Много заместителна реакция откри начин да получите най-различни съединения, които имат икономическа полза.Огромна роля в химическата наука и промишленост се дава електрофилно и нуклеофилно заместване.В органичния синтез, тези процеси имат редица функции, които трябва да бъдат разгледани.
различни химични явления.Реакции на заместване
химични промени, свързани с трансформацията на материята, на няколко различни функции.Могат да бъдат различни резултати, топлинни ефекти;Някои процеси са до края, в възниква друго химическо равновесие.Промяна агенти често са съпроводени с увеличаване или намаляване на степента на окисление.В класификацията на химични явления в техните крайни резултати привлече вниманието към качествените и количествените различия между реагентите от продукти.Тези характеристики могат да бъдат идентифицирани 7 вида химични реакции, включително смяна, идващи по схемата: A + C + A, за да C B. Опростена рекорд цял клас химични събития дава идеята, че сред най-изходните материали се така наречената "атака"частица подмяна реагент атом, йон, функционална група.Реакцията на заместване е характеристика на наситени и ароматни въглеводороди.
реакции на заместване може да се появят под формата на двойна размяна: A-B + C до E A C + B-E.Един подвида - изместването на, например, мед, желязо от разтвор на меден сулфат: CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.Както "атака" частици могат да действат атоми, йони или функционални групи
homolytic заместване (радикал, SR)
Когато радикален механизъм руптура ковалентни връзки електронната двойка, които са общи за различните елементи, пропорционално разпределени между "фрагменти" на молекулата,Свободните радикали са образувани.Това нестабилно стабилизиране на частиците, който се появява в резултат на последващи трансформации.Например, при получаването на етан от метан произвежда свободни радикали, участващи в реакцията на заместване: СН4 СН3 Н + • •;• + • CH3 CH3 → C2H5;H • + • H → H2.Разцепване Homolytic връзка, както е описано в механизма за замяна е характеристика на алкани, е знак реакция верига.Метан Н атома могат да бъдат заменени с последователно хлор.По същия начин, реакция с бром, йод, но не е в състояние директно да замести водород алкани, флуор твърде енергично реагира с тях.
heterolytically начин да се прекъсне връзките
Когато йонната механизъм на реакции на заместване, електроните са разпределени неравномерно между нововъзникналите частици.Свързващата двойка електрони се движи по целия път до една от "фрагменти", най-често, за комуникация партньор, на страната на която се компенсира отрицателното плътност в полярен молекулата.Чрез заместване реакции включват реакция на метилов алкохол СН3ОН.В brommetane CH3Br heterolytic разкъсване на молекулата е характерът, заредените частици са стабилни.Метил придобива положителен заряд, и бром - отрицателно: CH3Br → CH3 + + Вг-;NaOH → Na + + OH-;CH3 + + OH- → CH3OH;Na + + Вг- ↔ NaBr.
електрофили и нуклеофили
частици, които са лишени от електрони и да ги приемат, се наричат "електрофили."Те включват въглеродните атоми, свързани към халогени халоалкани.Нуклеофили са с висока плътност на електрони, те са "жертви" на двойка електрони, за да създаде ковалентна връзка.Заместителни реакции богати отрицателните заряди са нападнати от нуклеофили електрофили, които нямат електрони.Това явление е свързано с движението на атоми или други частици - напускащата група.Друг вид заместителна реакция - атака на електрофилно нуклеофилът.Понякога е трудно да се направи разграничение между двата процеса, посочен заместването на един или друг вид, защото е трудно да се установят което на молекула - субстрат, и което - реагент.Обикновено в такива случаи на следните фактори:
- характер на напускащата група;
- нуклеофилно реактивност;
- природата на разтворителя;
- структура на алкиловата група.
нуклеофилно заместване (SN)
По време на взаимодействието на органичната молекула се увеличава поляризация.Уравненията на частичен положителен или отрицателен заряд отбелязаха писмото от гръцката азбука.Поляризация комуникация дава индикация за характера на разкъсване и бъдещото поведение на "фрагменти" на молекулата.Например, въглеродният атом в йодометан има частичен положителен заряд е електрофилно центъра.Той привлича част от водата дипол, където кислородът има излишък на електрони.Взаимодействието на електрофил с нуклеофил реагент образува метанол: CH3I + H2O → CH3OH + HI.Реакции на нуклеофилно заместване се проведе с участието на отрицателно зареден йон или молекула, притежаваща свободна електронна двойка, не участва в създаването на химична връзка.Активно участие на йодометан в SN2 реакции поради своята отвореност към нуклеофилна атака и мобилността на йод.
електрофилно заместване (SE)
в органични молекули могат да присъстват нуклеофилен център, който се характеризира с излишък на електронната плътност.Той реагира с липсата на отрицателни заряди електрофилно реактиви.Тези частици са атоми, които имат свободен орбитален молекула с порции намалена електронна плътност.Въгленът от натриев формиат като такса "-", реагира с положителната част на дипол водата - водород: CH3Na + H2O → CH4 + NaOH.Продуктът на тази реакция, електрофилно заместване - метан.Когато heterolytic реакция на противоположно натоварени центрове на органични молекули, което ги прави подобно на йони в химията на неорганични вещества.Не трябва да се пренебрегва, че превръщането на органични съединения са рядко се придружава от образуване на тези катиони и аниони.
мономолекулни и бимолекулни реакции
е unimolecular нуклеофилно заместване (SN1).Чрез този механизъм се среща хидролиза важен продукт на органичния синтез - третичен-бутил-хлорид.Първият етап е бавен, тя е свързана с прогресивно дисоциация карбониев катион и анион хлорид.Вторият етап е по-бързо Реакцията протича карбониев йон с вода.Реакция Equation смяна на халоген в алкан и произвеждат първични хидрокси алкохол: (CH3) 3C-Cl → (CH3) 3C + + Cl-;(CH3) 3C + + H2O → (CH3) 3C-ОН + Н +.За една стъпка хидролиза на първични и вторични алкилови халиди е характерно едновременно унищожаване на халоген на въглерод и сдвояването С-ОН.Този механизъм на бимолекулярен нуклеофилно заместване (SN2).
механизъм на heterolytic смяна
подмяна механизъм, свързан с електронен трансфер, създаването на междинни комплекси.Реакцията се осъществява по-бързо от по-лек има характерен за нея междинни продукти.Често процесът върви в няколко посоки едновременно.Предимството обикновено получава по начина, по който се използват частици, което изисква малко разход на енергия за тяхното образование.Например, наличието на двойна връзка увеличава вероятността от алилова катион СН2 = СН-СН2 +, в сравнение с СН3 + йони.Причината се крие в електронна плътност на двойната връзка, което се отразява както и изместването на положителния заряд, разпръснати по цялата молекула.
реакции на заместване на бензен
група от органични съединения, които се характеризират с електрофилно заместване - на арената.The бензен пръстен - удобен обект за електрофилно атака.Процесът започва с поляризацията на втория реактив което се образува електрофил електронен облак в съседство с бензеновия пръстен.Резултатът е сложен преход.Пълен комуникационни електрофилни частици с един от въглеродните атоми не се привлича към отрицателния заряд около "ароматни" шест електрони.В третия етап на електрофила и един въглероден атом пръстени споделят обща двойка електрони (ковалентна връзка).Но в този случай, е разрушаването на "ароматна шест", която е неблагоприятна от гледна точка на постигане на устойчиво стабилно енергийно състояние.Налице е явление, което може да се нарече "освобождаване на протон."Клийвс H +, стабилна комуникационна система е възстановено, типична сцена.Странични катион вещество съдържа водород от бензенов пръстен, и анион от втория реактив.
Примери за реакции на заместване на органичната химия за
алкани особено типична реакция смяна.Примери за електрофилни и нуклеофилни реакции могат да доведат до циклоалкани и арени.Подобни реакции в молекулите на органични вещества при нормални условия, но обикновено - и чрез нагряване в присъствието на катализатори.С общи и добре изучени процеси включват електрофилно заместване в ароматното ядро.Най-важното реакцията на този тип:
- нитриране на бензен с азотна киселина в присъствието на H2SO4 - следва схемата: C6H6 → С6Н5-NO2.
- каталитично халогениране на бензен, особено хлориране, с уравнението: C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCI.
- Aromatic сулфониране на бензен възниква с "димяща" сярна киселина, бензен сулфонова киселина форма.
- Алкилиране - замяна на водороден атом от бензеновия пръстен в алкил.
- ацилиране - формирането на кетони.
- Формилирането - замяна на водород върху група от СНО и образуването на алдехиди.
чрез заместване реакции включват реакцията в алкани и циклоалкани, в която халогени атака достъпно C-H връзка.Дериватизация може да бъде свързано с заместване на един, два или всички водородни атоми в наситени въглеводороди и нафтени.Много galogenoalkanov ниско молекулно тегло се използват в производството на по-сложни вещества, принадлежащи към различни класове.Напредъкът в изследването на реакционните механизми на заместване, дават силен стимул за развитието на синтеза на базата на алкани, циклопарафини, арени и халогенирани въглеводороди.
