Vrste organskih reakcija
Organske reakcije u veini sluajeva odvijaju se na C-atomu, a mogu se odvijati i na hetero-atomu. Dolazi do
raskidanja starih i formiranja novih veza. Najprije se
stvara aktivirani kompleks bogat energijom iz koga preko
prijelaznog stanja ili pak meuprodukata nastajuprodukti. Reakcije u organskoj hemiji mogu se
klasificirati na vie naina:
I Na osnovu promjena koje se dogaaju u elektronskojstrukturi pri raskidanju starih i formiranju novih kovalentnihveza:
a) Homolitike (gr. homos = jednak)b) Heterolitike (gr. heteros = razliit)
a) Kod homolitikih reakcija kovalentna veza izmeua) Kod homolitikih reakcija kovalentna veza izmeuatoma cijepa se simetrino i svaki uesnik u vezi odnosi pojedan elektron. Meuprodukti koji pri tome nastaju zovu seslobodni radikali. Oni nemaju naboja ve samo jedannesparen elektron:
R3C : X + Y R3C : Y + Xsupstrat reagens produkt odlazea grupa (s.r.)
Homolitike reakcije odvijaju se najee u gasovitoj fazi,a mogu biti izazvane fotohemijski (UV svjetlo), termiki ilis reagensima koji sadre nespareni elektron tj. sa
drugim slobodnim radikalom:
Cl : Cl + h 2 Cl
Cl + CH4 CH3Cl + H
b) Kod heterolitikih reakcija kovalentna veza se cijepanesimetrino i pri tome nastaju joni. Uesnik u vezi kojiodnosi zajedniki elektronski par postaje anion(KARBANION), a onaj osiromaen za taj ele. par postajekation (KARBKATION).
Prema tome, heterolitike reakcije mogu se odvijati na dvanaina:
1. Reagens donosi nespareni ele. par preko koga sepovezuje na C, a odlazea grupa odnosi ele. par kojim jebila povezana na C:
Y: + R3C : X R3C : Y + :Xreagens supstrat produkt odlazea grupa
Primjer:
I- + CH2Cl
CH2I
+ Cl -
2. Reagens ne donosi ele. par za novu vezu, ve se veena raun elektrona koji se nalaze u supstratu: odlazeagrupa ima nepopunjenu ljusku. Ako je to vodikov atom,
on se odvaja kao proton:
H+ NO2+
NO2+ H+
Heterolitike reakcije obino se odvijaju u otopinama, amogu biti katalizirane kiselinama i bazama.
2 + H+
II Druga podjela organskih reakcija je na osnovu prirodereagensa koji uestvuje u reakcijama. Reagensi mogubiti:
nukleofili
elektrofili elektrofili
slobodni radikali
Nukleofili i elektrofili uestvuju u heterolitikimreakcijama, a slobodni radikali u homolitikim.
a) Nukleofilni reagensi su donori elektrona (nukleofil-voli
nukleus). To su reagensi koji mogu dati elektrone za
nastanak nove veze. Nukleofili su: anioni, molekule koje
posjeduju atome sa slobodnim elektronskim parom, kao i
molekule koje posjeduju polarizirane ili pak polarizaciji
sklone veze:sklone veze:
O, N, S, X- (F-, Cl-, Br-, I-), -OH, -OR, -SR, -CN, H2O, NH3,
ROH, R-Me.
b) Elektrofilni reagensi su akceptori elektrona (elektrofil-
voli elektrone). To su reagensi koji mogu primiti
elektronski par za nastanak nove veze. Elektrofili su:
pozitivno nabijene estice-kationi, Luisove kiseline imolekule sklone polarizaciji:
X+ (Br+, Cl+), NO2+, NH4+, H3O+, H+, SO3, AlCl3, RC=O.
c) Slobodni radikali uestvuju u homolitikimreakcijama, nemaju naboja ve jedan nesparen elektronkoga snano ele udruiti sa elektronom drugog atoma,
te su stoga vrlo reaktivni. Neki primjeri su:te su stoga vrlo reaktivni. Neki primjeri su:
H, Cl, CH3, O, ROO, OH itd.
III Glavna podjela organskih reakcija bazira se narazlici u strukturi izmeu reaktanata i produkata. Poovom kriteriju reakcije se dijele na:
Supstitucione (S)
Adicione (A)
Eliminacione (E)
Reakcije oksido-redukcije
Reakcije premjetanja
a) Reakcije supstitucije
Dolazi do cijepanja veze, a atom ili atomska grupa usupstratu zamjenjuju se drugim atomom ili atomskom
grupom koji dolaze na mjesto odlazeeg atoma ili grupe:
R-Cl + -OH R-OH + Cl-R-Cl + OH R-OH + Cl
Prema prirodi reagensa, reakcije supstitucije mogu biti:
nukleofilne supstitucije (SN)
elektrofilne (SE)
slobodno-radikalske (SSR)
Reakcije supstitucije mogu se odvijati na zasienom inezasienom C atomu.
SN na zasienom C atomu:
CH3Br + NaOH CH3OH + NaBr
SN na nezasienom C atomu:
CH3-CO-OH + SOCl2 CH3-CO-Cl + SO2 + HCl
SE na nezasienom C atomu:
CH3Cl + AlCl3 CH3+ + AlCl4-
elektrofilelektrofil
+ CH3+CH3
+ HClAl Cl4-
+ Al Cl 3
Supstitucija slobodnih radikala (SSR)
Primjer: hloriranje alkana
CH3CH2CH3 + Cl2 CH3CH2CH2Cl + CH3CHClCH31-propilhlorid 2-propilhlorid
UV
b) Reakcije adicije
To su reakcije nezasienih organskih spojeva. Atomi iliatomske grupe veu se na dvostruke i trostruke veze, pa
se -veze prevode u jednostruke -veze. Reakcije adicijemogu se odvijati na sljedee veze:
C = C, C C, C = N, C N, C = O
Primjeri:
HC CH + HCl CH2 = CH2ClRCH = CHR + Br2 RCHBr CHBrR
Katalitika adicija vodika zove se hidrogenacija, a adicijavode hidriranje. Reakcije adicije pri kojima nastajucikliki spojevi zovu se cikloadicije. Temperatura jevaan parametar u reakcijama adicije.
Primjeri reakcija adicije
Adicija elektrofila (AE)
H2C=CH2 + Br+ :Br- H2CBrCH2Br
Adicija nukleofila (AN)
Adicija slobodnih radikala (A )
(CH3 )2C=O + H + CN- (CH3 )2C
OH
C N
Adicija slobodnih radikala (ASR)Katalitika hidrogenacija dvostruke veze:
CH3CH=CH2 + 2H CH3CH2CH3propen propan
c) Reakcije eliminacije
Ove reakcije obrnute su reakcijama adicije. Od organskog
spoja odvaja se jednostavna ili sloena molekula, a na
supstratu se formiraju nezasiene veze.
Primjeri:Primjeri:
a) manja molekula se izdvaja sa dva susjedna C
atoma i pri tome nastaju spojevi sa viestrukim
vezama:
CH3CH2Cl CH2=CH2 + HClCH2ClCH2Cl CHCH + 2HCl
b) Manja molekula se izdvaja sa udaljenih C atoma pri
emu dolazi do ciklizacije:
CH3 (CH2 )4CH3 vi soka
vi soki p
+ H 2
cikl oheksan heksan
c) Manja molekula se izdvaja samo sa jednog C atoma ipri tome nastaju KARBENI kod kojih C atom ima slobodanelektronski par:
ili pak DIRADIKALI koji se rjee sreu.
C:
Eliminacija vode zove se dehidratacija, halogenvodika
dehidrohalogenacija, a CO2 dekarboksilacija:
RCH CH OH RCH=CH + H ORCH2CH2OH RCH=CH2 + H2ORCH=CHBr RCCH + HBrRCOCOOH RCHO + CO2
Oksido-redukcijske reakcije
U organskoj hemiji reakcije oksido-redukcije nemaju isti
smisao kao u anorganskoj hemiji. Organska molekula se
oksidira ako se smanjuje broj H atoma, a poveava brojO atoma.
oksidacija
redukcijaHC CH [ H] CH2=CH2
[ H] CH3 - CH 3
CH3 OH [ O]
H- C - H O
[ O] H- COOH
Meuprodukti
U organskim reakcijama intermedijarno nastaju C atomi sa dvije ili tri
valencije. To su oblici kratkog vijeka koji odmah reagiraju sa drugim
atomima i prelaze u stabilne molekule. Neki od njih mogu biti i due
stabilni, pa se mogu i registrovati (identificirati) u otopinama. To su:
Karbokationi (deficitarni sa elektronima: CH3+, CH3CH2+, CH3CH+CH3 itd.) Karbokationi (deficitarni sa elektronima: CH3 , CH3CH2 , CH3CH CH3 itd.)
Karboanioni (u organskim spojevima koji sadre vezu ugljik-metal;
centralni C atom sadri jedan slobodan el. par)
Slobodni radikali (H, Cl, CH3, O, ROO, OH, R3C itd.)
Karbeni (jako reaktivni meuprodukti kratkog ivota; najpoznatijidihlorkarben CCl2)
Primjeri
U koju vrstu reakcija se ubrajaju navedene pretvorbe:
a) CH3CH2CH2S+(CH3)2 + CH3NH2 CH3CH2CH2N+H2CH3 + (CH3)2S
b) CH3CH2CH2S+(CH3)2 + OH- CH3CH=CH2 + (CH3)2S + H2O
c) C6H6 + HNO3 C6H5NO2 + H2O
d) CH3CH=CH2 + Cl2 CH3CHClCH2Cl
e) CH3CH=CHCH2COOH CH3CH2CH=CH2 + CO2
f) CH3CH=CHBr + OH- CH3CCH + H2O + Br-
grij anj e