reaksi Banyak substitusi membuka jalan untuk produksi berbagai senyawa yang memiliki aplikasi utilitas.Sebuah peran besar dalam ilmu kimia dan industri diberikan substitusi elektrofilik dan nukleofilik.Dalam sintesis organik, proses ini memiliki sejumlah fitur yang perlu ditangani.
Berbagai fenomena kimia.Reaksi substitusi
perubahan kimia terkait dengan transformasi materi, sejumlah fitur yang berbeda.Hasil yang berbeda mungkin, efek termal;Beberapa proses yang sampai akhir, dalam kesetimbangan kimia lainnya terjadi.Agen perubahan sering disertai dengan peningkatan atau penurunan tingkat oksidasi.Dalam klasifikasi fenomena kimia dalam hasil akhir mereka menarik perhatian pada perbedaan kualitatif dan kuantitatif antara reaktan dari produk.Fitur-fitur ini dapat diidentifikasi 7 jenis reaksi kimia, termasuk substitusi, datang di bawah skema: A-B + C + A untuk merekam B. Sederhana seluruh kelas fenomena kimia memberikan ide bahwa di antara bahan awal adalah yang disebut "serangan"partikel atom pengganti reagen, ion kelompok fungsional.Reaksi substitusi adalah karakteristik dari jenuh dan aromatik hidrokarbon.
reaksi substitusi dapat terjadi dalam bentuk pertukaran ganda: A-B + C-E A-B-C + E.Satu subspesies - perpindahan, misalnya, tembaga, besi dari larutan tembaga sulfat: CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.Sebagai "menyerang" partikel dapat bertindak sebagai atom, ion atau kelompok fungsional
Pergantian homolytic (radikal, SR)
Ketika radikal mekanisme pecahnya pasangan kovalen elektron adalah umum untuk unsur yang berbeda, secara proporsional didistribusikan antara "fragmen" molekul.Radikal bebas terbentuk.Ini stabilisasi partikel tidak stabil yang terjadi sebagai akibat dari transformasi berikutnya.Misalnya, dalam penyusunan etana dari metana menghasilkan radikal bebas yang terlibat dalam reaksi substitusi: CH4 CH3 H + • •;• + • CH3 CH3 → C2H5;H + • • H → H2.Pembelahan ikatan Homolytic seperti yang dijelaskan dalam mekanisme penggantian adalah karakteristik dari alkana adalah karakter reaksi berantai.Atom metana H dapat berturut-turut digantikan oleh klorin.Demikian pula, reaksi dengan bromin, iodin tetapi tidak mampu menggantikan hidrogen secara langsung di alkana, fluor bereaksi terlalu keras dengan mereka.
heterolytically cara untuk memecahkan ikatan
Ketika mekanisme ionik reaksi substitusi, elektron tidak merata antara partikel baru muncul.Pasangan ini mengikat elektron bergerak sepanjang jalan ke salah satu dari "fragmen", paling sering, dengan mitra komunikasi, sisi yang diimbangi kepadatan negatif dalam molekul polar.Dengan substitusi reaksi termasuk reaksi CH3OH metil alkohol.Dalam brommetane CH3Br molekul adalah heterolytic istirahat karakter, partikel bermuatan yang stabil.Methyl memperoleh muatan positif, dan bromin - negatif: CH3Br → CH3 + + Br-;NaOH → Na + + OH-;CH3 + + OH- → CH3OH;Na + + Br- ↔ NaBr.
elektrofil dan nukleofil partikel
yang kekurangan elektron dan dapat menerima mereka, disebut "elektrofil."Ini termasuk atom karbon ditambah dengan halogen haloalkanes.Nukleofil memiliki kerapatan elektron tinggi, mereka adalah "korban" dari sepasang elektron untuk menciptakan ikatan kovalen.Reaksi substitusi kaya muatan negatif nukleofil diserang oleh elektrofil yang kurang elektron.Fenomena ini berhubungan dengan pergerakan atom atau partikel lain - meninggalkan kelompok.Tipe lain dari reaksi substitusi - serangan nukleofil elektrofil.Kadang-kadang sulit untuk membedakan antara dua proses, merujuk pada penggantian satu atau jenis lain, karena sulit untuk menentukan mana dari molekul - substrat, dan yang - reagen.Biasanya dalam kasus tersebut, faktor-faktor berikut dianggap: alam
- dari kelompok meninggalkan;
- reaktivitas nukleofil;Sifat
- pelarut;Struktur
- dari bagian alkil.
substitusi nukleofilik (SN)
Selama interaksi molekul organik telah meningkat polarisasi.Persamaan muatan positif atau negatif parsial perhatikan huruf dari alfabet Yunani.Komunikasi polarisasi memberikan indikasi sifat pecah dan perilaku masa depan "fragmen" dari molekul.Sebagai contoh, atom karbon di Iodometana memiliki muatan positif parsial adalah pusat elektrofilik.Ini menarik bagian dari dipol air, di mana oksigen memiliki kelebihan elektron.Interaksi elektrofil dengan reagen nukleofil dibentuk metanol: CH3I + H2O → CH3OH + HI.Reaksi substitusi nukleofilik berlangsung dengan partisipasi dari ion bermuatan negatif atau molekul memiliki sepasang elektron bebas, tidak berpartisipasi dalam penciptaan ikatan kimia.Partisipasi aktif dari Iodometana di SN2-reaksi karena keterbukaannya terhadap serangan nukleofilik dan mobilitas yodium.
substitusi elektrofilik (SE)
dalam molekul organik mungkin pusat nukleofilik ini, yang ditandai oleh kelebihan kerapatan elektron.Bereaksi dengan kurangnya muatan negatif reagen elektrofilik.Partikel seperti atom memiliki bagian orbital bebas dari molekul dengan kerapatan elektron rendah.The natrium format karbon memiliki biaya "-", direaksikan dengan bagian positif dari dipol air - hidrogen: CH3Na → CH4 + H2O + NaOH.Produk dari reaksi ini, substitusi elektrofilik - metana.Ketika reaksi heterolytic dari pusat malah dibebankan molekul organik, yang membuat mereka mirip dengan ion dalam kimia zat anorganik.Kita tidak boleh melupakan fakta bahwa konversi senyawa organik jarang disertai dengan pembentukan kation ini dan anion.
monomolecular dan reaksi bimolekular
substitusi nukleofilik adalah monomolecular (SN1).Dengan mekanisme ini terjadi hidrolisis produk penting dari sintesis organik - tersier butil klorida.Tahap pertama adalah lambat, hal ini terkait dengan progresif disosiasi karbonium kation dan anion klorida.Langkah kedua adalah lebih cepat mengalir reaksi ion karbonium dengan air.Reaksi substitusi persamaan pada halogen di alkana dan menghasilkan alkohol primer hidroksi: (CH3) 3C-Cl → (CH3) 3C + + Cl-;(CH3) 3C + + H2O → (CH3) 3C-OH + H +.Untuk satu langkah hidrolisis halida alkil primer dan sekunder ditandai dengan perusakan simultan dari halogen karbon dan pasangan C-OH.Mekanisme substitusi nukleofilik bimolekular (SN2).
mekanisme substitusi heterolytic
mekanisme penggantian terkait dengan transfer elektron, penciptaan kompleks menengah.Reaksi cepat, lebih mudah daripada harus intermediet khas.Seringkali proses ini akan di beberapa arah secara bersamaan.Keuntungannya biasanya mendapatkan cara di mana partikel-partikel yang digunakan, membutuhkan pengeluaran setidaknya energi untuk pendidikan mereka.Sebagai contoh, adanya ikatan ganda meningkatkan kemungkinan sebuah alil kation CH2 = CH-CH2 +, dibandingkan dengan + ion CH3.Alasannya terletak pada kerapatan elektron dari ikatan rangkap, yang mempengaruhi delokalisasi muatan positif, tersebar di seluruh molekul.
reaksi substitusi benzena
kelompok senyawa organik, yang ditandai dengan substitusi elektrofilik - arena.The cincin benzena - obyek nyaman untuk serangan elektrofilik.Proses ini dimulai dengan polarisasi reagen kedua sehingga membentuk elektrofil awan elektron yang berdekatan cincin benzena.Hasilnya adalah transisi yang kompleks.Komunikasi partikel elektrofilik penuh dengan salah satu atom karbon belum, itu tertarik ke muatan negatif sekitar "aromatik enam" elektron.Pada tahap ketiga dari elektrofil dan satu cincin atom karbon berbagi sepasang umum elektron (ikatan kovalen).Tapi dalam kasus ini adalah kehancuran "aromatik enam", yang merugikan dalam mencapai keadaan energi yang stabil berkelanjutan.Ada fenomena yang bisa disebut 'pelepasan proton. "Ada pembelahan H +, sistem komunikasi yang stabil dipulihkan, adegan khas.Side terdiri dari hidrogen kationik dari cincin benzena dan anion dari reagen kedua.
Contoh reaksi substitusi kimia organik
untuk alkana terutama khas reaksi substitusi.Contoh reaksi elektrofilik dan nukleofilik dapat menyebabkan sikloalkana dan arena.Reaksi serupa dalam molekul zat organik dalam kondisi normal, tetapi biasanya - dan dengan pemanasan dengan adanya katalis.Dengan proses umum dan dipelajari dengan baik termasuk substitusi elektrofilik di cincin aromatik.Reaksi paling penting dari jenis ini:
- nitrasi benzena dengan asam nitrat dengan adanya H2SO4 - berikut skema: C6H6 → C6H5-NO2.
- halogenasi katalitik benzena, terutama klorinasi, dengan persamaan: C6H6 + Cl2 + HCl → C6H5Cl.
- Aromatik sulfonasi benzena terjadi dengan "marah" asam sulfat, asam sulfonat bentuk benzena.
- Alkilasi - penggantian atom hidrogen dari cincin benzena dalam alkil.
- asilasi - pembentukan keton.
- Formilasi - menggantikan hidrogen pada sekelompok CHO dan pembentukan aldehida.
Dengan reaksi substitusi termasuk reaksi di alkana dan sikloalkana yang halogen serangan tersedia ikatan C-H.Derivatisasi mungkin terkait dengan penggantian satu, dua atau semua atom hidrogen dalam hidrokarbon jenuh dan naftena.Banyak galogenoalkanov berat molekul rendah digunakan dalam produksi zat yang lebih kompleks milik kelas yang berbeda.Kemajuan dalam studi mekanisme reaksi substitusi, memberi dorongan yang kuat untuk pengembangan sintesis berdasarkan alkana, sikloparafin, arena dan Halogenasi hidrokarbon.
