ปฏกรยาเคมอนทรย

ปฏกรยาเคมของสารประกอบอนทรย

A + B C + D

เรยก A, B วา สารตงตน (starting material) และ C, D วาสารผลตภณฑ (product)

ปฏกรยาเคมอนทรย

• ในปฏกรยาเคมอนทรย บางครงจะเรยกสารตงตน

ตวหนงวา reactant หรอsubstrate และเรยกสารทเขาท าปฏกรยาวา reagent

• สวนใหญ reagent มกเปนสารประกอบอนนทรยหรอสารประกอบอนทรยโมเลกลเลก ๆ

ปฏกรยาเคมอนทรย

• ในการเกดปฏกรยาเคมอนทรยจะมการแตกพนธะซงอาจเปน 1 พนธะหรอมากกวา และมการสรางพนธะใหม 1 พนธะหรอมากกวา • ปฏกรยาอาจเกดขนตอนเดยวหรอหลายขนตอน

• การแสดงรายละเอยดของขนตอนตาง ๆ ของปฏกรยาทเกดขน เรยกวา กลไกของปฏกรยา (reaction mechanism)

ปฏกรยาเคมอนทรย • การแตกพนธะของสารประกอบอนทรย อาจเกดได 2 แบบ

– แบบโฮโมไลตก (homolytic cleavage) เปนการแตกพนธะอยางสมมาตร กลาวคอ เมอแตกพนธะแตละอะตอมจะเอาอเลกตรอนไปอะตอมละ 1 อเลกตรอน

– แบบเฮเทอโรไลตก (heterolytic cleavage) เปนการแตกพนธะทอะตอมหนงเอาอเลกตรอนไป 2 อเลกตรอน และอกอะตอมหนงไมมอเลกตรอนเลย ท าใหอะตอมหนงมประจบวก อกอะตอมหนงมประจลบ

ปฏกรยาเคมอนทรย

• ปฏกรยาทมการแตกพนธะแบบโฮโมไลตก เรยกวา ปฏกรยาแบบอนภาคหรออนมลอสระ (radical or free-radical reaction)

C + AC A

ปฏกรยาเคมอนทรย • ปฏกรยาทมการแตกพนธะแบบเฮเทอโรไลตก เรยกวา ปฏกรยาแบบไอออนก (ionic reaction)

C + AC A

C + AC A

carbanion

(carbonium ion)

carbocation

heterolytic clevage

heterolytic clevage

+

+

สารมธยนตร 1. คารโบเคตอออน (carbocation) หรอ คารโบเนยม อออน (carbonium ion) ใช sp2 ไฮบรดออรบตล

C+

R

R

R

sp2

sp2

sp2

p-orbital

ม 6 อเลกตรอนอยในพนธะสามพนธะ

สารมธยนตร เสถยรภาพของคารโบเคตอออน (carbocation)

C+

C

R

R

R

C

H

R

R

C

H

R

H

CH3

carbocations:

methyl cation

++ ++

> > >

30 20 10

สารมธยนตร 2. คารแบนอออน (carbanion) เปนคารบอนทมประจลบ มอเลกตรอนวงนอก 8 อเลกตรอน

คารแบนอออน ใช sp3 ไฮบรดออรบตล

C

H

HC

H

Methyl carbanion

ม 6 อเลกตรอนอยในพนธะสามพนธะและคอเลกตรอนทไมไดใชรวม

สารมธยนตร เสถยรภาพของคารแบนอออน จะตรงขามกบ

คารโบแคตอออน

C

C

R

R

R

C

H

R

R

C

H

R

H

CH3

carbanions:

methyl carbanion

>>>

302010

สารมธยนตร 3. เรดคลอสระ (free radical) เปนคารบอนทมอเลกตรอนเดยว ไมมประจ มอเลกตรอนวงนอก 7

อเลกตรอน คารบอนทเปนเรดคลอสระ ใช sp2

ไฮบรดออรบตล

R

R

R

สารมธยนตร เสถยรภาพของเรดคลอสระ

R

3C R

2CH RCH

2 CH

3

radicals:

methyl radical

> > >

30 20 10

สารมธยนตร 4. คารบน (carbene) เปนสารมธยนตรของคารบอนทมเพยง 2 พนธะ มอเลกตรอนวงนอก 6 อเลกตรอน คารบนม 2 ชนด

R

RR C R

Singlet carbene Triplet carbene

คารบนคออะตอมคารบอนทเปนกลาง ม 2 พนธะ และ 2 อเลกตรอน ม อยสองชนดคอ

• 1. แบบซงเกลต(Singlet)

C

• 2. แบบทรปเพลต

C

ประเภทของสารทเขาท าปฏกรยาเคมอนทรย

1. นวคลโอไฟล (nucleophile) 2. อเลกโตรไฟล (electrophile) 3. เรดคลอสระ (free radical)

นวคลโอไฟล (nucleophile)

เปนโมเลกลหรอกลมของอะตอมทมคอเลกตรอนทใชในการสรางพนธะกบสารหรอหมทรบอเลกตรอนได กรณโมเลกลเปนกลาง เชน H2O, ROH, NH3, RNH2 เปนตน นยมเขยนนวคลโอไฟลแบบนวา Nu : หากนวคลโอไฟลมประจลบ (anion) ซงนยมเขยนแทนดวย Nu- เชน –OH,-OR, -CN, -Cl

(ตวใหอเลกตรอน ) คอเลกตรอนทไมไดใชรวม พนธะทมขว - ม ไพอเลกตรอน

อเลกโตรไฟล (electrophile)

เปนโมเลกลหรออะตอมทสามารถรบอเลกตรอนเพอสรางพนธะใหม อเลกโตรไฟลทเปนกลางจะเขยนแทนดวย E เชน AlCl3, BF3, SO3 สวนอเลกโตรไฟลทมประจ ซงจะเปนบวก เชน H+, H3O+, R+

(carbocation) มกเขยนแทนดวย E+

CH2 CH CH3 + HCl CH3 CH

Cl

CH3

propene hydrogen chloride 2-chloropropane

(ตวรบอเลกตรอน ) พนธะทมขว +มต าแหนงทสามารถรบอเลกตรอน (กรด)

. เรดคลอสระ (free radical)

รเอเจนตกลมแรดคลน เปนหมทไมมประจ เนองจากเกดการแตกตวอยางเสมอภาค และจะเหนยวน าใหเกดปฏกรยาทมการแตกพนธะแบบเสมอภาคดวยเชนกน

Cl H CH3 Cl H + CH3

methane methyl radical

Cl CH3 CH3 Cl

chlorine radical methyl radical chloromethane

ประเภทของปฏกรยาเคมอนทรย

1. ปฏกรยาการแทนท (Substitution reaction)

Nu + R X Nu R + X

สารต งตน สารผลตภณฑนวคลโอไฟล อออนทหลดออก

1.1 ปฏกรยาการแทนทดวยนวคลโอไฟล

OH + CH3CH

2 Cl CH

3CH

2OH + Cl

สารต งตน สารผลตภณฑ อออนท

หลดออก

นวคลโอไฟล

ประเภทของปฏกรยาเคมอนทรย

1. ปฏกรยาการแทนท (Substitution reaction)

1.2 ปฏกรยาการแทนทดวยอเลกโตรไฟล H

+ E

E

+ HLewis acid+ +

H

+ HNO3

NO2

+ H2O

H2SO

4

ประเภทของปฏกรยาเคมอนทรย 2. ปฏกรยาการเตม (Addition reaction)

Br

CH3CH CH

2 + Br

2CH

3CH CH

2

Br

Cl

CH2 CH

2 + Cl

2CH

2 CH

2

Cl

A

C C + A B C C

B

ประเภทของปฏกรยาเคมอนทรย 3. ปฏกรยาการขจดออก (Elimination reaction) 3.1 ปฎกรยาการขจดออกโดยนวคลโอไฟล

H

C C + XC C

X

(HX)

Nu

CH3CH

2Br + OH CH

2 CH

2 + H

2O + Br

(HBr)

ประเภทของปฏกรยาเคมอนทรย 3.2 ปฏกรยาการขจดออกโดยอเลกโตรไฟล

OH

C C + H2OC C

HLewis base

CH3 CH

2 OH

H2SO

4CH

2 CH

2 + H

2O

ethanol ethene

ประเภทของปฏกรยาเคมอนทรย 4. ปฏกรยาออกซเดชน (Oxidation reaction)

OHCHCH3

CH3

K2Cr

2O

7/H

2SO

4OCCH

3

CH3

OH

H +O

K2Cr

2O

7

H

ประเภทของ ปฏกรยาเคมอนทรย 5. ปฏกรยารดกชน (Reduction reaction)

CH3CH

2 C OH

O

LiAlH4

CH3CH

2 C OH

H

H

CH CH2

CH2

CH3

H2/ Pd

CH2 CH

3CH

2CH

3

ประเภทของ ปฏกรยาเคมอนทรย 6. ปฏกรยาการเกดพอลเมอร (Polymerisation)

nCH2 CH Cl (CH

2 CH)

Cl

nCH2 CH

2( CH

2 CH

2 )

n

n

vinyl chloride polyvinyl chloride

ethylene polyethylene

ประเภทของ ปฏกรยาเคมอนทรย 7. ปฏกรยาการจดตวใหม (Rearrangement reaction)

CH2 CH

3CH

2CH

3 CH3

CHCH3

CH3

CH CH2

CH2

CH3 CH

2CCH

3

CH3

heat, catalyst

heat, catalyst