Классификация реагентов в органической химии

В неорганической химии реагенты классифицируют по степени их сложности (простые, бинарные и более сложные вещества), по электронной природе — окислители и восстановители, комплексообразователи и лиганды, кислоты и основания, растворители и осадители.

В органической химии кроме этого используется своя классификация, основанная на способности атомно-молекулярных частиц взаимодействовать с носителями положительного или отрицательного заряда или быть к ним безразличными. Такой подход приводит к разделению реагентов на нуклеофильные, электрофильные и электрононейтральные.

Нуклеофильные реагенты. Это одноили многоатомные анионы, молекулы (редко — катионы), имеющие центры с повышенной электронной плотностью. Их подразделяют на сильные и слабые. Примером сильных нуклеофилов в полярных растворителях являются анионы слабых кислот, имеющие высокое протонное сродство (метилат-анион СН₃СГ, алкаголятанион RO", ОН" и CN", NHj и FT и др.), а также молекулы, имеющие электронную пару на несвязывающей орбитали атомов азота и кислорода (NH₃, RNH₂, R₂NH, R₃N, H₂0, ROH). Нуклеофилы средней силы — это фенолятион С₆Н₅0″, HS', HCOj, СН₃СОСГ, F". Слабые нуклеофилы — - это анионы сильных кислот или кислот средней силы, например СГ, Вт', Г, HS0₄, NCS", H₂POj, а также молекулы с гетероатомом, электронная пара п которого участвует в wi-сопряжении с сопряженной или ароматической л-системой (С₆Н₅ОН и другие фенолы, C₆H₅NH₂ и другие ароматические амины, С₆Н₅-0-С₆Н, — дифенилоксид и т. п.) — В качестве слабейших нуклеофилов иногда могут выступать гидроксоний-ион Н₃0* и его алкилпроизводные.

rh₂o, r₂oh.

Нуклеофилы являются главными реагентами в реакциях нуклеофильного замещения.

Электрофильные реагенты. Это катионы, простые гаи сложные молекулы, которые сами по себе гаи же в присутствии катализатора обладают повышенным сродством к электронной паре гаи отрицательно заряженным центрам молекул. К числу сильных электрофилов относятся протон Н катионы металлов М^;+, особенно многозарядные (г > 2), комплексные частицы (FeCl₂, HgCl₂, BF₃, AICI3, SbCl₅), молекулы кислородных кислот, имеющие высокие эффективные заряды на окисленном атоме (H₂S0₄, HN0₃), а также продукты их протонирования и дегидратации (H₂S₂0₇, HS0₃, S0₃, N0₂,.

NO N0₂), имеющие пустые n- или </-орбитали.

Слабыми электрофилами являются молекулы с незначительным сродством к электрону (СН₃С1, СНС1₃, СН₃СОС1, СОС1₂, С₂Н₄ и им подобные соединения), которое может резко возрасти в результате их предварительного взаимодействия с сильными электрофилами (А1С1₃, BF₃, Н М¹⁺). Например, хлористый ацетил СН₃СОС1 является слабым электрофилом и не вступает в реакции электрофильного замещения Н-атома в бензоле в отличие от сильных электрофилов. Однако с катализатором образуется комплексное соеди;

нение, в котором катион СН₃СО уже легко замещает атомы водорода в бензоле и аренах.

Электрофильные реагенты (электрофилы) участвуют в качестве главных реакционно-способных частиц в большой группе реакций электрофильного замещения атома водорода в ароматических молекулах (аренах, небензоидных ароматических углеводородах, ароматических гетероциклах), а также в реакциях электрофильного замещения металлоорганических соединений, например,.

Следует иметь в виду, что сложные реагенты имеют одновременно и нуклеофильные, и электрофильные свойства, если в их молекуле имеются два или больше реакционных центров. Однако у типичных нуклеофилов в химических реакциях преобладает стремление передать избыточную плотность партнеру, а у типичных электрофилов — получить электронную пару.

Элсктрононейтральные реагенты. К их числу относятся молекулы без донорно-акцепторных центров и многочисленные свободные радикалы, которые не являются электрофилами или нуклеофилами, если кроме неспаренного электрона они не имеют в своем составе свободных электронных пар или вакантных орбиталей с низкой энергией. Свободные радикалы, имеющие одну, две или больше (в зависимости от температуры окружающей среды) свободных валентностей, являются главными участниками (реагентами) многих органических реакций. Среди них реакции насыщения свободных валентностей такие, как процесс соединения (рекомбинации) свободных радикалов:

Если в качестве свободных радикалов выступают атомы металлов или неметаллов, то образуются металлоорганические и элементоорганические соединения:

К числу важных и распространенных реакций свободных радикалов относятся реакции отрыва атома водорода от молекул гидридов или их функщюнальных производных, например:

а также реакции раскрытия тс-связей, являющиеся началом процесса полиме- 186.

ризации (так называемое инициирование полимеризации):

Вновь возникающий более сложный по составу свободный радикал R-CH₂-CH-R' раскрываег л-связь следующей молекулы алкена R-CH=CH₂ и начинается рост полимерной цепи (цепная реакция полимеризации) до тех пор, пока случайная встреча растущей цепи полимера со свободным радикалом не прекратит полимеризацию (происходит так называемый обрыв цепи):

Электрононейтральные молекулы, не имеющие активных реакционных центров такие, как алканы, арены являются в обычных (стандартных) условиях инертными молекулами и обычно к числу химических реагентов не относятся (например, СН4, С₂Нб, QHu, С₆Н₆).

Имеется много свободных радикалов, обладающих очень высоким сродством к электрону (СГ, НО* и др.). Такие частицы являются сильнейшими окислителями. Сильнейшие радикалы-восстановители (Н*, Li*, Na*, К' и др.), наоборот, имеют низкий потенциал ионизации и невысокое сродство к единичному электрону.