Введение в теорию органической химии. Особенности органических реакций «Химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением. Каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в образовании этого последнего и действует здесь определенным количеством принадлежащей ему химической силы" А.М. Бутлеров, 1861г., из доклада «О химическом строении вещества»

Классификация органических реакций по типу разрыва ковалентной связи ГомолитическиеГетеролитические Карбокатион Карбанион Метильный катион Радикал Бензильный анион трет-Бутильный радикал Катионы и анионыРадикалы Интермедиаты

Реакционный центр - группа атомов, претерпевающая изменения в данной реакции Реакционный центр Атакующий агент (реагент) 2. Классификация органических реакций по характеру взаимодействия Типы реагентов Электрофил – катион или нейтральная молекула, имеющая в своем составе атом с незанятой орбиталью Электрофильные агенты (Е) («любят» электроны)

Реакционный центр Атакующий агент (реагент) Классификация органических реакций по характеру взаимодействия Типы реагентов Нуклеофильные агенты (Nu) («любят» ядра) Нуклеофил – анион или нейтральная молекула, имеющая в своем составе атом с неподеленной электронной парой (занятая орбиталь)

Классификация органических реакций по характеру взаимодействия Тип реакцииРеагент, ZТипичные условияОбозначение EКислая среда, Полярный растворитель SESE N Основная среда, Полярный растворитель SNSN R Повышенная температура; облучение; H 2 O 2, Нейтральная среда SRSR EAEAE NANAN R Повышенная температура; облучение; H 2 O 2, Нейтральная среда ARAR Кислая среда, Основная среда, E Замещение Присоединение Элиминирование

Классифицируйте реакции!

Изменение энергии системы Движущей силой химической реакции является стремление реагирующих молекул занять наиболее устойчивое состояние, т.е. состояние с наименьшей свободной энергией G0, Кр

1,2,3 – элементарные стадии химической реакции Лимитирующая стадия

A + B [1 ] [интермедиат] [2 ] X в квадратных скобках помещают неустойчивые переходные состояния или интермедиаты молекулярность стадии - число взаимодействующих частиц, принимающих участие в стадии переходное состояние (#) – промежуточное состояние, когда старые связи еще не разорвались, а новые еще не образовались. интермедиат – промежуточное соединение, образующееся на одной элементарной стадии Принцип Хэммонда: если реакция проходит как через переходное состояние, так и интермедиат, энергия которых почти равна, то взаимное превращение обоих сопровождается лишь малым изменением структуры. При экзотермических реакциях переходное состояние похоже на исходные субстраты; при эндотермических реакциях – на продукты. k=A e - Еакт / RT Уравнение Аррениуса

ПРИМЕР: электрофильного присоединения HBr к этилену

Суммируем: 1.Любая химическая реакция должна рассматриваться с позиций термодинамики и кинетики. 2.Термодинамика указывает на возможность протекания процесса в данных условиях, выражаемую, например, через G или константу равновесия. Термодинамическое описание ничего не говорит о скорости протекания реакции, времени достижения равновесия. 3.Скорость же реакции определяется энергией ее переходного состояния, которая описывается в терминах кинетики. 4.Механизм реакции - совокупность и последовательность элементарных стадий. Механизм реакции определяет: последовательность стадий; тип интермедиатов; лимитирующую стадию. 6.Строение и энергия интермедиатов близки к строению и энергии переходных состояний. 7. Факторы, стабилизирующие/дестабилизирующие интермедиат, будут стабилизировать/дестабилизировать переходное состояние. Факторы, влияющие на стабильность интермедиатов ?