Reakce organických sloučenin
- Substrát
- látka, která vstupuje do reakce
- probíhají na ní změny
- většinou komplexnější
- Činidlo
- látka, která reaguje s různými substráty stejným činidle
Typy reakcí podle jejich průběhu
Substituce
- nahrazuje se jeden nebo více atomů nebo atomových skupin
- hybridizace uhlíku v reakčním centru se němění
- násobnost vazby se němění
- je charakteristická pro nasycené aromatické vodíky
- např.: $CH_3-Cl+OH^-\longrightarrow{CH_3-OH}+Cl^-$
Adice
- na uhlíky spojené násobno vazbou se váží další atomy nebo atomové skupiny
- hybridizace uhlíku v reakčním centru se mění
- $sp^2$ na $sp^3$
- $sp$ na $sp^2$
- násobnost vazby se snižuje
- je charakteristická pro nenasycené uhlovodíky
Typy adice
- hydrogenace
- halogenace
- hydrogenhalogenace
- adice halogenovodíku $HX$
- hydratace
- polymerizace
- mnohonásobná adice nenasycených molekul
- vznikají polymery
- např.: $n\ CH_2=CH_2\longrightarrow{-[CH_2-CH_2]_n-}$
Eliminace
- odštěpuje se jednodušší molekula
- je opakem adice
- hybridizace uhlíku v reakčním centru se mění
- násobnost vazby roste
- rozeznáváme stejné typy eliminace jako u adice
- např.: dehydratace, dehalogenace
Kondenzace
- dvě molekuly se pojí a odštěpí se jednodušší látka
- polykondenzace
- spojení mnoha molekul
- vznikají polymery nebo makromolekulární látky
- nejznámější je esterifikace
Izomeriazace
- dochází k přesunu atomů uvnitř molekuly
- vzniká izomer s jinou strukturou
Oxidace
- příjem kyslíku nebo ztráta vodíku (dehydrogenace)
- nejčastější oxidační činidla:
- $KMnO_4$
- $HNO_3$
- $K_2Cr_2O_7$
- peroxidy
- kyslík (při hoření)
Redukce
- ztráta kyslíku nebo příjem vodíku (hydrogenace)
Typy reakcí podle molekularity rozhodujícího kroku
Monomolekulární reakce
- v počáteční fázy se tvoří iontový pár
- jeho tvorba závisí na vlastnostech výchozí látky a na stabilitě vytvořeného iontu
- ve druhé fázi reaguje substrát s iontovým párem
- rychlost celé reakce závisí na první fázi
Bimolekulární reakce
- vzniká přechodný komplex
- ten se rozpadá za vzniku produktů
- rychlost chemické reakce je závislá na všech výchozích látkách
Způsoby štěpení vazeb
Homolýza (radikálové reakce)
- kovalentní vazba se štěpí symetricky
- každý vazebný partner se ponechá jeden nepárový elektron
- vznikají radikály
- radikály jsou vysoce reaktivní částice
- na symetrické rozštěpení je potřeba dodat mnohem více energie
- radikály mají vysoký obsah energie
- probíhá u nepolárních nebo málo polárních vazeb
- např.: $CH_4\longrightarrow{CH_3\cdot}+\cdot{H}$
Heterolýza (iontové reakce)
- kovalentní vazba se štěpí nesymetricky
- elektronegativnější partner si ponechá celý elektronový pár
- vznikají ionty
- částice s kladným nábojem - elektrofil
- částice se záporným nábojem - nukleofil
- probíhá u polárních vazeb
- např.: $CH_3COOH\longrightarrow{CH_3COO^-}+H^+$
- často u reakcí s Grignardovými činidly
Typy reakčních činidel
Radikálová činidla
- jsou to částice s nepárovým elektronem
- jsou vysoce reaktivní
- mají krátkou dobu existence
- příklady radikálových činidel:
- atomový vodík ($H\cdot$)
- atomový chlor ($Cl\cdot$)
- methylový radikál ($CH_3\cdot$)
- biradikál - molekulový kyslík ($\cdot\underline{\overline{O}}-\underline{\overline{O}}\cdot$)
Iontová činidla
Nukleofilní činidla
- značí se $Nu^-$
- jsou to částice s volný elektronovým párem
- napadají v molekulách místa s nedostatkem elektronů
- příklady nuklofilních činidel
- $OH^-$
- $Cl^-$
- $CN^-$
- $H_2O$
- $NH_3$
- $R-OH$ (alkoholy)
- $R-NH_2$ (aminy)
Elektrofilní činidla
- značí se $E^+$
- jsou to částice s nedostatkem elektronů
- jsou akceptory elektronů
- napadají v molekulách místa s nadbytkem elektronů
- příklady elektrofilních činidel:
- $H^+$
- $H_3O^+$
- $Br^+$
- $^+NO_2$ (nitroniový kationt)
- $AlCl_3$
Polarita a polarizovatelnost
Polarita
- závisí na rozdílu elektronegativit vázaných atomů
Polarizovatelnost
- schopnost vazby bý polarizována
- přiblíži-li se k molekule elektricky nabitá částice, elektrony vazby se posunou
- jestliže se elektricky nabitá částice vzdálí, polarizace vazby zanikne
- vazby $\pi$ jsou lépe polarizovatelné než vazby $\sigma$
- vazby nepolární jsou lépe polarizovatelné než vazby polární
- čím je polarizovatelnost vazby větší, tím snadněji se štěpí na ionty
reaktivitu má větší vliv polarizovatelnost než polarita vazeb
Indukční efekt (I-efekt)
- vyvolávají ho substituenty, které mají elektronegativitu odlišnou od uhlíku
- dochází k indukci posunu $\sigma$ elektronů (polarizaci sousedních vazeb $\sigma$)
- projevuje se na prvním, druhém i třetím místě od uhlíku, kde probíhá
-I efekt
- vyvolán substituenty s vyšší elektronegativitou než uhlík
- příklady:
- halogeny ($X$)
- hydroxyskupina ($-OH$)
- aminoskupina ($-NH_2$)
- thiolová skupina ($-SH$)
- substituenty zvyšují sílu kyselin a snižují sílu bází*
+I efekt
- vyvoláván substituenty s nižšá elektronegativitou než uhlík
- nastává primárně u alkylů
- substituenty snižují sílu kyselin a zvyšují sílu bází
kud nastává indukční efekt ve více částech sloučeniny, celkový efekt je dán jejich součtem
Mezomerní efekt (M-efekt)
- způsoben posuny $\pi$ elektronů nebo volných elektronových párů
- ke podmíněn konjugovaným typem dvojné vazby
+M efekt
- vyvolán substituentem, který má volný elektronový pár
- elektronový pár je konjugovaný s $\pi$ lektrony v molekule
- příklady:
- halogeny
- hydroxyskupina
- aminoskupina
- oxoalkylová skupina ($-OR$)
-M efekt
- vyvolán substituentem, který má nedostatek elektronů
- elektronový deficit je konjugován s $\pi$ elektrony v molekule
- substituent přitahuje elektrony
- příklady:
- kraboxylová skupina ($-COOH$)
- karboxoalkylová skupina ($-COR$)
- karbonylová skupina ($>C=O$)
- karbonitrylová (kyanidová) skupina ($-CN$)
- sulfoniová skupina ($-SO_3H$)
- nitroskupina ($-NO_2$)