Pe scurt
Reacțiile caracteristice din chimia organică se clasifică în substituție, adiție, eliminare și oxidare, în funcție de modul în care se modifică legăturile chimice. Substituția implică înlocuirea unui atom sau grup funcțional, adiția este specifică compușilor nesaturați, eliminarea este inversul adiției, iar oxidarea presupune creșterea conținutului de oxigen sau scăderea celui de hidrogen. Înțelegerea acestor reacții este fundamentală pentru sinteza organică și pentru rezolvarea problemelor de la Bacalaureat.
Reacția de substituție
Substituția presupune
înlocuirea unui atom sau grup funcțional dintr-o moleculă cu un alt atom sau grup.
- Alcanii reacționează cu halogenii (Cl₂, Br₂) în prezența luminii sau căldurii, formând halogenuri de alchil și acid halogenhidric (mecanism radicalic)
- Compușii aromatici, precum benzenul, suferă substituție electrofilă (nitrare, sulfonare, halogenare) datorită stabilității nucleului aromatic
Exemplu: Monoclorurarea metanului (CH₄) în prezența luminii
- Mecanism radicalic: Cl-Cl → 2 Cl• (fotoliză); Cl• + CH₄ → CH₃• + HCl; CH₃• + Cl₂ → CH₃Cl + Cl•
- Produs principal: clorură de metil (CH₃Cl)
- Ecuația globală: CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl (se poate continua până la CCl₄)
Reacția de adiție
Adiția este
specifică compușilor nesaturați (alchene, alchine). O moleculă mică (H₂, X₂, HX, H₂O) se adaugă la dubla sau tripla legătură, transformând-o în legătură simplă.
- Etena adaugă bromul (Br₂) și formează 1,2-dibrometan (decolorarea apei de brom este o probă de identificare a nesaturării)
- Adiția la alchine poate fi controlată (de exemplu, adiția de HCl la acetilenă produce clorură de vinil, monomer pentru PVC)
Exemplu: Propuna (CH₂=CH-CH₃) reacționează cu HBr
- Conform regulii lui Markovnikov, H se atașează la carbonul mai hidrogenat (CH₂), iar Br la carbonul secundar (CH)
- Produs: 2-bromopropan (CH₃-CHBr-CH₃)
- Ecuația: CH₂=CH-CH₃ + HBr → CH₃-CHBr-CH₃
- În prezența de peroxizi (efectul Kharasch), adiția are loc anti-Markovnikov și se obține 1-bromopropan
Reacția de eliminare
Eliminarea este
inversul adiției: dintr-o moleculă saturată se elimină o moleculă mică (H₂O, HX) formându-se o dublă legătură.
- Deshidratarea alcoolilor (de exemplu, etanolul în prezența H₂SO₄ concentrat la 170°C produce etenă și apă)
- Eliminarea de HX din halogenuri de alchil (dehidrohalogenare) are loc în prezența unei baze tari (KOH alcoolic) și duce la alchene
Exemplu: Deshidratarea etanolului cu H₂SO₄ concentrat la 170°C
- Ecuația: CH₃-CH₂-OH → CH₂=CH₂ + H₂O
Reacția de oxidare
Oxidarea în chimia organică implică
creșterea conținutului de oxigen sau
scăderea conținutului de hidrogen.
- Alcoolii primari se oxidează la aldehide și apoi la acizi carboxilici (oxidant: K₂Cr₂O₇/H₂SO₄)
- Alcoolii secundari se oxidează la cetone
- Alchenele sunt oxidate de KMnO₄ în mediu neutru sau slab bazic la dioli (oxidare blândă) sau în mediu acid la acizi carboxilici (oxidare energetică)
- Compușii aromatici cu lanțuri laterale se oxidează la acizi benzoici
Exemplu: Oxidarea etanolului (alcool primar) cu K₂Cr₂O₇/H₂SO₄
- Ecuația: 3 CH₃-CH₂-OH + 2 K₂Cr₂O₇ + 8 H₂SO₄ → 3 CH₃-COOH + 2 Cr₂(SO₄)₃ + 2 K₂SO₄ + 11 H₂O
- Se observă virarea culorii de la portocaliu la verde, datorită reducerii Cr(VI) la Cr(III)
Concepte cheie
- Substituția: înlocuirea unui atom/grup dintr-o moleculă cu alt atom/grup (ex. halogenarea alcanilor, nitrarea benzenului)
- Adiția: adăugarea unei molecule mici la o legătură multiplă (ex. hidrogenarea, halogenarea, hidratarea alchenelor)
- Eliminarea: formarea unei legături duble prin eliminarea unei molecule mici (ex. deshidratarea alcoolilor, dehidrohalogenarea halogenurilor de alchil)
- Oxidarea: creșterea conținutului de oxigen sau scăderea celui de hidrogen (ex. oxidarea alcoolilor, a alchenelor cu KMnO₄)
- Regula lui Markovnikov și Zaitsev: orientarea adiției și eliminării în funcție de stabilitatea carbocationilor și a alchenelor
Verifică-te!
- Ce tip de reacție suferă alcanii în prezența halogenilor și a luminii, și care este mecanismul acesteia?
- Conform regulii lui Markovnikov, cum se adiționează HBr la o alchenă asimetrică?
- Ce produs se obține prin deshidratarea etanolului cu H₂SO₄ concentrat la 170°C?