Typy i mechanizmy reakcji
związków organicznych
Część I
Typy i mechanizmy reakcji
związków organicznych
Część I
Reakcje alkanów z
fluorowcami
- reakcje
substytucji (podstawienia)
Br
2
+
+ H
B
r
światło
H
C
H
H
C
H
H
H
etan
H
C
H
H
C
H
H
B
r
bromoetan
światło
H
C
H
H
H
metan
H
C
H
H
C
l
chlorometan
+ H
C
l
chlorowodór
Cl
2
+
chlor
Cl
2
+
światło
+ H
C
l
CH
3
Cl
Cl
2
+
światło
+ H
C
l
dichlorometan
CH
2
Cl
2
CH
2
Cl
2
trichlorometan
CH
Cl
3
Cl
2
+
światło
tetrachlorometan
C
Cl
4
CH
Cl
3
Reakcje następcze chlorowania metanu
+ H
C
l
• I faza mechanizmu - powstawanie rodników -
inicjowanie reakcji
Mechanizm reakcji - mechanizm
rodnikowy inicjowany przez fale świetlne
• II faza - reakcje pomiędzy rodnikami -
wygaszanie reakcji
światło
+
Cl
Cl
C
l
H
C
l
+
rodnik metylowy
H
C
H
H
H
C
H
H
H
metan
Cl
2
rodniki
H
C
H
H
+
Cl
C
l
+
Cl
chlorometan
H
C
H
H
Cl
I faza
H
C
H
H
C
l
H
C
H
H
H
C
H
H
+
Cl
+
Cl
Cl
Cl
C
l
+ H
C
H
H
H
C
H
H
H
C
H
H
II faza
Chlorowanie propanu - reakcje równoległe (konkurencyjne)
Cl
2
+
światło
H
C
H
H
C
H
H
H
C
H
H
+
H
C
l
+
H
C
l
H C
H
H
C
H
H
Cl
C
H
H
1-chloropropan
H C
H
H
C
H
Cl
H
C
H
H
2-chloropropan
• Reakcje równoległe są reakcjami
konkurencyjnymi i związane są z
istnieniem nierównomiernych
centrów podstawienia wodoru.
• Wydajność reakcji zależy od liczby
tych centrów i ich aktywności.
Rzędowość atomów węgla
I - atomy I-rzędowe
II - atomy II-rzędowe
III - atomy III-rzędowe
CH
CH
2
CH
3
CH
3
CH
3
Reakcje węglowodorów
nienasyconych - reakcje
addycji i polimeryzacji
Addycja fluorowca
H
C
H
H
C
Br B
r
H
1,2-dibromoetan
C
H
H
C
H
H
eten
+
Br
B
r
Addycja halogenowodorów i wody
H
C
H
H
C
H
H
Cl
chloroetan
C
H
H
C
H
H
eten
+ H
C
l
C
H
H
C
H
H
eten
H
2
O
+
H
+
H
C
H
H
C
H
H
O
H
etanol
Addycja elektrofilowa - mechanizm
C
H
H
C
H
H
H
H
Br
+
-
C
H
H
C
H
H
B
r
+
C
H
H
C
H
H
H
B
r
Addycja do niesymetrycznych aklenów
+ H
B
r
CH
2
C
H
CH
3
1
2
3
2
-bromopropan
CH
3
CH
3
CH
Br
2
3
1
1
-bromopropan
CH
2
CH
3
CH
2
Br
2
1
3
Reguła Markownikowa
Jeśli odczynnik elektrofilowy ma
wzór ogólny HY (Y=Cl, Br, OH itp.),
to atom wodoru przyłącza się
głównie do tego atomu węgla, przy
którym jest więcej atomów wodoru.
Reguła Markownikowa
CH
2
C
H
R +
X
+
+
Y
+
Y
CH
2
R
CH
X
Y
produkt główny
CH
2
R
CH
X
karbokation A
Reguła Markownikowa
CH
2
C
H
R +
X
+
+
Y
+
Y
CH
2
R
CH
Y
X
produkt uboczny
CH
2
R
CH
X
karbokation B
Polimeryzacja
p, t
C
H
H
C
H
H
etylen
C
H H
C
H H
polietylen
n
C
H
H
C
H
C
l
chlorek winylu
(chloroeten)
p, t
C
H H
C
H C
l
poli(chlorek winylu)
n
Reakcje węglowodorów
aromatycznych
Br
2
+
FeBr
3
benz
en
benz
en
HN
O
3
+
H
2
SO
4
NO
2
HB
r
+
H
2
O
+
B
r
bromoben
zen
Bromowanie i nitrowanie benzenu
a) w reakcji chlorowcowania kationy Cl
+
, Br
+
Aromatyczne podstawienie elektrofilowe
- czynnik elektrofilowy E
+
b) w reakcji nitrowania kation NO
2
+
H
O
O
O
N
H
2
SO
4
+
N
O
O
+
HSO
4
+
H
2
O
+
Reakcja chlorowcowania
FeBr
3
+
Reakcja nitrowania
Br
2
FeBr
4
+
Br
E
+
+
+ H
+
E
H
H
+
E
forma
przejściowa
Mechanizm reakcji
CH
3
C
l
+
+ H
Cl
benze
n
Alkilowanie benzenu
AlCl
3
tolue
n
CH
3
a)
reakcje
podstawienia
do
pierścienia
aromatycznego
w obecności katalizatora FeCl
3
Charakter aromatyczny i alifatyczny
toluenu:
b) reakcje podstawienia w grupie metylowej pod
wpływem światła
+ H
Br
tolue
n
CH
3
Br
2
+
światło
bromofenylome
tan
(bromek
benzylu)
CH
2
B
r
FeBr
3
2
-
bromotoluen
(
o
-
bromotoluen
)
CH
3
B
r
4
-
bromotoluen
(
p
-
bromotoluen
)
CH
3
Br
+
+H
Br
Reakcje halogenków
alkilowych
C
C
H
Y
alke
n
C
C
+
zasada
reakcja
eliminacji
Y
-
+
reakcja
podstawienia
C
C
H
X
halogenek
alkilu
(
X
=
fluorowiec)
+
X
H
+
produkt reakcji
X
z użytą zasadą
Reakcje podstawienia i eliminacji -
schemat
R
X
fluorowcoalk
an
(
X
=
fluorowiec)
H
X
(lub
X
)
+
H
2
O
lub
OH
+
NH
3
+
R
NH
2
amin
a
R
OH
alkoho
l
X
+ H
Reakcja podstawienia fluorowca
• Reakcja podstawienia atomu
fluorowca to reakcje podstawienia
nukleofilowego.
• Odczynnik nukleofilowy: anion OH
—
lub cząsteczka z wolną parą
elektronową H
2
O , NH
3
+
H
O
H
C
Cl
H
H
+
-
C
Cl
H
-
H
H
H
O
-
O
C
H
H
H
+
H
-
C
l
+
Mechanizm podstawienia nukleofilowego
w związkach alifatycznych
Reakcja eliminacji fluorowcowodoru
w środowisku alkoholu
+
B
r
CH
2
CH
3
Br
C
2
H
5
OH
CH
2
CH
2
O
H
+
+H
2
O
Mechanizm reakcji eliminacji
C
Cl
C
H
C
C
+
H
2
O
H
O
+
OH
+
Cl
C
C
Cl
H
+ O
H
K
H
2
O
20
o
C
C
2
H
5
OH
80
o
C
+ H
2
O
+
K
B
r
+
K
B
r
Konkurencyjność reakcji
podstawienia
i eliminacji
CH
3
O
H
CH
2
etanol
CH
2
CH
2
eten
CH
3
B
r
CH
2
bromoet
an
Otrzymywanie związków
metaloorganicznych
• Reakcja Grignarda
• Reakcja Wurtza
Reakcja Grignarda
+
M
g
CH
3
B
r
CH
2
M
g
bromek
etylomagnezu
CH
3
B
r
CH
2
bromoet
an
Reakcja Wurtza
2
R
X
+ 2
Na
R
R + 2
Na
X
+ 2
Na
+ 2
Na
Br
CH
3
CH
2
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
heksan
2
CH
3
B
r
CH
2
CH
2
1-bromopropan