Классификация реагентов и реакций в органической химии. (Лекция 4)

Основные определения
Реакционная способность - способность вещества вступать в ту или иную химическую реакцию и реагировать с большей или меньшей легкостью, т.е. характеристика химической активности соединения.
Реакционный центр - атом или группа атомов в молекуле, непосредственно участвующие в химической реакции.
Субстрат - вещество, реакционная способность которого по отношению к реагенту рассматривается в данной химической реакции.
Реагент - действующее на субстрат вещество (реакционная частица).

Типы реагентов
Кислотные реагенты - доноры протона по отношению к реакцион-ному партнеру.
СВОЙСТВА:
частично или нацело ионизированы в водных растворах;
являются нейтральными молекулами или положи-тельно заряженными час-тицами.
Кислотно-основные реагенты
Основные реагенты - акцепторы протона по отношению к реакцион-ному партнеру.
СВОЙСТВА:
способны оторвать протон от кислотного центра;
являются отрицательно заряженными частицами или нейтральными молеку-лами.

Типы реагентов
Нуклеофилы - частицы, образую-щие новую ковалентную связь за счет своей электронной пары.
СВОЙСТВА:
обладают повышенной элект-ронной плотностью, взаимодейст-вуют с любым атомом (кроме водорода), несущим частичный или полный положительный заряд;
нуклеофил заряжен отрицательно или имеет неподеленную пару электронов (или π-связь).
Символ Nu– или Nu
Нуклеофильные и электрофильные реагенты
Электрофилы – частицы, образу-ющие новую ковалентную связь за счет пары электронов партнера.
СВОЙСТВА:
имеют недостаток электронов;
взаимодействуют с реакцион-ным центром партнера с повы-шенной электронной плотнос-тью;
имеют атом, несущий частич-ный или полный положительный
заряд или обладают вакантной орбиталью.
Символ E+ или E

Типы реагентов
Радикалы - свободные атомы или частицы с неспаренным электроном.
Символ R
Окислители - нейтральные молекулы или ионы, принимающие электроны или атомы водорода от органического субстрата.
Символ [O] (или Ox)
Восстановители - нейтральные молекулы или ионы, отдающие электроны или атомы водорода органическому субстрату.
Символ [H] (или Red)

Способы разрыва ковалентной связи
Гомолитический (свободнорадикальный) (гомолиз)
Гетеролитический (ионный)
(гетеролиз)

Признаки классификации органических реакций
по характеру изменения связей в субстрате и реагенте; по типу реагента;
по направлению реакции;
по числу молекул, принимающих участие в стадии, определяющей скорость реакции.

Классификация по характеру изменения связей в субстрате
1. Гомолитические реакции
2. Гетеролитические реакции

3. Синхронные реакции
Для синхронных реакций теряют смысл понятия реагента и субстрата.

Классификация по типу реагента
Радикальные
(R)
Электрофильные
(E)
Нуклеофильные
(N)
Окислительные
[O]
Восстановительные
[H]

Классификация по направлению реакции
Присоединение
(Ad)
Отщепление
(элиминирование)
(E)
Замещение
(S)
Перегруппировки
Окислительно-
восстановительные
реакции

Классификация по числу частиц
Мономолекулярные (диссоциативные)
Бимолекулярные (ассоциативные)

Понятие о механизме реакции
Механизм реакции - это детальное описание процесса, в результате которого исходные вещества превращаются в конечные продукты.
Механизм реакции включает сведения о всех стадиях процесса, всех возможных промежуточных частицах, способах разрыва связей на каждой стадии процесса.

Факторы, определяющие реакционную способность органических соединений
Статические факторы
(молекула в нереагирующем состоянии)
Электронный фактор
Распределение электронной плотности в молекуле (электроотрицательность атомов, входящих в молекулу, электронные эффекты заместителей, наличие сопряженных и ароматических фрагментов).
Пространственный фактор
Пространственная доступность реакционного центра молекулы.

Включают оценку энергии промежуточных частиц или переходного состояния.
Чем больше возможностей для делокализации (рассредоточения) электронной плотности в промежуточной частице (свободном радикале, катионе, анионе, π-комплексе), или в переходном состоянии, тем более они устойчивы (стабильны), тем ниже их энергия и тем легче идет реакция.
Динамические факторы
(молекула в реагирующем состоянии)