Реагент – частица (радикал, ион, молекула), атакующая реакционный центр субстрата. Понятия «субстрат» и «реагент» условны и во многих случаях их можно поменять местами.

Классификация реагентов представлена в табл. 9.

В реакциях, сопровождающихся гетеролитическим разрывом связи, реагент обычно или отдает электронную пару субстрату, или принимает ее. Реагенты, которые отдают электронную пару называют нуклеофилами, а их реакции – нуклеофильными. Электрофильныереагенты (электрофилы) – реагенты, которые принимают электронную пару для образования связи с субстратом. Их реакции называют электрофильными.

При расщеплении молекулы субстрата часть ее, не содержащую атома углерода, называют уходящей группой. Уходящую с электронной парой группу называют нуклеофугом, а группу, уходящую без электронной пары, – электрофугом.

При гомолитическом разрыве связи реагент предоставляет субстрату неспаренный электрон для образования связи, т. е. является радикалом или атомом.

1. 
   Типы органических реакций и их механизмы
   

2.1. Классификация органических реакций. Ппроводится по различным признакам: по характеру разрыва связей; по типу превращения субстрата; по типу активирования; по числу частиц, принимающих участие в стадии, определяющей скорость .

2.1.1. По характеру разрыва связей реакции подразделяют на радикальные, ионные и согласованные.

Гомолитическая (радикальная) реакция – реакция, протекающая с участием радикалов, которые образуются при гомолитическом разрыве связей. Свободный радикал (радикал) – частица, имеющая неспаренный валентный электрон.



Гомолитические реакции характерны для неполярных реагентов, их протеканию способствует высокая температура, УФ облучение, присутствие перекисных соединений как инициаторов радикальных процессов.

Ионные реакции протекают при гетеролитическом разрыве связей. При этом образуются электрофильные и нуклеофильные частицы:



Ионнные реакции характерны для полярных соединений, их протеканию способствуют полярные апротонные и протонные растворители и катализаторы, в качестве которых зачастую выступают кислоты или основания.

---

Согласованные (синхронные) реакции – реакции, в которых разрыв старых и образование новых связей происходит одновременно без участия радикальных или ионных частиц. Такие реакции протекают через циклическое переходное состояние.



Эти реакции называют перициклическими.

В зависимости от строения реагентов, участвующих в создании циклического переходного состояния, протеканию этих реакций способствуют или нагревание, или УФ облучение.

2.1.2. По типу превращения субстрата реакции делят на следующие типы: реакции замещения (символ S от англ. substitution) – реакции, в которых атом либо группа атомов в субстрате замещается на другой атом либо группу атомов. Замещение в зависимости от атакующего реагента может быть радикальное, электрофильное или нуклеофильное и обозначается, соответственно, символами S_R, S_E и S_N.

Реакции присоединения (символ A от англ. addition) – реакции, в которых реагент присоединяется по месту разрыва кратной связи субстрата. Эти реакции также могут происходить по радикальному или ионному механизмам и обозначаются как A_R, A_E или A_N.

Реакции отщепления или элиминирования (символ Е от англ. elimination) – реакции, в которых от субстрата отщепляется молекула или частица. По направлению обратны реакциям присоединения:



Эти реакции могут происходить либо по гетеролитическому, либо по согласованному механизму, а вот свободнорадикальное элиминирование наблюдается крайне редко. При гетеролитическом отщеплении группы Х и Y могут уходить как последовательно, так и одновременно, при этом возможно их объединение.

Перициклические реакции – реакции, в которых образование новых связей происходит согласованно с перераспределением π-связей внутри циклического переходного состояния:



Окислительно-восстановительные реакции – это реакции, в ходе которых меняется степень окисления у реакционного центра. Окисление органического соединения сопровождается переходом электронов от него к реагенту, а восстановление, наоборот, переходом электронов к органическому субстрату.

Окисление органических соединений – это процесс удаления водорода с образованием кратной связи или связи с более электроотрицательным атомом. При восстановлении протекают обратные процессы. Окислительно-восстановительный переход от метана к диоксиду углерода отражает последовательность окисления атома углерода в органических соединениях:

---

2.1.3. По типу активирования реакции разделяют на каталитические и некаталитические.

Некаталитические реакции протекают без катализатора. Эти реакции ускоряются при нагревании и их называют термическими.

Каталитические реакции требуют присутствия катализатора. Катализ – явление, состоящее в том, что присутствие в системе какого-либо вещества (катализатора) вызывает или ускоряет протекание химической реакции. Катализатор – вещество, которое участвует в химической реакции и увеличивает ее скорость, но при этом общее количество этого вещества не изменяется, т. е. катализатор остается в неизменном виде и количестве. Гетерогенный катализ – процесс, в котором реакция протекает на поверхности раздела фаз, образуемой катализатором и реагентом. Гомогенный катализ – процесс, в котором катализатор находится в молекулярно-дисперсном состоянии и равномерно распределен во всем объеме жидкой или газовой фазы. Если в качестве катализатора выступает кислота, говорят о кислотном катализе, а если основание – об основном катализе.

Фотохимические реакции – реакции, инициируемые облучением светом. Для обозначения фотохимической активации реакции применяют обозначение hv.

2.1.4. По числу частиц, принимающих участие в стадии, определяющей скорость, органические реакции подразделяют на мономолекулярные, бимолекулярные и тримолекулярные. Молекулярность реакциихарактеризует число частиц, участвующих в элементарном акте или необходимых для образования переходного состояния.

2. 
   Механизм реакции А_Е (в общем виде). Кислотный катализ.
   

Ката́лиз (греч. κατάλυσις восходит к καταλύειν — разрушение) — избирательное ускорение одного из возможных термодинамически разрешенных направлений химической реакции под действием катализатора(ов), который многократно вступает в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливает свой химический состав после каждого цикла промежуточных химических взаимодействий.^[1]

Термин «катализ» был введён в 1835 году шведским учёным Йёнсом Якобом Берцелиусом.

Явление катализа распространено в природе (большинство процессов, происходящих в живых организмах, являются каталитическими) и широко используется в технике (в нефтепереработке и нефтехимии

---

, в производстве серной кислоты, аммиака, азотной кислоты и др.). Большая часть всех промышленных реакций — каталитические.

Случай, когда катализатором является один из продуктов реакции или её исходных веществ, называют автокатализом.

• 
  
  

Основные принципы катализа[

Катализатор изменяет механизм реакции на энергетически более выгодный, то есть снижает энергию активации. Катализатор образует с молекулой одного из реагентов промежуточное соединение, в котором ослаблены химические связи. Это облегчает его реакцию со вторым реагентом. Важно отметить, что катализаторы ускоряют обратимые реакции как в прямом, так и в обратном направлениях. Поэтому они не смещают химическое равновесие^[2].

Типы катализа[

По влиянию на скорость реакции катализ многие источники делят на положительный (скорость реакции растет) и отрицательный (скорость реакции падает). В последнем случае происходит процесс ингибирования, который нельзя считать 'отрицательным катализом', поскольку ингибитор в ходе реакции расходуется.

Катализ бывает гомогенным и гетерогенным (контактным). В гомогенном катализе катализатор состоит в той же фазе, что и реактивы реакции, в то время, как гетерогенные катализаторы отличаются фазой.

Гомогенный катализ[править | править вики-текст]

Примером гомогенного катализа является разложение пероксида водорода в присутствии ионов йода. Реакция протекает в две стадии:

H₂О₂ + I → H₂О + IO

H₂О₂ + IO → H₂О + О₂ + I

При гомогенном катализе действие катализатора связано с тем, что он вступает во взаимодействие с реагирующими веществами с образованием промежуточных соединений, это приводит к снижению энергии активации.

Гетерогенный катализ[

При гетерогенном катализе ускорение процесса обычно происходит на поверхности твердого тела — катализатора, поэтому активность катализатора зависит от величины и свойств его поверхности. На практике катализатор обычно наносят на твердый пористый носитель.

Механизм гетерогенного катализа сложнее, чем у гомогенного. Механизм гетерогенного катализа включает пять стадий, причем все они обратимы.

1. 
   Диффузия реагирующих веществ к поверхности твердого вещества
   
2. 
   Физическая адсорбция на активных центрах поверхности твердого вещества реагирующих молекул и затем хемосорбция их
   
3. 
   Химическая реакция между реагирующими молекулами
   
4. 
   Десорбция продуктов с поверхности катализатора
   
5. 
   Диффузия продукта с поверхности катализатора в общий поток
   

---

Примером гетерогенного катализа является окисление SO₂ в SO₃ на катализаторе V₂O₅ при производстве серной кислоты (контактный метод).

Течение реакции именно на поверхности катализатора можно продемонстрировать на опыте, в котором пластинку из платины нагревают в пламени газовой горелки, затем пламя тушат и пускают на пластинку струю газа из горелки, при этом пластинка снова раскаляется докрасна — окисление метана происходит на поверхности металла^[3].

Носитель катализатора[
Металлическая платина (показана стрелками), стабилизированная на носителе — оксиде алюминия

Носитель катализатора, иначе подложка (катализатора) (англ. carrier или support) — инертный или малоактивный материал, служащий для стабилизации на его поверхности частиц активной каталитической фазы.

Роль носителя в гетерогенном катализе состоит в предотвращении агломерации или спекания активного компонента, что позволяет поддерживать высокую площадь контакта активного вещества (см. активная каталитическая фаза) и реагентов. Количество носителя, как правило, гораздо больше количества нанесенного на него активного компонента. Основными требованиями к носителям являются большая площадь поверхности и пористость, термическая стабильность, химическая инертность, высокая механическая прочность. В ряде случаев носитель влияет на свойства активной фазы (эффект «сильного взаимодействия металл-носитель»). В качестве носителей применяют как природные (глины, пемза, диатомит, асбест и др.), так и синтетические материалы (активные угли, силикагель, алюмосиликаты, оксиды алюминия, магния, циркония и др.)^[4].

Химия катализа[

Химия катализа изучает вещества, изменяющие скорость химических реакций. Вещества, замедляющие реакции, называются ингибиторами.Ферменты — это биологические катализаторы. Катализатор не находится в стехиометрических отношениях с продуктами и регенерируется после каждого цикла превращения реагентов в продукты. Несмотря на появление новых способов активации молекул (плазмохимия, радиационное и лазерное воздействия и другие), катализ − основа химических производств (относительная доля каталитических процессов составляет 80-90 %).
Ответьте на тесты:

1. В теории Бренстеда – Лоури атом соединенный, с отщепляемым протоном называется

---

Смотрите также файлы

• Медь один из семи металлов, известных с глубокой древности. Переходный период от каменного к бронзовому веку (4 3е тысячелетие до н э.) назывался медным веком.docx

• Тема Виды налогов. Сущность прямых и косвенных налогов. Выполнена работу студентка сувр2231з Еремина Виктория.pptx

• Письменное деление на двузначное число. Закрепление.docx

• Практической работы 47 Проектирование процесса закачки воды.docx

• Археология.docx