Szerves kémiai reakciók Flashcards
szerves vegyületek reakcióképessége / reaktivitása
A reaktivitás a szerves vegyületek átalakulási képességét jelenti. Mértékét a k sebességi állandó fejezi ki.
(ν = k[R], ν = reakciósebesség, k = sebességi állandó, [R] = reagens/ek koncentrációja)
szerves kémiai reakciók, reakciómechanizmus
A reakciók során kötések felszakadása és új kötések kialakulása történik. A reakciómechanizmus magába foglalja az összes fizikai és kémiai folyamatokat, az átalakulás kezdeti pillanatától egészen a végső termékek kialakulásáig.
Általánosan:
AB + XY → AX + BY
AB = szubsztrátum, XY = reagens, AX = főtermék, BY = melléktermék
szerves kémiai rekaciók energiaprofilja
Átmeneti állapot és aktivitási paraméterek, intermedierek, kinetikus és termodinamikus kontroll fogalma. A reakciók hajtóereje a szabad entalpia csökkenése. A szabadentalpia változást a Gibbs–Helmholtz egyenlet adja meg:
ΔG = ΔH – TΔS = –RTlnK
szerves kémiai reakciók csoportosítása mechanizmusuk alapján
A szerves kémiai reakciók mechanizmusuk alapján két fő csoportba sorolhatók: egylépéses, illetve kettő vagy többlépéses.
Egylépéses szerves kémiai reakció során a kötések felszakadása és az új kötések kialakulása egyidőben történik, ergo szinkron reakcióról beszélünk. Tehát a reakció során csak egy átmeneti állapotú vegyület lesz megfigyelhető:
reagensek → átmeneti állapot → végső termék
Két- vagy többlépéses reakció során a kötések felszakadása és az új kötések kialakulása nem egyidőben történik, aszinkron reakciókról beszélünk. Az összes olyan reakció, ami katalizátor jelenlétében megy végbe, legalább két lépésben fog végbe menni. Ez arra enged következtetni, hogy lesz egy intermedier vegyület, ami önmagában nem stabilis, de a reagensek átmeneti állapota előzi meg, és az intermedier is egy átmeneti állapotba fog kerülni, mielőtt a végső termék létrejönne. Azaz:
reagensek → átmeneti állapot 1 → intermedier → átmeneti állapot 2 → végső termék
a szerves kémiai reakciók csoportosítása a reakcióelegy fajtája szerint
A szerves kémiai reakciók végbemehetnek homogén vagy heterogén elegyben is. A heterogén elegy a fázisok halmazállapota alapján tovább bontható folyadék-folyadék, gáz-folyadék, gáz-szilárd, folyadék-szilárd körülményekre.
a szerves kémiai reakciók csoportosítása a reakció katalizáltsága alapján
A szerves kémiai reakciókat két nagy csoportba sorolhatjuk: katalitikus és nem-katalitikus reakciók. A katalitikus reakciók tovább bonthatók, annak szempontja szerint, hogy a katalizátor külön fázist képvisel-e vagy sem homogénkatalitikus (elegyedik) és heterogénkatalitikus (nem elegyedik) reakciókra. Külön csoportot képeznek az enzimek által katalizált heteroenzimatikus biokémiai reakciók.
a szerves kémiai reakciók csoportosítása a reakció kinetikája alapján
A szerves kémiai reakciók a reakció kinetikája alapján lehet konkurens / kompetitív és konszekutív. A kompetitív reakciók sebessége egymással összemérhető, azonos a kiindulási vegyület. A konszekutív reakciók esetén az egyik reakció kiindulási anyaga az előtte végbemenő reakció főterméke.
a szerves kémiai reakciók csoportosítása termodinamikai szempontból
A szerves kémiai reakciókat termodinamikai (tehát a reakcióhő) szempontból három csoportba soroljuk: endoterm (hő szükséges a reakció beindulásához, a kémcső lehűl), exoterm (a reakció során hő termelődik, a kémcső felmelegszik) és termonukleáris.
szerves kémiai reakciók elnevezése
A szerves kémiai reakciókat kétféleképp is elnevezhetjük: a bevitt reagens vagy a reakció felfedezőjének neve alapján.
A bevitt reagens alapján történő elnevezés nem ad információt sem a szubsztrátumról (kiindulási anyagról), a lejátszódott reakció ionos vagy gyökös jellegéről, etc. Ilyenre példa a nitrálás, szulfonálás, halogénezés, hidratálás, hidrogénezés, diazotálás, hidrolízis, oxidáció, redukció, kondenzáció, polimerizáció, etc.
A szerves kémiai reakciókat még elnevezhetjük a reakció felfedezőjének nevéről is. Ennek használata kompakt, ugyanis így nem kell egyéb információt adnunk a reakcióról. Ilyen például a Friedel-Crafts-reakció, a Cannizzaro-reakció, a Grignard-reakció, a Koch-szintézis, Zemplén-féle lebontás, etc.
szerves kémiai reakciók csoportosítása a reakció természete alapján
A szerves kémiai reakciók kétfélék lehetnek, annak függvényében, hogy a molekula egésze reagál vagy a molekula felbomlik. Molekula reakcióknak vagy más néven koncentrikus reakcióknak azokat a szerves kémiai reakciókat nevezzük, amik során a molekula egyben marad. A bomlással járó reakciók során épp ennek az ellentéte történik, ugyanis a reakcó során a molekula felbomlik.
Egy kémiai kötés többféleképp hasadhat.
Homolízisnek nevezzük azt az esetet, amikor egy molekula két ún. gyökre hasad. Ezeknek a gyököknek az a jellegezetessége, hogy van kötő elektronjuk. A klórmolekula fotolitikus hasítása (fény által történő felhasítása) során két klórgyök keletkezik, amiknek lesz egy-egy kötő elektronjuk (klóratomok voltaképp, amiknek annyi elektronjuk van, ahány protonjuk).
A–B → A• + •B
Kolligációnak nevezzük azt a folyamatot, amikor két gyök „bedobja a közösbe” a kötő elektronpárját, létrejön közöttük egy kovalens kötés, tehát molekulát hoznak létre. Ilyen például két klórgyök (klóratom) egyesülése klór molekulává.
A• + •B → A–B
Heterolízis során a molekula szintén bomlik, viszont a homolízissel ellentétben itt nem semleges gyökök keletkeznek, hanem töltéssel rendelkező ionok. Pl. HCl bomlása hidrogén ionra (protonra) és klorid ionra.
A–B → A+ + B–
Koordinációnak nevezzük azt a folyamatot, amikor két töltéssel rendelkező ion létrejön, és egy molekulát hoz létre. Ilyen például a klorid ion és a hidrogén ion egyesülése hidrogén-kloriddá.
A+ + B– → A–B
szerves kémiai reakciók csoportosítása a reagensek típusa alapján
A reagensek típusa alapján háromféle reakciót különböztetünk meg: elektrofil (E+), nukleofil (N–) és gyökös (R) szerves kémiai reakciók.
Az elektrofil reagensek „elektron kedvelőek”, tehát többnyire pozitív töltéssel rendelkeznek. Ilyenek például a karbokationok, a savak disszociációjából származó hidrogén ionok vagy az ammónium ion.
A nukleofil reagensek „mag kedvelőek”, tehát többnyire rendelkeznek egy negatív töltéssel. Ilyenek például a halogének ionjai, a különböző ioncsoportok (pl. hidroxil ion, szulfát ion, amin ion).
A gyökös reagensek nem rendelkeznek töltéssel, semlegesek. Azonban rendelkeznek egy kötő elektronnal. Ilyen reagens például a klórgyök.
a szerves kémiai reakciók osztályozása a kritikus komplexum (átmeneti állapot, ütközési komplexum) szerkezete alapján
A szerves kémiai reakciók a kritikus komplexum / átmeneti állapot / ütközési komplexum szerkezete alapján kétféleképp csoportosítható. Az osztályozás történhet a reakcióban résztvevő molekulák száma (a reakció molekularitása) alapján, illetve történhet a reakciócentrumok száma alapján (reakciócentrum = a molekula azon része, ahol a reakcióban résztvevő szubsztituens található; pl. a metil-klorid hidratálása során az egyik reakciócentrum a szénatomhoz kapcsolt klóratom)
– a reakció molekularitása szerint: mono-, bi-, polimolekuláris reakció
– a reakciócentrumok száma alapján: mono-, bi-, policentrumos reakció
szerves kémiai reakciók csoportosítása a kiinduló anyag és a termék szerkezetében lévő különbségek alapján
A szerves kémiai reakciókat a szubsztrátum és a termék közötti különbségek alapján négy csoportba soroljuk:
– szubsztitúció: egy új szubsztituens kapcsolódik a molekulához.
– elimináció: egy szubsztituens távozik a molekulából, helyén többnyire egy pi kötös kerül
– addíció: a termékben többnyire kevesebb pi kötés van, mint a szubsztrátumban, viszont a termék tartalmaz egy vagy több új szobsztituenst.
– átrendeződés vagy izomerizáció: a termék szénatomjainak rendűsége (típusa) változik a szubsztrátumhoz képest
a szerves kémiai reakciók szelektivitása
A szelektivitás a szerves kémiai reakciók azon jellemzője, ami kifejezi, hogy a lehetséges termékek közül milyen arányban képződik a kívánt termék.
R → T1, T2, T3, de [T1]»_space; [T2], [T3]
R = reagens, T1 = első termék, [T1] = az első termék koncentrációja a reakció végén
– REGIOSZELEKTÍV szerves kémiai reakcióknak nevezzük azt a folyamatot, amely során T1, T2 és T3 SZERKEZETI IZOMEREK, pl. propén hidrogén-halogénezése [többségben szekunder halogenid]
– SZTEREOSZELEKTÍV szerves kémiai reakcióknak nevezzük azokat a folyamatokat, amelyek során T1, T2 és T3 SZTEREOIZOMEREK pl. ciklohexén oxidálása hidegen kálium permanganáttal, illetve oxidálása hidrogén peroxiddal ecetsavas közegben [első esetben cisz, másodikban transz termék]
– ENANTIOSZELEKTÍV szerves kémiai reakcióknak nevezzük azokat a folyamatokat, amelyek során T1 és T2 ENANTIOMEREK pl. fumársav fumaráz enzimmel történő vízaddíciója [csak (–) almasav keletkezik]
– KEMOSZELEKTÍV szerves kémiai reakcióknak nevezzük azokat a folyamatokat, amelyek során T1, T2 és T3 NEM IZOMÉREK, pl. alkének oxidálása permanganáttal bázikus és savas közegben [előbbi esetben diol, utóbbi esetben karbonsav vagy karbonilvegyület keletkezik]
a szerves kémiai reakciók specifikussága
A szelektivitás a szerves kémiai reakciók azon jellemzője, ami biztosít arról, hogy meghatározott szerkezetű szubsztrátumokból kiindulva csak meghatározott szerkezetű termékek képződnek.
pl. primer alkoholok oxidációja során csak aldehid, míg szekunder alkoholok esetén csak ketonok keletkeznek
