Phản ứng cộng là gì? Phân loại và ví dụ minh họa

Thêm phản ứng là một phần quan trọng của hóa học, đặc biệt là hóa học hữu cơ. Nó không chỉ đóng một vai trò trong việc nghiên cứu các tính chất của các hợp chất mà còn là nền tảng cho nhiều ứng dụng công nghiệp, từ sản xuất nhựa đến sản xuất thuốc và hóa chất. Hãy khám phá thêm chi tiết về khái niệm, cơ chế và ứng dụng của phản ứng này.

1. Phản ứng cộng là gì?

Phản ứng bổ sung là một loại phản ứng hóa học trong đó hai hoặc nhiều phân tử kết hợp để tạo ra một phân tử duy nhất, không tạo ra bởi các sản phẩm. Đây là một phản ứng điển hình của các hợp chất có liên kết không bão hòa như liên kết kép (C = C) hoặc liên kết BA (C≡C).

Chi tiết và ví dụ:

• Cộng với phản ứng hydro vào ethylene:

Ethylene (C₂H₄) là một hợp chất liên kết kép. Khi hydro (H₂) được thêm vào chất xúc tác của kim loại niken (NI), phản ứng xảy ra thành Etan (C₂H₆): C2H4+H2 → C2H6 (chất xúc tác Ni)

• Thuộc tính của các phản ứng cộng:

Thật dễ dàng để xảy ra trong các liên kết không bão hòa.

Không tạo ra bởi các sản phẩm, giúp giảm thiểu chất thải trong quá trình sản xuất.

Có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng các chất xúc tác và điều kiện khác nhau.

Nghĩa:

Phản ứng cộng là nền tảng cho nhiều quá trình hóa học quan trọng, đặc biệt là trong quá trình tổng hợp các polyme, hóa chất và dược phẩm.

2. Các loại phản ứng cộng chung

Các phản ứng bổ sung có thể được chia thành nhiều loại dựa trên loại tác nhân hóa học và cơ chế phản ứng:

Phản ứng của điện di cộng (AE): Các cuộc tấn công của điện di (hút electron) trong các liên kết gấp đôi hoặc ba liên kết, tạo ra các sản phẩm mới.

Ví dụ: HCL Plus phản ứng với ethylene: C2H4+HCl → Ứng dụng C2H5Cl để sản xuất chloroethan, một vật liệu quan trọng trong ngành hóa chất.

Nucleophile (AN) cộng với phản ứng: Một nucleophile (chất lượng cho các electron) tấn công trong các liên kết không bão hòa, mở liên kết để tạo ra sản phẩm.

Ví dụ: Thêm HCN vào ketone để tạo cyanohydrin: CH3COCH3+HCN → CH3C (OH) CN Đây là một bước quan trọng trong quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ phức tạp.

Phản ứng cộng nguyên (AR): Cơ chế: Phản ứng được bắt đầu bởi một gốc tự do, thường là nhờ ánh sáng hoặc nhiệt độ cao.

Ví dụ: phản ứng HBR với ethylene dưới ánh sáng: C2H4+HBR → C2H5BR

Phản ứng Hidro Plus (hydro): hydro (H₂) thêm vào gấp đôi hoặc ba liên kết trong các hợp chất không bão hòa, biến chúng thành các hợp chất bão hòa.

Ví dụ: hydro hóa dầu thực vật cho sản xuất bơ thực vật: R – CH = CH – CH – CH ′+H2 → NIR – CH2− CH2 – R ′

3. Cơ chế phản ứng bổ sung

3.1. Phản ứng điện di cộng

Giai đoạn 1: Điện chất (ví dụ, từ HCL) tấn công liên kết kép, tạo thành một carbocation trung gian.

Giai đoạn 2: Nucleophile (ví dụ CL⁻) tấn công carbocation, tạo ra sản phẩm cuối cùng.

3.2. Nucleophile cộng với phản ứng

Bước 1: Nucleophile tấn công gấp đôi hoặc ba liên kết, phá vỡ các liên kết không bão hòa.

Bước 2: Proton (H⁺) từ môi trường hoặc tác nhân phản ứng, tạo ra một sản phẩm cuối cùng.

3.3. Ban đầu cộng với phản ứng

Bắt đầu: Các gốc tự do được tạo ra bởi ánh sáng hoặc nhiệt.

Truyền gốc: Các gốc tự do tấn công các liên kết kép, tạo ra một sản phẩm trung gian với các gốc tự do.

Kết thúc: Hai gốc miễn phí kết hợp để tạo ra các sản phẩm ổn định.

Cơ chế này cho thấy tầm quan trọng của các chất xúc tác hoặc điều kiện phản ứng trong việc kiểm soát phản ứng cộng để đạt được hiệu quả cao.

4. Áp dụng phản ứng bổ sung

Sản xuất polymer: Thêm phản ứng là cơ chế chính trong sản xuất polymer như polyetylen (PE), polypropylen (PP) và polystyrene (PS). Ứng dụng: Làm túi nhựa, chai và các mặt hàng hàng ngày.

Phản ứng cộng là cơ chế chính trong sản xuất polymer

Công nghiệp hóa dầu: Các hydrocarbon không bão hòa như ethylene và propylene vào các sản phẩm giá trị cao như xăng, nhựa hoặc dung môi.

Chế biến thực phẩm: Hydro hóa dầu thực vật để sản xuất bơ thực vật, bơ thực vật và rút ngắn trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Dược phẩm và hóa chất: Tóm tắt các hợp chất hữu cơ như rượu, aldehyd và ketone từ HCN cộng hoặc các hợp chất liên quan. Ví dụ, sản xuất kháng sinh, vitamin và phụ gia.

Ứng dụng trong sản xuất dược phẩm

Công nghiệp sơn và mỹ phẩm: Thêm phản ứng được sử dụng trong sản xuất chất kết dính, sơn và phim.

5. So sánh phản ứng cộng với phản ứng phân tách

Tiêu chí	Cộng với phản ứng	Phản ứng tách
Thiên nhiên	Thêm nhiều chất vào các hợp chất không bão hòa.	Tách một phức hợp thành một thành phần đơn giản hơn.
Liên kết hóa học	Phá vỡ gấp đôi hoặc ba liên kết, tạo các liên kết đơn.	Phá vỡ các liên kết đơn, tạo liên kết gấp đôi hoặc ba liên kết.
Bởi các sản phẩm	Không có bởi các sản phẩm.	Có thể tạo ra bằng các sản phẩm như nước hoặc khí.
Ứng dụng chính	Tổng hợp các polyme, hóa chất.	Chuyển đổi các hợp chất phức tạp thành đơn giản hơn.

Thêm phản ứng là một trong những phản ứng quan trọng nhất trong hóa học hữu cơ và công nghiệp. Với khả năng tổng hợp các hợp chất mới mà không tạo ra các sản phẩm, các phản ứng bổ sung đóng vai trò cốt lõi trong việc sản xuất polyme, dược phẩm và hóa chất. Nghiên cứu và tối ưu hóa phản ứng này tiếp tục mở ra các cơ hội phát triển cho nhiều ngành công nghiệp.