réaction Beaucoup de substitution ouvre la voie à la production de divers composés ayant des applications de services publics.Un rôle énorme dans la science et de l'industrie chimique est donnée substitution électrophile et nucléophile.Dans la synthèse organique, ces processus ont un certain nombre de caractéristiques qui doivent être abordées.
Une variété de phénomènes chimiques.Des réactions de substitution
modifications chimiques associés à la transformation de la matière, un certain nombre de caractéristiques différentes.Différents résultats peuvent être, des effets thermiques;Certains procédés sont à la fin, dans un autre équilibre chimique se produit.Les agents de changement sont souvent accompagnés par une augmentation ou une diminution du degré d'oxydation.Dans la classification des phénomènes chimiques dans leurs résultats finaux attirer l'attention sur les différences qualitatives et quantitatives entre les réactifs de produits.Ces caractéristiques peuvent être identifiées 7 types de réactions chimiques, y compris la substitution, à venir au titre du régime: A-B + C + A pour enregistrer B. simplifié toute une classe de phénomènes chimiques donne l'idée que parmi les matériaux de départ est la soi-disant «attaque"atome de remplacement du réactif particulaire, un groupe fonctionnel ionique.La réaction de substitution est caractéristique d'hydrocarbures saturés et aromatiques.Réactions de substitution
peuvent se produire sous la forme d'un double échange: A-B + C-E A-B-C + E.Une sous-espèce - le déplacement, par exemple, le cuivre, le fer à partir d'une solution de sulfate de cuivre: CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.Comme une «attaque» les particules peuvent agir comme des atomes, des ions ou des groupes fonctionnels
Remplacement homolytique (radicale, SR)
Lorsque paire d'électrons covalente de rupture radicale de mécanisme est commun à différents éléments, répartis proportionnellement entre les "fragments" de la molécule.Les radicaux libres sont formés.Cette stabilisation de particules instable qui se produit à la suite de transformations ultérieures.Par exemple, dans la préparation d'éthane à partir de méthane produire des radicaux libres impliqués dans la réaction de substitution: CH4 + CH3 H • •;• + • CH3 CH3 C2H5 →;• H + H • → H2.Clivage de la liaison homolytique tel que décrit dans le mécanisme de remplacement est caractéristique d'alcanes est un caractère de la chaîne de réaction.Les atomes de méthane H peuvent être remplacés successivement par du chlore.De même, une réaction avec du brome, de l'iode, mais est incapable de remplacer l'atome d'hydrogène directement dans les alcanes, le fluor réagit trop vigoureusement avec eux.
hétérolytique façon de briser les liens
Lorsque le mécanisme ionique de réactions de substitution, les électrons sont inégalement réparties entre les particules nouvellement écloses.La paire d'électrons de liaison se déplace tout le chemin à l'un des «fragments», le plus souvent, au partenaire de communication, à côté de laquelle a été compensée densité négative dans la molécule polaire.Par substitution réactions comprennent la réaction de l'alcool méthylique CH3OH.Dans brommetane molécule CH3Br est le caractère de rupture hétérolytique, les particules chargées sont stables.Méthyl acquiert une charge positive, et le brome - négative: CH3Br → CH3 + + Br;NaOH → Na + + OH-;CH3 + + OH- → CH3OH;Na + + Br ↔ NaBr.Électrophiles
et nucléophiles particules
qui manquent d'électrons et peut les accepter, sont appelés «électrophiles."Ceux-ci comprennent des atomes de carbone associés à des halogènes haloalcanes.Nucléophiles ont une forte densité d'électrons, ils sont «victimes» d'une paire d'électrons pour créer une liaison covalente.Les réactions de substitution riches charges négatives nucléophiles sont attaqués par des électrophiles qui manquent électrons.Ce phénomène est associé au mouvement d'atomes ou d'autres particules - groupe partant.Un autre type de réaction de substitution - une attaque nucléophile de l'électrophile.Parfois, il est difficile de distinguer entre les deux processus, consultez le remplacement de l'un ou l'autre type, car il est difficile de déterminer qui de la molécule - substrat, et qui - réactif.Habituellement, dans de tels cas, les facteurs suivants sont pris en considération:
- nature du groupe partant;
- réactivité du nucléophile;
- nature du solvant;Structure de
- le fragment alkyle.
substitution nucléophile (SN)
lors de l'interaction de la molécule organique a été la polarisation croissante.Les équations d'une charge positive ou négative partielle noter la lettre de l'alphabet grec.Communication de polarisation fournit une indication de la nature de sa rupture et le comportement futur des "fragments" de la molécule.Par exemple, l'atome de carbone à iodométhane a une charge positive partielle est le centre électrophile.Il attire la partie de dipôle de l'eau, où l'oxygène a un excès d'électrons.L'interaction de l'électrophile avec un réactif nucléophile méthanol formé: CH3I + H2O → CH3OH + HI.Réactions de substitution nucléophiles ont lieu avec la participation d'un ion ou une molécule chargée négativement ayant une paire d'électrons libres, ne participent pas à la création d'une liaison chimique.La participation active d'iodométhane dans SN2 réactions en raison de son ouverture à une attaque nucléophile et la mobilité de l'iode.
substitution électrophile (SE)
dans des molécules organiques peuvent être présents centre nucléophile, qui est caractérisé par un excès de densité d'électrons.Il réagit à l'absence de charges négatives de réactif électrophile.De telles particules sont des atomes ayant des parties orbitales libres de la molécule à faible densité d'électrons.Le formate de sodium ayant la charge de carbone "-", est mis à réagir avec une partie positive du dipôle de l'eau - l'hydrogène: CH3Na → CH4 + H2O + NaOH.Le produit de cette réaction, une substitution électrophile - méthane.Lorsque la réaction hétérolytique de centres de charges opposées de molécules organiques, ce qui les rend semblable aux ions dans la chimie des substances inorganiques.Nous ne devrions pas perdre de vue le fait que la conversion des composés organiques sont rarement accompagnée de la formation de ces cations et anions.
réactions bimoléculaires monomoléculaire et
substitution nucléophile est monomoléculaire (SN1).Par ce mécanisme se produit hydrolyse produit important de la synthèse organique - chlorure de butyle tertiaire.La première étape est lente, elle est associée à la dissociation progressive cation carbonium et l'anion chlorure.La seconde étape est plus rapide circule réaction d'ion carbonium avec de l'eau.Equation réaction de substitution sur l'atome d'halogène dans l'alcane et produire de l'alcool hydroxy primaire: (CH3) 3C-Cl → (CH3) 3C + + Cl-;(CH3) 3C + H2O → + (CH3) 3C-OH + H +.Pour l'hydrolyse en une étape d'halogénures d'alkyle primaire et secondaire est caractérisé par la destruction simultanée de carbone et un atome d'halogène de couplage C-OH.Ce mécanisme de substitution nucléophile bimoléculaire (SN2).
mécanisme de substitution hétérolytique
mécanisme de remplacement associé à transfert d'électrons, la création de complexes intermédiaires.Réaction est plus rapide, plus facile que d'avoir ses caractéristiques intermédiaires.Souvent, le processus va dans plusieurs directions simultanément.L'avantage obtient habituellement la façon dont les particules sont utilisées, nécessitant le moins de dépense d'énergie pour leur éducation.Par exemple, la présence d'une double liaison augmente la probabilité d'un cation allyle CH2 = CH-CH2 +, par rapport aux ions + CH3.La raison réside dans la densité d'électrons de la double liaison, ce qui affecte la délocalisation de la charge positive, dispersés sur toute la molécule.Réactions de substitution
de benzène groupe
de composés organiques, qui sont caractérisés par substitution électrophile - l'arène.Le noyau benzénique - objet pratique pour une attaque électrophile.Le processus commence par la polarisation du second réactif formant ainsi nuage d'électrons électrophile adjacente à l'anneau de benzène.Il en résulte une transition complexe.Communication complètes particules électrophiles avec un des atomes de carbone pas encore, il est attiré par la charge négative autour des "aromatiques" six électrons.Lors de la troisième étape de l'électrophile et un anneaux d'atomes de carbone partager une paire commune d'électrons (liaison covalente).Mais dans ce cas est la destruction de la "aromatique à six", ce qui est désavantageux en termes de réalisation état d'énergie stable durable.Il est un phénomène qui peut être appelé «la libération d'un proton".Il clivage de H +, système de communication stable est rétablie, scène typique.Latérale comprend un atome d'hydrogène cationique d'un cycle benzénique et l'anion du second réactif.
Des exemples de réactions de substitution de la chimie organique pour
alcanes particulièrement typique réaction de substitution.Des exemples de réactions électrophiles et nucléophiles peuvent conduire à des cycloalcanes et des arènes.Des réactions similaires dans les molécules organiques sont des substances dans des conditions normales, mais habituellement - et par chauffage en présence de catalyseurs.Par des processus communs et bien étudiés comprennent la substitution électrophile sur le cycle aromatique.La réaction la plus importante de ce type:
- nitration du benzène avec de l'acide nitrique en présence de H2SO4 - suit le schéma: C6H6 → C6H5-NO2.
- d'halogénation catalytique du benzène, en particulier chloration, par l'équation suivante: C6H6 + Cl2 + HCl → C6H5Cl.
- Aromatique sulfonation du benzène se produit avec de l'acide sulfurique "fumant", sous forme d'acide sulfonique benzène.
- Alkylation - le remplacement d'un atome d'hydrogène du cycle benzénique dans le groupe alkyle.
- acylation - la formation de cétones.
- formylation - le remplacement d'un hydrogène sur un groupe CHO et de la formation d'aldéhydes.
par des réactions de substitution dans la réaction comprennent des alcanes et des cycloalcanes, dans lequel des halogènes attaque disponible liaison C-H.La dérivatisation peut être associé avec remplacement d'un, deux ou la totalité des atomes d'hydrogène dans les hydrocarbures saturés et des naphtènes.De nombreux galogenoalkanov de faible poids moléculaire sont utilisés dans la production de substances plus complexes appartenant à des classes différentes.Les progrès dans l'étude des mécanismes de réaction de substitution, ont donné une puissante impulsion au développement de la synthèse sur la base des alcanes, des cycloparaffines, des arénas et des hydrocarbures halogénés.
