Các phản ứng trong hóa học hữu cơ là gì? Cơ chế phản ứng hữu cơ

Phản ứng của các chất hữu cơ có thể được chia thành bốn loại chính: thay thế, cộng, loại bỏ (loại bỏ) và sắp xếp lại (đồng phân hóa). Rõ ràng là không thể giảm toàn bộ các phản ứng của các hợp chất hữu cơ theo cách phân loại được đề xuất (ví dụ: phản ứng đốt cháy). Tuy nhiên, việc phân loại như vậy sẽ giúp thiết lập sự tương đồng với các phản ứng xảy ra giữa các chất vô cơ mà bạn đã quen thuộc.

Thông thường, hợp chất hữu cơ chính tham gia phản ứng được gọi là cơ chất và thành phần phản ứng khác thường được coi là thuốc thử.

Phản ứng thay thế

Phản ứng thay thế- đây là những phản ứng dẫn đến việc thay thế một nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử trong phân tử ban đầu (cơ chất) bằng các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác.

Phản ứng thay thế liên quan đến các hợp chất bão hòa và thơm như ankan, xycloalkan hoặc arenes. Hãy để chúng tôi đưa ra ví dụ về các phản ứng như vậy.

Dưới tác dụng của ánh sáng, các nguyên tử hydro trong phân tử metan có thể được thay thế bằng các nguyên tử halogen, ví dụ, bằng nguyên tử clo:

Một ví dụ khác về việc thay thế hydro bằng halogen là sự chuyển đổi benzen thành bromobenzen:

Phương trình của phản ứng này có thể được viết khác:

Với dạng viết này, thuốc thử, chất xúc tác và điều kiện phản ứng được viết phía trên mũi tên và sản phẩm phản ứng vô cơ được viết bên dưới mũi tên.

Là kết quả của các phản ứng sự thay thế trong các chất hữu cơ được hình thành không đơn giản và phức tạp các chất, như trong hóa học vô cơ, và hai các chất phức tạp.

Phản ứng cộng

Phản ứng cộng- đây là những phản ứng trong đó hai hoặc nhiều phân tử chất phản ứng kết hợp thành một.

Các hợp chất chưa bão hòa như anken hoặc alkynes trải qua phản ứng cộng. Tùy thuộc vào phân tử nào đóng vai trò là thuốc thử, quá trình hydro hóa (hoặc khử), halogen hóa, hydrohalogen hóa, hydrat hóa và các phản ứng cộng khác được phân biệt. Mỗi người trong số họ yêu cầu những điều kiện nhất định.

1.Hydro hóa- Phản ứng cộng phân tử hydro bằng liên kết bội:

2. Hydro halogen hóa- Phản ứng cộng hydro halogenua (hydroclo hóa):

3. Halogen hóa- Phản ứng cộng halogen:

4.Polyme hóa- một loại phản ứng cộng đặc biệt trong đó các phân tử của một chất có trọng lượng phân tử nhỏ kết hợp với nhau tạo thành các phân tử của một chất có trọng lượng phân tử rất cao - đại phân tử.

Phản ứng trùng hợp là quá trình kết hợp nhiều phân tử của chất có trọng lượng phân tử thấp (monomer) thành các phân tử lớn (đại phân tử) của polymer.

Một ví dụ về phản ứng trùng hợp là sản xuất polyetylen từ ethylene (ethene) dưới tác dụng của bức xạ cực tím và chất khơi mào trùng hợp gốc R.

Liên kết cộng hóa trị đặc trưng nhất của các hợp chất hữu cơ được hình thành khi các quỹ đạo nguyên tử chồng lên nhau và hình thành các cặp electron dùng chung. Kết quả là, một quỹ đạo chung của hai nguyên tử được hình thành, trong đó có một cặp electron chung. Khi một liên kết bị phá vỡ, số phận của các electron dùng chung này có thể khác.

Các loại hạt phản ứng

Một quỹ đạo có một electron chưa ghép cặp thuộc về một nguyên tử có thể trùng với quỹ đạo của một nguyên tử khác cũng chứa một electron chưa ghép cặp. Trong trường hợp này, liên kết cộng hóa trị được hình thành theo cơ chế trao đổi:

Cơ chế trao đổi hình thành liên kết cộng hóa trị được thực hiện nếu một cặp electron chung được hình thành từ các electron chưa ghép cặp thuộc các nguyên tử khác nhau.

Quá trình ngược lại với sự hình thành liên kết cộng hóa trị theo cơ chế trao đổi là sự phân cắt liên kết, trong đó một electron bị mất vào mỗi nguyên tử (). Kết quả là, hai hạt không tích điện được hình thành, có các electron chưa ghép cặp:

Những hạt như vậy được gọi là gốc tự do.

Gốc tự do- Nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử có electron độc thân.

Phản ứng gốc tự do- đây là những phản ứng xảy ra dưới tác động và có sự tham gia của các gốc tự do.

Trong quá trình hóa học vô cơ, đó là các phản ứng của hydro với oxy, halogen và phản ứng đốt cháy. Phản ứng loại này được đặc trưng bởi tốc độ cao và giải phóng một lượng nhiệt lớn.

Liên kết cộng hóa trị cũng có thể được hình thành theo cơ chế cho-chấp. Một trong các quỹ đạo của một nguyên tử (hoặc anion) có một cặp electron đơn độc chồng lên quỹ đạo trống của một nguyên tử (hoặc cation) khác có quỹ đạo trống và liên kết cộng hóa trị được hình thành, ví dụ:

Sự đứt gãy liên kết cộng hóa trị dẫn đến sự hình thành các hạt tích điện dương và âm (); vì trong trường hợp này cả hai electron từ một cặp electron chung vẫn ở lại với một trong các nguyên tử, nguyên tử còn lại có quỹ đạo không được lấp đầy:

Hãy xem xét sự phân ly điện phân của axit:

Có thể dễ dàng đoán rằng một hạt có một cặp electron đơn độc R: -, tức là ion tích điện âm, sẽ bị hút bởi các nguyên tử tích điện dương hoặc các nguyên tử trên đó có ít nhất một phần hoặc điện tích dương hiệu dụng.
Hạt có cặp electron độc thân được gọi là tác nhân nucleophin (nhân tế bào- “hạt nhân”, phần tích điện dương của nguyên tử), tức là “bạn bè” của hạt nhân, điện tích dương.

Nucleophiles(Nu) - các anion hoặc phân tử có một cặp electron đơn độc tương tác với các phần của phân tử có điện tích dương hiệu dụng.

Ví dụ về nucleophile: Cl - (ion clorua), OH - (anion hydroxit), CH 3 O - (anion methoxide), CH 3 COO - (anion axetat).

Ngược lại, các hạt có quỹ đạo không được lấp đầy sẽ có xu hướng lấp đầy nó và do đó sẽ bị thu hút bởi các phần của phân tử có mật độ electron tăng, điện tích âm và cặp electron đơn độc. Chúng là những chất ái điện, “bạn” của electron, điện tích âm hoặc các hạt có mật độ electron tăng lên.

điện di- cation hoặc phân tử có quỹ đạo electron không được lấp đầy, có xu hướng lấp đầy quỹ đạo bằng electron, vì điều này dẫn đến cấu hình điện tử thuận lợi hơn của nguyên tử.

Không phải hạt nào cũng là chất điện di có quỹ đạo không được lấp đầy. Ví dụ, cation kim loại kiềm có cấu hình khí trơ và không có xu hướng thu electron vì chúng có điện tích thấp. ái lực với điện tử.
Từ đó, chúng ta có thể kết luận rằng mặc dù có sự hiện diện của quỹ đạo không được lấp đầy, các hạt như vậy sẽ không phải là chất điện di.

Cơ chế phản ứng cơ bản

Ba loại hạt phản ứng chính đã được xác định - gốc tự do, điện di, nucleophile - và ba loại cơ chế phản ứng tương ứng:

gốc tự do;
điện di;
không ưa nước.

Ngoài việc phân loại phản ứng theo loại hạt phản ứng, trong hóa học hữu cơ còn phân biệt 4 loại phản ứng theo nguyên tắc thay đổi thành phần phân tử: cộng, thay thế, tách ra, khử (từ tiếng Anh. ĐẾN loại bỏ- loại bỏ, tách ra) và sắp xếp lại. Vì sự cộng và thay thế có thể xảy ra dưới ảnh hưởng của cả ba loại chất phản ứng, nên có thể phân biệt được một số loại: chủ yếucác cơ chế phản ứng.

Ngoài ra, chúng ta sẽ xem xét các phản ứng tách xảy ra dưới tác động của các hạt ái nhân - bazơ.
6. Loại bỏ:

Một đặc điểm khác biệt của anken (hydrocacbon không bão hòa) là khả năng thực hiện các phản ứng cộng. Hầu hết các phản ứng này đều diễn ra theo cơ chế cộng ái điện tử.

Hydrohalogen hóa (bổ sung halogen hydro):

Khi thêm hydro halogenua vào anken hydro thêm vào hydro được hydro hóa nhiều hơn nguyên tử carbon, tức là nguyên tử có nhiều nguyên tử hơn hydro và halogen - ít hydro hóa hơn.

Phân loại phản ứng Theo số lượng chất ban đầu và chất cuối cùng: 1. Bổ sung 2. Loại bỏ (loại bỏ) 3. Thay thế

Phân loại phản ứng Theo cơ chế phá vỡ liên kết: 1. Gốc đồng phân (gốc) 2. Ion dị phân (ion)

Cơ chế phản ứng Cơ chế là sự mô tả chi tiết về một phản ứng hóa học theo từng giai đoạn, chỉ ra sản phẩm và hạt trung gian. Sơ đồ phản ứng: Cơ chế phản ứng:

Phân loại các phản ứng theo loại thuốc thử 1. Gốc Gốc là một hạt có hoạt tính hóa học có một electron độc thân. 2. Electrophilic Electrophile là hạt hoặc phân tử thiếu electron có nguyên tử thiếu electron. 3. Nucleophilic Nucleophile là phân tử anion hoặc trung tính có nguyên tử với một cặp electron đơn độc.

Các loại liên kết hóa học trong chất hữu cơ Loại liên kết chủ yếu là cộng hóa trị (ion ít phổ biến hơn) Liên kết Sigma (σ-): Liên kết Pi (-)

ALKANES - hydrocacbon béo (béo) “Aliphatos” - dầu, chất béo (Hy Lạp). Cn. H 2 n+2 Hydrocacbon bão hòa

Dãy đồng đẳng: CH 4 - metan C 2 H 6 - etan C 3 H 8 - propan C 4 H 10 - butan C 5 H 12 - pentane, v.v. C 6 H 14 - hexane C 7 H 16 - heptane C 8 H 18 - octan C 9 H 20 - nonan C 10 H 22 - decan và C 390 H 782 - nonocontatrictan (1985)

Mô hình quỹ đạo nguyên tử của phân tử metan Trong phân tử metan, nguyên tử cacbon không còn quỹ đạo S và P! 4 quỹ đạo lai SP 3 của nó, có năng lượng và hình dạng bằng nhau, tạo thành 4 liên kết với quỹ đạo S của nguyên tử hydro. liên kết H H 4

Phản ứng nitrat hóa Konovalov Dmitry Petrovich (1856 -1928) 1880. Nỗ lực thành công đầu tiên nhằm hồi sinh “chất chết hóa học”, được coi là ankan. Tôi đã tìm ra điều kiện để nitrat hóa ankan. Cơm. Nguồn: http://images. yandex. ru.

Tính chất hóa học I. Các phản ứng làm đứt liên kết C-H (phản ứng thay thế): 1. halogen hóa 2. nitrat hóa 3. sulfochlor hóa II. Phản ứng phá vỡ liên kết C-C: 1. đốt cháy 2. crackinh 3. đồng phân hóa

Làm thế nào để tìm một nhà hóa học? Nếu bạn muốn tìm một nhà hóa học, hãy hỏi sâu bướm và không bị ion hóa là gì. Và nếu anh ta bắt đầu nói về động vật có lông và tổ chức lao động, hãy bình tĩnh rời đi. Nhà văn khoa học viễn tưởng, nhà phổ biến khoa học Isaac Asimov (1920–1992) Hình. Nguồn: http://images. yandex. ru.

1. Phản ứng halogen hóa Clo hóa: RH + Cl 2 hv RCl + HCl Brom hóa: RH + Br 2 hv RBr + HBr Ví dụ: clo hóa metan: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl

Các giai đoạn của cơ chế gốc tự do Sơ đồ phản ứng: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Cơ chế phản ứng: I. Khởi tạo chuỗi - giai đoạn hình thành các gốc tự do. Cl Cl 2 Cl Cấp tiến là hạt hoạt động, là chất khởi đầu phản ứng. – – Sân khấu cần năng lượng dưới dạng sưởi ấm hoặc chiếu sáng. Các giai đoạn tiếp theo có thể diễn ra trong bóng tối, không cần sưởi ấm.

Các giai đoạn của cơ chế gốc tự do II. Tăng trưởng chuỗi là giai đoạn chính. CH 4 + Cl HCl + CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Giai đoạn này có thể bao gồm một số giai đoạn, tại mỗi giai đoạn đó một gốc mới được hình thành, nhưng không phải H!!! Ở giai đoạn II, giai đoạn chính, sản phẩm chính nhất thiết phải được hình thành!

Các giai đoạn của cơ chế gốc tự do III. Chấm dứt chuỗi - sự tái hợp của các gốc tự do. Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 Hai gốc bất kỳ kết hợp với nhau.

Tính chọn lọc của sự thay thế Tính chọn lọc – tính chọn lọc. Tính chọn lọc vùng là tính chọn lọc trong một phạm vi phản ứng nhất định. Ví dụ, độ chọn lọc halogen hóa: 45% 3% Kết luận? 55% 97%

Độ chọn lọc của quá trình halogen hóa phụ thuộc vào các yếu tố sau: Điều kiện phản ứng. Ở nhiệt độ thấp nó có tính chọn lọc cao hơn. Bản chất của halogen. Halogen càng hoạt động thì phản ứng càng kém chọn lọc. F2 phản ứng rất mạnh, phá hủy liên kết C-C. I2 không phản ứng với ankan ở những điều kiện này. Cấu trúc ankan.

Ảnh hưởng của cấu trúc ankan đến độ chọn lọc thay thế. Nếu các nguyên tử cacbon trong ankan không bằng nhau thì sự thay thế của mỗi nguyên tử cacbon xảy ra với tốc độ khác nhau. Liên quan đến tốc độ phản ứng thay thế sơ cấp. Nguyên tử H thứ cấp nguyên tử H Tert. Nguyên tử H clo hóa 1 3, 9 5, 1 brom hóa 1 82 1600 Kết luận?

Để loại bỏ một nguyên tử hydro bậc ba cần ít năng lượng hơn so với việc loại bỏ nguyên tử thứ cấp và sơ cấp! Công thức ankan Kết quả đồng phân ED, kJ/mol CH 4 CH 3 + H 435 CH 3 - CH 3 C 2 H 5 + H 410 CH 3 CH 2 CH 3 (CH 3)2 CH + H 395 (CH 3)3 CH (CH 3)3 C + H 377

Hướng phản ứng Bất kỳ phản ứng nào diễn ra chủ yếu theo hướng hình thành hạt trung gian ổn định hơn!

Hạt trung gian trong phản ứng gốc tự do là gốc tự do. Gốc ổn định nhất được hình thành dễ dàng nhất! Chuỗi ổn định của các gốc: R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > CH 3 Các nhóm alkyl thể hiện hiệu ứng cho electron, do đó chúng ổn định gốc tự do

Phản ứng sunfur hóa Sơ đồ phản ứng: RH + Cl 2 + SO 2 RSO 2 Cl + HCl Cơ chế phản ứng: 1. Cl Cl 2 Cl 2. RH + Cl R + HCl R + SO 2 RSO 2 + Cl 2 RSO 2 Cl + Cl, v.v. .d. 3. 2 Cl Cl 2, v.v.

Phản ứng Konovalov D.P. Nitrat hóa theo Konovalov được thực hiện bằng tác dụng của axit nitric loãng ở nhiệt độ 140 o. C. Sơ đồ phản ứng: RH + HNO 3 RNO 2 + H 2 O

Cơ chế phản ứng Konovalov HNO 3 N 2 O 4 1. N 2 O 4 2 NO 2 2. RH + NO 2 R + HNO 2 R + HNO 3 RNO 2 + OH RH + OH R + H 2 O, v.v. 3 .Mạch phá vỡ.

Anken là những hydrocacbon không bão hòa có một liên kết C=C, Cn. H 2 n С=С – nhóm chức của anken

Tính chất hóa học của anken Đặc điểm chung Anken là loại hợp chất có khả năng phản ứng. Chúng trải qua nhiều phản ứng, hầu hết xảy ra bằng cách phá vỡ liên kết pi yếu hơn. E C-C (σ-) ~ 350 KJ/mol E C=C (-) ~ 260 KJ/mol

Phản ứng đặc trưng Phản ứng cộng là loại phản ứng đặc trưng nhất. Liên kết đôi là chất cho điện tử nên có xu hướng cộng: E - ái điện tử, cation hoặc gốc tự do

Ví dụ về phản ứng cộng ái điện tử 1. Cộng halogen – Không phải tất cả các halogen đều cộng mà chỉ có clo và brom! – Sự phân cực của phân tử halogen trung tính có thể xảy ra dưới tác dụng của dung môi phân cực hoặc dưới tác dụng của liên kết đôi của anken. Dung dịch brom màu nâu đỏ trở nên không màu

Phản ứng cộng ái điện tử xảy ra ở nhiệt độ phòng và không cần chiếu sáng. Cơ chế là ion. Sơ đồ phản ứng: XY = Cl 2, Br 2, HCl, HBr, HI, H 2 O

Phức hợp sigma là một carbocation - một hạt có điện tích dương trên nguyên tử carbon. Nếu các anion khác có mặt trong môi trường phản ứng, chúng cũng có thể tham gia vào carbocation.

Ví dụ, việc bổ sung brom hòa tan trong nước. Phản ứng định tính này đối với liên kết đôi C=C tiến hành với sự đổi màu của dung dịch brom và tạo thành hai sản phẩm:

Phép cộng vào các anken không đối xứng Tính chọn lọc vùng của phép cộng! Quy tắc Markovnikov (1869): axit và nước thêm vào các anken không đối xứng theo cách mà hydro thêm vào nguyên tử carbon bị hydro hóa nhiều hơn.

Markovnikov Vladimir Vasilievich (1837 - 1904) Tốt nghiệp Đại học Kazan. Từ năm 1869 - giáo sư khoa hóa học. Người sáng lập một trường khoa học. Cơm. Nguồn: http://images. yandex. ru.

Giải thích quy luật Markovnikov Phản ứng diễn ra thông qua sự hình thành hạt trung gian ổn định nhất - carbocation. tiểu học trung học, ổn định hơn

Chuỗi ổn định của cacbocation: Quy tắc metyl Markovnikov sơ cấp bậc ba trong công thức hiện đại: việc thêm proton vào anken xảy ra với sự hình thành cacbocation ổn định hơn.

Phản ứng cộng phản Markovnikov CF 3 -CH=CH 2 + HBr CF 3 -CH 2 Br Về cơ bản, phản ứng đi ngược lại quy tắc Markovnikov. CF 3 – nhóm thế hút electron Các chất hút electron khác: NO 2, SO 3 H, COOH, halogen, v.v.

Phản ứng bổ sung phản Markovnikov ổn định hơn CF 3 – chất nhận điện tử, làm mất ổn định carbocation. Phản ứng chỉ chính thức đi ngược lại quy tắc Markovnikov. Trên thực tế, nó tuân theo quy định đó vì nó trải qua quá trình cacbocation ổn định hơn.

Tác dụng Kharash peroxide X CH 3 -CH=CH 2 + HBr CH 3 -CH 2 Br X = O 2, H 2 O 2, ROOR Cơ chế tạo gốc tự do: 1. H 2 O 2 2 OH + HBr H 2 O + Br 2 . CH 3 -CH=CH 2 + Br CH 3 -CH -CH 2 Br Gốc ổn định hơn CH 3 -CH -CH 2 Br + HBr CH 3 -CH 2 Br + Br, v.v. 3. Hai gốc bất kỳ kết hợp với nhau. .

Cộng ái điện 3. Hydrat hóa - bổ sung nước - Phản ứng xảy ra với sự có mặt của chất xúc tác axit, thường gặp nhất là axit sunfuric. - Phản ứng tuân theo quy luật Markovnikov. Cách rẻ tiền để có được rượu

Trong kỳ thi, Viện sĩ Ivan Alekseevich Kablukov yêu cầu học sinh cho biết cách sản xuất hydro trong phòng thí nghiệm. “Từ thủy ngân,” anh trả lời. “Ý bạn là ‘làm bằng thủy ngân’ thế nào? ! Người ta thường nói “làm bằng kẽm”, nhưng làm bằng thủy ngân mới là thứ nguyên bản. Viết một phản ứng." Học sinh viết: Hg = H + g Và nói: “Thủy ngân bị đun nóng; nó phân hủy thành H và g. H là hydro, nó nhẹ nên bay đi, nhưng g là gia tốc trọng trường, nặng, còn lại.” Kablukov nói: “Đối với câu trả lời như vậy, bạn nên cho điểm A”. - Hãy lấy một cuốn sổ ghi chép. Tôi cũng sẽ khởi động số “năm” trước. “Ba” bay đi, còn lại “hai”.

Hai nhà hóa học trong phòng thí nghiệm: - Vasya, cho tay vào chiếc cốc này. - Tôi đã đánh rơi nó. - Cậu có cảm thấy gì không? - KHÔNG. - Vậy có axit sunfuric trong một cốc khác.

Hydrocacbon thơm Thơm – thơm? ? Các hợp chất thơm là benzen và các chất có tính chất hóa học giống với nó!

CH 3 -CH 3 + Cl 2 – (hv) ---- CH 3 -CH 2 Cl + HCl

C 6 H 5 CH 3 + Cl 2 --- 500 C --- C 6 H 5 CH 2 Cl + HCl

Phản ứng cộng

Những phản ứng như vậy là điển hình cho các hợp chất hữu cơ chứa nhiều liên kết (đôi hoặc ba). Phản ứng thuộc loại này bao gồm phản ứng cộng halogen, hydro halogenua và nước vào anken và ankin.

CH 3 -CH=CH 2 + HCl ---- CH 3 -CH(Cl)-CH 3

Phản ứng loại bỏ

Đây là những phản ứng dẫn đến sự hình thành nhiều liên kết. Khi loại bỏ hydro halogenua và nước, người ta quan sát thấy tính chọn lọc nhất định của phản ứng, được mô tả theo quy tắc Zaitsev, theo đó một nguyên tử hydro được loại bỏ khỏi nguyên tử carbon nơi có ít nguyên tử hydro hơn. Phản ứng mẫu

CH3-CH(Cl)-CH 2 -CH 3 + KOH →CH 3 -CH=CH-CH 3 + HCl

Polyme hóa và polycondensation

n(CH 2 =CHCl)  (-CH 2 -CHCl)n

oxi hóa khử

Phản ứng oxy hóa mạnh nhất là quá trình đốt cháy, một đặc tính phản ứng của tất cả các loại hợp chất hữu cơ. Trong trường hợp này, tùy thuộc vào điều kiện đốt cháy, carbon bị oxy hóa thành C (bồ hóng), CO hoặc CO 2 và hydro được chuyển thành nước. Tuy nhiên, đối với các nhà hóa học hữu cơ, các phản ứng oxy hóa được thực hiện trong điều kiện nhẹ nhàng hơn nhiều so với điều kiện đốt cháy rất được quan tâm. Chất oxy hóa được sử dụng: dung dịch Br2 trong nước hoặc Cl2 trong CCl 4 ; KMnO 4 trong nước hoặc axit loãng; đồng oxit; hydroxit bạc (I) hoặc đồng (II) mới kết tủa.

3C 2 H 2 + 8KMnO 4 +4H 2 O→3HOOC-COOH + 8MnO 2 + 8KOH

Quá trình este hóa (và phản ứng thủy phân ngược của nó)

R 1 COOH + HOR 2 H+  R 1 COOR 2 + H 2 O

Phép cộng vòng

Y R Y-R

‖ + ‖ → ǀ ǀ

R Y R-Y

‖ + →

11. Phân loại các phản ứng hữu cơ theo cơ chế. Ví dụ.

Cơ chế phản ứng bao gồm mô tả chi tiết từng bước về phản ứng hóa học. Đồng thời, xác định được liên kết cộng hóa trị nào bị phá vỡ, theo thứ tự nào và như thế nào. Sự hình thành các liên kết mới trong quá trình phản ứng cũng được mô tả cẩn thận. Khi xem xét cơ chế phản ứng, trước hết phải chú ý đến phương pháp phá vỡ liên kết cộng hóa trị trong phân tử phản ứng. Có hai cách như vậy - đồng phân và dị phân.

Phản ứng triệt để tiến hành bằng cách phân cắt đồng hóa (gốc) của liên kết cộng hóa trị:

Liên kết cộng hóa trị không phân cực hoặc phân cực thấp (C–C, N–N, C–H) bị phân cắt triệt để ở nhiệt độ cao hoặc dưới tác động của ánh sáng. Cacbon trong gốc CH 3 có 7 electron bên ngoài (thay vì lớp octet ổn định ở CH 4). Các gốc không ổn định; chúng có xu hướng bắt giữ electron bị thiếu (lên đến một cặp hoặc tối đa một octet). Một trong những cách để tạo thành sản phẩm ổn định là dimer hóa (sự kết hợp của hai gốc):

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH3,

N + N N : N.

Phản ứng triệt để - Ví dụ, đây là các phản ứng clo hóa, brom hóa và nitrat hóa của ankan:

Phản ứng ion xảy ra với sự phân cắt liên kết dị thể. Trong trường hợp này, các ion hữu cơ có thời gian tồn tại ngắn - cacbocation và cacbanion - mang điện tích trên nguyên tử cacbon được hình thành ở giai đoạn trung gian. Trong các phản ứng ion, cặp electron liên kết không bị tách ra mà chuyển hoàn toàn sang một trong các nguyên tử, biến nó thành anion:

Các liên kết phân cực mạnh (H–O, C–O) và dễ phân cực (C–Br, C–I) dễ bị phân cắt dị thể.

Phân biệt phản ứng nucleophin (nucleophile– tìm hạt nhân, nơi thiếu electron) và phản ứng điện di (chất điện di- tìm kiếm electron). Tuyên bố rằng một phản ứng cụ thể là nucleophilic hoặc electrophilic luôn đề cập đến thuốc thử. thuốc thử- chất tham gia phản ứng có cấu tạo đơn giản hơn. Cơ chất- chất ban đầu có cấu trúc phức tạp hơn. Nhóm đi là một ion có thể thay thế được liên kết với carbon. Sản phẩm phản ứng– chất chứa cacbon mới (viết ở vế phải của phương trình phản ứng).

ĐẾN thuốc thử nucleophin(nucleophiles) bao gồm các ion tích điện âm, các hợp chất có cặp electron đơn độc, các hợp chất có liên kết đôi carbon-carbon. ĐẾN thuốc thử điện di(điện di) bao gồm các ion tích điện dương, các hợp chất có lớp vỏ electron không lấp đầy (AlCl 3, BF 3, FeCl 3), các hợp chất có nhóm cacbonyl, halogen. Electrophiles là bất kỳ nguyên tử, phân tử hoặc ion nào có khả năng thêm một cặp electron trong quá trình hình thành liên kết mới. Động lực của phản ứng ion là sự tương tác giữa các ion hoặc mảnh tích điện trái dấu của các phân tử khác nhau có điện tích một phần (+ và -).

Các loại phản ứng hóa học trong hóa học vô cơ và hữu cơ.

1. Phản ứng hóa học là quá trình trong đó một chất được tạo thành từ một chất khác. Tùy thuộc vào bản chất của quá trình, các loại phản ứng hóa học được phân biệt.

1) Theo kết quả cuối cùng

2) Dựa vào sự toả hay hấp thụ nhiệt

3) Dựa vào khả năng thuận nghịch của phản ứng

4) Dựa vào sự thay đổi trạng thái oxi hóa của các nguyên tử tạo nên chất phản ứng

Theo kết quả cuối cùng, các phản ứng có các loại sau:

A) Sự thay thế: RH+Cl 2 → RCl+HCl

B) Sự gia nhập: CH 2 =CH 2 +Cl 2 →CH 2 Cl-CH 2 Cl

B) Sự khử: CH 3 -CH 2 OH → CH 2 =CH 2 +H 2 O

D) Sự phân hủy: CH 4 →C+2H 2

D) Đồng phân hóa

E) Trao đổi

G) Kết nối

Phản ứng phân hủy là quá trình trong đó hai hay nhiều chất khác được tạo thành từ một chất.

Phản ứng trao đổi là quá trình trong đó các chất phản ứng trao đổi các thành phần cấu thành của chúng.

Phản ứng thay thế xảy ra với sự tham gia của các chất đơn giản và phức tạp, do đó các chất đơn giản và phức tạp mới được hình thành.

Kết quả là phản ứng phức hợp từ hai chất trở lên sẽ tạo thành một chất mới.

Dựa vào sự giải phóng hoặc hấp thụ nhiệt, các phản ứng có các loại sau:

A) Tỏa nhiệt

B) Thu nhiệt

Tỏa nhiệt –Đây là những phản ứng xảy ra với sự giải phóng nhiệt.

Thu nhiệt- đây là những phản ứng xảy ra khi hấp thụ nhiệt từ môi trường.

Dựa vào khả năng thuận nghịch, phản ứng có các loại sau:

A) Có thể đảo ngược

B) Không thể đảo ngược

Các phản ứng chỉ diễn ra theo một hướng và kết thúc bằng sự biến đổi hoàn toàn chất phản ứng ban đầu thành chất cuối cùng được gọi là phản ứng không thể đảo ngược được.

Có thể đảo ngược Các phản ứng xảy ra đồng thời theo hai chiều ngược nhau gọi là phản ứng xảy ra đồng thời theo hai chiều ngược nhau.

Dựa trên sự thay đổi trạng thái oxy hóa của các nguyên tử tạo nên các chất phản ứng, các phản ứng có các loại sau:

A) oxi hóa khử

Các phản ứng xảy ra khi có sự thay đổi trạng thái oxy hóa của nguyên tử (trong đó electron chuyển từ nguyên tử, phân tử hoặc ion này sang nguyên tử, phân tử hoặc ion khác) được gọi là oxi hóa khử.

2. Theo cơ chế phản ứng, phản ứng được chia thành ion và gốc.

Phản ứng ion– sự tương tác giữa các ion là kết quả của sự đứt gãy dị thể của một liên kết hóa học (một cặp electron hoàn toàn chuyển sang một trong các “mảnh”).

Phản ứng ion có hai loại (dựa trên loại thuốc thử):

A) ái điện - trong phản ứng với chất ái điện.

điện di– một nhóm có quỹ đạo hoặc tâm tự do có mật độ electron giảm ở một số nguyên tử (ví dụ: H +, Cl - hoặc AlCl 3)

B) Nucleophilic - trong quá trình tương tác với nucleophile

Nucleophile – một ion hoặc phân tử tích điện âm với một cặp electron đơn độc (hiện không tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học).

(Ví dụ: F - , Cl - , RO - , I -).

Các quá trình hóa học thực sự hiếm khi có thể được mô tả bằng các cơ chế đơn giản. Việc kiểm tra chi tiết các quá trình hóa học theo quan điểm động học phân tử cho thấy hầu hết chúng diễn ra theo cơ chế chuỗi gốc. Điểm đặc biệt của các phản ứng dây chuyền là sự hình thành các gốc tự do ở giai đoạn trung gian (các mảnh phân tử hoặc nguyên tử không ổn định với thời gian tồn tại ngắn); , tất cả đều có thông tin liên lạc miễn phí.

Các quá trình cháy, nổ, oxy hóa, phản ứng quang hóa, phản ứng sinh hóa trong cơ thể sống diễn ra theo cơ chế dây chuyền.

Hệ thống dây chuyền có nhiều giai đoạn:

1) tạo mầm chuỗi - giai đoạn của phản ứng dây chuyền, do đó các gốc tự do phát sinh từ các phân tử bão hòa hóa trị.

2) tiếp tục chuỗi - giai đoạn của chuỗi mạch, tiếp tục trong khi duy trì tổng số giai đoạn miễn phí.

3) đứt chuỗi - giai đoạn cơ bản của chuỗi các quá trình dẫn đến sự biến mất của các liên kết tự do.

Có phản ứng dây chuyền phân nhánh và không phân nhánh.

Một trong những khái niệm quan trọng nhất của chuỗi là chiều dài chuỗi- số trung bình của các giai đoạn cơ bản của sự tiếp tục chuỗi sau khi xuất hiện gốc tự do cho đến khi nó biến mất.

Ví dụ: Tổng hợp hydro clorua

1) CL 2 hấp thụ một lượng tử năng lượng và ảnh của gốc 2: CL 2 +hv=CL * +CL *

2) hạt hoạt động kết hợp với phân tử m H 2 tạo thành hydro clorua và hạt hoạt động H 2: CL 1 + H 2 = HCL + H *

3)CL 1 +H 2 =HCL+CL * v.v.

6)H * +CL * =HCL - hở mạch.

Cơ chế phân nhánh:

F * +H 2 =HF+H * v.v.

Trong nước thì phức tạp hơn - các gốc OH*, O* và gốc H* được hình thành.

Các phản ứng xảy ra dưới tác dụng của bức xạ ion hóa: tia X, tia âm cực, v.v. - được gọi là chất phóng xạ.

Do sự tương tác của các phân tử với bức xạ, sự phân rã của các phân tử được quan sát thấy cùng với sự hình thành các hạt phản ứng mạnh nhất.

Những phản ứng như vậy thúc đẩy sự tái hợp của các hạt và hình thành các chất với sự kết hợp khác nhau của chúng.

Một ví dụ là hydrazine N 2 H 4 - một thành phần của nhiên liệu tên lửa. Gần đây, người ta đã cố gắng thu được hydrazine từ amoniac do tiếp xúc với tia γ:

NH 3 → NH 2 * + H*

2NH 2 *→ N 2 H 4

Các phản ứng phóng xạ, ví dụ như sự phóng xạ của nước, rất quan trọng đối với sự sống của sinh vật.

Văn học:

1. Akhmetov, N.S. Hóa học đại cương và vô cơ / N.S. - tái bản lần thứ 3. – M.: Trường trung học, 2000. – 743 tr.

Korovin N.V. Hóa học đại cương/N.V. Korovin. – M.: Trường Cao Đẳng, 2006. – 557 tr.
Kuzmenko N.E. Khóa học ngắn hạn về hóa học / N.E. Kuzmenko, V.V. Popkov. – M.: Trường trung học, 2002. – 415 tr.
Zaitsev, O.S. Hóa học nói chung. Cấu trúc của các chất và phản ứng hóa học / O.S. – M.: Hóa học, 1990.
Karapetyants, M.Kh. Cấu trúc của vật chất / M.Kh. Karapetyants, S.I. Drakin. – M.: Trường Cao Đẳng, 1981.
Cotton F. Cơ sở hóa học vô cơ / F. Cotton, J. Wilkinson. – M.: Mir, 1981.
Ugay, Ya.A. Hóa học đại cương và vô cơ / Ya.A.Ugai. – M.: Trường Cao Đẳng, 1997.

phụ lục 1
CƠ CHẾ PHẢN ỨNG TRONG HÓA HỮU CƠ
N.V. Sviridenkova, NUST MISIS, Moscow
TẠI SAO NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ PHẢN ỨNG HÓA HỌC?
Cơ chế của phản ứng hóa học là gì? Để trả lời câu hỏi này, hãy xem xét phương trình phản ứng đốt cháy butene:

C 4 H 8 + 6O 2 = 4CO 2 + 4H 2 O.

Nếu phản ứng thực sự diễn ra như mô tả trong phương trình thì một phân tử butene sẽ phải va chạm với sáu phân tử oxy cùng một lúc. Tuy nhiên, điều này khó có thể xảy ra: người ta biết rằng sự va chạm đồng thời của nhiều hơn ba hạt là gần như không thể xảy ra. Bản thân kết luận cho thấy rằng phản ứng này, giống như phần lớn các phản ứng hóa học, xảy ra ở một số giai đoạn liên tiếp. Phương trình phản ứng chỉ hiển thị các nguyên liệu ban đầu và kết quả cuối cùng của tất cả các phép biến đổi và không giải thích dưới bất kỳ hình thức nào sản phẩm được tạo thành từ các chất ban đầu. Để tìm hiểu chính xác phản ứng diễn ra như thế nào, bao gồm những giai đoạn nào, sản phẩm trung gian nào được hình thành, cần phải xem xét cơ chế phản ứng.

Vì thế, cơ chế phản ứng là mô tả chi tiết về quá trình phản ứng theo từng giai đoạn, cho thấy thứ tự và cách thức các liên kết hóa học trong các phân tử phản ứng bị phá vỡ và các liên kết cũng như phân tử mới được hình thành.

Việc xem xét cơ chế có thể giải thích tại sao một số phản ứng lại đi kèm với sự hình thành một số sản phẩm, trong khi ở các phản ứng khác chỉ có một chất được tạo thành. Biết được cơ chế cho phép các nhà hóa học dự đoán sản phẩm của các phản ứng hóa học trước khi chúng thực sự được thực hiện. Cuối cùng, khi biết cơ chế phản ứng, bạn có thể kiểm soát quá trình phản ứng: tạo điều kiện để tăng tốc độ và tăng hiệu suất sản phẩm mong muốn.
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN: ĐIỆN TỬ, NUCLEOPHILE, CARBOCATION
Trong hóa học hữu cơ, thuốc thử thường được chia thành ba loại: có tính ái nhân, có tính điện di Và căn bản. Bạn đã gặp phải các gốc trước đó khi nghiên cứu phản ứng halogen hóa của ankan. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các loại thuốc thử khác.

Thuốc thử nucleophilic hoặc đơn giản nucleophile(dịch từ tiếng Hy Lạp là “những người yêu thích hạt nhân”) là những hạt có mật độ electron vượt quá, hầu hết thường tích điện âm hoặc có một cặp electron đơn độc. Nucleophiles tấn công các phân tử có mật độ electron thấp hoặc thuốc thử tích điện dương. Ví dụ về nucleophile là các ion OH -, Br -, phân tử NH 3.

Thuốc thử điện di hoặc chất điện di(dịch từ tiếng Hy Lạp là “những người yêu thích điện tử”) là những hạt thiếu mật độ electron. Electrophiles thường mang điện tích dương. Electrophiles tấn công các phân tử có mật độ electron cao hoặc thuốc thử tích điện âm. Ví dụ về điện di là H +, NO 2 +.

Một nguyên tử của phân tử phân cực mang điện tích dương một phần cũng có thể hoạt động như một chất điện di. Một ví dụ là nguyên tử hydro trong phân tử HBr, trên đó phát sinh một phần điện tích dương do sự dịch chuyển của cặp liên kết electron chung sang nguyên tử brom, có giá trị độ âm điện cao hơn H δ + → Br δ - .

Các phản ứng xảy ra theo cơ chế ion thường đi kèm với sự hình thành cacbocation. cacbocation gọi là hạt tích điện có điện tích tự do R-orbital của nguyên tử cacbon. Một trong những nguyên tử carbon trong carbocation mang điện tích dương. Ví dụ về cacbocation bao gồm các hạt CH 3 -CH 2 +, CH 3 -CH + -CH 3. Carbocation được hình thành ở một trong các giai đoạn trong phản ứng cộng halogen vào anken và hydro halogenua vào anken, cũng như trong các phản ứng thế liên quan đến hydrocacbon thơm.
CƠ CHẾ BỔ SUNG HYDROCARBONS KHÔNG ĐẢM BẢO

Việc bổ sung các halogen, hydro halogenua và nước vào các hydrocacbon không bão hòa (anken, alkynes, diene hydrocarbon) xảy ra thông qua cơ chế ion, gọi điện cộng ái điện tử.

Chúng ta hãy xem xét cơ chế này bằng ví dụ về phản ứng cộng hydro bromua vào phân tử ethylene.

Mặc dù thực tế là phản ứng hydrobrom hóa được mô tả bằng một phương trình rất đơn giản nhưng cơ chế của nó bao gồm nhiều giai đoạn.

Giai đoạn 1.Ở giai đoạn đầu tiên, một phân tử hydro halogenua hình thành với π -đám mây điện tử của hệ liên kết đôi không ổn định – “ π -phức tạp” do chuyển giao một phần π -Mật độ electron trên mỗi nguyên tử hydro mang điện tích dương một phần.

Giai đoạn 2. Liên kết hydro-halogen bị phá vỡ để tạo thành hạt H + ái điện và hạt Br - nucleophilic. Electrophile H+ được giải phóng thêm vào anken nhờ cặp electron của liên kết đôi, tạo thành σ -phức tạp - cacbocation.

Giai đoạn 3.Ở giai đoạn này, một nucleophile tích điện âm được thêm vào carbocation tích điện dương để tạo thành sản phẩm phản ứng cuối cùng.

TẠI SAO QUY TẮC CỦA MARKOVNIKOV SAU ĐÂY?
Cơ chế đề xuất giải thích rõ sự hình thành chủ yếu là một trong các sản phẩm trong trường hợp thêm hydro halogenua vào các anken không đối xứng. Chúng ta hãy nhớ lại rằng việc bổ sung hydro halogenua tuân theo quy tắc Markovnikov, theo đó hydro được thêm vào ở liên kết đôi với nguyên tử carbon bị hydro hóa nhiều nhất (tức là, được liên kết với số lượng nguyên tử hydro lớn nhất) và halogen với nguyên tử bị hydro hóa ít nhất. Ví dụ, khi thêm hydro bromua vào propene, 2-bromopropane chủ yếu được hình thành:

Trong các phản ứng cộng ái điện tử với các anken không đối xứng, hai cacbocation có thể được hình thành ở giai đoạn thứ hai của phản ứng. Tiếp theo, nó phản ứng với nucleophile, có nghĩa là chất nào ổn định hơn sẽ quyết định sản phẩm phản ứng.

Chúng ta hãy xem xét những cacbocation nào được hình thành trong trường hợp propene và so sánh độ ổn định của chúng. Việc bổ sung một proton H+ vào vị trí liên kết đôi có thể dẫn đến sự hình thành hai cacbocation, bậc hai và bậc một:

Các hạt thu được rất không ổn định vì nguyên tử carbon tích điện dương trong carbocation có cấu hình điện tử không ổn định. Các hạt như vậy được ổn định bằng cách phân phối (định vị) điện tích trên càng nhiều nguyên tử càng tốt. Nhà tài trợ điện tử Các nhóm alkyl cung cấp mật độ electron cho nguyên tử carbon thiếu electron sẽ thúc đẩy và ổn định các carboc. Hãy xem điều này xảy ra như thế nào.

Do sự khác biệt về độ âm điện của nguyên tử carbon và hydro, mật độ electron vượt quá nhất định xuất hiện trên nguyên tử carbon của nhóm -CH 3, và một số thiếu hụt xuất hiện trên nguyên tử hydro, C δ-H 3 δ+. Sự hiện diện của một nhóm như vậy bên cạnh một nguyên tử carbon mang điện tích dương chắc chắn sẽ gây ra sự dịch chuyển mật độ electron về phía điện tích dương. Do đó, nhóm metyl đóng vai trò là chất cho, làm mất đi một phần mật độ electron của nó. Một nhóm như vậy được cho là có hiệu ứng cảm ứng tích cực (+ TÔI -tác dụng). Càng như vậy chất cho điện tử (+ TÔI ) - Các nhóm thế được bao quanh bởi một cacbon mang điện tích dương thì carbocation tương ứng càng ổn định. Do đó, độ ổn định của cacbocation tăng theo dãy:

Trong trường hợp propene, ổn định nhất là carbocation thứ cấp, vì trong đó nguyên tử carbon tích điện dương của carbocation được ổn định bởi hai + TÔI - tác dụng của các nhóm metyl lân cận. Nó chủ yếu được hình thành và phản ứng hơn nữa. Carbocation bậc một không ổn định dường như tồn tại trong một thời gian rất ngắn, do đó trong suốt “cuộc đời” của nó, nó không có thời gian để gắn nucleophile và tạo thành sản phẩm phản ứng.

Khi ion bromide được thêm vào carbocation thứ cấp ở giai đoạn cuối, 2-bromopropane được hình thành:

QUY TẮC CỦA MARKOVNIKOV CÓ LUÔN TUÂN THỦ KHÔNG?

Việc xem xét cơ chế của phản ứng hydrobrom hóa propylene cho phép chúng ta xây dựng một quy tắc chung cho quá trình cộng điện di: “khi các anken không đối xứng tương tác với thuốc thử ái điện, phản ứng diễn ra thông qua sự hình thành cacbocation ổn định nhất”. Quy luật tương tự giúp giải thích sự hình thành trong một số trường hợp tích cộng trái với quy tắc Markovnikov. Do đó, việc bổ sung hydro halogenua vào trifluoropropylene chính thức đi ngược lại quy tắc Markovnikov:

Làm thế nào có thể thu được một sản phẩm như vậy, vì nó được hình thành do việc thêm Br vào carbocation bậc một chứ không phải vào carbocation thứ cấp? Mâu thuẫn được giải quyết dễ dàng bằng cách xem xét cơ chế phản ứng và so sánh độ ổn định của các hạt trung gian được hình thành:

Nhóm -CF 3 chứa ba nguyên tử flo rút electron, lấy mật độ electron từ nguyên tử carbon. Do đó, mật độ electron thiếu đáng kể xuất hiện trên nguyên tử carbon. Để bù lại phần điện tích dương thu được, nguyên tử cacbon sẽ hấp thụ mật độ electron của các nguyên tử cacbon lân cận. Như vậy nhóm -CF 3 là sự rút electron và cho thấy hiệu ứng cảm ứng tiêu cực (- TÔI ) . Trong trường hợp này, carbocation bậc một hóa ra ổn định hơn do tác dụng gây mất ổn định của nhóm -CF 3 thông qua hai liên kết σ bị suy yếu. Và carbocation thứ cấp, bị mất ổn định bởi nhóm hút electron lân cận CF 3, thực tế không được hình thành.

Sự có mặt của các nhóm hút electron –NO2, -COOH, -COH, v.v. ở liên kết đôi cũng có tác dụng tương tự đối với quá trình cộng. Trong trường hợp này, tích số cộng cũng được hình thành một cách chính thức trái với quy tắc Markovnikov. Ví dụ, khi thêm hydro clorua vào axit propenoic (acrylic), axit 3-chloropropanoic chủ yếu được hình thành:

Vì vậy, hướng bổ sung vào các hydrocacbon chưa bão hòa có thể được xác định dễ dàng bằng cách phân tích cấu trúc của hydrocacbon. Tóm lại điều này có thể được phản ánh trong sơ đồ sau:

Cần lưu ý rằng quy tắc Markovnikov chỉ được thỏa mãn nếu phản ứng diễn ra theo cơ chế ion. Khi thực hiện các phản ứng triệt để, quy tắc Markovnikov không được thỏa mãn. Do đó, việc bổ sung hydro bromua HBr với sự có mặt của peroxit (H 2 O 2 hoặc peroxit hữu cơ) đi ngược lại quy tắc Markovnikov:

Việc bổ sung peroxit làm thay đổi cơ chế phản ứng; Ví dụ này cho thấy tầm quan trọng của việc biết cơ chế phản ứng và các điều kiện xảy ra phản ứng. Sau đó, bằng cách chọn các điều kiện thích hợp cho phản ứng, bạn có thể điều khiển phản ứng theo cơ chế cần thiết trong trường hợp cụ thể này và thu được chính xác sản phẩm cần thiết.
CƠ CHẾ THAY THẾ NGUYÊN TỬ HYDRO TRONG HYDROCARBO THƠM
Sự hiện diện trong phân tử benzen của liên hợp ổn định π -Hệ thống điện tử khiến cho các phản ứng cộng gần như không thể thực hiện được. Đối với benzen và các dẫn xuất của nó, phản ứng điển hình nhất là sự thay thế các nguyên tử hydro, xảy ra trong khi vẫn duy trì tính thơm. Trong trường hợp này, vòng benzen chứa π- các electron tương tác với các hạt điện di. Những phản ứng như vậy được gọi là phản ứng thế ái điện tử trong chuỗi thơm. Chúng bao gồm, ví dụ, halogen hóa, nitrat hóa và alkyl hóa benzen và các dẫn xuất của nó.

Tất cả các phản ứng thế ái điện trong hydrocacbon thơm đều diễn ra theo cùng một con đường ion cơ chế bất kể bản chất của thuốc thử. Cơ chế của phản ứng thế bao gồm nhiều giai đoạn: hình thành tác nhân ái điện tử E+, hình thành π -phức tạp rồi σ- phức tạp và cuối cùng là tan rã σ- phức tạp để tạo thành sản phẩm thay thế.

Hạt E+ ái điện được hình thành khi thuốc thử tương tác với chất xúc tác, ví dụ, khi phân tử halogen tiếp xúc với nhôm clorua. Hạt E+ thu được tương tác với vòng thơm, đầu tiên tạo thành π -, và sau đó σ- tổ hợp:

Trong quá trình giáo dục σ- phức tạp, hạt ái điện E + gắn vào một trong các nguyên tử cacbon của vòng benzen thông qua σ- thông tin liên lạc. Trong quá trình carbocation thu được, điện tích dương được phân bố đều (định vị) giữa năm nguyên tử carbon còn lại.

Phản ứng kết thúc bằng việc loại bỏ một proton khỏi σ- tổ hợp. Trong trường hợp này, hai electron σ -CH liên kết quay trở lại chu trình và thơm sáu electron ổn định π - hệ thống được tái sinh.

Trong phân tử benzen, cả sáu nguyên tử cacbon đều bằng nhau. Việc thay thế một nguyên tử hydro có thể xảy ra với xác suất như nhau đối với bất kỳ nguyên tử nào trong số chúng. Sự thay thế sẽ xảy ra như thế nào trong trường hợp tương đồng benzen? Hãy lấy methylbenzen (toluene) làm ví dụ.

Từ dữ liệu thực nghiệm, người ta biết rằng sự thay thế điện di trong trường hợp toluene luôn xảy ra khi tạo thành hai sản phẩm. Vì vậy, quá trình nitrat hóa toluene xảy ra cùng với sự hình thành P-nitrotoluen và ồ-nitrotoluen:

Các phản ứng thay thế ái điện tử khác (brom hóa, alkyl hóa) cũng tiến hành tương tự. Người ta cũng phát hiện ra rằng trong trường hợp toluene, các phản ứng thay thế diễn ra nhanh hơn và trong điều kiện nhẹ nhàng hơn so với trường hợp benzen.

Rất đơn giản để giải thích những sự thật này. Nhóm metyl có tính nhường electron và do đó làm tăng thêm mật độ electron của vòng benzen. Sự gia tăng đặc biệt mạnh mẽ về mật độ electron xảy ra ở O- Và P- các vị trí so với nhóm -CH 3, tạo điều kiện thuận lợi cho việc gắn hạt điện di tích điện dương vào các vị trí này. Do đó, tốc độ của phản ứng thay thế thường tăng lên và nhóm thế chủ yếu hướng vào chỉnh hình- Và đôi- điều khoản.