Слайд 1Лекция № 3.
Общая характеристика реакций органических соединений.
Кислотные и основные
свойства органических соединений.
Слайд 4
1. Радикальные реагенты
- свободные
атомы или частицы с неспаренным электроном.
Типы реагентов и характер изменения связей в субстрате.
Слайд 52. Электрофильные реагенты (электрофилы) , Е+ или Е
- частицы, образующие новую ковалентную связь за счет электронной пары
реакционного партнера.
( акцепторы
электронов)
, SO3
Слайд 63. Кислотные реагенты (кислоты)
- нейтральные молекулы (CH3COOH, HCl)
либо положительно заряженные частицы (NH4+, H3O+), способные быть донором протона
для реакционного партнера.
Слайд 74. Нуклеофильные реагенты
(нуклеофилы) , Nu- или Nu
- частицы, образующие новую
ковалентную связь с реакционным партнером, предоставляя для этого свою электронную
пару.
Термин «нуклеофил» применяется к частице, реагирующей с любым электрофильным
реакционным партнером за исключением протона Н+.
!
, CH2=CH2, C6H6
Слайд 85. Основные реагенты (основания), B- или B:
(base)
- отрицательно заряженные частицы (НО- , RO-) или
нейтральные молекулы (:NH3, H2O:), способные оторвать протон от кислотного реакционного центра.
Слайд 96. Окислители, [O]
- нейтральные молекулы или ионы
(O2, Fe3+,
органические окислители), принимающие электроны или атомы Н от органического
субстрата.
Слайд 107. Восстановители , [H]
- нейтральные молекулы или ионы
(H2, Fe2+, H-, органические восстановители), отдающие электроны или атомы водорода
органическому субстрату.
Слайд 11В соответствии с характером разрыва
связи в субстрате и природой реагента:
1. Радикальные (гомолитические)
реакции ( R)
һν
гомолиз
субстрат
промежуточные частицы
Слайд 122. Ионные реакции называются
гетеролитическими
гетеролиз
субстрат
Промежуточные частицы
R+ и R-
Слайд 13Классификация органических реакций.
1. По направлению (конечному
результату) реакции делят на:
1) реакции замещения , S (substitution)
CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl
һν
SR
SE
Слайд 14 2. Реакции присоединения, Ad (А)
(аddition присоединение):
CH2=CH2 + Br2
CH2BrCH2Br
ОН-
H2C=O + HCN H2C(CN)OH
AE
AN
Слайд 15 3. Реакции отщепления или элиминирования, E (El) (еlimination):
КОН
/ спирт
α
β
Слайд 164. Реакции окисления-восстановления
Процесс окисления – переход электронов от органического субстрата
к реагенту - окислителю, процесс восстановления – передача электронов от
реагента к органическому субстрату
Слайд 17 По молекулярности реакции делятся на мономолекулярные и
бимолекулярные.
A + B AB
Мономолекулярная реакция
v = k [A] v = k [B]
скорость реакции
Бимолекулярная реакция
v = k [A] [B]
скорость реакции
Слайд 18Мономолекулярная реакция:
Бимолекулярная реакция:
SN2
SN
1
Слайд 19Селективность ( избирательность) химических превращений.
Слайд 22плоское строение
Карб(o)катионы - замещенные атомы углерода, имеющие вакантную (незаполненную)
орбиталь.
CH3+
Факторы, определяющие реакционную способность
Слайд 23Алифатические катионы.
Для устойчивости катионов
нужны ЭД заместители
!
!
+I
2 +I
3
+I
Возможность делокализации + заряда является основным фактором, обусловливающим стабильность карбкатиона.
Слайд 26CH2=CH+ Винильный катион
C6H5+ Фенильный катион
C sp
C
Слайд 27Ряд устойчивости катионов:
Бензильный, аллильный > третичный >
вторичный > первичный
> метильный >
винильный > фенильный
увеличение стабильности R+
Слайд 281,2- метильный
сдвиг
СН3-
Н-
1,2- гидридный
сдвиг
Перегруппировки катионов
Слайд 29Свободные радикалы
Для относительной стабильности радикалов
нужны ЭД заместители
!
Слайд 30Алифатические радикалы
3 +I
2 +I
Слайд 33C6H5• < CH2=CH• < CH3• < RCH2• < R2CH•
R3C• <
< CH2=CHCH2• , C6H5CH2•
Ряд увеличения стабильности свободных
радикалов:
увеличение стабильности R
Слайд 34Карбанионы
Для устойчивости анионов нужны ЭА заместители !
!
!
Слайд 35Рассредоточение отрицательного заряда:
→
Н+ +
Слайд 36
Алифатические анионы
-
-
-
-
увеличение стабильности R-
+I
2 +I
3 +I
Слайд 37Ряд устойчивости анионов:
Бензильный, аллильный > ацетиленовый >
метильный
> первичный> вторичный >
третичный
Для относительной
стабильности анионов
нужны ЭА заместители
увеличение стабильности R-
!
Слайд 38КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Слайд 39Теория Брёнстеда-Лоури.
(1923)
Датский физико-химик Йоханнес Николаус Брёнстед, 1879-1947
Английский
химик Томас Мартин Лоури, 1874-1936
Слайд 40Кислоты Брёнстеда
(протонные кислоты)
- это нейтральные молекулы или ионы, способные
отдавать протон (доноры протонов).
Кислотность
в 1012 раз
в 1021 раз
сопряженные
Слайд 41Органические кислоты классифицируют по природе кислотного центра:
Слайд 42 Константа кислотности (Ка)
pKa =
- lg Ka.
Чем меньше рКа, тем больше кислотность !
дополняющее
кислота
основание
Ka 1,7510-5
pKa 4,75
* сопряженная
*сопряженное
Слайд 43электроотрицательность
Прогнозирование кислотности
Стабильность аниона определяется степенью делокализации отрицательного заряда.
1. Природа
атома в кислотном центре
Слайд 45Увеличение кислотности
При одинаковых радикалах кислотность увеличивается в ряду:
- SH >-OH > -NH > -CH
(возрастание стабильности аниона
за счет увеличения размера соответствующего атома)
Слайд 462.
Спирт Фенол
Карбоновая
кислота
Слайд 47+I
-I
увеличение кислотности
3. Влияние органического радикала, связанного с кислотным
центром
ЭА
ЭД
α
β
Слайд 49 Относительная кислотность
H2O
СН3 -SH
15.7
10.33
pKa
(CH3)3CCOOH
5.05
HC=CH
36
NH3
35
CH3- CH3
44
CH3 – CH2 – OH
18.0
Слайд 50Основания Брёнстеда
- это нейтральные молекулы
или ионы, способные присоединять протон (акцепторы протонов).
катион
сопряженные
n-основания
Слайд 52Аммониевые основания
(центр основности азот)
n-основания
Слайд 532. Оксониевые основания
(центр основности кислород)
O sp2
O sp3
Слайд 54 3. Сульфониевые основания (центр основности сера) :
Слайд 55Основность тем выше,
чем выше концентрация
отрицательного заряда на атоме
Сила
n-оснований с одинаковыми радикалами
увеличивается в ряду:
N
> O > S
ЭО
Слайд 56Алифатические амины
Основность аминов в растворе:
NH3 первичный третичный
< вторичный амин
в
газовой фазе
+I
2 +I
3 +I
Слайд 57Основные свойства
–I
+M > –I
Ароматические амины менее основны, чем
алифатические амины.
>
Слайд 58Ароматические амины
ЭД заместители повышают основные свойства,
а ЭА заместители понижают
выраженность основных свойств.
+I
Слайд 59 Новокаин
Новокаин (плохо
растворим в воде)
2-(диэтиламино)этил-4-аминобензоат
Слайд 62Кислотно-основные свойства аминокислот.
Амфотерность
Катионная форма
Цвиттер-ион
(нейтральный)
Анионная форма
Слайд 63 Пиррол
Гетероциклические
соединения
Слайд 64Кислотно – основные свойства
1. Пиррол практически лишен основных
свойств
2. Кислотность
pKa=16,5
Слайд 66+
Основные свойства имидазола:
pKa 14.2
pKa 7.03 -7.25
Слайд 67Гетероциклические соединения
Пиридин
Пиримидин
Слайд 68Основные свойства пиридина:
pKb 8.70
pKb 2.8
Слайд 76кислота это акцептор пары электронов,
основание это
донор электронной пары.
Теория Льюиса (1923)
Кислотно-основный комплекс
Слайд 77ЛЬЮИС (Lewis),
Джилберт Ньютон
Американский физикохимик
23 октября 1875 г. – 23
марта 1946 г.
Слайд 78Кислоты Льюиса – это любые соединения со свободной орбиталью