tipuri de reactii ale compusilor organici
TRANSCRIPT
TIPURI DE REACTII ALECOMPUSILOR ORGANICICOMPUSILOR ORGANICI
CRITERII DE CLASIFICARE A REACŢIILOR CHIMICE ALE COMPUŞILOR ORGANICI
Natura grupei functionale
introdusa sau eliminata
Natura produsilor obtinuti
Mecanismde reactie
Naturatransformarii
TIPURI DE REACTII CHIMICE ALE COMPUSILOR ORGANICIAcilare Aceatlizare Homolitice Substitutie
Alchilare Aldolizare Heterolitice AditieCarboxilare Cetolizare EliminareCianurare Crotonizare Transpozitie
Decarboxilare EsterificareDecarboxilare EsterificareDehidrogenare EterificareDeshidratare SaponificareHalogenare OxidareHidrogenare Ozonizare
MetilareNitrare
Sulfonare
1. REACTII NOMINALIZATE PRIN GRUPE FUNCTIONALE
Introducerea sau eliminarea unei grupe functionale in molecula unui compus organic se realizeaza prin urmatoarele tipuri de reactii:
a) Reactia de acilare : se introduce radicalul acil (R – CO -)in locul un ui atom de H
Agenti de acilare : substante care contin radicalul acil.
De exemplu: cloruri acide (R – COCl), anhidride acide (R – CO – O – CO – R), acizicarboxilici (R – COOH), esteri (R – COOR).
Clase de compusi care pot fi supusi acilarii Compus i organici rezultatiDenumire Formula chimica generala Denumire Formula chimica generala
Hidrocarburi aromatice
Ar – H Cetone aromatice Ar – CO – R aromaticeDerivati
halogenati aromaticiX – Ar – H Halogenocetone aromatice X – Ar – CO – R
Fenoli HO – Ar – H Hidroxicetonearomatice
HO – Ar – CO - R
Alchene R – CH=CH2 Cetone α, β nesaturate
R – CH=CH – CO – R
Alchine R – C≡CH Cetone α, β nesaturate
R – C≡C – CO – R
Alcooli R – OH Esteri alifatici R – O – CO – R Fenoli Ar – OH Esteri micsti sau aromatici Ar – O – CO – R Amine R – NH2 Amine acilate
(amide substituite la azot)R – NH – CO – R
b) Reactia de alchilare : se introduce un radical alchil, Alk, in locul unui atom de hidrogen
Agenti de alchilare : derivatii halogenati, alchenele, alcoolii si sulf atii de alchil
Clase de compusi care pot fi supusi alchilarii
Compusi organic rezultati
Denumire Formula chimicagenerala
Denumire Formula chimica generala
HidrocarburiAromatice
Ar – H Arene alchilate Ar – AlkAromatice
Amine R – NH2 Amine alchilate
1.Secundare R – NH – Alk
2.Tertiare R – NAlk2
3.Saruri cuaternare de aminiu
R – NAlk3]+X-
Fenoli Ar – OH Eteri micsti Ar – O – Alk
c) Reactia de carboxilare : se introduce grupa functionala carboxil, -COOH.
Agentul de carboxilare : dioxidul de carbon
d) Reactia de cianurare : se introduce grupa functionala cian, -CN.
Clase de compusi care pot fi supusi carboxilarii
Compusi organicI rezultati
Denumire Formula chimica generala
Denumire Formula chimica generala
Compusiorganomagnezieni
R –CH–MgX Acizi carboxilici
R – COOH
Fenoxizi, in mediuacid
Ar – O-M+ Acizifenolici
HO – Ar – COOH
d) Reactia de cianurare : se introduce grupa functionala cian, -CN.
Agentul de cianurare : acid cianhidric (HCN) sau saruri ale acidului cia nhidric
Clase de compusi care pot fi supusi cianurarii Comp usi organici rezultatiDenumire Formula chimica generala Denumire Formula ch imica generala
Derivati halogenati R –X Nitrili R – CN
Acetilena HC≡CH Cianura de vinil (acrilonitril)
H2C=CH – CN
Compusicarbonilici
R – CHO Cianhidrine R – CH – OH │
CN
e) Reactia de decarboxilare : se indeparteaza grupa carboxil, -COOH, din molecul a unui acid carboxilic.
R – CH2 – COOH R – CH3 + CO2
f) Reactia de dehidrogenare : se indeparteaza una sau mai multe perechi de atomi d e hidrogen din molecula unui compus organic.
Rezulta un compus nesaturat sau un compus cu un gra d de nesaturare mai mare decat cel al compusului initial.
Reactia are loc la temperaturi ridicate (450 - 600ºC ) si in prezenta catalizatorilor.
Clase de compusi care pot fi supusidehidrogenarii
Compusi organici rezultati
Denumire Formula chimica generala Denumire Formula chimica generalaDenumire Formula chimica generala Denumire Formula chimica generalaAlcani inferiori R – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 Alchene
DieneR – CH2 – CH2 – CH=CH2
R – CH=CH – CH=CH2
Alcani cu C6, C7, C8
R – (CH2)n – CH3 Arene
Cicloalcani Arene
Alcooli primari R – CH2 – OH Aldehide R – CHOAlcooli secundari R – CH(OH) – R Cetone R – CO – R
g) Reactia de dehidrohalogenare : se indeparteaza o molecula de hidracid dintr-un der ivat halogenat, rezultand un compus nesaturat.
Reactia are loc in prezenta bazelor minerale sau or ganice in mediu alcoolic.
Ecuatia generala a unei reactii de dehidrohalogenar e este :
R – CH2 – CH2 – X R – CH = CH2 + HX
h) Reactia de deshidratare : se indeparteaza o molecula de apa din compusii org anici cu functiuni hidroxilice.
Deshidratarea poate fi intramoleculara sau intermol eculara si are loc dupa caz, in cataliza acida sau in prezenta unor oxizi.
Clase de compusi care pot fi supusideshidratarii
Compusi organici rezultatideshidratarii
Denumire Formula chimica generala Denumire Formula chim ica generalaDeshidratare intramoleculara
Alcooli R – CH2 – CH2 – OH Alchene R – CH=CH2
Dioli R – CH(OH) – CH(OH) – R Compusi carbonilici
R – CO – CH2 – R
Aldoli R – CH(OH) – CH2 – CHO Aldehidecrotonice
R – CH=CH – CHO
Cetoli R – CH(OH) – CH2 – CO – R Cetonecrotonice
R – CH=CH – CO – R
Oxime R – CH=N – OH Nitrili R – CNAmide R – CONH2 Nitrili R – CN
Deshidratare intermolecularaAlcooli R – CH2 – HO Eteri R – CH2 – O – CH2 – R
Acizi carboxilici R – COOH Anhidride R – CO – O – CO – R
i) Reacţia de halogenare : se introduc unul sau mai multi atomi de halogen (X 2 ) intr-o molecula organica . Cu exceptia florului care se introduce indirect, ceilalti halogeni se introduc direct.
În func ţie de natura substratului şi a reactantului reac ţiile de halogenare pot s ă fie de substitu ţie sau de adi ţie:
-reactii de substitutie
H2C CH2
+Cl Cl
H2C CH2
Cl Cl
- reactii de aditie
Clase de compusi care pot fi supusi halogenarii
Agent de halogenare
Compusi organici rezultati
Denumire Formula generala Formula generalaSubstitutie
Alcani R – CH3
X2
(X = Cl, Br)
R – CH2XR – CHX2
R – CX3
Arene fara catena laterala
Ar – H Ar – X
Arene cucatena laterala
Ar – CH2 – R Ar – CHX – Rcatena lateralaAcizi carboxilici R – CH2 – COOH R – CHX – COOH
AditieAlchene R – CH=CH2 X2
(X = Cl, Br)R – CHX – CH2X
Alchine R – C≡CH R – CHX=CH2XArene C6H6 Cl2 C6H6Cl6
Alchene R – CH=CH2 HX(X = Cl, Br, I)
R – CHX – CH3
Alchine R – C≡CH R – CX2 – CH3
Transformarea unor grupari functionaleAlcooli R – CH2 – OH HX
(X = Cl, Br, I)R – CH2 – X
Acizi carboxilici R – COOH PCl5 R – CO – Cl
j) Reactia de hidrogenare : se introduce hidrogen in molecula unui compus org anic nesaturat, prin reatii de aditie la legatura dubla sau tripla.Procesul decurge in conditii catalitice; Catalizatori: metalele fin divizate (Ni, Pt, Pd), N ichel Raney (aliaj de aluminiu si nichel), hidrura de litiu, sodiu in amoniac lichid etc.
Clase de compusi care pot fi supusi hidrogenarii
Agent de hidrogenare
Compusi organici rezultati
Denumire Formula FormulaAlchene R – CH=CH R – CH – CH
H2
Alchene R – CH=CH2 R – CH2 – CH3
Alchine R – HC≡CH R – CH=CH2 → R – CH2 – CH3
Diene R – CH=CH – CH=CH2 R – CH2–CH2 – CH=CH2 →R – (CH2)4 – R
Arene C6H6 C6H12
Grasimi nesaturate
Grasimi saturate
k) Reactia de nitrare : se introduc una sau mai multe grupari nitro- (-NO 2) intr-o molecula organica.
Agenti de nitrare: oxizi de azot (N 2O4, N2O5), nitroclorura, HNO 3 , amestec sulfonitric
Clase de compusi care pot fi supusi nitrarii Agent de nitrare Compusi organici rezultati
Denumire Formula Formula
Alcani R – H HNO3 dil R – NO2
Arene Ar – H HNO3 + H2SO4 Ar – NO2
Derivati halogenati C6H5 – X HNO3 + H2SO4 O2N – C6H4 – X (o,p)Derivati halogenati aromatici
C6H5 – X HNO3 + H2SO4 O2N – C6H4 – X (o,p)
Fenoli C6H5 - OH HNO3 O2N – C6H4 – OH (o,p)
Compusi carbonilici aromatici
C6H5 – CHO HNO3 O2N – C6H4 – CHO (m)
Acizi carboxilici aromatici
C6H5 – COOH HNO3 O2N – C6H4 – COOH (m)
l) Reactia de sulfonare : se introduce o grupare sulfonica (-SO 3H) intr-o molecula organica,- fie prin actiunea acidului sulfuric asupra hidrocar burilor sau a unor derivati ai acestora- fie prin actiunea sulfitilor asupra unor molecule organice.
Clase de compusi care pot fi supusi sulfonarii
Agent de sulfonare
Compusi organici rezultati
Denumire Formula Formula
Alchene R – CH=CH2 NaHSO3 R – CH2 – CH2 - SO3Na
Arene C6H6 H2SO4 C6H5 – SO3H
Derivati halogenati R – CH2 – X Na2SO3 R – CH2 – SO3Na
Fenoli C6H5 - OH H2SO4 HO3S – C6H4 – OH (o,p)
Amine aromatice C6H5 – NH2 H2SO4 HO3S – C6H4 – NH2 (p)
Acizi carboxilici aromatici
C6H5 – COOH H2SO4 HO3S – C6H4 – COOH (m)
2. REACTII NOMINALIZATE PRIN PRODUSII OBTINUTICele mai importante: reactiile de acetalizare, aldo lizare, cetolizare, crotonizare, esterificare, eterificare, de saponificare si de o zonizare.
a) Reactia de acetalizare : procesul prin care se obtine un acetal, cu formu la generala:
in care R si R‘ pot fi identici sau diferiti.
Reactia de acetalizare are loc intre o aldehida si un alcool.Decurge in doua etape: formarea semiacetalului (ins tabil) si formarea acetalului.
Prin acetalizarea intramoleculara rezulta semiacetali st abili cu structura ciclica.Exemplu: glucoza in solutie apoasa formeaza semiacetali ciclici sta bili (glucofuranoza siglucopiranoza) prin aditia hidrogenului de la gruparea hid roxil din pozitia 4 sau 5 lagruparea aldehida.
b) Reactia de cetalizare intermoleculara nu are loc direct, dar cea intramoleculara serealizeaza direct cu formarea unor semicetali; are loc intre o cetona si un alcol
Exemplu: cetalizarea fructozei se realizeaza prin aditia h idrogenului de la grupareahidroxil din pozitia 5 sau 6 la gruparea fuctionala cetona, c u formarea de fructopirazonasi fructofurazona.
c) Reactia de aldolizare : procesul chimic prin care se obtine un aldol.
Reactia are loc intre 2 molecule de aldehida , identice sau diferite, si se bazeaza pe aditiaunei molecule, componenta metilenica , prin gruparea sa metilenica din pozitia α, la dublalegatura a functiunii carbonil a celeilalte molecule, componenta carbonilica .
d) Reactia de cetolizare , prin care se obtine un cetol, are loc intre 2 molecule de cetona.
Se bazeaza pe aditia unei molecule de cetona, componenta metilenica , prin gruparea sa metilenica, la dubla legatura a gruparii carbonil a celei de a doua molecule, componenta carbonilica .
e) Reactia de crotonizare : conduce la aldehide sau cetone α, β nesaturate .
Crotonizarea decurge pe calea deshidratarii in medi u acid a aldolilor sau cetolilor:Crotonizarea decurge pe calea deshidratarii in medi u acid a aldolilor sau cetolilor:
f) Reactia de esterificare : are loc intre un acid si un alcool.
Esterii se clasifica in esteri ai acizilor anorganici si esteri ai acizilor organici .
Esterii acizilor anorganici se pot obtine si prin a ctiunea derivatilor functionali ai acizilor carboxilici (cloruri acide, anhidride acide) asupra alcoolilor. Cei mai cunocuti esteri ai acizilor anorganici sunt cei ai acizilor sulfuric, azotic si fosforic:
R – OH + H2SO4 R – O – SO3H + H2O
R – OH + HNO3 R – O – NO2 + H2O
R – OH + H3PO4 R – O – PO3H2 + H2O
Reactia de esterificare se poate realiza si pe cale a aditiei la alchene sau alchine a acizilor minerali sau carboxilici:
CH 2 = CH2 + H2SO4 CH3 – CH2 – SO3/H
CH ≡ CH + CH3 – COOH CH2 = CH – O – CO – CH3
g) Reactia de eterificare : conduce la formarea de eteri, R – O – R, cu radicali i dentici sau diferiti. Se poate realiza prin 2 procedee:
• deshidratarea intermoleculara, in cataliza acida, a alcoolilor; daca la reactie pa rticipa 2 alcooli diferiti se obtin 3 eteri:
H+ CH3 – O – CH2 – CH3CH3 – OH + CH3 – CH2 – OH CH3 – O – CH3
H2O CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3
• alchilarea cu derivati halogenati a alcoxizilor sau fenoxizilor:
CH3 – ONa + CH3 – Cl CH3 – O – CH3 + NaClC6 H5 – ONa + C2H5 – Cl C6/H5 – O – C2H5 + NaCl
h) Reactia de saponificare : procesul prin care se realizeaza scindarea unei grasimi in glicerina (glicerol) si saruri ale acizilor grasi c orespunzatori.
Reactia are loc in prezenta unei baze tari (NaOH, KOH) si se nu meste reactie desaponificare deoarece sarurile de Na si K ale acizilor grasi rezultati au proprietatitensioactive.
3. MECANISME ALE REACTIILOR COMPUSILOR ORGANICI
Scindarea legaturii covalente.Majoritatea compusilor organici sunt caracterizati prin p rezenta legaturilor covalente intreatomii care formeaza moleculelor.
Decuplarea electronilor participanti la legaturile coval ente simple sau multiple constituieprimul pas in desfasurarea unei reactii chimice.
Fragmentele chimice rezultate, cu reactivitate superioar a moleculelor din care provin, secombina intre ele pentru a forma produsii finali de reactie.
In forma cea mai generala o reactie chimica dintre un compus AB , numit substrat si unIn forma cea mai generala o reactie chimica dintre un compus AB , numit substrat si unreactiv oarecare XY, numit reactant , poate fi formulata astfel:
AB + XY AX + BY
unde , AX si BY sunt produsii finali de reactie, unul principal iar celalat secundar.
Pentru ca fragmentul A din substrat sa se combine cu fragmentul X din reactant trebuie ca cele doua molecule sa se scindeze pentru a elibera cele doua fragmente.
Scindarea legaturii covalente simple . Intr-un substrat oarecare, o legatura simpla se poa te scinda in doua moduri: homolitic si heterolitic .Scindarea homolitica a unei legaturi covalente simple = decuplarea simetrica a electronilor participanti la legatura covalenta σ intermediari radicalici, foarte reactivi.
Scindarea heterolitica a unei legaturi covalente simple = scindare nesimetrica fragmente ionice Unul dintre fragmente va avea un deficit de electro ni =cation , celalalt fragment va avea un electron in plus = anion.
Repartizarea nesimetrica a electronilor participanti la legatura covalenta simpla este dictata Repartizarea nesimetrica a electronilor participanti la legatura covalenta simpla este dictata de caracterul atragator de electroni ( efect inductiv atragator de electroni,– I ) sau respingator de electroni ( efect inductiv respingator de electroni, +I ) al celor 2 fragmente. Fragmentul care exercita efect –I va deveni anion i ar cel care exercita efect +I va devenii cation:
In cazul scindarii heterolitice a unei legaturi cov alente simple C-C, fragmentul cu sarcina pozitiva se numeste carbocation iar cel cu sarcina negativa carbanion. Carbocationii vor prezenta afinitate pentru anioni, iar carbanionii, pentru cationii.
Clasificarea reactantilor
Moleculele reactatului pot suferi scindari homoliti ce sau heterolitice, generand radicali, anioni sau cationi. In functie de densitatea electr olitica pe care o poseda fragmentele rezultate din scindarea reactantilor, acestia se clas ifica in:- reactanti radicalici,- reactanti nucleofili si - reactanti electrofili
Atacul exercitat de cele trei tipuri de reactanti Atacul exercitat de cele trei tipuri de reactanti asupra substratului se va produce numai in stricta concordanta cu caracterul electronic al acestuia.
4. REACŢIILE COMPUŞILOR ORGANICI IN FUNCTIE DE NATURA TRANSFORMARILOR
• 1. Reacţii de substitu ţie:• Reacţii în care un atom sau o grup ă de atomi din substrat sunt înlocuite cu un
atom sau grup ă de atomi din reactant:
• 2. Reacţii de adi ţie:• Reacţii în care la un substrat cu leg ături duble, triple sau cicluri (cu grad de
nesaturare ≥ 1) se leagă atomii sau grupele din reactant ; în cursul reac ţiei deadi ţie gradul de nesaturare scade .adi ţie gradul de nesaturare scade .
• 3. Reacţii de eliminare:• Reacţii în care dintr-un substrat se elimin ă o molecul ă simpl ă cu formarea unei
legături duble sau a unui ciclu ; în cursul reac ţiei gradul de nesaturare cre şte.Reacţiile de eliminare sunt inverse celor de adi ţie.
CH2
H2C
Br
+ 2Na
H2C
H C
CH2 + 2NaBr
• 4. Reacţii de transpozi ţie:• Reacţii în care un substrat sufer ă o serie de transform ări sub influen ţa condi ţiilor de
reac ţie prin care se transform ă într-un izomer al s ău; în cursul reac ţiilor detranspozi ţie are loc o modificare a catenei substratului
CH2 BrH2C