Orgaaniline reaktsioon

Orgaaniline reaktsioon on keemiline reaktsioon, milles osalevad orgaanilised ühendid, üks või enam. Vanimaks orgaaniliseks reaktsiooniks võib pidada orgaaniliste ainete põlemist.

Orgaanilisi ühendeid võib vaadelda koosnevana süsinikskeletist ja funktsionaalsetest rühmadest. Funktsionaalrühmad on molekuli koostises sellised aatomite grupid, mis astuvad keemilistesse reaktsioonidesse ja muunduvad tervikuna, kusjuures süsinikskelett (tavaliselt põhiline osa molekulist) ei muutu. Seepärast jaotatakse orgaanilised ained tema molekulis sisalduvate funktsionaalrühmade järgi aineklassideks ehk ainerühmadeks, millele on iseloomulikud teatud tüüpi asendusreaktsioonid. Sama olulised on süsinikskeleti muutmise meetodid nagu alküülimine, liitumisreaktsioonid, polümerisatsioon jt.

Orgaaniline süntees

 Pikemalt artiklis Orgaaniline süntees

Atseetanhüdriidi süntees atsetüülkloriidist naatriumatsetaadiga

Orgaanilisi reaktsioone kasutatakse orgaanilises sünteesis uute orgaaniliste ühendite saamiseks, näiteks paljud ravimid, plastid, kiudained, pestitsiidid jm. Orgaanilises sünteesis jaotatakse reaktsioonis osalevad ained substraadiks ja reagendiks. Substraat on enamasti see lähteaine, mille põhistruktuur protsessis säilib. Reagent on see lähteaine, mis põhjustab substraadi muutumise. Reagendid on keemiliselt kas küllalt aktiivsed või aktiveeritakse mingi initsiaatori toimel. Aktiivsed reagendid jagatakse:

• vabad radikaalid (näiteks R^•, Br^•, NO^• jt; genereeritakse radikaalsete initsiaatorite (näiteks bensoüülperoksiid) toimel või kõrgel temperatuuril või valguskiirgusega)
• nukleofiilid (näiteks OH^–, H₂O, NH₃, alkeenid jt)
• elektrofiilid (näiteks H⁺, Cl⁺, R⁺; lähtereagendid on happed, halogeenid, alküülhaliidid jt)
• oksüdeerijad (näiteks O; lähtereagendid on O₂, H₂O₂, OsO₄ jt)
• redutseerijad (näiteks H; lähtereagendid on H₂, LiAlH₄ jt)

Reaktsiooni võrrand

Keemilist reaktsiooni kirjeldatakse reaktsiooni võrrandiga, mis näitab protsessis osalevaid lähteaineid ja lõpp-produkte. Vastavalt ainejäävuse seadusele saab võrrandi pooled võrdsustada, nii et mõlemal poolel on iga elemendi aatomeid võrdne arv. Orgaaniliste reaktsioonide korral, kui tekib kõrvalprodukte, võrrandi pooli ei võrdsustata ja poolte vahel kasutatakse noolt. Täpsem reaktsiooni võrrand kajastab ka reaktsiooni mehhanismi: vaheastmeid ehk elementaarreaktsioone.

Reaktsiooni kiirus

Keemilise reaktsiooni kiirus näitab kuidas reaktsiooni komponentide kontsentratsioon või rõhk ajas muutub. Reaktsiooni kiirus sõltub paljudest faktoritest. Sellega tegeleb keemiline kineetika. Kui soovitud produkti moodustumise ja edasireageerimise kiirused on lähedased, siis vähendatakse konversiooni astet.

Orgaaniliste reaktsioonide klassifikatsioon

Kõiki keemilisi reaktsioone võib klassifitseerida väga mitme tunnuse alusel. Sama kehtib ka orgaaniliste ühendite reaktsioonide kohta. Täpsemalt artiklis Keemiline reaktsioon. Põhiliste orgaaniliste reaktsioonide spetsiifikat arvestav klassifikatsioon on toodud alljärgnevalt.

Põhitüübid

• substraadi keemilise muutuse iseloomu (brutoreaktsioon) järgi esinevad liitumisreaktsioonid, elimineerimisreaktsioonid, asendusreaktsioonid, redoksreaktsioonid, ümberasetusreaktsioonid ja peritsüklilised reaktsioonid, kondensatsioonireaktsioonid, polümerisatsioon
• reagendist või reagendi osalusel genereeritavate reaktsioonis osalevate aktiivsete intermediaatide tüübi järgi, (vabad radikaalid, katioonid ja anioonid) jagatakse reaktsioonid radikaalilised ehk radikaalreaktsioonid, elektrofiilsed reaktsioonid (karbokatioonsed) ja nukleofiilsed reaktsioonid (karbanioonsed), redoksreaktsioonid, koordinatsioonmehhanismiga reaktsioonid.

Reaktsiooni mehhanismi järgi

Praktiliselt kõik orgaanilised reaktsioonid toimuvad üle kahe või mitme elementaarreaktsiooni, seega toimuvad astmelise mehhanismi järgi. Viies kokku substraadi ja reagendi vastastikuse toime ehk brutoreaktsioonid ja elementaarreaktsioonid saame põhiliste orgaaniliste reaktsioonide klassifikatsiooni reaktsiooni mehhanismi järgi:

• Liitumisreaktsioonid, need saavad toimuda substraadi kordse sideme osavõtul või tsükli avanemisega
  • elektrofiilne liitumisreaktsioon ehk elektrofiilne liitumine
  • nukleofiilne liitumisreaktsioon
  • radikaalne liitumine
• Elimineerimisreaktsioonid
• Asendusreaktsioonid
  • nukleofiilne asendusreaktsioon: S_N1 ja S_N2 reaktsioon
  • nukleofiilne aromaatne asendusreaktsioon
  • nukleofiilne atsüülasendusreaktsioon
  • elektrofiilne asendusreaktsioon
  • elektrofiilne aromaatne asendusreaktsioon
  • radikaalne asendusreaktsioon (ahelreaktsioon)
• Orgaanilised redoksreaktsioonid
  • oksüdeerimine ehk oksüdatsioon
  • taandamine
• Ümberasetusreaktsioonid (isomerisatsioonireaktsioonid)
  • 1,2-ümberasetus (mingi aatomi või rühma nihe naaberaatomi juurde ehk 1,2-nihe)
  • peritsüklilised reaktsioonid
  • metateesid
• Ahelpolümerisatsioon (radikaalne, karbokatioonne, karbanioonne ja koordinatsioonimehhanismiga reaktsioon)

Derivatiseerimine (asendusrühmade muutuse järgi)

Teatud asendusrühma (funktsionaalrühma) sisseviimine substraadi molekuli kas asendusreaktsiooni või liitumisreaktsiooni abil:

• alküülimine
• allüülne kloorimine
• amiinimine
• atsüülimine / atsetüülimine / deatsetüülimine
• blokkimine, kaitsev rühm
• bromeerimine
• dekarboksüülimine
• derivatiseerimine
• diasoteerimine
• dihüdroksüleerimine
• epoksüdeerimine
• esterdamine / ümberesterdamine
• halogeenimine
• hüdraatimine ehk hüdrateerimine / dehüdraatimine ehk dehüdrateerimine
• hüdroboreerimine
• hüdrogeenimine / dehüdrogeenimine
• hüdrohalogeenimine / dehüdrohalogeenimine
• hüdrokloorimine / dehüdrokloorimine
• hüdrolüüs
• kloorimine
• nitreerimine
• oksüdeerimine
• seebistamine
• solvolüüs
• sulfoonimine
• taandamine
• tsüklisatsioon / tsükli ahenemine, / tsükli avardumine / tsükli avanemine

Produktide selektiivse moodustumise järgi

• selektiivne reaktsioon ehk valiv reaktsioon on selline, milles reagent annab produkti valikuliselt ühega lähtesegus olevatest komponentidest. Siin on tegu kemoselektiivse reaktsiooniga. Selektiivseid reaktsioone kasutatakse keemilises analüüsis mingi ühendi määramiseks, aga ka sünteesis teatud komponendi eraldamiseks segust (näiteks Sommelet' reaktsioon)
• regioselektiivne reaktsioon – regioselektiivsus on ühe reaktsioonisuuna eelistatus teiste võimalike suundade ees, vt Markovnikovi reegel, Zaitsevi reegel, Baldwini reegel jm.
• stereospetsiifiline reaktsioon tähendab, et erinevatest stereoisomeersetest lähteainetest saadakse ka erinevad stereoisomeersed produktid
• stereoselektiivne reaktsioon tähendab, et moodustub eelistatult üks stereoisomeerne produkt (näiteks trans-isomeer)
  • enantioselektiivses reaktsioonis akiraalsest lähteainest, kasutades kiraalset reagenti või kiraalset katalüsaatorit või ensüümi, moodustub ülekaalukalt üks enantiomeer (vaata asümmeetriline süntees)
  • diastereoselektiivses reaktsioonis moodustub ülekaalukalt üks diastereomeer

Muud

• Sünkroonmehhanismiga reaktsioonid
• Metallorgaanilised reaktsioonid
• Elementorgaanilised reaktsioonid
• Keto-enooltautomeeria
• Nimelised reaktsioonid
• Polümerisatsioon

Vaata ka

• Keemiline reaktsioon
• Intramolekulaarne reaktsioon
• Orgaanilised ühendid
• Orgaaniline süntees
• Mikrolainekeemia
• Looduslikud ühendid
• Lenduvad orgaanilised ühendid
• Keemianomenklatuur
• Kovalentne side
• Funktsionaalne rühm
• Termodünaamiline versus kineetiline kontroll

Kirjandus

• Francis A. Carey ja Robert M. Giuliano, Orgaaniline keemia, Tallinna Raamatutrükikoda 2014, 1273 lk.

Välislingid