Раздел 2. Основные классы органических соединений и их реакционная способность

Реакционная способность алифатических и ароматических углеводородов

Реакционная способность алканов и циклоалканов

К предельным (или насыщенным) углеводородам относят углеводороды, в молекулах которых атомы углерода находятся в состоянии sp³-гибридизации. По строению углеродного скелета такие углеводороды делят на алканы и циклоалканы.

Алканы – это ациклические насыщенные углеводороды с общей формулой С_nH_2n+2.

Неполярные связи С–С и С–Н в алканах (и циклоалканах) не склонны к ионному разрыву, но способны расщепляться гомолитически под действием свободных радикалов.

Значит, для алканов характерны реакции радикального замещения S_R (от англ. substitution radicalic).

По этому механизму протекают реакции галогенирования (алканы циклоалканы С₅ – С₆):

Этапы:

1. Инициирование цепи:

свободные радикалы

Высокая реакционная способность радикалов объясняется их стремлением достроить внешний электронный уровень до устойчивого октета.

2. Развитие цепи:

В результате последовательных реакций в цепи могут образоваться:

CH₃Cl – хлористый метил (хлорметан);

CH₂Cl₂ – хлористый метилен (дихлорметан);

CHCl₃ – хлороформ (трихлорметан);

CCl₄ – четыреххлористый углерод (тетрахлорметан).

3. Обрыв цепи:

а) Cl^· + Cl^· → Cl₂

б) CH₃^· + Cl^· → CH₃Cl

в) CH₃^· + CH₃^· → CH₃ – CH₃

Реакция региоселективна.

Региоселективность – предпочтительное протекание реакции по одному из нескольких реакционных центров одинаковой химической природы.

Скорость S_R:

третичные УВ > вторичные УВ > первичные УВ

(связано со стабильностью образующихся радикалов и подвижностью водородов под влиянием +J-эффекта)

Медико-биологическое значение насыщенных углеводородов

· смесь аканов до С₁₅ – вазелиновое масло;

до С₂₅ – вазелин – основа мазей;

до С₃₅ – парафин – парафинолечение.

Реакционная способность непредельных углеводородов

К ненасыщенным (непредельным) относятся такие углеводороды, которые могут быть насыщены атомами водорода. Они могут содержать одну или несколько двойных связей, тройных связей, или их комбинации.

Непредельные (ненасыщенные) углеводороды
алкены   этилен	циклоалкены циклопентен	алкадиены   бутадиен-1,3	акины   этин

Типичные реакции ненасыщенных соединений - А_Е (от англ. Addition electrophilic)

Механизм реакций А_Е

Общая схема реакций присоединения

При добавлении к соединению с кратной связью брома (в виде бромной воды) красно-коричневая окраска брома исчезает, реакция идет легко при комнатной температуре – реакция является качественной для обнаружения кратной связи:

Присоединение галогеноводорода к несимметричным алкенам подчиняется правилу В.В. Марковникова (1869): при присоединении молекул типа НХ к несимметричным алкенам атом водорода присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода, а атом или группа Х – к наименее.

Из двух образовавшихся карбокатионов (I и II) более стабилен карбокатион I, т.к. заряд его делокализован по всей молекуле и реакция идет по пути образования более стабильного соединения – карбокатиона I.

В настоящее время правило В.В. Марковникова необходимо формулировать: «Присоединение галогеноводорода, воды, кислот к несимметричным алкенам происходит с образованием стабильного карбокатиона».

Стабильность карбокатионов уменьшается в ряду:

Присоединение воды (гидратация) происходит также по правилу Марковникова, метод позволяет получать вторичные и третичные спирты.

Общий способ получения спиртов (катализаторы – сильные кислоты (серная, азотная):

Схема механизма реакции гидратации