych

wiązania C – H z innymi ruchliwymi układami elektronowymi.

H – C ≡ C – C ≡ C – H

W wyniku efektu nadsprzężenia następuje nieznaczne skrócenie

wiązania σ w układzie sprzężonym

Efekt kierujący podstawników

substytucji elektrofilowej na

pierścieniu aromatycznym

Podstawni

ki

Przykłady

podstawników

Wpływ podstawników na

reaktywność związku

Pozycja w jaką
jest kierowany

kolejny

podstawnik

I

rodzaju

- CH

3

; - C

2

H

5

; -

C

3

H

7

;

- NH

2

; - OH; -

NHR,

- NR

2

; - C

6

H

5

Ułatwiają

podstawianie

elektrofilowe,

zwiększają

reaktywność

pierścienia

aromatycznego

orto i para

halogeny: - F; -

Cl,
- Br; - I

Zmniejszają

reaktywność
związku

aromatycznego

II

rodzaju

-NO

2

; - COOH, -

CHO; - SO

3

H;

- C ≡ N;
O \

// C=

O

- C – R ; /

Zmniejszają

reaktywność
związku

aromatycznego,

podstawianie

elektrofilowe

przebiega trudniej
niż w benzenie

meta

Schemat wpływu podstawnika na

rozkład gęstości elektronowej w

pierścieniu aromatycznym

Podstawnik

aktywizujący

Podstawnik

dezaktywizujący

m

o

(-) (--)

p

(--)

A

(+)

(-) (--)

m

o

m

o

(+) (++)

p

(++)

Dz

(-)

(+) (++)

m

o

o

– położenie

orto

:

m

– położenie

meta

;

p

- położenie para