Monet substituutioreaktiolla avaa tien tuotannon eri yhdisteiden, joilla on käyttökelpoisuutta sovelluksissa.Valtava merkitys kemian tieteen ja teollisuuden annetaan elektrofiilinen ja nukleofiilinen substituutio.Orgaanisessa synteesissä, nämä prosessit on useita ominaisuuksia, jotka on korjattava.
erilaisia kemiallisia ilmiöitä.Substituutioreaktiot
kemiallisia muutoksia, jotka liittyvät muutosta aineen, useita eri ominaisuuksia.Eri tulokset voivat olla, lämpövaikutukset;Joissakin prosesseissa on loppuun, toisin kemiallinen tasapaino esiintyy.Muutosagentit liittyy usein nousu tai lasku hapetusaste.Luokittelussa kemiallisia ilmiöitä niiden lopulliset tulokset kiinnittää huomiota laadullisia ja määrällisiä eroja reaktanttien tuotteista.Nämä ominaisuudet voidaan tunnistaa 7 eri kemiallisia reaktioita, mukaan lukien korvaaminen, jotka ovat ohjelmassa:-B + C + B. Yksinkertaistettu ennätys koko luokan kemiallisten ilmiöiden antaa ajatuksen, että joukossa lähtöaineita on niin sanottu "hyökkäys"hiukkanen reagenssi korvaaminen atomi, ioni funktionaalinen ryhmä.Substituutioreaktio on ominaista tyydyttyneistä ja aromaattiset hiilivedyt.
substituutio voi esiintyä reaktioita muodossa kaksinkertainen vaihto:-B + C-E-B-C + EYksi alalaji - siirtymä, esimerkiksi kupari, rauta liuokseen, jossa oli kuparisulfaattia: CuSO 4 + Fe = FeSO4 + Cu.Kuten "hyökkäys" hiukkaset voivat toimia atomien, ionien tai funktionaaliset ryhmät
Vaihto homolyyttinen (radikaali, SR)
Kun radikaalimekanismilla repeämä kovalenttinen elektroniparin on yhteinen eri elementtejä, suhteellisesti jaettu "fragmentit" molekyylin.Muodostuu vapaita radikaaleja.Tämä epävakaa hiukkasten stabilointi, joka tapahtuu seurauksena myöhemmin muutoksia.Esimerkiksi valmistettaessa etaania metaanista tuottaa vapaita radikaaleja mukana substituutioreaktiossa: CH4 CH3 H • + •;• + • CH3 CH3 → C2H5;H • + • H → H2.Homolyyttinen sidoksen pilkkominen, kuten on kuvattu korvaava mekanismi on ominaista alkaaneista on reaktio ketju luonnetta.Metaani H-atomien voidaan peräkkäin korvata klooria.Samoin, reaktiolla bromin, jodin mutta on kykenemätön korvaa vedyn suoraan alkaanit, fluorin liian voimakkaasti reagoi niiden kanssa.
heterolytically tapa murtaa siteet
Kun ionisen mekanismi substituutioreaktioista, elektronit jakautuvat epätasaisesti äskettäin syntynyt hiukkasia.Sitova elektronipari liikkuu aina yksi "fragmentteja", useimmiten, viestintäkumppanille, puoli joka kompensoi negatiivinen tiheys napa molekyylin.By substituutioreaktioista ovat reaktio metyylialkoholia CH3OH.Vuonna brommetane CH3Br molekyyli on heterolyytti- tauko merkki, varautuneita hiukkasia ovat vakaita.Metyyli hankkii positiivinen varaus, ja bromia - negatiivinen: CH3Br → CH3 + + Br;NaOH → Na + + OH;CH3 + + OH → 3OH;Na + + Br ↔ NaBr.
elektrofiilejä ja nukleofiilien
hiukkasia, joilla ei ole elektronien ja voi hyväksyä ne, kutsutaan "elektrofiilejä."Näitä ovat hiiliatomia yhdistettynä halogeenit halogeenialkaanit.Nukleofiilejä on suuri elektronitiheys, ne ovat "uhreja" elektronipari luoda kovalenttinen sidos.Substituutioreaktiot rikas negatiivinen varaus nukleofiilejä ovat hyökänneet elektrofiilien että puuttuu elektroneja.Tämä ilmiö liittyy liikkeen atomia, tai muita hiukkasia - poistuva ryhmä.Toinen tyyppi substituutioreaktiossa - hyökkäys elektrofiili nukleofiilin.Joskus on vaikea erottaa toisistaan nämä kaksi prosessia, katso korvaamalla yksi tai muu, koska on vaikea paikantaa, joka molekyylin - alustan, ja jonka - reagenssi.Yleensä tällaisissa tapauksissa, seuraavat tekijät otetaan huomioon:
- luonne poistuva ryhmä;
- reaktiivisuus nukleofiilin;
- liuottimen luonne;
- rakenne alkyyliosa.
nukleofiilinen substituutio (SN)
aikana vuorovaikutuksen orgaaninen molekyyli on kasvanut polarisaatio.Yhtälöt osittaisen positiivinen tai negatiivinen varaus huomata kirjeen Kreikan aakkoset.Polarisaatio viestintä antaa viitteen luonteen repeämä ja tulevaa käyttäytymistä "fragmentteja" molekyylin.Esimerkiksi, hiiliatomin jodimetaanin on osittainen positiivinen varaus on elektrofiilisen keskus.Se houkuttelee osa dipoli veden, jossa happi on ylimäärä elektroneja.Vuorovaikutus elektrofiilin nukleofiilin kanssa reagenssin muodostettu metanoli: CH3I: tä + H2O → CH3OH + HI.Nukleofiilinen substituutio reaktiot tapahtuvat johon osallistuivat negatiivisesti varautunut ioni tai molekyyli, jossa on vapaa elektroni pari, eivät osallistu luomiseen kemiallisen sidoksen.Aktiivinen osallistuminen jodimetaanin SN2-reaktioissa koska sen avoimuus nukleofiiliselle hyökkäykselle ja liikkuvuutta jodia.
elektrofiilinen substituutio (SE)
orgaanisen molekyylit voivat olla läsnä nukleofiilisen keskus, joka on tunnettu siitä, että ylimäärin elektronitiheys.Se reagoi puute negatiivisten varausten elektrofiilisen reagenssin.Tällaiset partikkelit ovat atomeja, joissa on vapaita kiertoradalla molekyylin osaa, joilla on alhainen elektronitiheys.Natriumformiaattia hiili ottaa maksun "-", saatetaan reagoimaan positiivinen osa vedestä dipoli - vety: CH3Na → CH4 + H2O + NaOH.Tämän reaktion tuote, elektrofiilinen substituutio - metaani.Kun heterolyytti- reaktio vastakkaisesti varautuneiden keskusten orgaanisten molekyylien, mikä tekee niistä samanlaisia kuin ionien kemian epäorgaanisten aineiden.Emme saa unohtaa sitä, että konversio orgaanisten yhdisteiden harvoin mukana muodostumista näitä kationeja ja anioneja.
Monomolekulaarisen ja bimolekulaarinen reaktiot
nukleofiilinen substituutio on yhden molekyylin paksuinen (SN1).Tämän mekanismin tapahtuu hydrolyysi tärkeä tuote orgaanisen synteesin - tertiäärinen butyyli kloridi.Ensimmäinen vaihe on hidas, se liittyy etenevä dissosiaatioon karboniumkationit kationin ja kloridianionia.Toinen vaihe on nopeampi virtaa karboniumionin reaktio vedellä.Yhtälö korvaaminen reaktio halogeeni aikaani ja tuottaa ensisijainen hydroksi alkoholi: (CH3) 3C-CI → (CH3) 3C + + Cl;(CH 3) 3C + H2O → (CH 3) 3C-OH + H +.Saat yhden askeleen hydrolyysi ensisijainen ja toissijainen alkyylihalideja on ominaista samanaikainen tuhoaminen hiilen halogeeni ja pariksi C-OH.Tämä mekanismi bimolecular nukleofiilinen substituutio (SN2).
mekanismi heterolyytti- korvaavien
korvaavuusjärjestelmän liittyvät elektronin siirto, luomisen väli- komplekseja.Reaktio on nopeampi, helpompi kuin ottaa sen tyypillisen välituotteita.Usein prosessi on menossa moneen suuntaan samanaikaisesti.Etuna yleensä saa miten partikkeleita käytetään, vaativat vähiten menot energian koulutuksestaan.Esimerkiksi, kun läsnä on kaksoissidos lisää todennäköisyyttä allyyli- kationin CH 2 = CH-CH 2 +, verrattuna CH3 + ioneja.Syynä elektronitiheys kaksoissidoksen, joka vaikuttaa siirtyy muualle on positiivinen varaus, hajallaan koko molekyylin.
substituointireaktioilla bentseenin
ryhmä orgaanisia yhdisteitä, joille on tunnusomaista elektrofiilisellä vaihdosta - areenalla.Bentseenirenkaassa - kätevä esine elektrofiilisen hyökkäys.Prosessi alkaa polarisaatio toisen reagenssin jolloin muodostuu elektrofiilin elektroni pilvi vieressä bentseenirenkaaseen.Tuloksena on monimutkainen siirtyminen.Täysi viestintä elektrofiilisiä hiukkasia yhden hiiliatomin ei vielä, se on houkutellut negatiivinen varaus ympärillä "aromaattinen kuusi" elektroneja.Kolmannessa vaiheessa elektrofiilin ja yhden hiiliatomin renkaat yhteinen elektronipari (kovalenttinen sidos).Mutta tässä tapauksessa on tuhoaminen "aromaattinen kuusi", joka on epäedullinen kannalta kestävän vakaan energiahuollon valtio.On ilmiö, jota voidaan kutsua "vapauttamista protonin."Siellä pilkkominen H +, vakaa viestintäjärjestelmä on palautettu, tyypillinen kohtaus.Puoli käsittää kationisen vety bentseenirenkaan ja anioni toisesta reagenssista.
Esimerkkejä substituutioreaktioista orgaanisen kemian
varten alkaanien erityisesti tyypillinen substituutioreaktiolla.Esimerkkejä elektrofiilisiä ja nukleofiilisten reaktiot voivat johtaa sykloalkaaneista ja Arenes.Samanlaisia reaktioita molekyylit orgaaniset aineet ovat normaaleissa olosuhteissa, mutta tavallisesti - ja kuumentamalla katalyyttien läsnä ollessa.Yhteisellä ja hyvin tutkittu prosesseja ovat elektrofiilinen korvattavuuden aromaattinen rengas.Tärkein tämän tyyppisessä reaktiossa:
- nitraamalla bentseenin kanssa typpihapon läsnäollessa H2SO4 - noudattaa järjestelmä: C6H6 → C6H5-NO 2.
- katalyyttinen halogenoimalla bentseeniä, erityisesti klooraus, yhtälöllä: C6H6 + 2Cl + HCI: → C6H5Cl.
- Aromaattinen sulfonointia bentseeniä tapahtuu "savuava" rikkihappo, bentseenisulfonihappo muodossa.
- alkylointi - korvaaminen vetyatomi bentseenirenkaan alkyyli.
- asylointi - muodostumista ketonit.
- formylointi - korvaa vedyn ryhmä CHO ja muodostumista aldehydien.
Tekijä substituutioreaktioista ovat reaktio alkaanit ja sykloalkaaneista, jossa halogeeneja hyökkäys saatavilla C-H -sidoksen.Derivatisointi voi liittyä olevan yhden, kaksi tai kaikki vetyatomit tyydyttyneitä hiilivetyjä ja nafteeneja.Monet galogenoalkanov pienimolekyylipainoisten käytetään tuotannossa monimutkaisempi aineiden kuuluvat eri luokkiin.Ennakot tutkimuksessa reaktiomekanismien korvaavien, antoi voimakkaan sysäyksen kehitystä synteesi perustuu alkaaneilla, sykloparafiineista, areenoilla ja halogenoidut hiilivedyt.
