Reakcijų mechanizmų užrašymas

Reakcijų mechanizmų užrašymas

Mokymosi tikslai

Baigę pamoką gebėsite rodyklėmis parodyti elektronų poros ar vieno elektrono judėjimą, užrašyti radikalinio pakeitimo grandinės etapus, elektrofilinio prijungimo bei nukleofilinio pakeitimo ir prijungimo eigą.

Sąvokos

• Mechanizmo etapas – vienas elementarus modelio žingsnis su konkrečiu elektronų persiskirstymu.
• Iniciavimas – radikalus sukuriantis grandinės reakcijos etapas.
• Grandinės plitimas – etapas, kuriame radikalas sunaudojamas ir susidaro kitas radikalas.
• Grandinės nutrūkimas – dviejų radikalų reakcija, nebesudaranti naujo radikalo.

Prisimink

Lenkta dvigalė rodyklė prasideda ties elektronų pora – laisvąja pora arba ryšiu – ir baigiasi ten, kur pora sudaro naują ryšį ar lieka ant atomo. Viengalė rodyklė žymi vieną elektroną radikaliniuose procesuose. Rodyklė niekada neprasideda „iš pliuso“.

Radikalinis pakeitimas

Metano chlorinimo grandinę sudaro:

Iniciavimas – šviesa sukelia homolizę:

$\ce{Cl2 ->[h\nu] 2Cl^.}$

Grandinės plitimas – radikalas sunaudojamas ir atkuriamas:

$\ce{Cl^. + CH4 -> HCl + CH3^.}$

$\ce{CH3^. + Cl2 -> CH3Cl + Cl^.}$

Nutrūkimas – susijungia du radikalai, pavyzdžiui, $\ce{CH3^. + Cl^. -> CH3Cl}$. Grandinės reakcija gali duoti kelių pakeitimų mišinį.

Elektrofilinis prijungimas

Alkeno π elektronai atakuoja elektrofilą. Prijungiant $\ce{HBr}$ prie propeno, π pora sudaro C–H ryšį taip, kad susidarytų stabilesnis antrinis karbokatijonas; tada jį atakuoja $\ce{Br-}$. Pagrindinis produktas – 2-brompropanas. Ši eiga paaiškina Markovnikovo kryptį, o ne pakeičia atomų balanso patikrą.

Nukleofilinis pakeitimas

Hidroksido jonas gali pakeisti halogeną:

Rodyklė vedama nuo O laisvosios poros į elektrofilinį C, o ryšio $\ce{C-Br}$ elektronai pereina Br. Vieno etapo modelyje ryšio sudarymas ir skilimas rodomi kartu.

Išspręstas pavyzdys

Užduotis. Paaiškinkite vieno etapo $\ce{CH3CH2Br + OH- -> CH3CH2OH + Br-}$ elektronų judėjimą.

1. Ryšį $\ce{C-Br}$ poliarizuojame $\ce{C^{\delta+}-Br^{\delta-}}$; elektrofilinis centras yra C.
2. Dvigalę rodyklę pradedame ties $\ce{OH-}$ deguonies laisvąja pora ir baigiame ties C – formuojamas C–O ryšys.
3. Antrą rodyklę pradedame ties C–Br ryšiu ir baigiame ties Br – pora atitenka išeinančiai grupei.
4. Patikra: atomų skaičius nekinta, bendras krūvis abiejose pusėse yra $-1$, C turi keturis ryšius.

Rezultatas: susidaro etanolis ir bromido jonas.

Nukleofilinis prijungimas

Karbonilo ryšys poliarizuotas $\ce{C^{\delta+}=O^{\delta-}}$. Nukleofilas atakuoja karbonilo C, o π pora pereina O; vėliau O protonuojamas. Kiekviename etape reikia parodyti krūvius, laisvąsias poras ir susidariusius ryšius.

Mechanizmo kontrolinis sąrašas

1. Ar rodyklė prasideda ties elektronu ar elektronų pora?
2. Ar jos galas rodo naują elektronų vietą?
3. Ar kiekviename etape išsaugoti atomai ir bendras krūvis?
4. Ar C neviršija keturių ryšių, nebent tuo pat metu kitas ryšys skyla?
5. Ar katalizatorius proceso pabaigoje atkurtas?

Dažnos klaidos

• Pilną rodyklę vesti nuo elektrofilo į nukleofilą.
• Radikaliniame etape naudoti elektronų poros rodyklę.
• Nupiešti penkis C ryšius, neparodžius ryšio skilimo.
• Grandinės plitimo etapu pavadinti dviejų radikalų susijungimą.
• Mechanizme praleisti tarpinės dalelės krūvį.

Darbas su modeliu ir sauga

Spalvomis pažymėkite elektronų poras ant išdalytų struktūrų ir prieš brėždami produktą nubraižykite tik rodykles. Tai leidžia patikrinti elektronų apskaitą. Mechanizmo užrašymas nėra leidimas atlikti reakciją: halogeninimas, koncentruotos rūgštys ir lakūs halogenalkanai klasėje naudojami tik pagal atskirą rizikos vertinimą.

Santrauka

• Mechanizmo rodyklės seka elektronus, ne atomus ar krūvius.
• Radikalinė grandinė turi iniciavimo, plitimo ir nutraukimo etapus.
• Poliariniuose mechanizmuose nukleofilas atakuoja elektrofilinį centrą.

Oficialūs šaltiniai

• SRC-BP-V1269 – III gimnazijos klasės mechanizmų užrašymo apimtis.
• SRC-EMOKYKLA-CHEM – oficialus programos atvaizdavimas.
• SRC-IR-2025 – elektronų judėjimo vaizdavimo mokymosi seka.
• SRC-IUPAC-GOLD-BOOK – mechanizmų dalelių ir reakcijų terminų apibrėžtys.