6. Классификация органических реакций

А. Классификация по конечному результату. Можно выделить 5 основных типов реакций: 1. Замещение; 2. Присоединение; 3. Отщепление. 4. Перегруппировки; 5. Окислительно-восстановительные реакции.

Первые три типа в комментариях не нуждаются. Перегруппировки – превращения, в ходе которых происходит миграция (перемещение) какого-либо фрагмента молекулы или миграция связи. Примером может служить известная из школьного курса изомеризация бутана в изобутан под действием хлорида алюминия. Перегруппировки могут сопровождать другие типы реакций (замещение, отщепление, присоединение); они широко распространены в органической химии.

Несколько подробнее стоит сказать об окислительно-восстановительных реакциях. Обычный критерий окислительно-восстановительных реакций, принятый в неорганической химии – изменение степени окисления элемента – в органической химии применять мало целесообразно. В этом легко убедиться, если рассчитать степень окисления углерода в метане (-4), в этане (-3) и пропане (-2,67): соединения одного уровня окисления (в данном случае – предельные углеводороды) показывают разные, к тому же дробные степени окисления элемента. В органической химии более целесообразно пользоваться качественными представлениями. Тогда под окислением в широком смысле следует понимать образование связей углерода с атомами более электроотрицательными, чем углерод (азотом, кислородом, галогенами и др.); в этих связях электроны в той или иной степени оттянуты от атомов углерода, что эквивалентно окислению. Чем больше электроотрицательных атомов введено в молекулу, тем более окислено соединение; напротив, потеря этих атомов эквивалентна восстановлению. Соответственно восстановление в широком смысле сводится к образованию связей углерода с более электроположительными элементами (водородом и металлами); потеря электроположительных атомов эквивалентна окислению.

В органической химии часто используют понятия окисления и восстановления «в узком смысле»: под окислением понимают включение в молекулу органического соединения атомов кислорода или потерю атомов водорода (дегидрирование). Для восстановления верно обратное. Именно в этом смысле обычно и рассматривают окислительно-восстановительные реакции.

Х лорирование метана является окислением «в широком смысле», однако эта реакция обычно не рассматривается как окислительная, а как реакция замещения. Окисление уксусного альдегида до уксусной кислоты – окислительная реакция «в узком смысле» и в качестве окислительной и рассматривается. Присоединение брома к этилену – окисление «в широком смысле» и обычно рассматривается как реакция присоединения. Превращение этилена в этиленгликоль (реально для этого применяют не перекись водорода, а перманганат калия в мягких условиях) – окисление «в узком смысле» и рассматривается именно как окислительная реакция. Гидрирование этилена до этана – естественно восстановительная реакция; присоединение воды (гидратация) не является ни окислением, ни восстановлением, поскольку образуется одна связь углерод-кислород и одна связь углерод-водород.

[ Вообще говоря, ориентироваться на степени окисления можно и в органической химии – для этого надо считать степени окисления отдельных атомов углерода – тех, которые участвовали в реакциях. Например, в рассмотренной выше реакции окисления уксусного альдегида атом углерода альдегидной группы имеет степень окисления +1, а атом углерода карбоксильной группы – степень окисления +3; если рассмотреть присоединение воды к этилену, то в этилене оба атома углерода имеют степень окисления –2; в продукте присоединения – спирте – один атом углерода имеет степень окисления –3, а второй – степень окисления –1, что в сумме дает те же –4, что и в исходном этилене.

Другое дело – насколько рационален такой подход].

Б. Классификация по типу разрыва связей. По этому признаку реакции можно разделить на три типа: 1. Гетеролитические; 2. Гомолитические; 3. Перициклические.

Для первого типа характерен гетеролитический разрыв связей (гетеролиз связей), когда оба электрона, образующих связь, отходят к одному атому; в гетеролитических реакциях могут возникать ионные интермедиаты (если реакции не одностадийные). По гетеролитическому типу чаще разрываются полярные связи.

Для второго типа характерен гомолитический разрыв связей (гомолиз связей), когда к каждому из атомов отходит по одному электрону; при этом возникают радикальные интермедиаты. Гомолитический разрыв более характерен для неполярных связей.

Перициклические (согласованные) реакции протекают с образованием циклического переходного состояния; электроны в этом состоянии делокализованы по всему циклу и могут свободно и согласованно перемещаться по циклу; при этом интермедиаты не образуются, реакции протекают в одну стадию. Пример- димеризация этилена в циклобутан.