Механизм реакции

Тема №30 «Характерные химические свойства углеводородов. Механизмы реакций.» | CHEM-MIND.com

Механизм реакции

Реакции органических веществ можно формально разделить на четыре основных типа: замещения, при­соединения, отщепления (эли­минирования) и перегруппировки (изомеризации).

Оче­видно, что все многообразие реакций органических соеди­нений невозможно свести к предложенной классифика­ции (например, реакции горе­ния). Однако такая классификация поможет устано­вить аналогии с уже знакомыми вам реакциями, протекающими между неорганическими веществами.

Как правило, основное органическое соедине­ние, участвующее в реакции, называют субстратом, а другой компонент реакции условно рассматрива­ют как реагент.

Реакции замещения

Реакции замещения — это реакции, в резуль­тате которых осуществляется замена одного атома или группы атомов в исходной молекуле (субстра­те) на другие атомы или группы атомов.

В реакции замещения вступают предельные и ароматические соединения, такие как алканы, циклоалканы или арены. Приведем примеры та­ких реакций.

Под действием света атомы водорода в молеку­ле метана способны замещаться на атомы галоге­на, например, на атомы хлора:

Другим примером замещения водорода на гало­ген является превращение бензола в бромбензол:

Уравнение этой реакции может быть записано иначе:

При этой форме записи реагенты, катализа­тор, условия проведения реакции записывают над стрелкой, а неорганические продукты реакции — под ней.

Реакции присоединения

Реакции присоединения — это реакции, в результате ко­торых две или более молекул реагирующих веществ соеди­няются в одну.

В реакции присоединения вступают ненасыщенные со­единения, такие как алкены или алкины. В зависимости от того, какая молекула выступает в качестве ре­агента, различают гидрирование (или восстановление), галогенирование, гидрогалогенирование, гидратацию и другие реакции присоединения. Каждая из них требует определенных условий.

1. Гидрирование — реакция присоединения мо­лекулы водорода по кратной связи:

2. Гидрогалогенирование — реакция присоеди­нения галогенводорода (гидрохлорирование):

3. Галогенирование — реакция присоединения галогена:

4. Полимеризация — особый тип реакций присо­единения, в ходе которых молекулы вещества с не­большой молекулярной массой соединяются друг с другом с образованием молекул вещества с очень высокой молекулярной массой — макромолекул.

Реакции полимеризации — это процессы сое­динения множества молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в крупные молекулы (макро­молекулы) полимера.

Примером реакции полимеризации может слу­жить получение полиэтилена из этилена (этена) под действием ультрафиолетового излучения и ра­дикального инициатора полимеразации R•.

Наиболее характерная для органических соеди­нений ковалентная связь образуется при перекры­вании атомных орбиталей и образовании общих электронных пар. В результате этого образуется общая для двух атомов орбиталь, на которой нахо­дится общая электронная пара. При разрыве связи судьба этих общих электронов может быть разной.

Типы реакционноспособных частиц в органической химии

Орбиталь с неспаренным электроном, принад­лежащая одному атому, может перекрываться с орбиталью другого атома, на которой также на­ходится неспаренный электрон. При этом происхо­дит образование ковалентной связи по обменному механизму:

Обменный механизм образования ковалентной связи реализуется в том случае, если общая элек­тронная пара образуется из неспаренных электро­нов, принадлежащих разным атомам.

Процессом, противоположным образованию ко­валентной связи по обменному механизму, явля­ется разрыв связи, при котором к каждому атому отходит по одному электрону. В результате этого образуются две незаряженные частицы, имеющие неспаренные электроны:

Такие частицы называются свободными ради­калами.

Свободные радикалы — атомы или группы ато­мов, имеющие неспаренные электроны.

Свободнорадикальные реакции — это реакции, которые протекают под действием и при участии свободных радикалов.

В курсе неорганической химии это реакции взаимодействия водорода с кислородом, галогена­ми, реакции горения. Реакции этого типа отлича­ются высокой скоростью, выделением большого количества тепла.

Ковалентная связь может образоваться и по донорно-акцепторному механизму. Одна из орби­талей атома (или аниона), на которой находится неподеленная электронная пара, перекрывается с незаполненной орбиталью другого атома (или ка­тиона), имеющего незаполненную орбиталь, при этом формируется ковалентная связь, например:

Разрыв ковалентной связи приводит к образо­ванию положительно и отрицательно заряженных частиц; так как в данном случае оба электрона из общей электронной пары остаются при одном из атомов, у другого атома получается незаполненная орбиталь:

Рассмотрим электролитическую диссоциацию кислот:

Можно легко догадаться, что частица, имею­щая неподеленную электронную пару R:—, т. е.

от­рицательно заряженный ион, будет притягиваться к положительно заряженным атомам или к ато­мам, на которых существует по крайней мере ча­стичный или эффективный положительный заряд.

Частицы с неподеленными электронными парами называют нуклеофильными агентами (nucleus — «ядро», положительно заряженная часть атома), т. е. «друзьями» ядра, положительного заряда.

Нуклеофилы (Nu) — анионы или молекулы, имеющие неподеленную пару электронов, взаимо­действующие с участками молекул, на которых со­средоточен эффективный положительный заряд.

Примеры нуклеофилов: Cl— (хлорид-ион), ОН— (ги­дроксид-анион), СН3О— (метоксид-анион), СН3СОО— (ацетат-анион).

Частицы, имеющие незаполненную орбиталь, напротив, будут стремиться заполнить ее и, следо­вательно, будут притягиваться к участкам молекул, на которых присутствует повышенная электронная плотность, отрицательный заряд, неподеленная электронная пара. Они являются электрофилами, «друзьями» электрона, отрицательного заряда или частиц с повышенной электронной плотностью.

Электрофилы — катионы или молекулы, име­ющие незаполненную электронную орбиталь, стре­мящиеся к заполнению ее электронами, так как это приводит к более выгодной электронной конфигу­рации атома.

Электрофилом с незаполненной орбиталью яв­ляется не любая частица. Так, например, катионы щелочных металлов имеют конфигурацию инерт­ных газов и не стремятся к приобретению электро­нов, так как имеют низкое сродство к электрону. Из этого можно сделать вывод, что несмотря на наличие у них незаполненной орбитали, подобные частицы не будут являться электрофилами.

Основные механизмы протекания реакций

Выделено три основных типа реагирующих ча­стиц — свободные радикалы, электрофилы, нукле­офилы — и три соответствующих им типа меха­низма реакций:

•    свободнорадикальные;

•    электрофильные;

•    нулеофильные.

Кроме классификации реакций по типу реаги­рующих частиц, в органической химии различают четыре вида реакций по принципу изменения соста­ва молекул: присоединения, замещения, отщепле­ния, или элиминирования (от англ. to eliminate — удалять, отщеплять) и перегруппировки. Так как присоединение и замещение могут происходить под действием всех трех типов реакционноспособ­ных частиц, можно выделить несколько основных механизмов протекания реакций.

1. Свободнорадикальное замещение:

2. Свободнорадикальное присоединение:

3. Электрофильное замещение:

4. Электрофильное присоединение:

5. Нуклеофильное присоединение:

Кроме того, рассмотрим реакции отщепления, или элиминирования, которые идут под воздей­ствием нуклеофильных частиц — оснований.

6. Элиминирование:

Можно считать, что в этой реакции происходит отщепление молекулы бромводорода от молекулы 2-бромпропана. В присутствии щелочи образуются бромид натрия и вода.

Правило В. В. Марковникова

Отличительной чертой алкенов (непредельных углеводородов) является способность вступать в реакции присоединения. Большинство этих ре­акций протекает по механизму электрофильного присоединения.

Гидрогалогенирование (присоединение галоген­водорода):

Эта реакция подчиняется правилу В. В. Марков­никова.

При присоединении галогенводорода к алкену водород присоединяется к более гидрированному атому углерода, т. е. атому, при котором нахо­дится больше атомов водорода, а галоген — к ме­нее гидрированному.

Шпаргалка

Справочный материал для прохождения тестирования:

Таблица Менделеева Таблица растворимости

Источник: http://www.chem-mind.com/2017/04/17/%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0-%E2%84%9630-%D1%85%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5-%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9/

Механизм SN1

Механизм реакции

Механизм нуклеофильного замещения $SN_1$ включает две стадии:

  1. Гетеролитическое расщепление связи $C-Z$ в субстрате $RZ$ при котором образуются трехкоординированный карбокатион $R+$ и анион в виде уходящей группы $Z-$. Стадия медленная, определяет скорость всего процесса.
  2. Взаимодействие карбокатиона $R+$ с нуклеофильным агентов $Nu$ или $Nu-$ с образованием конечного продукта замещения. Не влияет на общую скорость.

Скорость реакции v можно выразить как отношение

Первая стадия ионизации $RZ$ отображена на диаграмме идеализированного мономолекулярного нуклеофильного замещения:

Стадия ионизации $RZ$ характеризуется наибольшей энергией активации, чем для стадии рекомбинации $R+$ и $Nu$. Вторая стадия предопределяет количественный состав продуктов $SN_1$-реакции.

При наличии в растворе нескольких разных нуклеофилов, то выход продуктов реакции с карбокатионом будет выражаться высотой второго барьера.

В идеале скорость $SN_1$-реакции не должна зависеть от природы нуклеофила. Однако, при наличии нескольких нуклеофилов, состав продуктов реакции будет определяться их относительной нуклеофильностью.

Определение 1

Ионизация $RZ-$ процесс эндотермический и переходное состояние будет подобно карбокатиону $R+$. Факторы, стабилизирующие карбокатион, стабилизируют и переходное состояние, приводящее к его образованию.

Реакции мономолекулярного нуклеофильного замещения обычно являются сольватическими. В них растворитель вызывает как ионизацию связи $C-Z$ в $RZ$, так и сам является нуклеофильным реагентом в реакции

В этом случае концентрация растворителя в ходе реакции практически не меняется и имеет первый кинетический порядок независимо от механизма ($SN_1$ или $SN_2$).

Стабильность карбокатионов

Стабилизация карбокатионов происходит за счет:

  • индуктивных эффектов заместителей;
  • эффектов сопряжения и гиперконъюгации.

Стабильность алифатических карбокатионов повышается в ряду: первичный → вторичный → третичный.

$SN_1$-механизм возможен для вторичных и третичных алкилсульфонатов и алкилгалогенидов.

Например: Сольволиз трет-бутилбромида в 106 раз выше, чем у изо-пропилбромида в полярном и ионизирующем (муравьиная кислота) растворителе.

Аналогичную закономерность можно наблюдать у сульфонатов и циклоалкилгалогенидов.

Высокую стабильность эффект сопряжения определяет:

  • триарилметильных $ArC+$ карбокатионов;
  • бензильных $ArC+H_2$ карбокатионов;
  • бензгидрильных $Ar_2C+H$ карбокатионов;
  • аллильных карбокатионов.

Мономолекулярный механизм замещения наблюдается у $Ar_3CX$, $Ar_2CHX$, сульфонатов, аллилгалогенидов.

Пример 1

При гидролизе трифенилхлорметана $(C_6H_5)_3CCl$ и бензгидрилхлорида $(C_6H_5)_2CHCl$ в 80% водном растворе ацетона, процесс с первым соединением протекает в 106 раз быстрее, чем во втором. В то же время $(C_6H_5)_2CHCl$ гидролизуется в тысячу раз быстрее, чем 1-хлор-1фенилэтан $C_6H_5CH(Cl)CH_3$.

Эффект общего иона и солевые эффекты

Скорость $SN_1$-реакций зависит от концентрации аниона уходящей группы $Z-$. В начале реакции концентрация $Z-$ мала. Однако, уже на начальном этапе кинетической кривой скорость реакции равна

$v=k_1 [RZ].$

От природы нуклеофила $Nu$, его концентрации скорость реакции не зависит.

Если при растворении малорастворимого электролита, активность одного иона, образовавшегося во время реакции, увеличивается, то активность другого уменьшается. Таким образом, их произведение остается постоянным.

Если же к раствору добавить хорошо растворимый электролит, имеющий такой же ион, что и малорастворимый электролит, то растворимость последнего уменьшится. Это явление называется эффектом общего иона.

Скорость гидролиза $(C_6H_5)_2CHBr$ и $(C_6H_5)_2CHCl$ при введении в раствор $LiCl$ и $LiBr$ соответственно, возрастает. При этом действует нормальный солевой эффект: увеличение ионной силы раствора стабилизирует полярное переходное состояние $SN_1$-реакции, поэтому реакция ускоряется.

Однако при введении солей, которые имеют общий ион с галогенидом, происходит замедление реакции $((C_6H_5)_2CHBr$ и $LiBr$; $(C_6H_5)_2CHCl$ и $LiCl).$ В этом случае действуют два эффекта: нормальный солевой эффект ускоряет реакцию замещения, эффект общего иона замедляет реакцию, смещая равновесие ионизации влево. Суммарно эффект общего поля будет преобладать.

Критерии диссоциативного SN1-механизма

  1. С ростом концентрации аниона $Z-$ скорость реакции должна уменьшаться. Эта зависимость носит линейный характер. Эффект общего иона называется «внешним возвратом из диссоциированной формы».
  2. Введение «нуклеофильной ловушки».

    Например: Роль «нуклеофильной ловушки» выполняет азид-ион $N_3-$ для карбокатиона $R+$:

    где $ROS_ol$ – протонный растворитель.

    Азид-ион не должен влиять на скорость реакции, но должен оказывать влияние на соотношение продуктов реакции $RN_3$ и $ROS_ol$. Фактор конкуренции (селективности) в ходе реакции не должен меняться:

    F_N=[RN_3 ]/[ROSol] .

  3. Независимость величины фактора селективности от природы уходящей группы $Z-$ в субстрате $RZ$. Для алициклических и алифатических соединений нуклеофильное замещение $SN_1$ конкурирует с мономолекулярным элиминированием $E_1$ протона с образованием алкена.

  4. Соотношение алкена и продуктов сольволиза по ходу реакции должно быть постоянным.
  5. Соотношение алкена и продуктов сольволиза не должно зависеть от природы уходящей группы.

Для диссоциативного механизма $SN_1$ все критерии должны выполняться одновременно. Но на практике обычно все пять критериев выполняются редко.

Например: При гидролизе трет-бутилбромида или трет-бутилхлорида соотношение изо-бутилена и трет-бутилового спирта будет зависеть от природы уходящей группы.

Фактор селективности зависит от природы уходящей группы гидролиза ($C_6H_5)_3CBr$, ($C_6H_5)_3CCl$, ($C_6H_5)_3CF$ в присутствии азид-иона.

Источник: https://spravochnick.ru/himiya/nukleofilnoe_zameschenie_u_nasyschennogo_atoma_ugleroda/mehanizm_sn1/

Механизм реакции – Химия

Механизм реакции

  • Aleksandr O. Lykhin, Danil S. Kaliakin, Gwen E. dePolo, Alexander A. Kuzubov, Sergey A. Varganov. Nonadiabatic transition state theory: Application to intersystem crossings in the active sites of metal-sulfur proteins (англ.) // International Journal of Quantum Chemistry. — 2016-05-15. — Vol. 116, iss. 10. — P. 750–761.

     — ISSN 1097-461X. — DOI:10.1002/qua.25124.

  • Dmitry A. Fedorov, Spencer R. Pruitt, Kristopher Keipert, Mark S. Gordon, Sergey A. Varganov. Ab Initio Multiple Spawning Method for Intersystem Crossing Dynamics: Spin-Forbidden Transitions between3B1and1A1States of GeH2 (EN) // The Journal of Physical Chemistry A. — 2016-04-27. — Т. 120, вып. 18.

     — С. 2911–2919. — DOI:10.1021/acs.jpca.6b01406.

  • Danil S. Kaliakin, Ryan R. Zaari, Sergey A. Varganov. Effect of H 2 Binding on the Nonadiabatic Transition Probability between Singlet and Triplet States of the [NiFe-Hydrogenase Active Site] (EN) // The Journal of Physical Chemistry A. — 2015-01-30. — Т. 119, вып. 6. — С. 1066–1073. — DOI:10.

    1021/jp510522z.

  • Guthrie R. D., Jencks W. P. IUPAC Recommendations for the Representation of Reaction Mechanisms (англ.) // Acc. Chem. Res. — 1989. — Vol. 22, no. 10. — P.

    Механизмы реакций

    Химическая реакция может протекать не в одну стадию, а в несколько последовательных индивидуальных стадий. Такая последовательность стадий реакции называется механизмом реакции.

    О механизме химической реакции обычно удается сделать выводы на основании экспериментальных данных о скорости ее протекания, а также на основании экспериментального обнаружения в реакционной смеси неустойчивых (короткоживущих) частиц, которые не представлены в стехиометрическом уравнении реакции. Эти короткоживущие частицы называются интермедиатами (промежуточными продуктами) реакции.

    Рассмотрим, например, реакцию иодирования пропанона в кислом растворе. Полное стехиометрическое уравнение этой реакции имеет вид

    На основании экспериментальных данных установлено, что кинетическое уравнение этой реакции имеет вид

    Скорость реакции = k[CH3COCH3] [H3O+]

    Отметим, что кинетическое уравнение реакции не зависит от концентрации иода. Таким образом, кинетическое уравнение не соответствует полному стехиометрическому уравнению реакции. Это можно объяснить, если предположить, что реакция протекает по следующему трехстадийному механизму

    Поскольку самой медленной является первая стадия реакции, она и определяет общую скорость всей реакции, иначе говоря, лимитирует (ограничивает) общую скорость реакции. Поэтому она называется лимитирующей или скоростъопределяющей стадией. Лимитирующая стадия-всегда самая медленная стадия реакции. Интермедиатами данной реакции с трехстадийным механизмом являются следующие частицы:

    Применяемая в лабораториях химическая посуда может быть разделена на ряд групп. По назначению посуду можно разделить на посуду общего назначения, специального назначения и мерную. По материалу — на посуду из простого стекла, специального стекла, из кварца.

    К группе. общего назначения относятся те предметы, которые всегда должны быть в лабораторий и без которых нельзя провести большинство работ. Такими являются: пробирки, воронки простые и делительные, стаканы, плоскодонные колбы, кристаллизаторы, конические колбы (Эрленмейера), колбы Бунзена, холодильники, реторты, колбы для дистиллированной воды, тройники, краны.

    К группе специального назначения относятся те предметы, которые употребляются для одной какой-либо цели, например: аппарат Киппа, аппарат Сок-слета, прибор Кьельдаля, дефлегматоры, склянки Вуль-фа, склянки Тищенко, пикнометры, ареометры, склянки Дрекселя, кали-аппараты, прибор для определения двуокиси углерода, круглодонные колбы, специальные холодильники, прибор для определения молекулярного веса, приборы для определения температуры плавления и кипения и др.

    К мерной посуде относятся: мерные цилиндры и мензурки, пипетки, бюретки и мерные колбы.

    Для начала предлагаем посмотреть следующий видеоролик, где кратко и доступно рассмотрены основные виды химической посуды.

    см. также:

    Посуда общего назначения

    Пробирки (рис. 18) представляют собой узкие цилиндрической формы сосуды с закругленным дном; они бывают различной величины и диаметра и из различного стекла. Обычные» лабораторные пробирки изготовляют из легкоплавкого стекла, но для особых работ, когда требуется нагревание до высоких температур, пробирки изготовляют из тугоплавкого стекла или кварца.

    Кроме обычных, простых пробирок, применяют также градуированные и центрифужные конические пробирки.

    Для хранения пробирок, находящихся в работе, служат специальные деревянные, пластмассовые или металлические штативы (рис. 19).

    Рис. 18. Простая и градуированная пробирки

    Рис. 20. Внесение в пробирку бирки порошкообразных веществ.

    Пробирки применяют для проведения главным образом аналитических или микрохимических работ. При проведении реакций в пробирке реактивы не следует применять в слишком большом количестве. Совершенно недопустимо, чтобы пробирка была наполнена до краев.

    Реакцию проводят с небольшими количествами веществ; достаточно бывает 1/4 или даже 1/8 емкости пробирки. Иногда в пробирку нужно ввести твердое вещество (порошки, кристаллы и т. п.

    ), для этого полоску бумаги шириной чуть меньше диаметра пробирки складывают вдвое по длине и в полученный совочек насыпают нужное количество твердого вещества. Пробирку держат в левой руке, наклонив ее горизонтально, и вводят в нее совочек почти до дна (рис. 20).

    Затем пробирку ставят вертикаль» но и слегка ударяют по ней. Когда все твердое вещество высыпется, бумажный совочек вынимают.

    Для перемешивания налитых реактивов пробирку держат большим и указательным пальцами левой руки за верхний конец и поддерживают ее средним пальцем, а указательным пальцем правой руки ударяют косым ударом по низу пробирки. Этого достаточно, чтобы содержимое ее было хорошо перемешано.

    Совершенно недопустимо закрывать пробирку пальцем и встряхивать ее в таком виде; при этом можно не только ввести что-либо постороннее в жидкость, находящуюся в пробирке, но иногда и повредить кожу пальца, получить ожог и пр.

    Если Пробирка наполнена жидкостью больше чем на половину, содержимое перемешивают стеклянной палочкой.

    Если пробирку нужно нагреть, ее следует зажать в держателе.

    При неумелом и сильном нагревании пробирки жидкость быстро вскипает и выплескивается из нее, поэтому нагревать нужно осторожно-Когда начнут появляться пузырьки, пробирку следует отставить и, держа ее не в пламени горелки, а около него или над ним, продолжать нагревание горячим воздухом. При нагревании открытый конец пробирки должен быть обращен в сторону от работающего и от соседей по столу.

    Когда не требуется сильного нагрева, пробирку с нагреваемой жидкостью лучше опустить в горячую воду. Если работают с маленькими пробирками (для полумикроанализа), то нагревают их только в горячей воде, налитой в стеклянный стакан соответствующего размера (емкостью не больше 100 мл).

    Воронки служат для переливания — жидкостей, для фильтрования и т. д. Химические воронки выпускают различных размеров, верхний диаметр их составляет 35, 55, 70, 100, 150, 200, 250 и 300 мм.

    Обычные воронки имеют ровную внутреннюю стенку, но для ускоренного фильтрования иногда применяют воронки с ребристой внутренней поверхностью.

    Воронки для фильтрования всегда имеют угол 60° и срезанный длинный конец.

    При работе воронки устанавливают или в специальном штативе, или в кольце на обычном лабораторном штативе (рис. 21).

    Для фильтрования в стакан полезно сделать простой держатель для воронки (рис.22).Для этого из листового алюминия толщиной около 2 мм вырезают полоску длиной 70—80 лш и шириной 20 мм.

    На одном из концов полоски просверливают отверстие диаметром 12—13 мм и полоску сгибают так, как показано на рис. 22, а. Как укрепить воронку на стакане, показано на рис. 22, б.

    При переливании жидкости в бутыль или колбу не следует наполнять воронку до краев.

    Если воронка плотно прилегает к горлу сосуда, в который переливают жидкость, то переливание затрудняется, так как внутри сосуда создается повышенное давление. Поэтому воронку время от времени нужно приподнимать.

    Еще лучше сделать между воронкой и горлом сосуда щель, вложив между ними, например, кусочек бумаги. При этом нужно следить, чтобы прокладка не попала в сосуд. Целесообразнее применять проволочный треугольник, который можно сделать самому.

    Этот треугольник помещают на горло сосуда и затем вставляют воронку.

    Существуют специальные резиновые или пластмассовые насадки на горлышко посуды, которые обеспечивают сообщение внутренней части колбы с наружной атмосферой (рис. 23).

    Рис. 21. Укрепление стекляниой химической воронки

    Рис. 22. Приспособление для крепле- ния воронки на стакане, в штативе.

    Для аналитических работ при фильтровании лучше пользоваться аналитическими воронками (рис. 24). Особенность этих воронок заключается в том, что они имеют удлиненный срезанный конец, внутренний диаметр которого в верхней части меньше, чем в нижней части; такая конструкция ускоряет фильтрование.

    Кроме того, бывают аналитические воронки с ребристой внутренней поверхностью, поддерживающей фильтр, и с шарообразным расширением в месте перехода воронки в трубку. Воронки такой конструкции ускоряют процесс фильтрования почти в три раза по сравнению с обычными воронками.

    Рис. 23. Насадки на горла бутылей. Рис. 24. Аналитическая воронка.

    Делительные воронки (рис. 25) применяют для разделения несмешивающихся жидкостей (например, воды и масла). Они имеют или цилиндрическую, или грушевидную форму и в большинстве случаев снабжены притертой стеклянной пробкой.

    В верхней части отводной трубки находится стеклянный притертый кран. Емкость делительных воронок различна (от 50 мл и до нескольких литров), в зависимости от емкости меняется и толщина стенок.

    Чем меньше емкость воронки, тем тоньше ее стенки, и наоборот.

    При работе делительные воронки в зависимости от емкости и формы укрепляют по-разному. Цилиндрическую воронку небольшой емкости можно укрепить просто в лапке. Большие же воронки помещают между двумя кольцами.

    Нижняя часть цилиндрической воронки должна опираться на кольцо, диаметр которого немного меньше диаметра воронки, верхнее кольцо имеет диаметр несколько больший.

    Если воронка при этом качается, между кольцом и воронкой следует положить пластинку из пробки.

    Грушевидную делительную воронку укрепляют на кольце, горлышко ее зажимают лапкой. Всегда прежде закрепляют воронку, а уже потом наливают в нее подлежащие разделению жидкости.

    Капельные воронки (рис. 26) отличаются от делительных тем, что они более легкие, тонкостенные и

    Рис. 25. Делительные воронки. рис. 26. Капельные воронки.

    B большинстве случаев с длинным концом. Эти воронки врименяют при многих работах, когда вещество добавляют в реакционную массу небольшими порциями или по каплям. Поэтому они обычно составляют часть прибора. Воронки укрепляют в горле колбы на шлифе или при помощи корковой либо резиновой пробки.

    Перед работой с делительной или капельной воронкой шлиф стеклянного крана нужно осторожно смазать вазелином или специальной смазкой.

    Это дает возможность открывать кран легко и без усилий, что очень важно, так как если кран открывается туго, то можно при открывании сломать его или повредить весь прибор.

    Смазку нужно наносить очень тонким слоем так, чтобы при поворачиваиии крана она не попадала в трубку воронки или внутрь отверстия крана.

    Для более равномерного стекания капель жидкости из капельной воронки и для наблюдения за скоростью подачи жидкости применяют капельные воронки с насадкой (рис. 27). У таких воронок сразу после крана находится расширенная часть, переходящая в трубку. Жидкость через кран поступает в это расширение по короткой трубке и затем в трубку воронки.

    Рис. 27. Kaпельная воронка с насадкой

    Рис. 28. Химические  стаканы.

    Рис. 29. Плоскопельная воронка с насадкой 

    СТЕКЛЯННАЯ ПОСУДА 1 2 3

    К оглавлению

    см. также

    Page 3

    Основным оборудованием лаборатории является рабочий стол, на котором проводится вся экспериментальная работа.

    В каждой лаборатории должна быть хорошая вентиляция. Обязателен вытяжной шкаф, в котором проводят все работы с использованием дурно пахнущих или ядовитых соединений, а также сжигание в тиглях органических веществ.

    В специальном вытяжном шкафу, в котором не проводят работ, связанных с нагреванием, хранят легколетучие, вредные или дурно пахнущие вещества (жидкий бром, концентрированные азотную и соляную кислоты и т. п.

    ), а также легковоспламеняющиеся вещества (сероуглерод, эфир, бензол и др.).

    В лаборатории необходимы водопровод, канализация, проводка технического тока, газа и водонагрева-тельные приборы. Желательно также иметь подводку сжатого воздуха, вакуум-линию, подводку горячей воды и пара.

    Если пет специальной подводки, для получения горячей воды применяют водонагреватели различных систем.

    При помощи этих аппаратов, обогреваемых электричеством или газом, можно быстро получить струю горячей воды с температурой почти 100° С.

    Лаборатория должна иметь установки для дистилляции (или деминерализации) воды, так как без дистиллированной или деминерализованной воды в лаборатории работать нельзя. В тех случаях, когда получение дистиллированной воды затруднено или невозможно, пользуются продажной дистиллированной водой

    Около рабочих столов и водопроводных раковин обязательно должны быть глиняные банки емкостью 10-— 15 л для сливания ненужных растворов, реактивов и т. д., а также корзины для битого стекла, бумаги и прочего сухого мусора.

    Кроме рабочих столов, в лаборатории должны быть письменный стол, где хранятся все тетради и записи, и, при необходимости, титровальный стол. Около рабочих столов должны быть высокие табуреты или стулья.

    Аналитические весы и приборы, требующие стационарной установки (электрометрические, оптические и др.), помещают в отдельном, связанном с лабораторией помещении, причем для аналитических весов должна быть выделена специальная весовая комната. Желательно, чтобы весовая была расположена окнами на север. Это важно потому, что на весы не должен попадать солнечный свет («Весы и взвешивание»).

    В лаборатории нужно иметь также самые необходимые справочные книги, пособия и учебники, так как нередко во время работы возникает необходимость в тон или иной справке.

    К оглавлению

    см. также

  • Источник: https://himya.ru/mexanizm-reakcii.html

    Типы химических реакций в органической химии

    Механизм реакции

    Реакции органических веществ можно формально разделить на четыре основных типа: замещения, присоединения, отщепления (элиминирования) и перегруппировки (изомеризации).

    Очевидно, что все многообразие реакций органических соединений невозможно свести к предложенной классификации (например, реакции горения).

    Однако такая классификация поможет установить аналогии с уже знакомыми вам реакциями, протекающими между неорганическими веществами.

    Как правило, основное органическое соединение, участвующее в реакции, называют субстратом, а другой компонент реакции условно рассматривают как реагент.

    Реакции замещения

    Реакции замещения — это реакции, в результате которых осуществляется замена одного атома или группы атомов в исходной молекуле (субстрате) на другие атомы или группы атомов.

    В реакции замещения вступают предельные и ароматические соединения, такие как алканы, циклоалканы или арены. Приведем примеры таких реакций.

    Под действием света атомы водорода в молекуле метана способны замещаться на атомы галогена, например, на атомы хлора:

    Другим примером замещения водорода на галоген является превращение бензола в бромбензол:

    Уравнение этой реакции может быть записано иначе:

    При этой форме записи реагенты, катализатор, условия проведения реакции записывают над стрелкой, а неорганические продукты реакции — под ней.

    В результате реакцийзамещения у органических веществ образуются не простое и сложноевещества, как в неорганической химии, а двасложных вещества.

    Реакции присоединения

    Реакции присоединения — это реакции, в результате которых две или более молекул реагирующих веществ соединяются в одну.

    В реакции присоединения вступают ненасыщенные соединения, такие как алкены или алкины. В зависимости от того, какая молекула выступает в качестве реагента, различают гидрирование (или восстановление), галогенирование, гидрогалогенирование, гидратацию и другие реакции присоединения. Каждая из них требует определенных условий.

    1.Гидрирование — реакция присоединения молекулы водорода по кратной связи:

    2.   Гидрогалогенирование — реакция присоединения галогенводорода (гидрохлорирование):

    3.   Галогенирование — реакция присоединения галогена:

    4.Полимеризация — особый тип реакций присоединения, в ходе которых молекулы вещества с небольшой молекулярной массой соединяются друг с другом с образованием молекул вещества с очень высокой молекулярной массой — макромолекул.

    Реакции полимеризации — это процессы соединения множества молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в крупные молекулы (макромолекулы) полимера.

    Примером реакции полимеризации может служить получение полиэтилена из этилена (этена) под действием ультрафиолетового излучения и радикального инициатора полимеразации R.

    Наиболее характерная для органических соединений ковалентная связь образуется при перекрывании атомных орбиталей и образовании общих электронных пар. В результате этого образуется общая для двух атомов орбиталь, на которой находится общая электронная пара. При разрыве связи судьба этих общих электронов может быть разной.

    Типы реакционноспособных частиц

    Орбиталь с неспаренным электроном, принадлежащая одному атому, может перекрываться с орбиталью другого атома, на которой также находится неспаренный электрон. При этом происходит образование ковалентной связи по обменному механизму:

    Обменный механизм образования ковалентной связи реализуется в том случае, если общая электронная пара образуется из неспаренных электронов, принадлежащих разным атомам.

    Процессом, противоположным образованию ковалентной связи по обменному механизму, является разрыв связи, при котором к каждому атому отходит по одному электрону (гомолитический тип разрыва). В результате этого образуются две незаряженные частицы, имеющие неспаренные электроны:

    Такие частицы называются свободными радикалами.

    Свободные радикалы — атомы или группы атомов, имеющие неспаренные электроны.

    Свободнорадикальные реакции — это реакции, которые протекают под действием и при участии свободных радикалов.

    В курсе неорганической химии это реакции взаимодействия водорода с кислородом, галогенами, реакции горения. Реакции этого типа отличаются высокой скоростью, выделением большого количества тепла.

    Ковалентная связь может образоваться и по донорно-акцепторному механизму. Одна из орбиталей атома (или аниона), на которой находится неподеленная электронная пара, перекрывается с незаполненной орбиталью другого атома (или катиона), имеющего незаполненную орбиталь, при этом формируется ковалентная связь, например:

    Разрыв ковалентной связи приводит к образованию положительно и отрицательно заряженных частиц (гетеролитический разрыв); так как в данном случае оба электрона из общей электронной пары остаются при одном из атомов, у другого атома получается незаполненная орбиталь:

    Рассмотрим электролитическую диссоциацию кислот:

    Можно легко догадаться, что частица, имеющая неподеленную электронную пару R:—, т. е.

    отрицательно заряженный ион, будет притягиваться к положительно заряженным атомам или к атомам, на которых существует по крайней мере частичный или эффективный положительный заряд.

    Частицы с неподеленными электронными парами называют нуклеофильными агентами (nucleus — «ядро», положительно заряженная часть атома), т. е. «друзьями» ядра, положительного заряда.

    Нуклеофилы (Nu) — анионы или молекулы, имеющие неподеленную пару электронов, взаимодействующие с участками молекул, на которых сосредоточен эффективный положительный заряд.

    Примеры нуклеофилов: Сl— (хлорид-ион), ОН— (гидроксид-анион), СН3O— (метоксид-анион), СН3СОО— (ацетат-анион).

    Частицы, имеющие незаполненную орбиталь, напротив, будут стремиться заполнить ее и, следовательно, будут притягиваться к участкам молекул, на которых присутствует повышенная электронная плотность, отрицательный заряд, неподеленная электронная пара. Они являются электрофилами, «друзьями» электрона, отрицательного заряда или частиц с повышенной электронной плотностью.

    Электрофилы — катионы или молекулы, имеющие незаполненную электронную орбиталь, стремящиеся к заполнению ее электронами, так как это приводит к более выгодной электронной конфигурации атома.

    Электрофилом с незаполненной орбиталью является не любая частица. Так, например, катионы щелочных металлов имеют конфигурацию инертных газов и не стремятся к приобретению электронов, так как имеют низкое сродство к электрону.
    Из этого можно сделать вывод, что несмотря на наличие у них незаполненной орбитали, подобные частицы не будут являться электрофилами.

    Основные механизмы протекания реакций

    Выделено три основных типа реагирующих частиц — свободные радикалы, электрофилы, нуклеофилы — и три соответствующих им типа механизма реакций:

    • свободнорадикальные;
    • электрофильные;
    • нулеофильные.

    Кроме классификации реакций по типу реагирующих частиц, в органической химии различают четыре вида реакций по принципу изменения состава молекул: присоединения, замещения, отщепления, или элиминирования (от англ.

    toeliminate — удалять, отщеплять) и перегруппировки.

    Так как присоединение и замещение могут происходить под действием всех трех типов реакционноспособных частиц, можно выделить несколько основныхмеханизмов протекания реакций.

    Кроме того, рассмотрим реакции отщепления, или элиминирования, которые идут под воздействием нуклеофильных частиц — оснований.
    6. Элиминирование:

    Можно считать, что в этой реакции происходит отщепление молекулы бромводорода от молекулы 2-бромпропана. В присутствии щелочи образуются бромид натрия и вода.

    Правило В. В. Марковникова

    Отличительной чертой алкенов (непредельных углеводородов) является способность вступать в реакции присоединения. Большинство этих реакций протекает по механизму электрофильного присоединения.

    Гидрогалогенирование (присоединение галогенводорода):

    Эта реакция подчиняется правилу В. В. Марковникова.

    При присоединении галогенводорода к алкенуводород присоединяется к более гидрированномуатому углерода, т. е. атому, при котором находится больше атомовводорода, а галоген — к менее гидрированному.

    Источник: http://himege.ru/tipy-ximicheskix-reakcij/

    Ваш педагог
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: