Vrste organskih reakcija

Organske reakcije u većini slučajeva 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 međuprodukata nastaju

produkti. Reakcije u organskoj hemiji mogu se

klasificirati na više načina:

I Na osnovu promjena koje se događaju u elektronskojstrukturi pri raskidanju starih i formiranju novih kovalentnihveza:

a) Homolitičke (gr. homos = jednak)b) Heterolitičke (gr. heteros = različit)

a) Kod homolitičkih reakcija kovalentna veza izmeđua) Kod homolitičkih reakcija kovalentna veza izmeđuatoma cijepa se simetrično i svaki učesnik u vezi odnosi pojedan elektron. Međuprodukti koji pri tome nastaju zovu seslobodni radikali. Oni nemaju naboja već samo jedannesparen elektron:

R3C : X + Y R3C : Y + X

supstrat reagens produkt odlazeća grupa (s.r.)

Homolitičke reakcije odvijaju se najčešće u gasovitoj fazi,

a mogu biti izazvane fotohemijski (UV svjetlo), termički ili

s reagensima koji sadrže nespareni elektron – tj. sa

drugim slobodnim radikalom:

Cl : Cl + h 2 Cl

Cl + CH4 CH3Cl + H

b) Kod heterolitičkih reakcija kovalentna veza se cijepanesimetrično i pri tome nastaju joni. Učesnik u vezi kojiodnosi zajednički elektronski par postaje anion(KARBANION), a onaj osiromašen za taj ele. par postajekation (KARBKATION).

Prema tome, heterolitičke reakcije mogu se odvijati na dvanačina:

1. Reagens donosi nespareni ele. par preko koga sepovezuje na C, a odlazeća grupa odnosi ele. par kojim jebila povezana na C:

Y: + R3C : X R3C : Y + :X

reagens supstrat produkt odlazeća grupa

Primjer:

I- +

CH2Cl

CH2I

+ Cl -

2. Reagens ne donosi ele. par za novu vezu, već se veže

na račun elektrona koji se nalaze u supstratu: odlazeća

grupa ima nepopunjenu ljusku. Ako je to vodikov atom,

on se odvaja kao proton:

H+ NO2+

NO2

+ H+

Heterolitičke reakcije obično se odvijaju u otopinama, a

mogu biti katalizirane kiselinama i bazama.

2 + H+

II Druga podjela organskih reakcija je na osnovu prirode

reagensa koji učestvuje u reakcijama. Reagensi mogu

biti:

• nukleofili

• elektrofili• elektrofili

• slobodni radikali

Nukleofili i elektrofili učestvuju u heterolitičkim

reakcijama, a slobodni radikali u homolitičkim.

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 čestice-kationi, Luisove kiseline i

molekule sklone polarizaciji:

X+ (Br+, Cl+), NO2+, NH4

+, H3O+, H+, SO3, AlCl3, RC=O.

c) Slobodni radikali – učestvuju u homolitičkim

reakcijama, nemaju naboja već jedan nesparen elektron

koga snažno žele udružiti 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 na

razlici u strukturi između reaktanata i produkata. Poovom kriteriju reakcije se dijele na:

Supstitucione (S)

Adicione (A)

Eliminacione (E)

Reakcije oksido-redukcije

Reakcije premještanja

a) Reakcije supstitucije

Dolazi do cijepanja veze, a atom ili atomska grupa u

supstratu zamjenjuju se drugim atomom ili atomskom

grupom koji dolaze na mjesto odlazećeg 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 zasićenom i

nezasićenom C atomu.

SN na zasićenom C atomu:

CH3Br + NaOH CH3OH + NaBr

SN na nezasićenom C atomu:

CH3-CO-OH + SOCl2 CH3-CO-Cl + SO2 + HCl

SE na nezasićenom C atomu:

CH3Cl + AlCl3 CH3+ + AlCl4-

elektrofilelektrofil

+ CH3+

CH3

+ HClAlCl4-

+ AlCl3

Supstitucija slobodnih radikala (SSR)

Primjer: hloriranje alkana

CH3CH2CH3 + Cl2 CH3CH2CH2Cl + CH3CHClCH3

1-propilhlorid 2-propilhlorid

UV

b) Reakcije adicije

To su reakcije nezasićenih organskih spojeva. Atomi ili

atomske grupe vežu se na dvostruke i trostruke veze, pa

se -veze prevode u jednostruke -veze. Reakcije adicije

mogu se odvijati na sljedeće veze:

C = C, C C, C = N, C N, C = O

Primjeri:

HC CH + HCl CH2 = CH2Cl

RCH = CHR + Br2 RCHBr CHBrR

Katalitička adicija vodika zove se hidrogenacija, a adicijavode hidriranje. Reakcije adicije pri kojima nastajuciklički spojevi zovu se cikloadicije. Temperatura jevažan 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)Katalitička hidrogenacija dvostruke veze:

CH3CH=CH2 + 2H CH3CH2CH3

propen propan

c) Reakcije eliminacije

Ove reakcije obrnute su reakcijama adicije. Od organskog

spoja odvaja se jednostavna ili složena molekula, a na

supstratu se formiraju nezasićene veze.

Primjeri:Primjeri:

a) manja molekula se izdvaja sa dva susjedna C

atoma i pri tome nastaju spojevi sa višestrukim

vezama:

CH3CH2Cl CH2=CH2 + HCl

CH2ClCH2Cl CHCH + 2HCl

b) Manja molekula se izdvaja sa udaljenih C atoma pri

čemu dolazi do ciklizacije:

CH3(CH2)4CH3 visoka

visoki p+ H 2

cikloheksan 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 rjeđe sreću.

C:

Eliminacija vode zove se dehidratacija, halogenvodika

dehidrohalogenacija, a CO2 dekarboksilacija:

RCH CH OH RCH=CH + H ORCH2CH2OH RCH=CH2 + H2O

RCH=CHBr RCCH + HBr

RCOCOOH 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 povećava broj

O atoma.

oksidacija

redukcijaHC CH [H] CH2=CH2

[H]CH3 - CH 3

CH3OH [O]

H-C - H

O[O]

H-COOH

Međuprodukti

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 duže

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 sadrže vezu ugljik-metal;

centralni C atom sadrži jedan slobodan el. par)

• Slobodni radikali (H, Cl, CH3, O, ROO, OH, R3C itd.)

• Karbeni (jako reaktivni međuprodukti kratkog života; najpoznatiji

dihlorkarben 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-

grijanje