Hej,
ostatnio zauważyłam, że mam problem z ustaleniem przebiegu reakcji, zwłaszcza w organicznej
Czy można to jakoś logicznie wytłumaczyć? Kiedy będzie substytucja czego, kiedy addycja (i w jaki sposób)?

Ja nawet nie wiem, jak się do tego trochę zabrać

Np. próbowałam wykonać zadanie, gdzie cykloheksanon reaguje z glikolem etylenowym, ale nie wyszło. Domyśliłam się, że pewnie reagować będzie węgiel przy grupie ketonowej (bo jego st. utlenienia był inny od reszty: +2), i że pewnie przereaguje z grupami OH- glikolu, ale myślałam, że będzie to bardziej coś w rodzaju substytucji niż addycji.

Gdzieś mam jakieś braki w wiedzy, ale nie wiem dokładnie gdzie, redoksy ogarniam, elektroujemność też. Jedynie chyba tak to te mechanizmy reakcji sprawiają trudności w zrozumieniu (własnie substytucja elektro-/nukleofilowa, addycja) i przez to chyba też reakcje mogące iść na np. "dwa sposoby" (przykładowo taki toluen i brom - raz przyłącza się do CH3, a za innym razem do samego pierścienia - dlaczego?)

Myślę, że tutaj aby w miarę ogarnąć temat, potrzebna jest powtórka całości materiału z chemii organicznej.

Po kolei:
1) Struktura, budowa związków
2) Wiązania podwójne, potrójne - w jaki sposób mogą reagować
3) Pierścień aromatyczny - jak reaguje
4) Alkohole - jak mogą reagować
5) Kwasy karboksylowe - jak mogą reagować
6) Aldehydy - jak mogą reagować
7) Ketony - jak mogą reagować


Tutaj chyba nie ma drogi na skróty typu, że można nauczyć się jednej czy dwóch reguł i na tej podstawie ogarnie się wszystkie zadania. Trzeba nabrać trochę wprawy.

Pozdrawiam i powodzenia

Imaginary.

Problem "Jak określić przebieg reakcji?" jest skomplikowany i wielowątkowy. Na ten temat pisałem już kilka razy tutaj, ale to co jakiś czas powraca ja bumerang. Tego rodzaju frustracja pojawia się zazwyczaj na pewnym etapie chemicznej edukacji, kiedy ktoś bardziej ambitny czy po prostu dociekliwy chce wiedzieć więcej, albo wręcz chce coś przewidzieć. To jest zawsze trudne i bez posiadania pewnej wiedzy, często bardzo obszernej, wręcz niemożliwe.

"Czy można to jakoś logicznie wytłumaczyć?"

Wytłumaczyć - tak, ale tylko na podstawie wyników realnych doświadczeń.
Ale przewidzieć sam wynik doświadczenia czy reakcji..... uuuu, to już jest znacznie, znacznie trudniejsze.
Dam przykład, o co mi chodzi.
Na pewnym forum, jeden z userów ma wpisaną w swoich postach taką sentencję (tłumaczenie):
Określić temperaturę topnienia ołowiu za pomocą tablic : łatwe
Określić temperaturę topnienia ołowiu za pomocą pomiaru : trudniejsze
Określić temperaturę topnienia ołowiu wychodząc z "pierwszych zasad" : trudne
Innymi słowy: masz atom ołowiu i z niego trzeba wydedukować/wyliczyć temperaturę topnienia bryłki metalicznego ołowiu.
Trudne, prawda ? Ale nie niemożliwe !
I tak jest z całą chemią, nie tylko organiczną. Przeprowadzono niezliczoną ilość eksperymentów i doświadczeń i na tej podstawie określono pewne reguły.
Np. że kwasy i alkohole tworzą estry, chlorowce przyłączają się do wiązań wielokrotnych tak, a nie inaczej... itp itd.
Sprawa jest jasna dla osób które na tym kończą swoje zainteresowanie reakcjami. Ale ktoś inny zapyta : dlaczego tak jest , a nie inaczej, jak to przewidzieć ? Tutaj właśnie jest problem, bo bez gruntownej znajomości fizyki i chemii kwantowej, wspomaganej symulacjami i obliczeniami, niemożliwe jest to do przewidzenia. Co najwyżej można coś przypuścić, czy zgadnąć.

Kolejna sprawa - efekty solwatacyjne. Tutaj tylko przykłady, z uwagi na rozległość tematu.
1)Weźmy taki np.toluen. Okazuje się, że w fazie gazowej, bez rozpuszczalnika, toluen jest znacznie silniejszym kwasem niż woda.
2) Przeglądałem jakiś czas temu pewną publikację, niech będzie że z A i B powstawało C, w wodnym roztworze etanolowym.
C powstawało przy 10% etanolu, 20%, 50%...90%, 98%.... i okazało się że przy dalszym zwiększaniu zawartości etanolu zmienia się mechanizm reakcji, zaczyna znikać C a pojawia się produkt D. Czy można to wytłumaczyć ? Oczywiście, papier przyjmie wszystko ! Ale czy można to przewidzieć - raczej trudno.

Kolejna skomplikowana sprawa : wieloetapowość reakcji.
Przykładowo reakcja chlorowców z wiązaniami wielokrotnymi. To niby bardzo proste, taki np. brom i etylen dają 1,2 dibromoetan. A jak taka reakcja przebiega ? Noooo... cząsteczka bromu zderza się z cząsteczką etylenu, następuje addycja i koniec, proste... Nic bardziej mylnego ! Cząsteczka bromu musi być w pewnym ściśle określonym geometrycznie położeniu do cząsteczki etylenu, w innym wypadku po prostu się od niej odbije, jak piłka. Zaczynają oddziaływać ze sobą gęstości elektronowe cząsteczek i powstają nietrwałe związki, które szybko przegrupowują się dalej. W specjalnych warunkach i przypadkach udaje się takie związki nawet wyodrębnić. Często jest tak, że takich etapów jest kilka. Z tym też wiąże się geometria produktów reakcji.

Kolejna komplikacja: reakcje kontrolowane kinetycznie i termodynamicznie.
Niby ma powstawać produkt który jest najuboższy energetycznie (np. H2O w reakcji H2 i O2, a nie H2O2), ale czasem, ze względów j/w powstaje inny, który tworzy się po prostu szybciej.

Chemia organiczna wydaje się dość prosta na poziomie "podstawowym", wystarczy powkuwać trochę zasad i reguł.
Tylko okazuje się, że istnieje mnóstwo "odstępstw" i "wyjątków" od nich.

Tytułowy toluen i brom. Można je zmieszać razem w niskich temperaturach i "nic" się nie dzieje. Piszę "nic", bo cząsteczki oddziaływują ze sobą zawsze, np. taki brom tworzy pi-kompleksy z pierścieniem benzenowym, praktycznie ze wszystkim tworzą addukty halogenki glinu. Tylko że takie addukty nie prowadzą do reakcji bromowania (na tym etapie).
Dodajemy AlBr3 i coś się dzieje, bromuje się pierścień. Mechanizm jest bardzo skomplikowany, w najprostszej książkowej postaci powstaje kation bromoniowy i AlBr4(-). To oczywiście skrajne uproszczenie, ponieważ okazuje się że kompletnie bezwodny AlBr3 jest nieaktywny w tej reakcji. Rozmaite widziałem modyfikacje zapisu mechanizmu tej reakcji, np. z Al2Br6, ale to i tak właściwie niczego nie tłumaczy.

Zamiast AlBr3 naświetlamy i też następuje reakcja, tylko że bromuje się grupa -CH3. Otóż Br2 rozpada się na rodniki Br.
Co dalej ? Ano właśnie - doświadczenie uczy że takie rodniki atakują skutecznie -CH3 i wymieniają wodory w tej grupie na Br
A dlaczego nie wymieniają wodorów z pierścienia ? Na to pytanie, bez znajomości zaawansowanej chemii, ciężko odpowiedzieć. Tak po prawdzie, bromowanie w pierścieniu zachodzi, ale w niewielkim stopniu.

Na koniec: glikol + cykloheksanon. Mieszamy je razem i co ? I nic. Można czekać 100 lat i dalej tam będzie tylko glikol i keton.
Dodajemy kwasu i co ? Ano, praktycznie nic. Oczywiście kwas protonuje odwracalnie wszystko co może i tworzy estry ze wszystkim co może, Zaczynamy grzać mieszaninę i usuwać np. azeotropowo wodę w par. Tworzy się ketal cykloheksanonu + woda. Jeżeli wody nie usuwamy, reakcja ketalizacji ze względów energetycznych zachodzi w znikomym stopniu.
Reakcja skomplikowana, wieloetapowa, w najprostszej postaci zapisywana jako reakcja glikolu z ketonem (katalizowana H+). Można pytać, dlaczego nie powstaje polikondensat, kiedy glikol reaguje, łączy dwie cząsteczki cykloheksanonu itd. No właśnie, nie jest prosto na to odpowiedzieć bez głębszej znajomości tematu.

Są książki i materiały dobre do nauki chemii organicznej, są takie sobie i są kompletnie do kitu. Do tych ostatnich kategorii należy np. popularny McMurry (niestety) i taka literatura stanowi ogromną większość (niestety).

PS. Sory za rozwlekłość tekstu, ale nie dało się inaczej.