reazione Molti sostituzione apre la strada alla produzione di vari composti con applicazioni di utilità.Un ruolo enorme nel campo della scienza chimica e industria è dato sostituzione elettrofila e nucleofila.In sintesi organica, questi processi hanno una serie di caratteristiche che devono essere affrontate.
Una varietà di fenomeni chimici.Reazioni di sostituzione
cambiamenti chimici associati con la trasformazione della materia, un certo numero di caratteristiche differenti.Risultati differenti possono essere, effetti termici;Alcuni processi sono alla fine, in altri avviene equilibrio chimico.Modifica agenti sono spesso accompagnate da un aumento o una diminuzione del grado di ossidazione.Nella classificazione di fenomeni chimici nei loro risultati finali attirare l'attenzione sulle differenze qualitative e quantitative tra i reagenti dai prodotti.Queste caratteristiche possono essere identificate 7 tipi di reazioni chimiche, compreso lo scambio, oggetto del regime: A-B + C + A per registrare B. semplificato un'intera classe di fenomeni chimico dà l'idea che tra i materiali di partenza è il cosiddetto "attacco"atomo di sostituzione del reagente particella, gruppo funzionale di ioni.La reazione di sostituzione è caratteristica di idrocarburi saturi e aromatici.Reazioni di sostituzione
possono verificarsi in forma di un doppio scambio: A-B + C-E A-B-C + E.Una sottospecie - lo spostamento, ad esempio, il rame, il ferro da una soluzione di solfato di rame CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.Come un "attacco" le particelle possono agire come atomi, ioni o gruppi funzionali
Substitution omolitica (radicale, SR)
Quando radicale meccanismo rottura coppia covalente elettrone è comune a diversi elementi, proporzionalmente distribuito tra i "frammenti" della molecola.I radicali liberi si formano.Questa stabilizzazione particella instabile che si verifica a causa delle trasformazioni successive.Ad esempio, nella preparazione di etano dal metano produrre radicali liberi coinvolti nella reazione di sostituzione: CH4 CH3 H + • •;• + • CH3 CH3 → C2H5;H + • • H → H2.Omolitica scissione legame come descritto nel meccanismo di sostituzione è caratteristica di alcani è un personaggio Chain Reaction.Gli atomi metano H possono essere successivamente sostituiti da cloro.Analogamente, una reazione con bromo, iodio ma è incapace di sostituire l'idrogeno direttamente in alcani, fluoro reagisce troppo energicamente con loro.
heterolytically modo per spezzare i legami
Quando il meccanismo ionico di reazioni di sostituzione, gli elettroni sono distribuiti equamente tra le particelle di recente emerse.La coppia di elettroni di legame si muove fino a uno dei "frammenti", il più delle volte, al partner di comunicazione, il cui lato compensata densità negativa nella molecola polare.Mediante sostituzione reazioni comprendono reazione di alcool metilico CH3OH.In brommetane CH3Br molecola è carattere di interruzione eterolitica, le particelle cariche sono stabili.Metil acquista una carica positiva, e bromo - negativo: CH3Br → CH3 + + Br;NaOH → Na + + OH-;CH3 + + OH- → CH3OH;Na + + Br- ↔ NaBr.Elettrofili
e nucleofili particelle
che la mancanza di elettroni e li possono accettare, sono chiamati "elettrofili."Questi includono gli atomi di carbonio accoppiati con alogeni haloalkanes.Nucleofili hanno un'alta densità elettronica, sono "vittime" di una coppia di elettroni per creare un legame covalente.Le reazioni di sostituzione ricche cariche negative nucleofili vengono attaccati da elettrofili che mancano di elettroni.Questo fenomeno è associato con il movimento di atomi o altre particelle - gruppo uscente.Un altro tipo di reazione di sostituzione - un attacco nucleofilo elettrofilo.Talvolta è difficile distinguere tra i due processi, fare riferimento alla sostituzione di uno o l'altro tipo, perché è difficile individuare quale dei molecule - substrato, e che - reagente.Di solito in questi casi, i seguenti fattori sono considerati:
- natura del gruppo uscente;
- reattività del nucleofilo;
- natura del solvente;Struttura
- della porzione alchilica.Sostituzione
nucleofila (SN)
Durante l'interazione della molecola organica è aumentata polarizzazione.Le equazioni di una carica positiva o negativa parziale di notare la lettera dell'alfabeto greco.Comunicazione polarizzazione dà un'indicazione della natura della sua rottura e il comportamento futuro "frammenti" della molecola.Ad esempio, l'atomo di carbonio in iodomethane ha una parziale carica positiva è il centro elettrofilo.Essa attrae la parte del dipolo di acqua, in cui l'ossigeno ha un eccesso di elettroni.L'interazione del elettrofilo con un nucleofilo reagente metanolo formato: + H2O → CH3I CH3OH + HI.Reazioni di sostituzione nucleofila avvengono con la partecipazione di uno ione o molecola carica negativa avente una coppia di elettroni liberi, non partecipano alla creazione di un legame chimico.La partecipazione attiva di iodometano in SN2-reazioni a causa della sua apertura alla attacco nucleofilo e la mobilità di iodio.
sostituzione elettrofila (SE)
in molecole organiche possono essere presenti centro nucleofilo, che è caratterizzato da un eccesso di densità elettronica.Reagisce con la mancanza di cariche negative reagenti elettrofila.Tali particelle sono atomi aventi parti orbitali liberi della molecola con bassa densità di elettroni.Il carbonio formiato di sodio avente carica "-", viene fatto reagire con una parte positiva del dipolo acqua - idrogeno: CH3Na → CH4 + H2O + NaOH.Il prodotto di questa reazione, una sostituzione elettrofila - metano.Quando reazione eterolitica di centri di carica opposta delle molecole organiche, che li rende simili agli ioni nella chimica di sostanze inorganiche.Non dobbiamo perdere di vista il fatto che la conversione di composti organici sono raramente accompagnata dalla formazione di questi cationi e anioni.
mono- e reazioni bimolecolari
sostituzione nucleofila è monomolecolare (SN1).Con questo meccanismo si verifica l'idrolisi importante prodotto di sintesi organica - terziario cloruro di butile.La prima fase è lenta, è associato con progressiva catione dissociazione carbonio e cloruro anione.Il secondo passo è più veloce scorre carbonio reazione ionico con acqua.Equation reazione di sostituzione sul alogeno nel alcano e produrre primaria ossidrili alcolici: (CH3) 3C-Cl → (CH3) 3C + + Cl-;(CH3) + 3C + H2O → (CH3) 3 C-OH + H +.Per l'idrolisi di uno stadio di alogenuri alchilici primari e secondari è caratterizzata dalla distruzione simultanea dell'alogeno carbonio e accoppiamento C-OH.Questo meccanismo di sostituzione nucleofila biomolecolare (SN2).
meccanismo di sostituzione eterolitica
meccanismo di sostituzione associato a trasferimento di elettroni, la creazione di complessi intermedi.La reazione è più veloce, più facile che dover suoi intermedi caratteristici.Spesso il processo continua in più direzioni contemporaneamente.Il vantaggio ottiene di solito il modo in cui vengono utilizzate le particelle, che richiede il minimo dispendio di energia per la loro formazione.Ad esempio, la presenza di un doppio legame aumenta la probabilità di un catione allilico CH2 = CH-CH2 +, rispetto agli ioni + CH3.La ragione risiede nel densità elettronica del doppio legame, che colpisce la delocalizzazione della carica positiva, disperso su tutta la molecola.Reazioni di sostituzione
di benzene gruppo
di composti organici, che sono caratterizzati da sostituzione elettrofila - l'arena.L'anello di benzene - comodo oggetto per attacco elettrofilo.Il processo inizia con la polarizzazione del secondo reagente formando elettrofilo nuvola elettronica adiacente all'anello benzenico.Il risultato è una transizione complessa.Comunicazione particelle elettrofili completo con uno degli atomi di carbonio non ancora, è attratto dalla carica negativa intorno al "aromatiche sei" elettroni.Alla terza fase del elettrofilo e un atomo di carbonio anelli condividere una comune coppia di elettroni (legame covalente).Ma in questo caso è la distruzione della "aromatica sei", che è svantaggioso in termini di raggiungimento stato energetico stabile sostenibile.Vi è un fenomeno che può essere chiamato 'uscita di un protone ".Ci scissione di H +, sistema di comunicazione stabile viene ripristinato, tipica scena.Side comprende una idrogeno cationico di un anello benzenico e l'anione del secondo reagente.
Esempi di reazioni di sostituzione della chimica organica
per alcani soprattutto tipica reazione di sostituzione.Esempi di reazioni elettrofile e nucleofile possono portare a cicloalcani e areni.Reazioni simili nelle molecole delle sostanze organiche sono in condizioni normali, ma di solito - e mediante riscaldamento in presenza di catalizzatori.Con processi comuni e ben studiato includere sostituzione elettrofila sul ring aromatico.La reazione più importante di questo tipo:
- nitrazione del benzene con acido nitrico in presenza di H2SO4 - segue lo schema: C6H6 → C6H5-NO2.
- alogenazione catalitica del benzene, soprattutto clorazione, dall'equazione: C6H6 + Cl2 + HCl → C6H5Cl.
- aromatico solfonazione di benzene si verifica con "fumante" acido solforico, forma il benzene solfonico.
- Alchilazione - la sostituzione di un atomo di idrogeno dal ring benzene alchilico.
- acilazione - la formazione di chetoni.
- formilazione - sostituzione di un idrogeno su un gruppo di CHO e la formazione di aldeidi.Reazioni di sostituzione
By includono la reazione in alcani e cicloalcani in cui alogeni attacco disponibile C-H legame.Derivatizzazione può essere associata alla sostituzione di uno, due o tutti gli atomi di idrogeno in idrocarburi saturi e nafteni.Molti galogenoalkanov a basso peso molecolare vengono utilizzati nella produzione di sostanze più complessi appartenenti a classi diverse.I progressi nello studio dei meccanismi di reazione di sostituzione, dato un potente impulso allo sviluppo della sintesi basata su alcani, cicloparaffine, arene e idrocarburi alogenati.
