Определите способ разрыва связи в следующих уравнениях cl ch4 ch3 hcl (2 видео)

Механизмы реакций в органической химии

Ионный (правило В.В. Марковникова) и радикальный механизмы реакций в органической химии.

Содержание

Механизмы разрыва химических связей в органических реакциях
Урок 6. Классификация реакций в органической химии
Энергия связи (Eсв), ккал/моль
Классификация по направлению реакции
Классификация реакций по характеру изменения связей (по механизмам)
Ответы на упражнения к теме 1
Урок 6
Определите способ разрыва связи в следующих уравнениях cl ch4 ch3 hcl
📺 Видео

Видео:Химия. Способы разрыва связей в органической химииСкачать

Механизмы разрыва химических связей в органических реакциях

Гомолитический разрыв связи – это такой разрыв химической связи, когда каждый атом получает при разрыве связи по одному электрону из общей электронной пары.

Образующиеся при этом частицы — это свободные радикалы.

Схема гомолитического и гетеролитического
разрывов ковалентной связи

Радикальные реакции протекают путем гомолитического (радикального) разрыва ковалентной связи:

Радикальному разрыву подвергаются неполярные или малополярные ковалентные связи
(С–С, N–N, С–Н) при высокой температуре или под действием света. Углерод в радикале СН₃• имеет 7 внешних электронов (вместо устойчивой октетной оболочки в СН₄). Радикалы неустойчивы, они стремятся захватить недостающий электрон (до пары или до октета). Один из способов образования устойчивых продуктов – димеризация (соединение двух радикалов):

СН₃ • + • СН₃ СН₃ : СН₃,

Н • + • Н Н : Н.

Радикальные реакции – это, например, реакции хлорирования, бромирования и нитрования алканов:

Ионные реакции протекают с гетеролитическим разрывом связи. При этом промежуточно образуются короткоживущие органические ионы – карбкатионы и карбанионы – с зарядом на атоме углерода. В ионных реакциях связывающая электронная пара не разъединяется, а целиком переходит к одному из атомов, превращая его в анион:

К гетеролитическому разрыву склонны сильно полярные (Н–O, С–О) и легко поляризуемые (С–Вr, С–I) связи.

Различают нуклеофильные реакции (нуклеофил – ищущий ядро, место с недостатком электронов) и электрофильные реакции (электрофил – ищущий электроны). Утверждение, что та или иная реакция является нуклеофильной или электрофильной, условно всегда относится к реагенту.
Реагент – участвующее в реакции вещество с более простой структурой.
Субстрат – исходное вещество с более сложной структурой.
Уходящая группа – это замещаемый ион, который был связан с углеродом.
Продукт реакции – новое углеродсодержащее вещество (записывается в правой части уравнения реакции).

К нуклеофильным реагентам (нуклеофилам) относят отрицательно заряженные ионы, соединения с неподеленными парами электронов, соединения с двойными углерод-углеродными связями.
К электрофильным реагентам (электрофилам) относят положительно заряженные ионы, соединения с незаполненными электронными оболочками (АlCl₃, ВF₃, FeCl₃), cоединения с карбонильными группами, галогены. Электрофилы – любые атом, молекула или ион, способные присоединить пару электронов в процессе образования новой связи.
Движущая сила ионных реакций – взаимодействие противоположно заряженных ионов или фрагментов разных молекул с частичным зарядом (+ и –).

Примеры ионных реакций разных типов.

Нуклеофильное замещение:

Электрофильное замещение:

Нуклеофильное присоединение (сначала присоединяется CN – , потом Н + ):

Электрофильное присоединение (сначала присоединяется Н + , потом Х – ):

Элиминирование при действии нуклеофилов (оснований):

Элиминирование при действии электрофилов (кислот):

Упражнения.

1. Для следующих ниже реакций укажите, какие связи разрываются и какие новые связи образуются:

Свободные радикалы – это частицы, каждая из которых содержит один неспаренный электрон.

A:B → A∙ + ∙B

Гомолитический разрыв связи характерен для слабо полярных или неполярных связей.

Условия протекания радикальных реакций:

Повышенная температура;
Неполярный растворитель или отсутствие растворителя
Реакция протекает под действием света или ультрафиолетового излучения
В системе присутствуют свободные радикалы или источники свободных радикалов.

Например , взаимодействие метана с хлором протекает по цепному радикальному механизму.

То есть реакция протекает как цепь последовательных превращений с участием свободных радикалов.

Свободные радикалы R∙ – это атомы или группы связанных между собой атомов, которые содержат один или несколько неспаренных электронов. Свободные радикалы – очень активные частицы, которые стремятся образовать связь с каким-либо другим атомом.

Этапы радикально-цепного процесса:

Стадия 1. Инициирование цепи. Под действием кванта света или при нагревании молекула галогена распадается на радикалы:

Cl:Cl → Cl⋅ + ⋅Cl

Стадия 2. Развитие цепи. Радикалы взаимодействуют с молекулами с образованием новых молекул и радикалов. Радикал галогена взаимодействует с молекулой алкана и отрывает от него водород. При этом образуется промежуточная частица – алкильный радикал, который в свою очередь взаимодействует с молекулой хлора:

CH₄ + ⋅Cl → CH₃⋅ + HCl

Стадия 3. Обрыв цепи. При протекании цепного процесса рано или поздно радикалы сталкиваются с радикалами. При этом образуются молекулы, т.е. радикальный процесс обрывается. Могут столкнуться разные радикалы, в том числе два метильных радикала:

Гетеролитический (ионный) разрыв связи – это такой разрыв химической связи, когда один из атомов получает при разрыве общую электронную пару.

При гетеролитическом разрыве связи образуются ионы – положительно заряженный катион и отрицательно заряженный анион.

A:B → A: – + B +

Если на атоме углерода сосредоточен положительный заряд, то такой катион называют карбокатионом.

Если на атоме углерода сосредоточен отрицательный заряд, то такой анион называют карбоанионом.

Гетеролитический (ионный) механизм характерен для полярных и легко поляризуемых связей.

Условия протекания ионных реакций:

Относительно невысокая температура;
Использование полярного растворителя;
Использование катализатора.

Присоединение галогеноводородов (гидрогалогенирование). Например, этилен взаимодействует с бромоводородом:

Реакция протекают по механизму электрофильного присоединения в несколько стадий.

I стадия. Электрофилом является протон Н + в составе бромоводорода. Катион водорода присоединяется к атому углерода при двойной связи и образуется карбокатион . На втором атоме углерода, который потерял электроны π-связи, образуется положительный заряд:

II стадия. Карбокатион взаимодействует с анионом Br – :

При присоединении галогеноводородов и других полярных молекул к симметричным алкенам образуется одно вещество.

Например , при присоединении бромоводорода к этилену образуется только бромэтан.

При присоединении полярных молекул к несимметричным алкенам образуется смесь изомеров. При этом выполняется правило Марковникова.

Правило Марковникова: при взаимодействии полярных молекул типа НХ с несимметричными алкенами водород преимущественно присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи.

Например , при взаимодействии хлороводорода HCl с пропиленом атом водорода присоединяется преимущественно к атому углерода группы СН₂=, поэтому преимущественно образуется 2-хлорпропан. При этом 1-хлорпропан образуется в незначительном количестве:

В некоторых случаях присоединение к двойным связям происходит против правила Марковникова.

Исключения из правила Марковникова:

1) Если в молекуле присутствует заместитель, который оттягивает на себя электронную плотность двойной связи.

Например , при взаимодействии 3-хлорпропена с хлороводородом HCl преимущественно образуется 1,3-дихлорпропан. Атом хлора смещает к себе электронную плотность, поэтому π-электронная плотность двойной связи смещена к менее гидрогенизированному атому углерода:

2) Если в реакционной системе присутствуют свободные радикалы или источники свободных радикалов, то реакция присоединения полярных молекул вида НХ к двойной связи протекает по радикальному механизму против правила Марковникова.

Например , при присоединении бромоводорода к пропилену в присутствии пероксидов (H₂O₂ или R₂O₂) преимущественно образуется 1-бромпропан:

Видео:46. Гомолитический и гетеролитический разрывСкачать

Урок 6. Классификация реакций
в органической химии

Химическая реакция – превращение одних веществ в другие – процесс, связанный с разрывом одних и образованием других, новых связей. Такой разрыв может происходить путем разделения связывающей пары электронов ковалентной связи. Каждый фрагмент (осколок) молекулы получает по одному электрону от прежней пары – это гомолитическое расщепление (гомолиз 1 ):

Частицы (атомы или группы атомов), имеющие неспаренные электроны, называют радикалами (или свободными радикалами).
Разрыв химической связи, при котором оба связывающих электрона переходят к одной из образующихся частиц, – это гетеролитическое расщепление (гетеролиз):

Величины энергий гетеролитического расщепления существенно выше, чем гомолитического (на 100 ккал/моль и больше). При гетеролизе нейтральной молекулы образуются положительный и отрицательный ионы, разделение которых требует больше энергии, чем разделение нейтральных частиц. В газовой фазе расщепление связи обычно происходит гомолитически. В ионизирующих растворителях (вода Н₂О, спирты RОН, диметилформамид (СН₃)₂NСНО,
диметилсульфоксид (СН₃)₂S=О), напротив, предпочтительным оказывается гетеролиз.
В табл. 5 приведены некоторые значения энергии связи.

Видео:Типы Химических Связей — Как определять Вид Химической Связи? Химия 9 классСкачать

Энергия связи (E_св), ккал/моль

Разрываемая связь	E_св при гомолизе (А : В А• + В•)	E_св при гетеролизе (А : В А + + :В — )
Н–Н	104	401
Н–Сl	103	334
Н–Вr	88	324
Сl–Cl	58	–
Вr–Вr	46	–
СН₃–Н	104	313
СН₃–Cl	84	227
СН₃–Вr	70	219
СН₃–СН₃	88	–
С₆Н₅–Сl	86	219

Органические реакции классифицируют:
1) по направлению реакции (замещение, присоединение, отщепление);
2) по характеру изменения связей (по механизмам).

Видео:Химические уравнения // Как Составлять Уравнения Реакций // Химия 9 классСкачать

Классификация по направлению реакции

Реакции замещения 2 :

R–Н + Сl–Cl R–Cl + НСl,

R–Cl + OH – R–OH + Cl – .

Реакции присоединения (по кратным связям):

Реакции отщепления (элиминирования) с образованием кратных связей:

Каким типам реакций соответствуют изображенные ниже процессы?

Определите способ разрыва связи в следующих уравнениях cl ch4 ch3 hcl

Видео:ЭТОТ метод поможет на уроках ХИМИИ / Химия 9 классСкачать

Классификация реакций по характеру изменения связей
(по механизмам)

Механизм реакции предполагает детальное постадийное описание химических реакций. При этом устанавливают, какие именно ковалентные связи разрываются, в каком порядке и каким путем. Столь же тщательно описывают образование новых связей в процессе реакции.
Рассматривая механизм реакции, прежде всего обращают внимание на способ разрыва ковалентной связи в реагирующей молекуле. Таких способов два – гомолитический и гетеролитический.

№ реакции	Разрываются связи	Образуются связи
1
2
3

2. Какой состав смеси монобромидов, образовавшихся при бромировании изобутана
(СН₃)₂СНСН₃, если известно, что отношение реакционных способностей С–Н-связей в этой реакции у первичного, вторичного и третичного атомов углерода равно 1:82:1600?

3. Какие радикалы теоретически могут образоваться при гомолитическом разрыве связей в соединениях:

4. Из предложенных ниже реакций определите реакции замещения, реакции присоединения, реакции элиминирования:

5. В приведенных ниже соединениях у элементов, разность электроотрицательностей которых равна 0,5 или более, обозначьте частичные заряды + и – (т.е. укажите полярность):

6. Сколько — и сколько —связей в молекулах соединений:

7. Выберите из приведенных ниже частиц карбкатионы и карбанионы:

8. Какие из приведенных частиц и молекул являются нуклеофилами (обозначьте Nu) и какие электрофилами (Е):

9. Для приведенных ниже реакций укажите: а) субстрат; б) реагент; в) продукт реакции;
г) уходящую группу. Определите реакции: нуклеофильного замещения (NuS), электрофильного присоединения (ЕАd), элиминирования под действием оснований (ЕlNu) и элиминирования под действием кислот (ЕlE).

10. Укажите, какие реакции протекают по радикальному механизму, а какие по ионному:

Видео:Ковалентная Неполярная Связь — Химическая связь // Химия 8 классСкачать

Ответы на упражнения к теме 1

Видео:Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Урок 6

№ реакции	Разрываются связи	Образуются связи
1	С–Н и Cl–Cl	C–Cl и Н–Сl
2		C–H и C–Cl
3	C–Cl и K + OH –	C–OH и K + Cl –

2. В молекуле (СН₃)₂СНСН₃ девять первичных атомов Н и один третичный Н. С учетом разной реакционной способности связей С–Н соотношение продуктов монобромирования: (СН₃)₂СНСН₂Вr/(СН₃)₂СВrСН₃ = 9/1600 1/178, или 0 ,56% и 99,44%.

3. При гомолитическом разрыве связей в принципе могут образоваться радикалы:

Видео:Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной химической связиСкачать

Определите способ разрыва связи в следующих уравнениях cl ch4 ch3 hcl

Общая схема реакции:
CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Стадии процесса:
Cl 2 2 Cl• (на свету)
Cl• + HCH 3 HCl + •CH 3
•CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl• и так далее.
Анимация

Механизм радикального замещения обозначается символом S R (по первым буквам английских терминов: S substitution [замещение], R radical [радикал]).

Реакции с участием свободных радикалов характерны для соединений с неполярными и слабополярными связями .
Такие связи (например, CC, CH, ClCl, OO и т.п.) склонны к гомолитическому разрыву.

Условия проведения радикальных реакций: