Најважније из лекције
Раскидање веза:
- Хомолиза: Неполарне везе, унос енергије (\(h\nu, t\)) \(\rightarrow\) настају радикали (\(\text{R}^\bullet\)).
- Хетеролиза: Поларне везе \(\rightarrow\) настају јони: карбокатјон (\(\text{C}^+\)) и карбанјон (\(\text{C}^-\)).
- Супституција: Замена атома/групе; увек даје органски производ \(+\) споредни производ (нпр. хлоровање метана).
- Адиција: Раскидање \(\pi\)-везе; нема споредног производа (нпр. халогеновање алкена).
- Елиминација: Настанак \(\pi\)-везе уз издвајање малог молекула (нпр. дехидратација алкохола).
Хомолитичко раскидање (хомолиза) – процес у којем сваки атом из заједничког електронског пара добија по један електрон. Карактеристично је за неполарне ковалентне везе, а одвија се под утицајем веће количине топлотне или светлосне енергије (\(h\nu\)).
Радикали – електронеутралне честице са неспареним (слободним) електроном, настале хомолизом.
\[ \text{R}-\text{R}' \xrightarrow{h\nu \text{ или } t} \text{R}^\bullet + \text{R}'^\bullet \]
Хетеролитичко раскидање (хетеролиза) – процес у којем електронегативнији атом задржава цео заједнички електронски пар, при чему настају јони. Одвија се код поларних ковалентних веза, често под утицајем растварача или катализатора.
Карбокатјон – позитивно наелектрисана честица у којој се позитивно наелектрисање налази на атому угљеника (\(\text{C}^+\)).
Карбанјон – негативно наелектрисана честица у којој се негативно наелектрисање налази на атому угљеника (\(\text{C}^-\)).
\[ \text{R}-\text{X} \longrightarrow \text{R}^+ + :\text{X}^- \]
При хетеролитичком раскидању поларне везе \(\text{C}-\text{Cl}\) у хлоретану настају етил-карбокатјон и хлоридни анјон:
\[ \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{Cl} \longrightarrow \text{CH}_3-\text{CH}_2^+ + \text{Cl}^- \]
Како ће се раскинути веза \(\text{Cl}-\text{Cl}\) у молекулу хлора под дејством сунчеве светлости? Напиши једначину.
Веза \(\text{Cl}-\text{Cl}\) је неполарна ковалентна веза, па се под утицајем светлости раскида хомолитички:
\[ \text{Cl}-\text{Cl} \xrightarrow{h\nu} \text{Cl}^\bullet + \text{Cl}^\bullet \]
Настају два радикала хлора.
1. Реакција супституције (замене): Реакција при којој се атом или група атома у молекулу замењује другим атомом или групом атома.
- Увек настаје главни органски производ и споредни производ.
2. Реакција адиције: Реакција карактеристична за незасићена једињења у којој долази до раскидања једне или више \(\pi\)-веза (из двоструке или троструке везе) и везивања атома/група реагенса за те угљеникове атоме.
- Не настаје споредни производ (сви атоми реагенаса улазе у састав новог једињења).
3. Реакција елиминације: Реакција у којој се из молекула издваја мањи молекул (споредни производ), при чему се ствара нова \(\pi\)-веза (једна или две) у органском молекулу.
- Представља супротан процес од реакције адиције.
Одреди тип реакције:
\[ \text{CH}\equiv\text{CH} + 2\,\text{H}_2 \xrightarrow{\text{Pt}} \text{CH}_3-\text{CH}_3 \]
Ово је реакција адиције (хидрогенизација), јер се водоник везује на незасићену троструку везу раскидањем обе \(\pi\)-везе, при чему настаје један једини засићени производ и нема споредних производа.
Нуклеофили („љубитељи језгра”) – честице богате електронима (негативни јони или молекули са слободним електронским паровима) које нападају позитивно или делимично позитивно (\(\delta^+\)) наелектрисане центре у молекулу.
Електрофили („љубитељи електрона”) – честице са мањком електрона (катјони или неутрални молекули са парцијално позитивним центром) које нападају места високе електронске густине.
| Нуклеофили | Електрофили |
|---|---|
| \(\text{OH}^-\), \(\text{Cl}^-\), \(\text{Br}^-\), \(\text{I}^-\), \(\text{CN}^-\), \(\text{HS}^-\), \(\text{NH}_2^-\) | \(\text{H}^+\), \(\text{Cl}^+\), \(\text{Br}^+\), \(\text{NO}_2^+\), \(\text{H}_3\text{O}^+\) |
| Неутрални молекули: \(:\text{NH}_3\), \(\text{H}_2\ddot{\text{O}}:\) | Неутрални молекули са мањком: \(\text{SO}_3\) |
| Карбанјони (\(\text{R}^-\)) | Карбокатјони (\(\text{R}^+\)) |
На основу тога која честица реагенса започиње реакцију, реакције супституције и адиције се детаљније деле на: нуклеофилне и електрофилне (нпр. нуклеофилна супституција, електрофилна адиција).
Да ли је честица \(\text{NO}_2^+\) нуклеофил или електрофил?
Честица \(\text{NO}_2^+\) (нитронијум-јон) је позитивно наелектрисана, што значи да има мањак електрона и тражи центре велике електронске густине. Према томе, то је електрофил.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Одреди тип реакције према следећој једначини:
\[ \text{C}_2\text{H}_5\text{Cl} + \text{NaOH} \longrightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + \text{NaCl} \]
У питању је реакција супституције, јер је \(\text{Cl}\) атом из хлоретана замењен \(\text{OH}\) групом из натријум-хидроксида, при чему као споредни производ настаје \(\text{NaCl}\).
Задатак 2 (средњи): Разврстај наведене честице на електрофиле и нуклеофиле:
\[ \text{OH}^-, \quad \text{H}_3\text{O}^+, \quad \text{CN}^-, \quad \text{H}_2\text{O}, \quad \text{SO}_3, \quad \text{CH}_3^+ \]
- Нуклеофили (богати електронима/анјони/слободни е⁻ парови): \(\text{OH}^-\), \(\text{CN}^-\), \(\text{H}_2\text{O}\).
- Електрофили (мањак електрона/катјони/електрофилни центри): \(\text{H}_3\text{O}^+\), \(\text{SO}_3\), \(\text{CH}_3^+\).
Задатак 3 (средњи): Које од наведених веза ће се при органским реакцијама претежно раскидати хомолитички, а које хетеролитички?
Везе: \(\text{C}-\text{Cl}\), \(\text{Cl}-\text{Cl}\), \(\text{C}-\text{O}\), \(\text{C}-\text{C}\), \(\text{C}-\text{Br}\).
Везе: \(\text{C}-\text{Cl}\), \(\text{Cl}-\text{Cl}\), \(\text{C}-\text{O}\), \(\text{C}-\text{C}\), \(\text{C}-\text{Br}\).
- Хомолитички (неполарне ковалентне везе): \(\text{Cl}-\text{Cl}\), \(\text{C}-\text{C}\).
- Хетеролитички (поларне ковалентне везе услед разлике у електронегативности): \(\text{C}-\text{Cl}\), \(\text{C}-\text{O}\), \(\text{C}-\text{Br}\).
Задатак 4 (тежак): Посматрај једначину реакције:
\[ \text{C}_6\text{H}_6 + \text{NO}_2^+ \longrightarrow \text{C}_6\text{H}_5\text{NO}_2 + \text{H}^+ \]
а) Ког је типа ова реакција?
б) Које је природе реагенс \(\text{NO}_2^+\)?
в) Како се назива овај механизам на основу одговора под а) и б)?
б) Које је природе реагенс \(\text{NO}_2^+\)?
в) Како се назива овај механизам на основу одговора под а) и б)?
а) Реакција је супституција, јер се један атом водоника у бензену замењује нитро-групом уз издвајање \(\text{H}^+\) као споредног производа.
б) Реагенс \(\text{NO}_2^+\) је позитивно наелектрисана честица, дакле по природи је електрофил.
в) Овај тип реакције је електрофилна супституција.
б) Реагенс \(\text{NO}_2^+\) је позитивно наелектрисана честица, дакле по природи је електрофил.
в) Овај тип реакције је електрофилна супституција.
