ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์

ปฏิกิริยาเคมีของสารประกอบอินทรี ย ์
        A+B                      C+D
เรี ยก A, B ว่า สารตังต้น (starting material) และ
      C, D ว่าสารผลิตภัณฑ์ (product)
ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์

• ในปฏิกิริยาเคมีอินทรี ย ์ บางครังจะเรี ยกสารตังต้น
  ตัวหนึ=งว่า reactant หรื อsubstrate และเรี ยกสารที=เข้า
  ทําปฏิกิริยาว่า reagent
• ส่ วนใหญ่ reagent มักเป็ นสารประกอบอนินทรี ยหรื อ ์
  สารประกอบอินทรี ยโมเลกุลเล็ก
                        ์                                ๆ
ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์
• ในการเกิดปฏิกิริยาเคมีอินทรี ยจะมีการแตกพันธะซึ= ง
                                ์
  อาจเป็ น 1 พันธะหรื อมากกว่า และมีการสร้าง
  พันธะใหม่               1           พันธะหรื อมากกว่า
  • ปฏิกิริยาอาจเกิดขันตอนเดียวหรื อหลายขันตอน
• การแสดงรายละเอียดของขันตอนต่าง ๆ ของปฏิกิริยา
  ที=เกิดขึน เรี ยกว่า กลไกของปฏิกิริยา (reaction
  mechanism)
ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์
• การแตกพันธะของสารประกอบอินทรี ย ์ อาจเกิดได้ 2 แบบ
   – แบบโฮโมไลติก (homolytic cleavage) เป็ นการแตกพันธะ
     อย่างสมมาตร กล่าวคือ เมื=อแตกพันธะแต่ละอะตอมจะเอา
     อิเล็กตรอนไปอะตอมละ             1           อิเล็กตรอน
   – แบบเฮเทอโรไลติก (heterolytic cleavage) เป็ นการแตก
     พันธะที=อะตอมหนึ=งเอาอิเล็กตรอนไป 2 อิเล็กตรอน และอีก
     อะตอมหนึ=งไม่มีอิเล็กตรอนเลย ทําให้อะตอมหนึ=งมีประจุ
     บวก                           อีกอะตอมหนึ=งมีประจุลบ
ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์

• ปฏิกิริยาที=มีการแตกพันธะแบบโฮโมไลติก เรี ยกว่า
  ปฏิกิริยาแบบอนุภาคหรื ออนุมูลอิสระ (radical or
  free-radical reaction)
      C   A                 C   + A
ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์
• ปฏิกิริยาที=มีการแตกพันธะแบบเฮเทอโรไลติก
  เรี ยกว่า ปฏิกิริยาแบบไอออนิก (ionic reaction)
              heterolytic clevage                 +
      C   A                               C    + A

                                      carbanion
              heterolytic clevage
      C A                                 C+ + A
                                      carbocation
                                    (carbonium ion)
สารมัธยันตร์
1. คาร์โบเคตอิออน (carbocation) หรื อ คาร์โบเนียม
 อิออน (carbonium ion) ใช้ sp 2 ไฮบริ ดออร์ บิตล
                                               ั
                                            p-orbital

    R                   C+      sp2
                    R                        sp2
    R                            sp2




                          ่
        มี 6 อิเล็กตรอนอยูในพันธะสามพันธะ
สารมัธยันตร์
เสถียรภาพของคาร์โบเคตอิออน (carbocation)
                                                      C+
carbocations:

     R               H           H
                                           +
R    C+   >     R   C+   >   R   C+   >     CH3

     R              R            H

    30              20           10       methyl cation
สารมัธยันตร์
2. คาร์แบนอิออน (carbanion) เป็ นคาร์บอนที=มีประจุ
 ลบ มีอิเล็กตรอนวงนอก 8 อิเล็กตรอน
 คาร์แบนอิออน ใช้ sp3 ไฮบริ ดออร์บิตล ั       C

                  H
                  H
                           C
                                        Methyl carbanion
                       H

 มี 6 อิเล็กตรอนอยูในพันธะสามพันธะและคู่อิเล็กตรอนที=ไม่ได้ใช้ร่วม
                   ่
สารมัธยันตร์
  เสถียรภาพของคาร์แบนอิออน จะตรงข้ามกับ
  คาร์โบแคตอิออน
     carbanions:         C
                   H         H            R

       CH3    >    C R   >   C    R   >   C R

                   H         R            R

methyl carbanion   10        20           30
สารมัธยันตร์
3. เรดิคลอิสระ (free radical) เป็ นคาร์บอนที=มี
        ั
 อิเล็กตรอนเดี=ยว ไม่มีประจุ มีอิเล็กตรอนวงนอก 7
 อิเล็กตรอน คาร์บอนที=เป็ นเรดิคลอิสระ ใช้ sp
                                   ั            2

 ไฮบริ ดออร์บิตลั
                     R
                                  R
                     R
สารมัธยันตร์
เสถียรภาพของเรดิคลอิสระ
                 ั
     radicals:

     R3C   >     R2CH   > RCH2 >   CH3

      30         20       10   methyl radical
สารมัธยันตร์
4. คาร์บีน (carbene) เป็ นสารมัธยันตร์ของคาร์บอนที=
 มีเพียง 2 พันธะ มีอิเล็กตรอนวงนอก 6 อิเล็กตรอน
 คาร์บีนมี 2 ชนิด
R
                          R       C             R
R


 Singlet carbene              Triplet carbene
คาร์ บีนคืออะตอมคาร์ บอนที เป็ นกลาง มี 2 พันธะ
             และ 2 อิ เล็กตรอน มี อยู่สองชนิดคือ
• 1. แบบซิงเกลต(Singlet)
                                   C
• 2. แบบทริปเพลต
                                    C
ประเภทของสารที เข้ าทําปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์

1. นิวคลีโอไฟล์ (nucleophile)
2. อิเล็กโตรไฟล์ (electrophile)
3. เรดิคลอิสระ (free radical)
         ั
นิวคลีโอไฟล์ (nucleophile)


       เป็ นโมเลกุลหรื อกลุ่มของอะตอมที=มีคู่อิเล็กตรอนที=ใช้ในการสร้าง
      พันธะกับสารหรื อหมู่ที=รับอิเล็กตรอนได้ กรณี โมเลกุลเป็ นกลาง
      เช่น H2O, ROH, NH3, RNH2 เป็ นต้น นิยมเขียนนิวคลีโอไฟล์แบบนี
      ว่า Nu : หากนิวคลีโอไฟล์มีประจุลบ (anion) ซึ=งนิยมเขียนแทนด้วย
      Nu- เช่น –OH,-OR, -CN, -Cl
(ตัวให้อิเล็กตรอน ) คู่อิเล็กตรอนทีไม่ได้ใช้ร่วม พันธะทีมีขว δ - มี ไพอิเล็กตรอน
                                                           ั
อิ เล็กโตรไฟล์ (electrophile)

   เป็ นโมเลกุลหรื ออะตอมที=สามารถรับอิเล็กตรอนเพื=อสร้างพันธะใหม่
       อิเล็กโตรไฟล์ที=เป็ นกลางจะเขียนแทนด้วย E เช่น AlCl3, BF3, SO3
       ส่ วนอิเล็กโตรไฟล์ที=มีประจุ ซึ=งจะเป็ นบวก เช่น H+, H3O+, R+
       (carbocation) มักเขียนแทนด้วย E+
                                                          Cl
    CH2 CH CH3           +      HCl                   CH3 CH CH3
      propene          hydrogen chloride            2-chloropropane

(ตัวรับอิเล็กตรอน ) พันธะทีมีขว δ +มีตาแหน่ งทีสามารถรบอิเล็กตรอน (กรด)
                              ั       ํ
. เรดิคัลอิ สระ (free radical)


      รี เอเจนต์กลุ่มแรดิคลนี เป็ นหมู่ที=ไม่มีประจุ เนื=องจากเกิดการแตก
                          ั
      ตัวอย่างเสมอภาค และจะเหนี=ยวนําให้เกิดปฏิกิริยาที=มีการแตก
      พันธะแบบเสมอภาคด้วยเช่นกัน

         Cl     H CH3                     Cl H       +      CH3
               methane                                methyl radical

         Cl        CH3                    CH3 Cl
chlorine radical methyl radical       chloromethane
ประเภทของปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์
  1. ปฏิกิริยาการแทนที= (Substitution reaction)
       1.1 ปฏิกิริยาการแทนที=ดวยนิวคลีโอไฟล์
                              ้
       Nu + R X                    Nu R +         X
  นิวคลีโอไฟล์ สารตังต้น       สารผลิตภัณฑ์ อิออนทีหลุดออก
   OH + CH3CH2 Cl                    CH3CH2OH + Cl
นิวคลีโอไฟล์   สารตังต้น            สารผลิตภัณฑ◌์ อิออนที
                                                  หลุดออก
ประเภทของปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์
1. ปฏิกิริยาการแทนที= (Substitution reaction)
   1.2 ปฏิกิริยาการแทนที=ดวยอิเล็กโตรไฟล์
                          ้
              H                                 E
                       +   Lewis acid                +
                 + E                            + H

             H             H2SO4
                                          NO2
             + HNO3                         + H2O
ประเภทของปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์
2. ปฏิกิริยาการเติม (Addition reaction)
        C C     + A B                     C C
                                          A B

       CH2 CH2 + Cl2                CH2 CH2
                                    Cl      Cl

CH3CH CH2 + Br2                 CH3CH CH2
                                    Br      Br
ประเภทของปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์
3. ปฏิกิริยาการขจัดออก (Elimination reaction)
3.1 ปฎิกิริยาการขจัดออกโดยนิวคลีโอไฟล์
             X

         C   C                   C C     + X
                                          (HX)
         H

 Nu
CH3CH2Br + OH                CH2 CH2 + H2O + Br
                                            (HBr)
ประเภทของปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์
3.2 ปฏิกิริยาการขจัดออกโดยอิเล็กโตรไฟล์
           H
                 Lewis base
      C    C                   C C    + H2O

      OH

                       H2SO4
    CH3    CH2   OH            CH2   CH2 + H2O
       ethanol                  ethene
ประเภทของปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์
4. ปฏิกิริยาออกซิ เดชัน (Oxidation reaction)

                      K2Cr2O7/H2SO4
   CH3   CH    OH                     CH3   C       O
         CH3                                CH3


               OH       K2Cr2O7
                                                O
               H             +
                         H
ประเภทของ ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์
5. ปฏิกิริยารี ดกชัน (Reduction reaction)
                ั

            O                               H
                         LiAlH4
    CH3CH2 C OH                     CH3CH2 C    OH

                                            H

                           H2/ Pd
   CH3   CH2 CH    CH2                CH3   CH2 CH2   CH3
ประเภทของ ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์
6. ปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอร์ (Polymerisation)

                                      Cl
      nCH2 CH Cl                (CH2 CH)
                                           n
      vinyl chloride          polyvinyl chloride


      nCH2 CH2                  ( CH2 CH2 )n
      ethylene                   polyethylene
ประเภทของ ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์
7. ปฏิกิริยาการจัดตัวใหม่ (Rearrangement reaction)

                        heat, catalyst
  CH3   CH2 CH2   CH3                    CH3   CH    CH3
                                               CH3

                        heat, catalyst
  CH3   CH2 CH CH2                       CH3   C     CH2
                                               CH3

Reaction

  • 1.
    ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์ ปฏิกิริยาเคมีของสารประกอบอินทรีย ์ A+B C+D เรี ยก A, B ว่า สารตังต้น (starting material) และ C, D ว่าสารผลิตภัณฑ์ (product)
  • 2.
    ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์ •ในปฏิกิริยาเคมีอินทรี ย ์ บางครังจะเรี ยกสารตังต้น ตัวหนึ=งว่า reactant หรื อsubstrate และเรี ยกสารที=เข้า ทําปฏิกิริยาว่า reagent • ส่ วนใหญ่ reagent มักเป็ นสารประกอบอนินทรี ยหรื อ ์ สารประกอบอินทรี ยโมเลกุลเล็ก ์ ๆ
  • 3.
    ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์ •ในการเกิดปฏิกิริยาเคมีอินทรี ยจะมีการแตกพันธะซึ= ง ์ อาจเป็ น 1 พันธะหรื อมากกว่า และมีการสร้าง พันธะใหม่ 1 พันธะหรื อมากกว่า • ปฏิกิริยาอาจเกิดขันตอนเดียวหรื อหลายขันตอน • การแสดงรายละเอียดของขันตอนต่าง ๆ ของปฏิกิริยา ที=เกิดขึน เรี ยกว่า กลไกของปฏิกิริยา (reaction mechanism)
  • 4.
    ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์ •การแตกพันธะของสารประกอบอินทรี ย ์ อาจเกิดได้ 2 แบบ – แบบโฮโมไลติก (homolytic cleavage) เป็ นการแตกพันธะ อย่างสมมาตร กล่าวคือ เมื=อแตกพันธะแต่ละอะตอมจะเอา อิเล็กตรอนไปอะตอมละ 1 อิเล็กตรอน – แบบเฮเทอโรไลติก (heterolytic cleavage) เป็ นการแตก พันธะที=อะตอมหนึ=งเอาอิเล็กตรอนไป 2 อิเล็กตรอน และอีก อะตอมหนึ=งไม่มีอิเล็กตรอนเลย ทําให้อะตอมหนึ=งมีประจุ บวก อีกอะตอมหนึ=งมีประจุลบ
  • 5.
    ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์ •ปฏิกิริยาที=มีการแตกพันธะแบบโฮโมไลติก เรี ยกว่า ปฏิกิริยาแบบอนุภาคหรื ออนุมูลอิสระ (radical or free-radical reaction) C A C + A
  • 6.
    ปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์ •ปฏิกิริยาที=มีการแตกพันธะแบบเฮเทอโรไลติก เรี ยกว่า ปฏิกิริยาแบบไอออนิก (ionic reaction) heterolytic clevage + C A C + A carbanion heterolytic clevage C A C+ + A carbocation (carbonium ion)
  • 7.
    สารมัธยันตร์ 1. คาร์โบเคตอิออน (carbocation)หรื อ คาร์โบเนียม อิออน (carbonium ion) ใช้ sp 2 ไฮบริ ดออร์ บิตล ั p-orbital R C+ sp2 R sp2 R sp2 ่ มี 6 อิเล็กตรอนอยูในพันธะสามพันธะ
  • 8.
  • 9.
    สารมัธยันตร์ 2. คาร์แบนอิออน (carbanion)เป็ นคาร์บอนที=มีประจุ ลบ มีอิเล็กตรอนวงนอก 8 อิเล็กตรอน คาร์แบนอิออน ใช้ sp3 ไฮบริ ดออร์บิตล ั C H H C Methyl carbanion H มี 6 อิเล็กตรอนอยูในพันธะสามพันธะและคู่อิเล็กตรอนที=ไม่ได้ใช้ร่วม ่
  • 10.
    สารมัธยันตร์ เสถียรภาพของคาร์แบนอิออนจะตรงข้ามกับ คาร์โบแคตอิออน carbanions: C H H R CH3 > C R > C R > C R H R R methyl carbanion 10 20 30
  • 11.
    สารมัธยันตร์ 3. เรดิคลอิสระ (freeradical) เป็ นคาร์บอนที=มี ั อิเล็กตรอนเดี=ยว ไม่มีประจุ มีอิเล็กตรอนวงนอก 7 อิเล็กตรอน คาร์บอนที=เป็ นเรดิคลอิสระ ใช้ sp ั 2 ไฮบริ ดออร์บิตลั R R R
  • 12.
  • 13.
    สารมัธยันตร์ 4. คาร์บีน (carbene)เป็ นสารมัธยันตร์ของคาร์บอนที= มีเพียง 2 พันธะ มีอิเล็กตรอนวงนอก 6 อิเล็กตรอน คาร์บีนมี 2 ชนิด R R C R R Singlet carbene Triplet carbene
  • 14.
    คาร์ บีนคืออะตอมคาร์ บอนทีเป็ นกลาง มี 2 พันธะ และ 2 อิ เล็กตรอน มี อยู่สองชนิดคือ • 1. แบบซิงเกลต(Singlet) C • 2. แบบทริปเพลต C
  • 15.
    ประเภทของสารที เข้ าทําปฏิกิริยาเคมีอินทรี ย์ 1. นิวคลีโอไฟล์ (nucleophile) 2. อิเล็กโตรไฟล์ (electrophile) 3. เรดิคลอิสระ (free radical) ั
  • 16.
    นิวคลีโอไฟล์ (nucleophile) เป็ นโมเลกุลหรื อกลุ่มของอะตอมที=มีคู่อิเล็กตรอนที=ใช้ในการสร้าง พันธะกับสารหรื อหมู่ที=รับอิเล็กตรอนได้ กรณี โมเลกุลเป็ นกลาง เช่น H2O, ROH, NH3, RNH2 เป็ นต้น นิยมเขียนนิวคลีโอไฟล์แบบนี ว่า Nu : หากนิวคลีโอไฟล์มีประจุลบ (anion) ซึ=งนิยมเขียนแทนด้วย Nu- เช่น –OH,-OR, -CN, -Cl (ตัวให้อิเล็กตรอน ) คู่อิเล็กตรอนทีไม่ได้ใช้ร่วม พันธะทีมีขว δ - มี ไพอิเล็กตรอน ั
  • 17.
    อิ เล็กโตรไฟล์ (electrophile) เป็ นโมเลกุลหรื ออะตอมที=สามารถรับอิเล็กตรอนเพื=อสร้างพันธะใหม่ อิเล็กโตรไฟล์ที=เป็ นกลางจะเขียนแทนด้วย E เช่น AlCl3, BF3, SO3 ส่ วนอิเล็กโตรไฟล์ที=มีประจุ ซึ=งจะเป็ นบวก เช่น H+, H3O+, R+ (carbocation) มักเขียนแทนด้วย E+ Cl CH2 CH CH3 + HCl CH3 CH CH3 propene hydrogen chloride 2-chloropropane (ตัวรับอิเล็กตรอน ) พันธะทีมีขว δ +มีตาแหน่ งทีสามารถรบอิเล็กตรอน (กรด) ั ํ
  • 18.
    . เรดิคัลอิ สระ(free radical) รี เอเจนต์กลุ่มแรดิคลนี เป็ นหมู่ที=ไม่มีประจุ เนื=องจากเกิดการแตก ั ตัวอย่างเสมอภาค และจะเหนี=ยวนําให้เกิดปฏิกิริยาที=มีการแตก พันธะแบบเสมอภาคด้วยเช่นกัน Cl H CH3 Cl H + CH3 methane methyl radical Cl CH3 CH3 Cl chlorine radical methyl radical chloromethane
  • 19.
    ประเภทของปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์ 1. ปฏิกิริยาการแทนที= (Substitution reaction) 1.1 ปฏิกิริยาการแทนที=ดวยนิวคลีโอไฟล์ ้ Nu + R X Nu R + X นิวคลีโอไฟล์ สารตังต้น สารผลิตภัณฑ์ อิออนทีหลุดออก OH + CH3CH2 Cl CH3CH2OH + Cl นิวคลีโอไฟล์ สารตังต้น สารผลิตภัณฑ◌์ อิออนที หลุดออก
  • 20.
    ประเภทของปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์ 1.ปฏิกิริยาการแทนที= (Substitution reaction) 1.2 ปฏิกิริยาการแทนที=ดวยอิเล็กโตรไฟล์ ้ H E + Lewis acid + + E + H H H2SO4 NO2 + HNO3 + H2O
  • 21.
    ประเภทของปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์ 2.ปฏิกิริยาการเติม (Addition reaction) C C + A B C C A B CH2 CH2 + Cl2 CH2 CH2 Cl Cl CH3CH CH2 + Br2 CH3CH CH2 Br Br
  • 22.
    ประเภทของปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์ 3.ปฏิกิริยาการขจัดออก (Elimination reaction) 3.1 ปฎิกิริยาการขจัดออกโดยนิวคลีโอไฟล์ X C C C C + X (HX) H Nu CH3CH2Br + OH CH2 CH2 + H2O + Br (HBr)
  • 23.
    ประเภทของปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์ 3.2ปฏิกิริยาการขจัดออกโดยอิเล็กโตรไฟล์ H Lewis base C C C C + H2O OH H2SO4 CH3 CH2 OH CH2 CH2 + H2O ethanol ethene
  • 24.
    ประเภทของปฏิ กิริยาเคมีอินทรี ย์ 4.ปฏิกิริยาออกซิ เดชัน (Oxidation reaction) K2Cr2O7/H2SO4 CH3 CH OH CH3 C O CH3 CH3 OH K2Cr2O7 O H + H
  • 25.
    ประเภทของ ปฏิ กิริยาเคมีอินทรีย์ 5. ปฏิกิริยารี ดกชัน (Reduction reaction) ั O H LiAlH4 CH3CH2 C OH CH3CH2 C OH H H2/ Pd CH3 CH2 CH CH2 CH3 CH2 CH2 CH3
  • 26.
    ประเภทของ ปฏิ กิริยาเคมีอินทรีย์ 6. ปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอร์ (Polymerisation) Cl nCH2 CH Cl (CH2 CH) n vinyl chloride polyvinyl chloride nCH2 CH2 ( CH2 CH2 )n ethylene polyethylene
  • 27.
    ประเภทของ ปฏิ กิริยาเคมีอินทรีย์ 7. ปฏิกิริยาการจัดตัวใหม่ (Rearrangement reaction) heat, catalyst CH3 CH2 CH2 CH3 CH3 CH CH3 CH3 heat, catalyst CH3 CH2 CH CH2 CH3 C CH2 CH3