2.3. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ОРГАНИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ

Химическая реакция представляет собой перераспределение электронной плотности (или перестройки МО) в системе реагентов. Во многих случаях эта система очень сложна, поскольку включает реагенты, катализатор, растворитель и связана с образованием ряда промежуточных частиц и комплексов.

В наиболее общем виде органическую реакцию можно представить в двух стадиях: 1) сближение реагентов, их взаимная ориентация и закрепление; 2) перегруппировка электронов в образуемой системе.

Причиной сближения и взаимодействия реагентов является неоднородность внутреннего электрического поля молекул, обусловленная различной электроотрицательностью (сродством к электрону) атомов. Неравномерность распределения электронной плотности находит отражение в полярности молекулы. В ряде случаев молекула, неполярная в статическом состоянии, может поляризоваться под влиянием окружающей среды (растворителя, другого реагента, катализатора), приобретая так называемый наведенный диполь.

Диполь-дипольное или ион-дипольное взаимодействие удерживает реагенты на близком расстоянии и способствует усилению электрокинетического взаимодействия (дисперсионных сил Лондона). Притяжение за счет последних возрастает с увеличением поляризуемости реагентов. Амплитуда колебаний электронов может стать, наконец, настолько большой, что начинается их перемещение от одного реагента к Другому.

Реакция легко происходит лишь тогда, когда новая связывающая орбиталь образуется с максимальным перекрыванием и минимальным

изгибом участвующих орбиталей, т. е. когда взаимодействие копланарно.

Чтобы две молекулы прореагировали, им нужно преодолеть некоторый энергетический барьер, поскольку при сближении их на определенное расстояние наряду с силами притяжения начинают действовать силы отталкивания.

Источником необходимой для реакции энергии (энергии активации) является прежде всего кинетическая энергия молекул. Однако далеко не все столкновения, достигающие требуемого энергетического уровня, приводят к реакции: нужна еще правильная (копланарная) ориентация реагентов.

Состояние системы на вершине энергетического барьера называется активированным. Так называемый активированный комплекс характеризуется тем, что старые связи еще не разорвались окончательно, а новые не образовались. Активированный комплекс продвигается в сторону образования конечных продуктов очень быстро с близкой к нулю энергией активации. Не следует путать понятия «активированный комплекс», называемый иногда с некоторой долей приближения «промежуточным комплексом», с истинным промежуточным соединением (комплексом). Последний отличается достаточно продолжительной жизнью, позволяющей изучать его с помощью физико-химических методов, а в ряде случаев — выделять.

Принципиальное отличие органических реакций от неорганических состоит в том, что в них участвуют (одни разрушаются, а другие образуются) неполярные или малополярные ковалентные связи. Связи такого типа в несколько раз превосходят по прочности ионные и в отличие от последних мало подвержены влиянию сольватационных сил, тем более, что органические реакции проводятся, как правило, в неводных средах. Эти факты обусловливают сравнительно низкой скорости органических реакций. Для их успешного проведения за частую требуется повышенная температура, облучение, применение катализаторов или инициаторов.

Особенностью протекания органических реакций является то, что ионы, столь характерные для неорганических реакций, возникают лишь в момент превращения реагентов и имеют скрытый характер. По этой причине их называют «скрытыми» ионами, или криптоионами. При этом для органической среды, в отличие от водной, более характерно образование не изолированных ионов, а ионных контактных пар и их ассоциатов. Если же в ряде случаев иод влиянием сольватации ионная пара и разделяется, то в силу высокой энергии образующиеся сольватированные катионы и анионы чрезвычайно реакционноспособны и поэтому существуют в течение короткого промежутка времени.

Для образования ионов и радикалов необходимо затратить энергию, равную примерно энергии связи (200 — 460 кДж/моль). Энергию диссоциации значительно понижают сольватационные явления, а также катализаторы и инициаторы.

В качестве катализаторов обычно применяют кислоты или основания. Их роль заключается в поляризации реагентов, что способствует реализации гетеролитических процессов со свойственным им перемещением электронных пар.

Инициаторы стимулируют радикальные процессы, отличительным признаком которых является образование промежуточных частиц (интермедиатов) с неспаренным электроном (радикалов, ион-радикалов). В качестве инициаторов используют вещества, способные легко генерировать радикалы (пероксиды, диазосоединения). Образованию радикалов способствуют соединения металлов с переменной валентностью (железа, кобальта и др.), склонные к окислительно-восстановительным процессам с одноэлектронными переходами.