3.6 Классификация химических реакций.

Химические соединения образуются и принимают участие в различных химических реакциях, которые классифицируются по разным признакам.

1. Классификация реакций по механизму расщепления внутримолекулярной связи.

В основе любых химических реакций прежде всего лежит расщепление химических связей в исходных веществах, которое может происходить по гомолитическому или гетеролитическому механизму. В соответствии с этим и в неорганической, и в органической химии различают гомолитические и гетеролитические реакции. В гомолитических реакциях обязательно участвуют свободные радикалы, и поэтому эти реакции также называются свободнорадикальными. Гетеролитические реакции протекают через возникновение электрофилов и нуклеофилов, поэтому их можно назвать электрофильно-нуклеофильными реакциями.

2. Классификация реакций по механизму взаимодействия реагентов.

а. свободнорадикальные реакции – в основе этих реакций лежит гемолиз ковалентной связи с возникновением свободных радикалов. Взаимодействие радикалов с молекулами или между собой может приводить к образованию новых свободных радикалов, что способствует развитию реакции, или к исчезновению радикалов, а этот процесс приводит к завершению реакции. Для свободнорадикальных реакций характерны высокая скорость протекания и цепной механизм, который включает три стадии: 1. зарождение цепи; 2. развитие цепи; 3. обрыв цепи.

б. Электрофильно-нуклеофильные (гетеролитические) реакции –в основе типичных реакций лежит гетеролитический разрыв ковалентной связи в исходных веществах с образованием в молекулах реагентов соответствующих электрофильных и нуклеофильных центров. Протеканию электрофильно-нуклеофильных реакций способствуют полярность расщепляемых связей в молекулах реагентов, полярный растворитель и присутствие сильных кислот или оснований в реакционной среде, выполняющих роль катализаторов для этих реакций. Все эти факторы способствуют гетеролизу связей в исходных веществах. Многие реакции этого типа сопровождаются полным гетеролизом связей с образованием типичных электрофилов – катионов и типичных нуклеофилов – анионов, т.е. высоко реакционноспособных частиц. Это позволяет классифицировать реакции по виду переносимых частиц.

3. Классификация реакций по виду переносимых частиц.

а. ионообменные реакции – в растворах электролитов вследствие полного гетеролиза связи происходит электролитическая диссоциация реагентов с образованием катионов (электрофилов) и анионов (нуклеофилов). Противоположно заряженные ионы реагентов химически взаимодействуют между собой в тех случаях, когда хотя бы один из продуктов реакции или оба являются: слабым электролитом, или газом, или выпадает в осадок. Поскольку в этих случаях происходит удаление из реакционной среды взаимодействующих катионов и анионов, то это является причиной необратимого протекания ионообменных реакций. Таким образом, ионообменные реакции сопровождаются электрофильно-нуклеофильным взаимодействием и взаимным переносом ионов, приводящим к их обмену.

б. Кислотно-основные реакции – сопровождаются переносом протона (катиона Н⁺) от кислоты, которая выступает донором протона (электрофила), к основанию, проявляющему свойства нуклеофила. Следовательно, кислотно-основные реакции сопровождаются электрофильно-нуклеофильным взаимодействием, а переносимой в них частицей является протон (Н⁺).

в. Реакции комплексообразования – сопровождаются взаимодействием комплексообразователя с лигандами с образованием между ними ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму. В реакциях комплексообразования происходит электрофильно-нуклеофильное взаимодействие, при котором комплексообразователь как акцептор электронных пар является электрофилом, а лиганды как доноры электронных пар – нуклеофилами.

г. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – сопровождаются переносом электронов от восстановителя к окислителю с изменением степени окисления соответствующих атомов. При этом окислитель – акцептор электронов, а восстановитель – донор электронов. ОВР могут быть свободнорадикальными и электрофильно-нуклеофильными в зависимости от природы реагирующих частиц.

Свободнорадикальные окислительно-восстановительные реакции – реагирующими частицами являются свободные радикалы, которые в зависимости от сродства к электрону могут и принимать электроны, т.е. быть окислителями, и отдавать электроны, т.е. быть восстановителями.

Электрофильно-нуклеофильные ОВР – окислитель является электрофилом, так как присоединяет электроны, а восстановитель – нуклеофилом, так как он отдает электроны.