TIPURI DE REACTII ALECOMPUSILOR ORGANICICOMPUSILOR ORGANICI

CRITERII DE CLASIFICARE A REACŢIILOR CHIMICE ALE COMPUŞILOR ORGANICI

Natura grupei functionale

introdusa sau eliminata

Natura produsilor obtinuti

Mecanismde reactie

Naturatransformarii

TIPURI DE REACTII CHIMICE ALE COMPUSILOR ORGANICIAcilare Aceatlizare Homolitice Substitutie

Alchilare Aldolizare Heterolitice AditieCarboxilare Cetolizare EliminareCianurare Crotonizare Transpozitie

Decarboxilare EsterificareDecarboxilare EsterificareDehidrogenare EterificareDeshidratare SaponificareHalogenare OxidareHidrogenare Ozonizare

MetilareNitrare

Sulfonare

1. REACTII NOMINALIZATE PRIN GRUPE FUNCTIONALE

Introducerea sau eliminarea unei grupe functionale in molecula unui compus organic se realizeaza prin urmatoarele tipuri de reactii:

a) Reactia de acilare : se introduce radicalul acil (R – CO -)in locul un ui atom de H

Agenti de acilare : substante care contin radicalul acil.

De exemplu: cloruri acide (R – COCl), anhidride acide (R – CO – O – CO – R), acizicarboxilici (R – COOH), esteri (R – COOR).

Clase de compusi care pot fi supusi acilarii Compus i organici rezultatiDenumire Formula chimica generala Denumire Formula chimica generala

Hidrocarburi aromatice

Ar – H Cetone aromatice Ar – CO – R aromaticeDerivati

halogenati aromaticiX – Ar – H Halogenocetone aromatice X – Ar – CO – R

Fenoli HO – Ar – H Hidroxicetonearomatice

HO – Ar – CO - R

Alchene R – CH=CH2 Cetone α, β nesaturate

R – CH=CH – CO – R

Alchine R – C≡CH Cetone α, β nesaturate

R – C≡C – CO – R

Alcooli R – OH Esteri alifatici R – O – CO – R Fenoli Ar – OH Esteri micsti sau aromatici Ar – O – CO – R Amine R – NH2 Amine acilate

(amide substituite la azot)R – NH – CO – R

b) Reactia de alchilare : se introduce un radical alchil, Alk, in locul unui atom de hidrogen

Agenti de alchilare : derivatii halogenati, alchenele, alcoolii si sulf atii de alchil

Clase de compusi care pot fi supusi alchilarii

Compusi organic rezultati

Denumire Formula chimicagenerala

Denumire Formula chimica generala

HidrocarburiAromatice

Ar – H Arene alchilate Ar – AlkAromatice

Amine R – NH2 Amine alchilate

1.Secundare R – NH – Alk

2.Tertiare R – NAlk2

3.Saruri cuaternare de aminiu

R – NAlk3]+X-

Fenoli Ar – OH Eteri micsti Ar – O – Alk

c) Reactia de carboxilare : se introduce grupa functionala carboxil, -COOH.

Agentul de carboxilare : dioxidul de carbon

d) Reactia de cianurare : se introduce grupa functionala cian, -CN.

Clase de compusi care pot fi supusi carboxilarii

Compusi organicI rezultati

Denumire Formula chimica generala

Denumire Formula chimica generala

Compusiorganomagnezieni

R –CH–MgX Acizi carboxilici

R – COOH

Fenoxizi, in mediuacid

Ar – O-M+ Acizifenolici

HO – Ar – COOH

d) Reactia de cianurare : se introduce grupa functionala cian, -CN.

Agentul de cianurare : acid cianhidric (HCN) sau saruri ale acidului cia nhidric

Clase de compusi care pot fi supusi cianurarii Comp usi organici rezultatiDenumire Formula chimica generala Denumire Formula ch imica generala

Derivati halogenati R –X Nitrili R – CN

Acetilena HC≡CH Cianura de vinil (acrilonitril)

H2C=CH – CN

Compusicarbonilici

R – CHO Cianhidrine R – CH – OH │

CN

e) Reactia de decarboxilare : se indeparteaza grupa carboxil, -COOH, din molecul a unui acid carboxilic.

R – CH2 – COOH R – CH3 + CO2

f) Reactia de dehidrogenare : se indeparteaza una sau mai multe perechi de atomi d e hidrogen din molecula unui compus organic.

Rezulta un compus nesaturat sau un compus cu un gra d de nesaturare mai mare decat cel al compusului initial.

Reactia are loc la temperaturi ridicate (450 - 600ºC ) si in prezenta catalizatorilor.

Clase de compusi care pot fi supusidehidrogenarii

Compusi organici rezultati

Denumire Formula chimica generala Denumire Formula chimica generalaDenumire Formula chimica generala Denumire Formula chimica generalaAlcani inferiori R – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 Alchene

DieneR – CH2 – CH2 – CH=CH2

R – CH=CH – CH=CH2

Alcani cu C6, C7, C8

R – (CH2)n – CH3 Arene

Cicloalcani Arene

Alcooli primari R – CH2 – OH Aldehide R – CHOAlcooli secundari R – CH(OH) – R Cetone R – CO – R

g) Reactia de dehidrohalogenare : se indeparteaza o molecula de hidracid dintr-un der ivat halogenat, rezultand un compus nesaturat.

Reactia are loc in prezenta bazelor minerale sau or ganice in mediu alcoolic.

Ecuatia generala a unei reactii de dehidrohalogenar e este :

R – CH2 – CH2 – X R – CH = CH2 + HX

h) Reactia de deshidratare : se indeparteaza o molecula de apa din compusii org anici cu functiuni hidroxilice.

Deshidratarea poate fi intramoleculara sau intermol eculara si are loc dupa caz, in cataliza acida sau in prezenta unor oxizi.

Clase de compusi care pot fi supusideshidratarii

Compusi organici rezultatideshidratarii

Denumire Formula chimica generala Denumire Formula chim ica generalaDeshidratare intramoleculara

Alcooli R – CH2 – CH2 – OH Alchene R – CH=CH2

Dioli R – CH(OH) – CH(OH) – R Compusi carbonilici

R – CO – CH2 – R

Aldoli R – CH(OH) – CH2 – CHO Aldehidecrotonice

R – CH=CH – CHO

Cetoli R – CH(OH) – CH2 – CO – R Cetonecrotonice

R – CH=CH – CO – R

Oxime R – CH=N – OH Nitrili R – CNAmide R – CONH2 Nitrili R – CN

Deshidratare intermolecularaAlcooli R – CH2 – HO Eteri R – CH2 – O – CH2 – R

Acizi carboxilici R – COOH Anhidride R – CO – O – CO – R

i) Reacţia de halogenare : se introduc unul sau mai multi atomi de halogen (X 2 ) intr-o molecula organica . Cu exceptia florului care se introduce indirect, ceilalti halogeni se introduc direct.

În func ţie de natura substratului şi a reactantului reac ţiile de halogenare pot s ă fie de substitu ţie sau de adi ţie:

-reactii de substitutie

H2C CH2

+Cl Cl

H2C CH2

Cl Cl

- reactii de aditie

Clase de compusi care pot fi supusi halogenarii

Agent de halogenare

Compusi organici rezultati

Denumire Formula generala Formula generalaSubstitutie

Alcani R – CH3

X2

(X = Cl, Br)

R – CH2XR – CHX2

R – CX3

Arene fara catena laterala

Ar – H Ar – X

Arene cucatena laterala

Ar – CH2 – R Ar – CHX – Rcatena lateralaAcizi carboxilici R – CH2 – COOH R – CHX – COOH

AditieAlchene R – CH=CH2 X2

(X = Cl, Br)R – CHX – CH2X

Alchine R – C≡CH R – CHX=CH2XArene C6H6 Cl2 C6H6Cl6

Alchene R – CH=CH2 HX(X = Cl, Br, I)

R – CHX – CH3

Alchine R – C≡CH R – CX2 – CH3

Transformarea unor grupari functionaleAlcooli R – CH2 – OH HX

(X = Cl, Br, I)R – CH2 – X

Acizi carboxilici R – COOH PCl5 R – CO – Cl

j) Reactia de hidrogenare : se introduce hidrogen in molecula unui compus org anic nesaturat, prin reatii de aditie la legatura dubla sau tripla.Procesul decurge in conditii catalitice; Catalizatori: metalele fin divizate (Ni, Pt, Pd), N ichel Raney (aliaj de aluminiu si nichel), hidrura de litiu, sodiu in amoniac lichid etc.

Clase de compusi care pot fi supusi hidrogenarii

Agent de hidrogenare

Compusi organici rezultati

Denumire Formula FormulaAlchene R – CH=CH R – CH – CH

H2

Alchene R – CH=CH2 R – CH2 – CH3

Alchine R – HC≡CH R – CH=CH2 → R – CH2 – CH3

Diene R – CH=CH – CH=CH2 R – CH2–CH2 – CH=CH2 →R – (CH2)4 – R

Arene C6H6 C6H12

Grasimi nesaturate

Grasimi saturate

k) Reactia de nitrare : se introduc una sau mai multe grupari nitro- (-NO 2) intr-o molecula organica.

Agenti de nitrare: oxizi de azot (N 2O4, N2O5), nitroclorura, HNO 3 , amestec sulfonitric

Clase de compusi care pot fi supusi nitrarii Agent de nitrare Compusi organici rezultati

Denumire Formula Formula

Alcani R – H HNO3 dil R – NO2

Arene Ar – H HNO3 + H2SO4 Ar – NO2

Derivati halogenati C6H5 – X HNO3 + H2SO4 O2N – C6H4 – X (o,p)Derivati halogenati aromatici

C6H5 – X HNO3 + H2SO4 O2N – C6H4 – X (o,p)

Fenoli C6H5 - OH HNO3 O2N – C6H4 – OH (o,p)

Compusi carbonilici aromatici

C6H5 – CHO HNO3 O2N – C6H4 – CHO (m)

Acizi carboxilici aromatici

C6H5 – COOH HNO3 O2N – C6H4 – COOH (m)

l) Reactia de sulfonare : se introduce o grupare sulfonica (-SO 3H) intr-o molecula organica,- fie prin actiunea acidului sulfuric asupra hidrocar burilor sau a unor derivati ai acestora- fie prin actiunea sulfitilor asupra unor molecule organice.

Clase de compusi care pot fi supusi sulfonarii

Agent de sulfonare

Compusi organici rezultati

Denumire Formula Formula

Alchene R – CH=CH2 NaHSO3 R – CH2 – CH2 - SO3Na

Arene C6H6 H2SO4 C6H5 – SO3H

Derivati halogenati R – CH2 – X Na2SO3 R – CH2 – SO3Na

Fenoli C6H5 - OH H2SO4 HO3S – C6H4 – OH (o,p)

Amine aromatice C6H5 – NH2 H2SO4 HO3S – C6H4 – NH2 (p)

Acizi carboxilici aromatici

C6H5 – COOH H2SO4 HO3S – C6H4 – COOH (m)

2. REACTII NOMINALIZATE PRIN PRODUSII OBTINUTICele mai importante: reactiile de acetalizare, aldo lizare, cetolizare, crotonizare, esterificare, eterificare, de saponificare si de o zonizare.

a) Reactia de acetalizare : procesul prin care se obtine un acetal, cu formu la generala:

in care R si R‘ pot fi identici sau diferiti.

Reactia de acetalizare are loc intre o aldehida si un alcool.Decurge in doua etape: formarea semiacetalului (ins tabil) si formarea acetalului.

Prin acetalizarea intramoleculara rezulta semiacetali st abili cu structura ciclica.Exemplu: glucoza in solutie apoasa formeaza semiacetali ciclici sta bili (glucofuranoza siglucopiranoza) prin aditia hidrogenului de la gruparea hid roxil din pozitia 4 sau 5 lagruparea aldehida.

b) Reactia de cetalizare intermoleculara nu are loc direct, dar cea intramoleculara serealizeaza direct cu formarea unor semicetali; are loc intre o cetona si un alcol

Exemplu: cetalizarea fructozei se realizeaza prin aditia h idrogenului de la grupareahidroxil din pozitia 5 sau 6 la gruparea fuctionala cetona, c u formarea de fructopirazonasi fructofurazona.

c) Reactia de aldolizare : procesul chimic prin care se obtine un aldol.

Reactia are loc intre 2 molecule de aldehida , identice sau diferite, si se bazeaza pe aditiaunei molecule, componenta metilenica , prin gruparea sa metilenica din pozitia α, la dublalegatura a functiunii carbonil a celeilalte molecule, componenta carbonilica .

d) Reactia de cetolizare , prin care se obtine un cetol, are loc intre 2 molecule de cetona.

Se bazeaza pe aditia unei molecule de cetona, componenta metilenica , prin gruparea sa metilenica, la dubla legatura a gruparii carbonil a celei de a doua molecule, componenta carbonilica .

e) Reactia de crotonizare : conduce la aldehide sau cetone α, β nesaturate .

Crotonizarea decurge pe calea deshidratarii in medi u acid a aldolilor sau cetolilor:Crotonizarea decurge pe calea deshidratarii in medi u acid a aldolilor sau cetolilor:

f) Reactia de esterificare : are loc intre un acid si un alcool.

Esterii se clasifica in esteri ai acizilor anorganici si esteri ai acizilor organici .

Esterii acizilor anorganici se pot obtine si prin a ctiunea derivatilor functionali ai acizilor carboxilici (cloruri acide, anhidride acide) asupra alcoolilor. Cei mai cunocuti esteri ai acizilor anorganici sunt cei ai acizilor sulfuric, azotic si fosforic:

R – OH + H2SO4 R – O – SO3H + H2O

R – OH + HNO3 R – O – NO2 + H2O

R – OH + H3PO4 R – O – PO3H2 + H2O

Reactia de esterificare se poate realiza si pe cale a aditiei la alchene sau alchine a acizilor minerali sau carboxilici:

CH 2 = CH2 + H2SO4 CH3 – CH2 – SO3/H

CH ≡ CH + CH3 – COOH CH2 = CH – O – CO – CH3

g) Reactia de eterificare : conduce la formarea de eteri, R – O – R, cu radicali i dentici sau diferiti. Se poate realiza prin 2 procedee:

• deshidratarea intermoleculara, in cataliza acida, a alcoolilor; daca la reactie pa rticipa 2 alcooli diferiti se obtin 3 eteri:

H+ CH3 – O – CH2 – CH3CH3 – OH + CH3 – CH2 – OH CH3 – O – CH3

H2O CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3

• alchilarea cu derivati halogenati a alcoxizilor sau fenoxizilor:

CH3 – ONa + CH3 – Cl CH3 – O – CH3 + NaClC6 H5 – ONa + C2H5 – Cl C6/H5 – O – C2H5 + NaCl

h) Reactia de saponificare : procesul prin care se realizeaza scindarea unei grasimi in glicerina (glicerol) si saruri ale acizilor grasi c orespunzatori.

Reactia are loc in prezenta unei baze tari (NaOH, KOH) si se nu meste reactie desaponificare deoarece sarurile de Na si K ale acizilor grasi rezultati au proprietatitensioactive.

3. MECANISME ALE REACTIILOR COMPUSILOR ORGANICI

Scindarea legaturii covalente.Majoritatea compusilor organici sunt caracterizati prin p rezenta legaturilor covalente intreatomii care formeaza moleculelor.

Decuplarea electronilor participanti la legaturile coval ente simple sau multiple constituieprimul pas in desfasurarea unei reactii chimice.

Fragmentele chimice rezultate, cu reactivitate superioar a moleculelor din care provin, secombina intre ele pentru a forma produsii finali de reactie.

In forma cea mai generala o reactie chimica dintre un compus AB , numit substrat si unIn forma cea mai generala o reactie chimica dintre un compus AB , numit substrat si unreactiv oarecare XY, numit reactant , poate fi formulata astfel:

AB + XY AX + BY

unde , AX si BY sunt produsii finali de reactie, unul principal iar celalat secundar.

Pentru ca fragmentul A din substrat sa se combine cu fragmentul X din reactant trebuie ca cele doua molecule sa se scindeze pentru a elibera cele doua fragmente.

Scindarea legaturii covalente simple . Intr-un substrat oarecare, o legatura simpla se poa te scinda in doua moduri: homolitic si heterolitic .Scindarea homolitica a unei legaturi covalente simple = decuplarea simetrica a electronilor participanti la legatura covalenta σ intermediari radicalici, foarte reactivi.

Scindarea heterolitica a unei legaturi covalente simple = scindare nesimetrica fragmente ionice Unul dintre fragmente va avea un deficit de electro ni =cation , celalalt fragment va avea un electron in plus = anion.

Repartizarea nesimetrica a electronilor participanti la legatura covalenta simpla este dictata Repartizarea nesimetrica a electronilor participanti la legatura covalenta simpla este dictata de caracterul atragator de electroni ( efect inductiv atragator de electroni,– I ) sau respingator de electroni ( efect inductiv respingator de electroni, +I ) al celor 2 fragmente. Fragmentul care exercita efect –I va deveni anion i ar cel care exercita efect +I va devenii cation:

In cazul scindarii heterolitice a unei legaturi cov alente simple C-C, fragmentul cu sarcina pozitiva se numeste carbocation iar cel cu sarcina negativa carbanion. Carbocationii vor prezenta afinitate pentru anioni, iar carbanionii, pentru cationii.

Clasificarea reactantilor

Moleculele reactatului pot suferi scindari homoliti ce sau heterolitice, generand radicali, anioni sau cationi. In functie de densitatea electr olitica pe care o poseda fragmentele rezultate din scindarea reactantilor, acestia se clas ifica in:- reactanti radicalici,- reactanti nucleofili si - reactanti electrofili

Atacul exercitat de cele trei tipuri de reactanti Atacul exercitat de cele trei tipuri de reactanti asupra substratului se va produce numai in stricta concordanta cu caracterul electronic al acestuia.

4. REACŢIILE COMPUŞILOR ORGANICI IN FUNCTIE DE NATURA TRANSFORMARILOR

• 1. Reacţii de substitu ţie:• Reacţii în care un atom sau o grup ă de atomi din substrat sunt înlocuite cu un

atom sau grup ă de atomi din reactant:

• 2. Reacţii de adi ţie:• Reacţii în care la un substrat cu leg ături duble, triple sau cicluri (cu grad de

nesaturare ≥ 1) se leagă atomii sau grupele din reactant ; în cursul reac ţiei deadi ţie gradul de nesaturare scade .adi ţie gradul de nesaturare scade .

• 3. Reacţii de eliminare:• Reacţii în care dintr-un substrat se elimin ă o molecul ă simpl ă cu formarea unei

legături duble sau a unui ciclu ; în cursul reac ţiei gradul de nesaturare cre şte.Reacţiile de eliminare sunt inverse celor de adi ţie.

CH2

H2C

Br

+ 2Na

H2C

H C

CH2 + 2NaBr

• 4. Reacţii de transpozi ţie:• Reacţii în care un substrat sufer ă o serie de transform ări sub influen ţa condi ţiilor de

reac ţie prin care se transform ă într-un izomer al s ău; în cursul reac ţiilor detranspozi ţie are loc o modificare a catenei substratului

CH2 BrH2C