Термодинамика химических реакций органических соединений

Особенностью большинства реакций органических соединений в отличие от неорганических является их необратимость и низкие скорости взаимодействия. Вследствие этого в органической химии ведущее место занимает химическая кинетика, теория реакционной способности и механизмов реакций. Тем не менее существуют типы химических реакций с участием органических соединений, которые являются обратимыми. Химические реакции целесообразно классифицировать на: 1) реакции переноса единичных электронов с изменением окислительных состояний атомов (окислительновосстановительные реакции); 2) реакции переноса электронных пар с образованием комплексных соединений; 3) реакции переноса протонов с изменением кислотных и основных свойств частиц (реакции кислотно-основного взаимодействия); 4) реакции переноса атомно-молекулярных частиц без изменения числа связей (реакции атомно-молекулярного обмена); 5) реакции переноса атомно-молекулярных частиц с изменением числа связей (реакции диссоциации, ассоциации и агрегации). Сложные химические реакции могут включать сразу несколько типов простых реакций.

В органической химии, так же, как в неорганической, большинство окислительно-восстановительных реакций необратимо. Имеются в виду реакции окисления углеводородов до спиртов, альдегидов и карбоновых кислот, а также реакций, идущих с окислительным расщеплением С-С-, С=С- и С “С-связей. К таким реакциям закон действующих масс — основной закон химической термодинамики — неприменим. Обратимыми реакциями этого типа могут быть окислительно-восстановительные реакции функциональных групп (-SH, -S=0 , -S02-, -NO, -N02 и t. п.), которые, в принципе, мало отличаются от реакций соответствующих неорганических соединений и здесь не рассматриваются.

Представители многих классов органических соединений являются хорошими донорами электронной пары и с катионами-комплексо- образователями образуют многочисленные комплексные соединения. Особенно хорошими лигандами являются азотосодержащие молекулы — амины, диамины и полиамины, аминокарбоновые кислоты и комплексоны, оксимы и диоксимы, нитрозофенолы, азотсодержащие макроциклы. Многие из этих комплексов очень устойчивы. Спирты, кетоны и карбоновые кислоты образуют малоустойчивые сольватные комплексы наподобие гидратных, или аквакомплексов.

Реакции переноса протонов также очень характерны для органических соединений, содержащих гетероатомы N и О. Особенно интересны СН- кислоты. В отличие от галогеноводородных, О-Н- и N-H-кислот они являются чрезвычайно слабыми кислотами и диссоциируют на ионы в очень жестких условиях. Так же трудно происходит протонирование ароматических углеводородов. Однако этот тип реакций интересен в теоретическом и практическом плане, поэтому рассмотрим их термодинамику.

Наиболее специфичными для органических соединений являются реакции переноса атомно-молекулярных частиц, такие как свободно-радикальное замещение Н-атома с разрывом С-Н-связи, электрофильное замещение Н- атома в ароматических углеводородах, нуклеофильное замещение одних функциональных групп на другие, парное отщепление с образованием л- связи и парное присоединение по л-связи, замыкание и размыкание циклов, изомеризация с перемещением функциональной группы по углеродному скелету или в пространстве и др.

Многие из перечисленных реакций являются необратимыми и к ним не применим классический термодинамический подход. Однако такие важнейшие типы химических реакций, как протонирование и депротонирование (кислотная ионизация), этерификация карбоновых кислот, гидролиз сложных эфиров, водородный обмен, сульфирование, кето-енольная таутомерия являются обратимыми. Рассмотрим основные типы обратимых реакций органических соединений.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >