أنواع التفاعلات الكيميائية

انواع التفاعلات الكيميائية

تحدث التفاعلات العضوية باصطدام الجزيئات أو الذرات أو الأيونات بشرط توافر الطاقة اللازمة لكسر بعض الروابط ، كما تنشأ روابط جديدة تنطلق أثناء إنشائها الطاقة ... وحصيلة التفاعل العضوي ظهور نواتج جديدة ..
وهناك أنواع رئيسية ثلاثة من التفاعلات العضوية وهي :

1- الإحلال أو الاستبدال " Substitution "

2- الإضافة " Addition "

3 – الحذف " Elimination "

وهناك تفاعلات أقل شيوعاً مثل : إعادة الترتيب ، تفاعلات الجذور الحرة ...

"*"...أولاً....تفاعلاتالإحلال...."*"

(Substitutionreactions)

يحدث عادة إحلال مجموعة واحدة بدلاً من مجموعة أخرى في الجزيء العضوي بهجوم إما الكاشف النيوكلوفيلي أو الكاشف الإلكتروفيلي ..
وتعتمد سرعة هذه التفاعلات على تراكيز إحدى مكونات التفاعل فقط أو قد تعتمد على تراكيز كلا من المادة الأساسية والمتفاعل .. وقد يحدث هذا التفاعل بخطوة واحدة أو بعدة خطوات ..

أ – الإحلال النيوكليوفيلي " Nucleophilic Substituions "

1- الإحلال النيوكليوفيلي أحادي الجزيئة " SN1 "

سمة مميزة لهذا التفاعل بأنه يتم في مرحلتين مختلفتين ..

يحدث كسر غير متماثل للرابطة " C- X " وتعطي أيون الكاربونيوم الموجب الذي لم يفصل ..

ويعتبر النيوكليوفيل المهاجم أكثر قاعدية من الأنيون المغادر ..

وتكون المرحلة الإنتقالية لتكوين أيون الكاربونيوم لها طاقة أعلى من المرحلة الثانية ولذلك فإنها المرحلة التي ستحدد سرعة التفاعل الكلية حيث

أنها تدعي خطوة تحديد السرعة وتشمل نوعاً واحدًا فقط ,,, أي أنه أحادي الجزيئة ..

الخطوة الأولى هي عبارة عن كسر غير متماثل في الرابطة " C- X " ويُعطي أيون الكاربونيوم الموجب والذي لم يُفصل ..
والنيوكليوفيل المهاجم يكون أكثر قاعدية من الأنيون المغادر ..
والنيوكليوفيلات الشائعة هي ..
السيانيد ، اليوديد ، الهيدروكسيد ، البرميد ، أيون الخلات ، الكلوريد ، النترات ، الماء

2- الإحلال النيوكليوفيلي ثنائي الجزيئة " SN2 "

السمة المهمة لهذا التفاعل هي أنه تفاعل خطوة واحدة ويحدث فيه كسر رابطة وتكوين رابطة مع إنقلاب الهيئة حول ذرة الكربون المهاجمة ..

ومثال على ذلك :

التحلل المائي لبروميد الميثيل ...

يهاجم أيون الهيدروكسيل النيوكليوفيلي الكربون حاملة الهالوجين من الجهة المعاكسة للهالوجين ..
إن تكوين الرابطة " HO-C " في المرحلة الانتقالية يتطابق مع انكسار الرابطة " C-Br " وإن هيئة الكربون تتغير إلى نوع مستو ، أي أن ذرتي الهيدروجين ومجموعة الميثيل تقع جميعها في مستوى واحد ...
وفي الناتج يكون تكوين الرابطة " " وكسر الرابطة " " قد اكتمل والمواضع الفراغية لذرتي الهيدروجين ومجموعة الميثيل تصبح كأنها صورة مطباقة لموضعها الأصلي بما أن المرحلة الانتقالية تتضمن نوعين من الجزيئات ، فإن التفاعل يدعي تفاعل ثنائي الجزيئة ..
إن خطوة تكوين المرحلة الانتقالية هي خطوة تحديد السرعة وبما أن هذه تعتمد على تردد الاصطدام بين الكاشف " أيون الهيدروكسيل " والمادة الأساسية " بروميد الميثيل " فإن السرعة سوف تزداد بزيادة تركيز هذه المواد المتفاعلة ...

العوامل التي تؤثر في تفاعل SN2

1- كلما كان المذيب قطبي كان التفاعل أسرع بشكل عام ..

2- التفرعات على أي من كربون ألفا أو بيتا تقلل من سرعة التفاعل ..

ب- الإحلال الإلكتروفيلي " Electrophilic Substitution "

هي تفاعلات مشابهة للتفاعلات النيوكليوفيلية SN1 ، SN2 ..
وكما كان الجزء المتفاعل في تفاعلات SN1 هو أيونات الكربونيوم فهي في تفاعلات SE1 فإن الجزء المتفاعل هو الكربونيون تنتج عدداً من الكربونيونات بإزالة بروتون بالقاعدة ..

1- الإحلال الإلكتروفيلي أحادي الجزيئة " SE1 "

كما في تفاعل SN1 فإن SE1 يكتمل بمرحلتين منفصلتين ..
خطوة تحديد السرعة هي تكوين الكربونيون الذي يهاجم من قبل النيوكليوفيل في المرحلة الثانية ..

2- الإحلال الإلكتروفيلي ثنائي الجزيئة " SE2 "

يوجد هذا النوع من التفاعل بشكل رئيسي في المركبات الفلزية العضوية ...
إن المجموعة المهاجمة في هذه التفاعلات لها القابلية على قبول الإلكترونات ..
ولهذا فإن القوى المتنافرة الموجودة بين الإلكترونات الرابطة والنيوكليوفيلات سالبة الشحنة في تفاعلات "SE1 "، والتي تجبر النيوكليوفيل على الهجوم من الخلف ، هي غير واضحة في تفاعلات "SE2 " ..

"*"..ثــانيــًا..تفــــاعلاتالحذف...."*"
(Eliminationreaction)

إن التفاعل الأكثر عمومًا من هذا النوع حذف بيتا والذي يشمل على ذرتي كربون متجاورتين ..
عند إزالة مكونات جزيئة بسيطة مثل الماء ، الكحول ، حامض هالوجين من ذرات كربون متجاورة في مركب عضوي وبطريقة بحيث ينتج صيغة غير مشبعة ، هذا يعني حدوث حذف بيتا ..
ومن الممكن حدوث حذف ألفا أو جاما أيضًا ..

وهناك نوعان من الحذف ..
E1 و E2 اللذان لهما ميكانيكية تشابه جداً ميكانيكية SN1 و SN2 على التوالي ..

1- حذف أحادي الجزيئة " Unimolecular Elimination E1 "

كما في SN1 في تفاعل E1 المركب الوسطي هو أيون الكربونيوم ..
وينتج الأيون برحيل المجموعة المغادرة في خطوة تحديد السرعة ويُزال البروتون في المرحلة الثانية لينتج رابطة متعددة ..

2- حذف ثنائي الجزيئة " Bimolecular Elimination E2 "

إن الصفات المميزة لميكانيكية هو أن التفاعل يتم بخطوة واحدة .. مشابه لتفاعلات حيث أن البروتون يُزال بالقاعدة في وقت واحد مع رحيل المجموعة المغادرة ..
في المرحلة الانتقالية ..
تكوين وكسر الرابطة يكون جزئيًا مع توزيع الشحنة..
والمجموعة المغادرة يجب أن تكون أقل قاعدية من القاعدة المهاجمة ويكون مستقرًا كالأنيون .

العوامل التي تسهل من التفاعل ..

• إضافة قاعدة قوية المستعملة بكثرة هي " OH و NH3 في حوامضها الاقترانية المقابلة كمذيبات أي " H2O ، ROH ، NH3 على التوالي ..
• السهولة في إزالة البروتون ..
• يكون حذف ترانس أسرع من حذف سيز ، حيث أن في هندسة الترتيب الهندسي ترانس تقع كافة الذرات المشتركة في مستوى واحد مع فصل في الشحنة وبذلك يحتاج إلى أقل طاقة ليحدث التطابق في الأوربيتالات ..
• إذا كانت الرابطة الثنائية بوضع اقتران مع رابطة ثنائية موجودة في الجزيء فإن سرعة التفاعل تزداد .. حيث أن الطاقة الاستقرارية بسبب الاقتران في الناتج تتكون جزئيًا عند المرحلة الانتقالية ..

"*".....ثــالثــًا...تفاعلاتالإضافــة...."*"(Additionreaction)

المركبات العضوية التي تحتوي على روابط متعددة تكون معظم تفاعلاتها تفاعلات الإضافة وهي التفاعلات المعاكسة لتفاعلات الحذف ..

وعموماً فإن تفاعلات الإضافة تكون إلكتروفيلية ، ولكن يمكن أن تكون إلكتروفيلية إذا اتصلت مجاميع ساحبة للإلكترونات بكربون الرابطة الثنائية كما في الكيتون ..
الروابط الثلاثية أكثر عرضة للهجوم النيوكليوفيلي وأقل للهجوم الإلكتروفيلي من الأوليفينات البسيطة .. والسبب ربما يعود إلى حقيقة أن طول رابطة الكربون – الكربون في الرابطة الثلاثية أقصر من تلك في الأوليفين وإلكترونات باي مرتبطة بقوة حيث أنهم أقل توفرًا للإزالة ...
المركبات الأروماتية قلما تعاني من تفاعلات الإضافة ، حيث أن مثل هذه التفاعلات تؤدي إلى فقدان استقرار الرنين ، تفاعلات الإحلال الإلكتروفيلي أكثر خاصية لمثل هذه المركبات ..

أ – الإضافة الإلكتروفيلية " Electrophilic addition "

يحدث التفاعل بمرحلتين ، خطوة تحديد السرعة الأولية هي تكوين أيون الكاربونيوم بمهاجمة الإلكتروفيل ..
ويعادل أيون الكاربونيوم بجزء سالب الشحنة ، أو نوع يحمل زوجًا إلكترونيًا ..

ب – الإضافة النيوكليوفيلية " Nucleophilic addition "

الإضافة النيوكليوفيلية إلى الأوليفينات البسيطة نادرة جداً ، عدا الحالات التي يكون فيها الأوليفين مقترن بمجموعة ذات سالبية كهربائية ..

"*"....رابعــًا....تفاعلات إعادة الترتيب...."*"(Rearrangrments)

عندما تنتقل مجموعة من ذرة إلى أخرى في نفس الجزيء يعبر عن هذه العملية الكلية بإعادة الترتيب إذا كانت الذرتان متجاورتين الواحدة إلى الأخرى فإن إعادة التنظيم من هذا النوع يُدعى إنتقالات 1 و 2 ..

قد تقسّم إعادة الترتيب إلى ثلاث مجموعات رئيسية :-

1- إعادة الترتيبات الأنيونتروبيك

تحافظ المجموعة المنتقلة فيه على زوج إلكترونات الترابط ، أي أنها أنيون ..
2- إعادة ترتيبات كاتيونتروبيك " Cationotropic rearrangements "

لا تحافظ المجموعة المنقولة فيه على إلكترونات الترابط ، أي أنها كاتيون ..
3- إعادة ترتيبات الجذور الحرة " Free radical rearrangements "
يحدث فيه انشطار غير متماثل للرابطة وتحافظ المجموعة المنتقلة على إلكترون واحد ..