OH I 2 Vrste organskih reakcija

Vrste organskih reakcija
Organske reakcije u većini slučajeva odvijaju se na Catomu, a mogu se odvijati i na hetero-atomu. Dolazi do
raskidanja starih i formiranja novih veza. Najprije se
stvara aktivirani kompleks bogat energijom iz koga preko
prijelaznog stanja ili pak međuprodukata nastaju
produkti. Reakcije u organskoj hemiji mogu se
klasificirati na više načina:
I
Na osnovu promjena koje se događaju u elektronskoj
strukturi pri raskidanju starih i formiranju novih kovalentnih
veza:
a) Homolitičke (gr. homos = jednak)
b) Heterolitičke (gr. heteros = različit)
a) Kod homolitičkih reakcija kovalentna veza između
atoma cijepa se simetrično i svaki učesnik u vezi odnosi po
jedan elektron. Međuprodukti koji pri tome nastaju zovu se
slobodni radikali. Oni nemaju naboja već samo jedan
nesparen elektron:
R3C : X + Y  R3C : Y + X
supstrat
reagens produkt
odlazeća grupa (s.r.)
Homolitičke reakcije odvijaju se najčešće u gasovitoj fazi,
a mogu biti izazvane fotohemijski (UV svjetlo), termički ili
s reagensima koji sadrže nespareni elektron – tj. sa
drugim slobodnim radikalom:
Cl : Cl + h  2 Cl
Cl + CH4  CH3Cl + H
b) Kod heterolitičkih reakcija kovalentna veza se cijepa
nesimetrično i pri tome nastaju joni. Učesnik u vezi koji
odnosi zajednički elektronski par postaje anion
(KARBANION), a onaj osiromašen za taj ele. par postaje
kation (KARBKATION).
Prema tome, heterolitičke reakcije mogu se odvijati na dva
načina:
1. Reagens donosi nespareni ele. par preko koga se
povezuje na C, a odlazeća grupa odnosi ele. par kojim je
bila povezana na C:
Y: + R3C : X  R3C : Y + :X
reagens
supstrat
produkt
odlazeća grupa
Primjer:
I
2
H
C
l
C
2
H
C
l
C
+
+
I
2. Reagens ne donosi ele. par za novu vezu, već se veže
na račun elektrona koji se nalaze u supstratu: odlazeća
grupa ima nepopunjenu ljusku. Ako je to vodikov atom,
on se odvaja kao proton:
2
O
N
H
+
H
+
+
2
O
N
+
Heterolitičke reakcije obično se odvijaju u otopinama, a
mogu biti katalizirane kiselinama i bazama.
II Druga
podjela organskih reakcija je na osnovu prirode
reagensa koji učestvuje u reakcijama. Reagensi mogu
biti:
• nukleofili
• elektrofili
• slobodni radikali
Nukleofili i elektrofili učestvuju u heterolitičkim
reakcijama, a slobodni radikali u homolitičkim.
a) Nukleofilni reagensi su donori elektrona (nukleofil-voli
nukleus). To su reagensi koji mogu dati elektrone za
nastanak nove veze. Nukleofili su: anioni, molekule koje
posjeduju atome sa slobodnim elektronskim parom, kao i
molekule koje posjeduju polarizirane ili pak polarizaciji
sklone veze:
O, N, S, X- (F-, Cl-, Br-, I-), -OH, -OR, -SR, -CN, H2O, NH3,
ROH, R-Me.
b) Elektrofilni reagensi su akceptori elektrona (elektrofilvoli elektrone). To su reagensi koji mogu primiti
elektronski par za nastanak nove veze. Elektrofili su:
pozitivno nabijene čestice-kationi, Luisove kiseline i
molekule sklone polarizaciji:
X+ (Br+, Cl+), NO2+, NH4+, H3O+, H+, SO3, AlCl3, RC=O.
c)
Slobodni
radikali
–
učestvuju
u
homolitičkim
reakcijama, nemaju naboja već jedan nesparen elektron
koga snažno žele udružiti sa elektronom drugog atoma,
te su stoga vrlo reaktivni. Neki primjeri su:
H, Cl, CH3, O, ROO, OH itd.
III
Glavna podjela organskih reakcija bazira se na
razlici u strukturi između reaktanata i produkata. Po
ovom kriteriju reakcije se dijele na:
Supstitucione (S)
Adicione (A)
Eliminacione (E)
Reakcije oksido-redukcije
Reakcije premještanja
a) Reakcije supstitucije
Dolazi do cijepanja  veze, a atom ili atomska grupa u
supstratu zamjenjuju se drugim atomom ili atomskom
grupom koji dolaze na mjesto odlazećeg atoma ili grupe:
R-Cl + -OH  R-OH + ClPrema prirodi reagensa, reakcije supstitucije mogu biti:
nukleofilne supstitucije (SN)
elektrofilne
“
slobodno-radikalske
(SE)
(SSR)
Reakcije supstitucije mogu se odvijati na zasićenom i
nezasićenom C atomu.
SN na zasićenom C atomu:
CH3Br + NaOH  CH3OH + NaBr
SN na nezasićenom C atomu:
CH3-CO-OH + SOCl2  CH3-CO-Cl + SO2 + HCl
SE na nezasićenom C atomu:
CH3Cl + AlCl3  CH3+ + AlCl4elektrofil
3
H
C
3
l
C
l
A
+
l
C
H
+
4
l
C
l
A
+
3
H
C
+
Supstitucija slobodnih radikala (SSR)
Primjer: hloriranje alkana
CH3CH2CH3 + Cl2
UV

CH
3CH2CH2Cl
1-propilhlorid
+ CH3CHClCH3
2-propilhlorid
b) Reakcije adicije
To su reakcije nezasićenih organskih spojeva. Atomi ili
atomske grupe vežu se na dvostruke i trostruke veze, pa
se -veze prevode u jednostruke -veze. Reakcije adicije
mogu se odvijati na sljedeće veze:
C = C, C  C, C = N, C  N, C = O
Primjeri:
HC  CH + HCl  CH2 = CH2Cl
RCH = CHR + Br2  RCHBr  CHBrR
Katalitička adicija vodika zove se hidrogenacija, a adicija
vode hidriranje. Reakcije adicije pri kojima nastaju
ciklički spojevi zovu se cikloadicije. Temperatura je
važan parametar u reakcijama adicije.
Primjeri reakcija adicije
Adicija elektrofila (AE)
H2C=CH2 + Br+ :Br- H2CBrCH2Br
Adicija nukleofila (AN)
N
C
H
O C
2
)
H
3
C
(
N
C
+
H
+
O
=
C
)
2
H
3
C
(

Adicija slobodnih radikala (ASR)
Katalitička hidrogenacija dvostruke veze:
CH3CH=CH2 + 2H  CH3CH2CH3
propen
propan
c) Reakcije eliminacije
Ove reakcije obrnute su reakcijama adicije. Od organskog
spoja odvaja se jednostavna ili složena molekula, a na
supstratu se formiraju nezasićene veze.
Primjeri:
a) manja molekula se izdvaja sa dva susjedna C
atoma i pri tome nastaju spojevi sa višestrukim
vezama:
CH3CH2Cl  CH2=CH2 + HCl
CH2ClCH2Cl  CHCH + 2HCl
b) Manja molekula se izdvaja sa udaljenih C atoma pri
čemu dolazi do ciklizacije:
2
H
+
p
i
a k
k o
o s
s v
i
i
v
3
H
C
4
)
2
H
C
(
3
H
C

n
a
s
k
e
h
o
l
k
i
c
n
a
s
k
e
h
:
C
c) Manja molekula se izdvaja samo sa jednog C atoma i
pri tome nastaju KARBENI kod kojih C atom ima slobodan
elektronski par:
ili pak DIRADIKALI koji se rjeđe sreću.
Eliminacija vode zove se dehidratacija, halogenvodika
dehidrohalogenacija, a CO2 dekarboksilacija:
RCH2CH2OH  RCH=CH2 + H2O
RCH=CHBr  RCCH + HBr
RCOCOOH  RCHO + CO2
Oksido-redukcijske reakcije
U organskoj hemiji reakcije oksido-redukcije nemaju isti
smisao kao u anorganskoj hemiji. Organska molekula se
oksidira ako se smanjuje broj H atoma, a povećava broj
O atoma.
H
O
O
C
H
]
O
[
O H
C
H
]
O
[
H
O
3
H
C
oksidacija
3
H
C
3
H
C
]
H
[
2
H
C
=
2
H
C
]
H
[
H
C
C
H
redukcija
Međuprodukti
U organskim reakcijama intermedijarno nastaju C atomi sa dvije ili tri
valencije. To su oblici kratkog vijeka koji odmah reagiraju sa drugim
atomima i prelaze u stabilne molekule. Neki od njih mogu biti i duže
stabilni, pa se mogu i registrovati (identificirati) u otopinama. To su:
• Karbokationi (deficitarni sa elektronima: CH3+, CH3CH2+, CH3CH+CH3 itd.)
• Karboanioni (u organskim spojevima koji sadrže vezu ugljik-metal;
centralni C atom sadrži jedan slobodan el. par)
• Slobodni radikali (H, Cl, CH3, O, ROO, OH, R3C itd.)
• Karbeni (jako reaktivni
dihlorkarben CCl2)
međuprodukti
kratkog
života;
najpoznatiji
Primjeri
U koju vrstu reakcija se ubrajaju navedene pretvorbe:
a) CH3CH2CH2S+(CH3)2 + CH3NH2  CH3CH2CH2N+H2CH3 + (CH3)2S
b) CH3CH2CH2S+(CH3)2 + OH-  CH3CH=CH2 + (CH3)2S + H2O
c) C6H6 + HNO3  C6H5NO2 + H2O
d) CH3CH=CH2 + Cl2  CH3CHClCH2Cl
e
j
n
a
j
i
r
g
e) CH3CH=CHCH2COOH
CH3CH2CH=CH2 + CO2
f) CH3CH=CHBr + OH-  CH3CCH + H2O + Br-

Download Report