reacción Muchos sustitución abre el camino a la producción de diversos compuestos que tienen aplicaciones de utilidad.Un papel muy importante en la ciencia química y la industria se da la sustitución electrofílica y nucleofílica.En la síntesis orgánica, estos procesos tienen una serie de características que deben abordarse.
Una variedad de fenómenos químicos.Reacciones de sustitución
cambios químicos asociados con la transformación de la materia, un número de diferentes características.Los diferentes resultados pueden ser, efectos térmicos;Algunos procesos son a la final, en la otra se produce equilibrio químico.Los agentes de cambio suelen ir acompañados de un aumento o disminución en el grado de oxidación.En la clasificación de los fenómenos químicos en sus resultados finales llamar la atención sobre las diferencias cualitativas y cuantitativas entre los reactivos de productos.Estas características se pueden identificar 7 tipos de reacciones químicas, incluida la sustitución, viniendo en el régimen: A-B + C + A para grabar B. simplificado toda una clase de fenómenos químicos da la idea de que entre los materiales de partida es el llamado "ataque"átomo de reemplazo reactivo de partículas, grupo funcional iónico.La reacción de sustitución es característico de hidrocarburos saturados y aromáticos.Reacciones de sustitución
pueden ocurrir en la forma de un doble intercambio: A-B + C-E A-B-C + E.Una subespecie - el desplazamiento de, por ejemplo, cobre, hierro a partir de una solución de sulfato de cobre CuSO4 +: Fe = FeSO4 + Cu.Como un "ataque" las partículas pueden actuar como átomos, iones o grupos funcionales
homolítica Sustitución (radical, SR)
Cuando mecanismo de ruptura par de electrones covalente radical es común a diferentes elementos, proporcionalmente distribuidos entre los "fragmentos" de la molécula.Los radicales libres se forman.Esta estabilización de partícula inestable que se produce como resultado de las transformaciones posteriores.Por ejemplo, en la preparación de etano a partir de metano producir radicales libres que intervienen en la reacción de sustitución: CH4 CH3 H + • •;• + • CH3 CH3 → C2H5;H • + • H → H2.La escisión del enlace homolítica como se describe en el mecanismo de sustitución es característico de alcanos es un carácter de la cadena de reacción.Los átomos de H de metano pueden ser sustituidos sucesivamente por cloro.Del mismo modo, una reacción con bromo, yodo, pero es incapaz de sustituir el hidrógeno directamente en alcanos, flúor reacciona con demasiada fuerza con ellos.
heterolíticamente manera de romper lazos
Cuando el mecanismo iónica de reacciones de sustitución, los electrones se distribuyen de forma desigual entre las partículas recién emergidas.El par de unión de los electrones se mueve todo el camino a uno de los "fragmentos", más a menudo, a la pareja de comunicación, el lado de la cual fue compensado densidad negativa en la molécula polar.Por sustitución reacciones incluyen la reacción de CH3OH alcohol metílico.En brommetane CH3Br molécula es carácter de salto heterolítica, las partículas cargadas son estables.Metil adquiere una carga positiva, y bromo - negativo: CH3Br → CH3 + + Br;NaOH → Na + + OH-;CH3 + + OH- → CH3OH;Na + + Br- ↔ NaBr.Electrófilos
y nucleófilos partículas
que carecen de electrones y pueden aceptar ellos, se llaman "electrófilos."Estos incluyen los átomos de carbono junto con halógenos haloalcanos.Nucleófilos tienen alta densidad de electrones, que son "víctimas" de un par de electrones para crear un enlace covalente.Las reacciones de sustitución ricos cargas negativas nucleófilos son atacados por electrófilos que carecen de electrones.Este fenómeno está asociado con el movimiento de los átomos u otras partículas - grupo saliente.Otro tipo de reacción de sustitución - un ataque nucleófilo electrófilo.A veces es difícil distinguir entre los dos procesos, se refieren a la sustitución de uno o el otro tipo, porque es difícil determinar cuál de la molécula - sustrato, y que - reactivo.Por lo general, en tales casos, los siguientes factores se consideran:
- naturaleza del grupo saliente;
- reactividad del nucleófilo;
- naturaleza del disolvente;Estructura
- del resto alquilo.
sustitución nucleófila (SN)
Durante la interacción de la molécula orgánica ha estado aumentando la polarización.Las ecuaciones de una carga positiva o negativa parcial en cuenta la letra del alfabeto griego.La comunicación de polarización da una indicación de la naturaleza de su ruptura y el comportamiento futuro de "fragmentos" de la molécula.Por ejemplo, el átomo de carbono en yodometano tiene una carga positiva parcial es el centro electrofílico.Se atrae la parte del dipolo de agua, en el que el oxígeno tiene un exceso de electrones.La interacción del electrófilo con un reactivo nucleófilo metanol formado: CH3I + H2O → CH3OH + HI.Reacciones de sustitución nucleofílica se llevan a cabo con la participación de un ion o molécula cargada negativamente que tiene un par de electrones libres, no participan en la creación de un enlace químico.La participación activa de yodometano en SN2 reacciones por su apertura al ataque nucleofílico y la movilidad de yodo.
sustitución electrofílica (SE)
en moléculas orgánicas puede estar presente centro nucleófilo, que se caracteriza por un exceso de densidad de electrones.Reacciona con la falta de cargas negativas reactivo electrófilo.Tales partículas son átomos que tienen porciones orbitales libres de la molécula con baja densidad de electrones.El tener carbono formato de sodio cargo "-", se hace reaccionar con una parte positiva del dipolo del agua - hidrógeno: CH3Na → CH4 + H2O + NaOH.El producto de esta reacción, una sustitución electrófila - metano.Cuando reacción heterolítica de los centros de carga opuesta de las moléculas orgánicas, que los hace similares a los iones en la química de sustancias inorgánicas.No debemos perder de vista el hecho de que la conversión de compuestos orgánicos rara vez se acompaña de la formación de estos cationes y aniones.
Monomolecular y reacciones bimoleculares
sustitución nucleófila es monomolecular (SN1).Por este mecanismo se produce la hidrólisis producto importante de la síntesis orgánica - cloruro de butilo terciario.La primera etapa es lento, se asocia con cationes carbonio progresiva disociación y de anión cloruro.El segundo paso es fluye reacción ion carbonio con agua más rápido.Reacción de sustitución en la ecuación de halógeno en el alcano y producir alcohol hidroxi primario: (CH3) 3C-Cl → (CH3) 3C + + Cl-;(CH3) 3C + + H2O → (CH3) 3C-OH + H +.Para la hidrólisis de un solo paso de haluros de alquilo primario y secundario se caracteriza por la destrucción simultánea de carbono y el halógeno de emparejamiento C-OH.Este mecanismo de sustitución nucleófila bimolecular (SN2).
mecanismo de sustitución heterolítica
mecanismo de sustitución asociada con la transferencia de electrones, la creación de complejos intermedios.La reacción es más rápida, más fácil que tener sus intermedios característicos.A menudo, el proceso va en varias direcciones al mismo tiempo.La ventaja consigue generalmente la forma en que se utilizan las partículas, lo que requiere el menor gasto de energía para su educación.Por ejemplo, la presencia de un doble enlace aumenta la probabilidad de un catión alilo CH2 = CH-CH2 +, en comparación con los iones CH3 +.La razón reside en la densidad de electrones del doble enlace, que afecta a la deslocalización de la carga positiva, dispersados sobre toda la molécula.Reacciones de sustitución
de benceno
grupo de compuestos orgánicos, que se caracterizan por sustitución electrófila - la arena.El anillo de benceno - objeto conveniente para el ataque electrofílico.El proceso comienza con la polarización del segundo reactivo formando de esta manera nube de electrones electrófilo adyacente al anillo de benceno.El resultado es un complejo de transición.Partículas de comunicación electrófilos completos con uno de los átomos de carbono no todavía, es atraído a la carga negativa alrededor de la "aromático de seis" electrones.En la tercera etapa del electrófilo y uno anillos de átomos de carbono compartir un par común de electrones (enlace covalente).Pero en este caso es la destrucción de la "aromático de seis", lo cual es desventajoso en términos de alcanzar el estado estable de energía sostenible.Hay un fenómeno que se puede llamar "liberación de un protón".No se restaura la escisión de H +, sistema de comunicación estable, escena típica.Side comprende un hidrógeno catiónico de un anillo de benceno y el anión del segundo reactivo.
ejemplos de reacciones de sustitución de la química orgánica
para alcanos reacción especialmente típica sustitución.Ejemplos de reacciones electrófilos y nucleófilos pueden conducir a cicloalcanos y arenos.Reacciones similares en las moléculas de las sustancias orgánicas están bajo condiciones normales, pero por lo general - y por calentamiento en presencia de catalizadores.Por procesos comunes y bien estudiados incluyen la sustitución electrófila en el anillo aromático.La reacción más importante de este tipo:
- nitración del benceno con ácido nítrico en presencia de H2SO4 - sigue el esquema: C6H6 C6H5-→ NO2.
- halogenación catalítica de benceno, especialmente cloración, por la ecuación: C6H6 + Cl2 + HCl → C6H5Cl.
- Aromático sulfonación del benceno se produce con ácido sulfúrico "echando humo", forma de ácido sulfónico de benceno.
- Alquilación - la sustitución de un átomo de hidrógeno del anillo de benceno en el alquilo.
- acilación - la formación de cetonas.
- formilación - la sustitución de un hidrógeno en un grupo de CHO y la formación de aldehídos.Reacciones de sustitución
Por incluyen la reacción de alcanos y cicloalcanos en que halógenos ataque disponibles enlace C-H.La derivatización puede estar asociada con la sustitución de uno, dos o todos los átomos de hidrógeno en hidrocarburos saturados y naftenos.Muchos galogenoalkanov de bajo peso molecular se utilizan en la producción de sustancias más complejas que pertenecen a diferentes clases.Los avances en el estudio de los mecanismos de reacción de sustitución, dieron un fuerte impulso al desarrollo de la síntesis basado en alcanos, cicloparafinas, estadios e hidrocarburos halogenados.
