6: مروری بر واکنش های آلی
- Page ID
- 215587
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)پس از اتمام فصل 6، باید بتوانید
- اهداف دقیق ذکر شده در هر بخش را انجام دهید.
- الگوی قطبیت را در گروه های عملکردی مشترک شناسایی کنید و اهمیت توانایی انجام این کار را توضیح دهید.
- تفاوت های اساسی بین واکنش های قطبی و رادیکال را توصیف کنید و یک واکنش داده شده را به یکی از این دو دسته اختصاص دهید.
- بحث در مورد چگونگی عوامل جنبشی و ترمودینامیکی میزان و میزان واکنش شیمیایی را تعیین می کند.
- از انرژی های تفکیک پیوند برای محاسبه ΔH° واکنش های ساده استفاده کنید و بالعکس.
- رسم و تفسیر نمودار انرژی واکنش.
- تعریف و استفاده در متن، اصطلاحات کلیدی جدید.
این فصل طراحی شده است تا مقدمه ای ملایم به موضوع مکانیسم های واکنش ارائه دهد. دو نوع واکنش معرفی می شود: واکنش های قطبی و واکنش های رادیکال. این فصل به طور خلاصه تعدادی از موضوعاتی را که باید با آنها آشنا باشید، از جمله نرخ ها و تعادل ها، ترمودینامیک ابتدایی و انرژی های تفکیک پیوند، مرور می کند. شما باید یک دانش کار از این موضوعات برای به دست آوردن یک درک کامل از مکانیسم واکنش آلی داشته باشد. نمودارهای انرژی واکنش برای نشان دادن تغییرات انرژی که در طول واکنش های شیمیایی رخ می دهد و برای تأکید بر تفاوت بین یک واکنش میانی و یک حالت انتقال استفاده می شود.
- ۶.۱: چرا این فصل؟
- برای درک هر دو شیمی آلی و بیولوژیکی، لازم است که نه تنها بدانیم چه اتفاقی می افتد، بلکه باید بدانیم که چرا و چگونه واکنش های شیمیایی رخ می دهد. در این فصل، ما با یک مرور کلی از انواع اساسی واکنش های آلی شروع خواهیم کرد، خواهیم دید که چرا واکنش ها رخ می دهند و خواهیم دید که چگونه واکنش ها را می توان توصیف کرد. هنگامی که این پیشینه از راه خارج شد، ما آماده خواهیم بود تا در فصل های آینده جزئیات شیمی آلی را مطالعه کنیم.
- 6.2: انواع واکنش های آلی
- اگر هر کتاب درسی ارگانیک را اسکن کنید، با واکنش های بسیار زیاد و اغلب ترسناک روبرو خواهید شد. اینها «ابزار» یک شیمیدان هستند و برای استفاده موثر از این ابزارها، ما باید آنها را به شیوه ای معقول سازماندهی کنیم و به دنبال الگوهای واکنش پذیری باشیم که به ما اجازه می دهد پیش بینی های قابل قبول را انجام دهیم. بیشتر این واکنشها در مکانهای خاصی از واکنشپذیری رخ میدهند که به عنوان گروههای کارکردی شناخته میشوند و این یک طرح سازمانی را تشکیل میدهند که به ما کمک میکند واکنشها را فهرست و به خاطر بسپاریم.
- 6.3: چگونه واکنش های آلی رخ می دهد - مکانیسم
- با نگاهی به انواع واکنش هایی که اتفاق می افتد، بیایید ببینیم که چگونه رخ می دهند. یک توصیف کلی از چگونگی رخ دادن یک واکنش، مکانیسم واکنش نامیده می شود. یک مکانیزم به طور دقیق توصیف می کند که در هر مرحله از یک تحول شیمیایی چه اتفاقی می افتد - کدام پیوندها شکسته می شوند و به چه ترتیب، کدام پیوندها و به چه ترتیب تشکیل می شوند و نرخ نسبی برای هر مرحله چقدر است. یک مکانیسم کامل همچنین باید تمام واکنش دهنده های مورد استفاده و تمام محصولات تشکیل شده را در نظر بگیرد.
- 6.4: واکنش های قطبی
- واکنش های قطبی به دلیل جاذبه الکتریکی بین مراکز قطبی مثبت و قطبی منفی روی گروه های عاملی در مولکول ها رخ می دهد. بیشتر ترکیبات آلی از نظر الکتریکی خنثی هستند. آنها هیچ بار خالصی ندارند، چه مثبت و چه منفی. با این حال، پیوندهای خاصی در یک مولکول، به ویژه پیوندهای موجود در گروه های عاملی، قطبی هستند، که نتیجه توزیع الکترون نامتقارن در یک پیوند به دلیل تفاوت الکترونگاتیوی اتم های پیوند خورده است.
- 6.5: نمونه ای از واکنش قطبی - افزودن HBr به اتیلن
- این صفحه به واکنش پیوند دوگانه کربن-کربن در آلکنهایی مانند اتن با هالیدهای هیدروژن مانند کلرید هیدروژن و برمید هیدروژن میپردازد. آلکن های متقارن (مانند اتین یا اما 2-ene) ابتدا مورد بررسی قرار می گیرند. اینها آلکن هایی هستند که گروه های یکسان به هر انتهای پیوند دوگانه کربن-کربن متصل می شوند.
- 6.6: استفاده از فلش های منحنی در مکانیسم های واکنش قطبی
- درک مکان الکترون ها و توانایی کشیدن فلش های منحنی که مکانیسم هایی را نشان می دهند که واکنش ها رخ می دهد، یکی از مهمترین ابزارها برای یادگیری شیمی آلی است زیرا آنها به شما امکان می دهند درک کنید که چه چیزی واکنش ها را کنترل می کند و چگونه واکنش ها ادامه می یابد.
- 6.7: واکنش های رادیکال
- به دلیل واکنش پذیری بالا، رادیکال های آزاد این پتانسیل را دارند که هم ابزار شیمیایی بسیار قدرتمند و هم آلاینده های بسیار مضر باشند. بخش عمده ای از قدرت گونه های رادیکال آزاد ناشی از تمایل طبیعی فرآیندهای رادیکال است که در یک مد واکنش زنجیره ای رخ می دهد. واکنش های زنجیره ای رادیکال دارای سه مرحله متمایز هستند: شروع، انتشار و خاتمه.
- 6.8: توصیف یک واکنش - تعادل، نرخ ها و تغییرات انرژی
- هر واکنش شیمیایی می تواند در جهت رو به جلو یا معکوس حرکت کند. واکنش دهنده ها می توانند به سمت محصولات بروند و محصولات می توانند به واکنش دهنده ها بازگردند. همانطور که ممکن است از دوره شیمی عمومی خود به یاد داشته باشید، موقعیت تعادل شیمیایی حاصل از معادله ای بیان می شود که در آن Keq، ثابت تعادل، برابر است با غلظت های محصول ضرب شده با هم، تقسیم بر غلظت های واکنش دهنده ضرب شده با یکدیگر، با هر غلظت به قدرت ضریب آن افزایش می یابد.
- 6.9: توصیف یک واکنش - انرژی های تفکیک باند
- ما فقط دیده ایم که گرما آزاد می شود (ΔH منفی) هنگامی که یک پیوند تشکیل می شود، زیرا محصولات پایدارتر هستند و پیوندهای قوی تری نسبت به واکنش دهنده ها دارند. برعکس، هنگامی که یک پیوند شکسته می شود، گرما جذب می شود (ΔH مثبت) زیرا محصولات پایداری کمتری دارند و پیوندهای ضعیف تری نسبت به واکنش دهنده ها دارند. مقدار انرژی مورد نیاز برای شکستن یک پیوند داده شده برای تولید دو قطعه رادیکال زمانی که مولکول در فاز گاز در دمای 25 درجه سانتیگراد است، کمیتی است که استحکام پیوند یا انرژی تفکیک پیوند نامیده می شود.
- 6.10: توصیف یک واکنش - نمودارهای انرژی و حالت های انتقال
- وقتی در مورد ترمودینامیک یک واکنش صحبت می کنیم، به تفاوت انرژی بین واکنش دهنده ها و محصولات می پردازیم و اینکه آیا یک واکنش «سراشیبی» (اگزرگونیک، آزاد کننده انرژی) یا «سربالایی (endergonic، جذب انرژی) است. از طرف دیگر، وقتی در مورد سینتیک صحبت می کنیم، صرف نظر از اینکه از نظر ترمودینامیکی سربالایی باشد یا سراشیبی، نگران سرعت واکنش هستیم.
- 6.11: توصیف یک واکنش- واسطه
- بسیاری از واکنش های آلی مهم در یک مرحله رخ نمی دهند؛ بلکه آنها مجموع دو یا چند گام تشکیل دهنده پیوند یا شکستن پیوند هستند و شامل گونه های واسطه ای گذرا هستند که خیلی سریع واکنش نشان می دهند.
- 6.12: مقایسه بین واکنش های بیولوژیکی و واکنش های آزمایشگاهی
- برخی واکنش هایی که در شیمی آزمایشگاهی مهم هستند هنوز در طبیعت رخ نمی دهند و برخی دیگر که همتایان خود را در مسیرهای بیولوژیکی دارند. در مقایسه واکنشهای آزمایشگاهی با واکنشهای زیستی، تفاوتهای متعددی آشکار است. برای یک، واکنش های آزمایشگاهی معمولاً در یک حلال آلی مانند دی اتیل اتر یا دی کلرومتان انجام می شود تا واکنش دهنده ها را حل کرده و در تماس قرار دهند، در حالی که واکنش های بیولوژیکی در محیط آبی درون سلول ها رخ می دهد.
- 6.13: مواد شیمیایی - مواد مخدر از کجا می آیند؟
- تخمین زده می شود که شرکت های بزرگ دارویی در ایالات متحده حدود 200 میلیارد دلار برای تحقیق و توسعه دارو در سال 2020 هزینه کرده اند، در حالی که آژانس های دولتی و بنیادهای خصوصی 28 میلیارد دلار دیگر هزینه کرده اند. این پول چی میخره؟ از سال 1983 تا 2022، این پول در مجموع 1237 نهاد مولکولی جدید (NMEs) - مواد شیمیایی فعال بیولوژیکی جدید که برای فروش به عنوان دارو توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) تأیید شده است، منجر شد.
- 6.15: خلاصه
- این خلاصه انواع واکنش های آلی کلیدی، از جمله واکنش های افزودن، حذف، جایگزینی و بازآرایی را برجسته می کند. این بر اهمیت درک مکانیسم های واکنش، نقش گروه های عملکردی و نحوه تأثیر ساختار مولکولی بر واکنش تأکید می کند. این فصل همچنین مفاهیمی مانند پروفایل انرژی واکنش و اهمیت کاتالیزورها در افزایش سرعت واکنش را معرفی می کند. به طور کلی، این یک مرور کلی اساسی برای مطالعه شیمی آلی فراهم می کند.