C HEMICKÉ REAKCE V ORGANICKÉ CHEMII Mgr. Jaroslav Najbert

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Název školy Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Adresa školy Sokolovská 1638 IČO Operační program Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost Registrační číslo CZ.1.07/1.1.28/ Označení vzdělávacího materiálu K_INOVACE_1.CH.14 Vzdělávací oblast Člověk a příroda Vzdělávací obor Chemie Tematický okruh Reakce v organické chemii Zhotoveno červenec 2012 Ročník Vyšší stupeň osmiletého gymnázia a čtyřleté gymnázium (RVP – G) Anotace Materiál je určen jako studijní v předmětu chemie. Je zaměřen na reakční mechanismy organických reakcí a zařazen na úvod do organické chemie. Předpokládá zvládnutí učiva obecné chemie vzdělávacího oboru chemie.

Základní pojmy Reakční schéma – organické reakce neprobíhají jednoduchým mechanismem, vzniká řada vedlejších produktů > pro vyjádření průběhu využívána reakční schémata – neplatí zákon zachování hmotnosti, není stechiometrická úprava. CH 4(g ) + H 2 O (g) CO (g) + H 2(g) CH 4(g ) + H 2 O (g) CO (g) + 3H 2(g) Substrát – sloučenina, která je obvykle větší a strukturně složitější. Činidlo – sloučenina, která je menší a strukturně jednodušší. Určení činidla je důležité pro správné označení mechanismu reakce substrát činidlo

Homolytické reakce - radikálové Vazby v reaktantech štěpeny symetricky, vzniklé částice mají každá jeden elektron z původního vazebného elektronového páru. Charakteristické pro molekuly s atomy s přibližnou elektronegativitou – nasycené uhlovodíky, homoatomické molekuly Mají obvykle velkou aktivační energii, je nutné je iniciovat zvýšením teploty nebo ozářením, potom probíhají často explozivně. CH 3 – H 3 CCH 3 ● + ●H 3 C Cl – ClCl● + ●Cl CH 4 + O 2 CO 2 + H 2 O Q m = -35,82 MJ/m 3 1m 3 metanu obsahuje 44 molů

Heterolytické reakce - iontové Vazby v reaktantech štěpeny asymetricky, jedna částice si ponechá z původního vazebného elektronového páru elektronový pár (anion), druhá má elektronový deficit (kation). Mají obvykle nízkou aktivační energii, probíhají samovolně, není nutné je iniciovat, probíhají „pomaleji“ Cl – ClCl + + Cl -

Dělení reakcí podle formálních změn Nesledujeme reakční mechanismus, sledujeme výchozí látky a produkty. Substituce - výměna atomu nebo skupiny, typy a počet vazeb zachován Adice – sloučení dvou nebo více částic v jednu bez odštěpení jiné částice, snižuje se počet nebo se mění typ násobných vazeb + HCl + H 2 + Cl 2

Dělení reakcí podle formálních změn Eliminace - jedna částice se štěpí na dvě nebo více, zvyšuje se počet nebo se mění typ násobných vazeb Přesmyk – přemístění atomů, skupin nebo vazeb v molekule, počet a typ vazeb se nemění Častokrát je výsledný mechanismus kombinací výše uvedených + H 2

Činidla v organické chemii Radikálová Elektrofilní – elektro – fileo – elektron milující – napadají místa v molekule, kde je nadbytek elektronů > sami mají kladný náboj nebo částečný kladný náboj, patří mezi Lewisovy kyseliny Iontová činidla Obsahují nepárový elektron. Označení tečkou za symbolem prvku CH 3 ●, Cl●, ●O● Nukleofilní – nukleolus – fileo – jádro (kladný náboj) milující – napadají místa v molekule, kde je nedostatek elektronů > sami mají záporný náboj nebo částečný záporný náboj, patří mezi Lewisovy zásady Pro klasifikaci víceatomových částic je určující středový atom

Radikálová substituce CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Iniciace – tvorba radikálů Propagace – sled reakcí, při kterých nezanikají radikály, reakce probíhá dál Terminace – reakce, vedoucí k zániku radikálů, reakce zastavena

Nukleofilní substituce Nukleofilní atom činidla napadá kladnou část molekuly substrátu Chybné by bylo označit průběh reakce jako elektrofilní substituci, protože reakčním centrem nemůže být koncový atom a jako činidlo by byla zvolena strukturně složitější látka - alkylhalogenid

Elektrofilní substituce Elektrofilní činidlo svým kladně nabitým atomem napadá zápornou část molekuly substrátu

Elektrofilní adice Přednostně vzniká 2-chlorpropan, protože první z možných meziproduktů je stálejší v důsledku kladných indukčních efektů alkylových skupin. Adice probíhá podle Markovnikova pravidla – při adici halogenovodíku na nesymetrické alkeny se halogen aduje na uhlík, který má méně vodíků Elektrofilní atom činidla napadá dvojnou vazbu alkenu, která představuje zvýšenou elektronovou hustotu

Indukční efekt Průběh organických reakcí výrazně ovlivňuje schopnost atomů a skupin měnit ve svém okolí elektronovou hustotu přitahováním nebo odpuzováním elektronových párů. Kladný indukční efekt +I – jeví atomy se záporným nábojem a alkylové skupiny Záporný indukční efekt –I – atomy s vysokou elektronegativitou, kladně nabité částice Rozložení elektronové hustoty Molekula bez indukčního efektuMolekula s indukčním efektem δ-δ- δ+δ+ Rozložení elektronových párů rovnoměrné Posun elektronových párů směrem k jednomu z atomů, vznikají tak částečné (parciální) náboje. Posun znázorněn klínkem, základna směřuje k atomu s –I.

Indukční efekt Důsledky indukčního efektu Mění průběh reakce z radikálových na iontové, případně opačně Podle charakteru atomu činidla, která reakci zahajuje, označujeme typ reakce Stabilizací vznikajících meziproduktů rozhoduje o charakteru produktů – Markovnikovo pravidlo Reakci zahajuje vodík, který má částečný kladný náboj > reakce je elektrofilní Sloučenina vzhledem k částečným nábojům reaguje iontově V důsledku kladných indukčních efektů alkylových skupin nejsou v molekule částečné náboje, sloučenina nereaguje iontově

Radikálová adice Přednostně vzniká 1-brompropan, protože první z možných meziproduktů je stálejší. Radikálová adice alkenů probíhá proti Markovnikovu pravidlu

Nukleofilní adice Elektrofilní atom činidla napadá uhlík s částečným kladným nábojem. Uhlík je součástí komplexu s dvojnou vazbu.

Procvičení Která částice patří mezi radikálová činidla?

Procvičení Která částice patří mezi nukleofilní činidla?

Kterou z reakcí lze označit jako nukleofilní adici CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

Na obrázcích je schematicky znázorněná nukleofilní substituce. Které ze schémat ji vystihuje Špatně, činidlem je druhá látka Špatně, činidlem je druhá látka Špatně, činidlo zvoleno správně, reakčním centrem ale musí být středový atom Správně, nukleofilní atom činidla reaguje s centrálním atomem substrátu

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Materiál je určen pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízeních. Jakékoliv další využití podléhá autorskému zákonu. Zdroje a použitá literatura 1. PACÁK, Josef. Stručné základy organické chemie. 1. vydání. Praha: SNTL-Nakladatelství technické literatury, Řada chem. literatury. 2. Fotografie a vzorce z vlastní databáze autora. Vytvořeny programy ACD FREE 12, Snagit