Кіріспе

Органикалық қосылыстарға қатысты химиялық реакциялар. Органикалық реакциялар – органикалық қосылыстарға қатысты химиялық реакциялар. Органикалық химиядағы негізгі реакция түрлері: қосылу реакциялары, шығару реакциялары, орынбасу реакциялары, перициклдік реакциялар, қайта құрылымдану реакциялары, фотохимиялық реакциялар және тотығу-тотықсыздану реакциялары. Органикалық синтезде органикалық реакциялар жаңа органикалық молекулаларды жасау үшін қолданылады. Дәрі-дәрмектер, пластиктер, тағамдық қоспалар, маталар сияқты көптеген жасанды химиялық заттарды өндіру органикалық реакцияларға байланысты. Ең ежелгі органикалық реакциялар – органикалық отындардың жануы және сабын жасау үшін майлардың сапундануы. Қазіргі заманғы органикалық химия 1828 жылы Вёлер синтезімен басталады. Химия бойынша Нобель сыйлығының тарихында 1912 жылы Гриньяр реакциясы, 1950 жылы Дильс-Альдер реакциясы, 1979 жылы Виттиг реакциясы және 2005 жылы олефин метатезі сияқты нақты органикалық реакцияларды ойлап табу үшін сыйлықтар берілді.

Жіктеу

Органикалық химияда белгілі бір реакцияны оның ашқан немесе ашқан адамдарының есімімен атау дәстүрі бар, және осылай аталатын реакциялардың көптеген тізімі бар, консервативті есеп бойынша олардың саны 1000-ға жетеді. Көне атаулы реакциялардың бірі – Клейзеннің қайта құрылуы (1912 жыл), ал жақында аталған реакция – Бингель реакциясы (1993 жыл). Егер атаулы реакцияны айту қиын болса немесе, мысалы, Кори–Хаус–Познер–Уайтсайдс реакциясындағыдай, өте ұзын болса, CBS тоғысуы сияқты аббревиатураны қолдану ыңғайлы. Нақты жүріп жатқан процеске сілтеу жасайтын реакциялардың саны одан әлдеқайда аз, мысалы, эне реакциясы немесе альдоль реакциясы. Органикалық реакцияларға тағы бір тәсіл – белгілі бір түрленуде қажетті органикалық реагенттердің түріне қарай жіктеу, олардың көпшілігі органикалық емес. Басты түрлері – осмий тетроксиді сияқты тотықтырғыштар, литий алюминий гидриді сияқты тотықсыздар, литий диизопропиламиді сияқты негіздер және күкірт қышқылы сияқты қышқылдар. Соңында, реакциялар механизмдік классы бойынша да жіктеледі. Көбінесе бұл классқа (1) полярлық, (2) радикалдық және (3) перициклдік реакциялар жатады. Полярлық реакциялар электрон жұптарының анықталған көзден (нуклеофильдік байланыс немесе жалғыз электрон жұбы) анықталған қабылдағышқа (төмен жатқан антибайлық орбиталы бар электрофильдік орталыққа) қозғалысымен сипатталады. Қатысушы атомдар зарядтың формальды мағынасында да, нақты электрондық тығыздық тұрғысынан да өзгеріске ұшырайды. Органикалық реакциялардың басым көпшілігі осы санатқа жатады. Радикалды реакциялар жұптаспаған электрондары (радикалдары) бар және жеке электронның қозғалысымен сипатталады. Радикалды реакциялар тізбекті және тізбексіз процестерге бөлінеді. Соңында, перициклдік реакциялар циклдік өткізілім күйінде химиялық байланыстардың қайта таралуын қамтиды. Электрон жұптары формальды түрде қатысқанмен, олар нақты көз немесе қабылдағышсыз цикл бойынша қозғалады. Бұл реакциялар орбитальдық симметриямен басқарылады және қатысушы орбитальдардың үнемі бір-бірімен жақын орналасуын қажет етеді. Әрине, кейбір химиялық процестер осы санаттардың екеуінен (немесе тіпті барлығынан) қадамдарды қамтуы мүмкін, сондықтан бұл жіктеу схемасы әрқашан түзу немесе анық болмайды. Осы классқа қоса, өтпелі металдармен катализделген реакциялар көбінесе реакциялардың төртінші класын құрайды деп есептеледі, бірақ бұл класс көптеген ортақ емес және өте ерекше элементарлық органометалдық процестердің кең ауқымын қамтиды.

Негізгі қағидалар

Органикалық реакцияларды басқаратын факторлар кез келген химиялық реакцияны басқаратын факторлармен негізінен бірдей. Органикалық реакцияларға тән факторлар – реактивтер мен өнімдердің тұрақтылығын анықтайтын, мысалы, конъюгация, гиперконъюгация және ароматика сияқты жағдайлар, сондай-ақ еркін радикалдар, карбокатиондар және карбаниондар сияқты реакцияға қабілетті аралық заттардың болуы мен тұрақтылығы. Органикалық қосылыстар көптеген изомерлерден тұруы мүмкін. Сондықтан, аймақтық таңдаулылық, диастерео таңдаулылық және энантио таңдаулылық тұрғысынан селективтілік көптеген органикалық реакциялар үшін маңызды критерий болып табылады. Перициклдік реакциялардың стереохимиясы Вудвард-Хоффманн ережелерімен, ал көптеген жою реакцияларының стереохимиясы Зайцев ережесімен реттеледі. Органикалық реакциялар фармацевтикалық препараттарды өндіруде маңызды рөл атқарады. 2006 жылғы шолуда химиялық түрлендірулердің 20% азот және оттегі атомдарында алкилдеуге, тағы 20% қорғаушы топтарды орналастыруға және алып тастауға, 11% жаңа көміртек-көміртек байланысын құруға, ал 10% функционалдық топтардың өзара айырбасталуына қатысты деп есептелді.

Механизм бойынша

Мүмкін болатын органикалық реакциялар мен механизмдердің саны шексіз. Алайда, көптеген жалпы немесе пайдалы реакцияларды сипаттауға болатын белгілі бір жалпы үлгілер байқалады. Әрбір реакцияның қалай болатынын түсіндіретін қадамдық реакциялық механизмі бар, бірақ реактивтердің тізімінен ғана бұл қадамдардың егжей-тегжейлі сипаттамасын анықтау әрқашан мүмкін емес. Органикалық реакцияларды бірнеше негізгі түрлерге жіктеуге болады. Кейбір реакциялар бірнеше санатқа жатуы мүмкін. Мысалы, кейбір алмастыру реакциялары қосу-жою (addition-elimination) механизмі бойынша жүреді. Бұл шолудың мақсаты – барлық органикалық реакцияларды қамту емес, негізгі реакцияларды қарастыру. Реакция түрі Кіші түрі Ескерту Қосылу реакцияларыэлектрофильді қосылу галогендеу, гидрогалогендеу және гидратация сияқты реакцияларды қамтиды. нуклеофилді қосылу радикалдық қосылуЖою реакцияларысусыздану сияқты процестерді қамтиды және E1, E2 немесе E1cB реакциялық механизмі бойынша жүреді. Алмастыру реакцияларынуклеофилді алифаттық алмастыру SN1, SN2 және SNi реакциялық механизмдеріменнуклеофилді ароматтық алмастырунуклеофилді ацилді алмастыруэлектрофильді алмастыруэлектрофильді ароматтық алмастырурадикалды алмастыруОрганикалық тотығу-тотықсыздану реакцияларыорганикалық қосылыстарға тән тотығу-тотықсыздану реакциялары болып табылады және өте жиі кездеседі. Қайта құрылымдану реакциялары1,2 қайта құрылымдануперициклдік реакцияларметатез Конденсация реакцияларында екі реактив химиялық реакцияда біріккенде, әдетте су болатын кішкентай молекула бөлінеді. Су реакцияда тұтынылғанда, кері реакция гидролиз деп аталады. Көптеген полимерлеу реакциялары органикалық реакциялардың нәтижесінде пайда болады. Олар қосылу полимерлендіру және сатылап өсу полимерлендіруге бөлінеді. Жалпы, реакция механизмдерінің қадамдық прогресін көрсету үшін, электрондардың бастапқы материалдардан аралық заттар мен өнімдерге өтуін бақылауға арналған иілген жебелерді қолданатын жебе итеру әдістері қолданылады.

Басқа жіктеу

Гетероциклді химияда органикалық реакциялар сақина мөлшері және гетероатом түріне қарай, түзілген гетероцикл түрі бойынша жіктеледі. Мысалы, индол химиясын қараңыз. Реакциялар көміртектік қаңқаның өзгеруіне қарай да жіктеледі. Мысалдар: сақинаның кеңеюі және тарылуы, гомологация реакциялары, полимерлендіру реакциялары, енгізу реакциялары, сақина ашылу реакциялары және сақина жабылу реакциялары. Органикалық реакциялар қатысатын элементке байланысты көміртекке байланыстың түріне қарай да жіктелуі мүмкін. Органосилиций химиясында, органокүкірт химиясында, органофосфор химиясында және органофтор химиясында одан да көп реакциялар кездеседі. Көміртекті-металл байланыстарының пайда болуымен бұл сала органометалл химиясына өтеді.