Veel substitutiereactie opende de weg naar een verscheidenheid van verbindingen met economisch gebruik te krijgen.Een grote rol in de chemische wetenschap en industrie wordt gegeven elektrofiele en nucleofiele substitutie.In de organische synthese, deze werkwijzen hebben een aantal kenmerken die moeten worden aangepakt.
verschillende chemische verschijnselen.Substitutiereacties
chemische veranderingen geassocieerd met de transformatie van materie, verschillende functies.Kunnen verschillende uitkomsten, thermische effecten;Sommige processen zijn tot het einde, in andere chemisch evenwicht optreedt.Veranderaars gaan vaak gepaard met een toename of afname in de mate van oxidatie.In de indeling van chemische verschijnselen in hun eindresultaten vestigen de aandacht op de kwalitatieve en kwantitatieve verschillen tussen de reactanten uit producten.Deze functies kunnen worden geïdentificeerd 7 soorten chemische reacties, waaronder substitutie, die onder de regeling: A + C + A tot C B. vereenvoudigd plaat een hele klasse van chemische processen geeft het idee dat tussen de uitgangsmaterialen zijn zogenaamde "attack"deeltjesreagens vervanging atoom, ion, een functionele groep.De substitutiereactie is kenmerkend van verzadigde en aromatische koolwaterstoffen.
Substitutie reacties kunnen optreden in de vorm van een dubbele uitwisseling: A-B + C tot E A C + B-E.Een ondersoort - de verplaatsing van bijvoorbeeld koper, ijzer uit een oplossing van kopersulfaat: CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.Als een "aanval" deeltjes atomen, ionen of functionele groepen
homolytische substitutie (radicale, SR)
kunnen handelen wanneer radicaalmechanisme breuk covalente bindingen het elektronenpaar, gemeenschappelijk voor verschillende elementen, evenredig verdeeld over de "fragmenten" van het molecuul.Vrije radicalen worden gevormd.Deze onstabiele deeltjes stabilisering die optreedt als gevolg van de daaropvolgende transformaties.Bijvoorbeeld, bij de bereiding van ethaan uit methaan die bij de substitutiereactie vrije radicalen: CH4 CH3 H • + •;• + • CH3 CH3 → C2H5;H • + • H → H2.Homolytische bindingssplitsing zoals beschreven in de vervangings- is kenmerkend alkanen is een reactieketen karakter.Het methaan H atomen achtereenvolgens vervangen door chloor.Ook een reactie met broom, jood maar kan niet direct vervangen waterstof alkanen, fluor- te krachtig reageert ermee.
heterolytically manier om de banden
Als de ionische mechanisme van substitutie reacties, elektronen zijn ongelijk verdeeld tussen de nieuw opgedoken deeltjes breken.De binding elektronenpaar verplaatst tot aan een van "fragmenten", meestal, de communicatiepartner, met een zijde van gecompenseerd negatieve dichtheid in het polaire molecuul.Door substitutie reacties omvatten reactie van methylalcohol CH3OH.In brommetane CH3Br heterolytische breuk van het molecuul is het karakter, de geladen deeltjes stabiel zijn.Methyl verwerft een positieve lading, en broom - negatief: CH3Br → CH3 + + Br-;NaOH → Na + + OH-;CH3 + + OH- → CH3OH;Na + + Br- ↔ NaBr.
elektrofielen en nucleofielen
deeltjes die gebrek aan elektronen en kan accepteren, worden "elektrofielen."Deze omvatten de koolstofatomen gekoppeld met halogenen halogeenalkanen.Nucleofielen hoge elektronendichtheid, ze zijn "slachtoffers" van een elektronenpaar van een covalente binding te maken.De substitutie reacties rijke negatieve ladingen worden aangevallen door nucleofielen elektrofielen die elektronen missen.Dit fenomeen is geassocieerd met de beweging van atomen of andere deeltjes - de vertrekkende groep.Een ander type van substitutie reactie - een aanval de elektrofiel nucleofiel.Soms is het moeilijk om onderscheid te maken tussen de twee processen, gerelateerd aan de substitutie van een of andere soort, omdat het moeilijk te lokaliseren welke molecule - substraat, en welke - reagens.Meestal in dergelijke gevallen de volgende factoren:
- aard van de vertrekkende groep;
- nucleofiele reactiviteit;
- aard van het oplosmiddel;
- structuur van de alkylrest.
nucleofiele substitutie (SN)
Tijdens de interactie van het organische molecuul is toegenomen polarisatie.De vergelijkingen van een gedeeltelijke positieve of negatieve lading gewezen op de letter van het Griekse alfabet.Polarisatie communicatie geeft een indicatie van de aard van de breuk en het toekomstige gedrag van "fragmenten" van het molecuul.Bijvoorbeeld, het koolstofatoom op joodmethaan een gedeeltelijke positieve lading is het elektrofiele centrum.Het trekt het deel van de dipool water, waarbij de zuurstof een overschot aan elektronen.De interactie van het elektrofiel met een nucleofiel reagens gevormde methanol: CH3I + H2O → CH3OH + HI.Nucleofiele substitutie reacties plaatsvinden met de deelname van een negatief geladen ion of molecuul met een vrij elektronenpaar, niet deel aan de vorming van een chemische binding.Actieve participatie van joodmethaan in SN2-reacties vanwege de openheid voor nucleofiele aanval en mobiliteit van jodium.
elektrofiele substitutie (SE)
in organische moleculen aanwezig nucleofiel centrum, dat wordt gekenmerkt door een overmaat aan elektronen dichtheid.Het reageert met het gebrek aan negatieve ladingen elektrofiel reagens.Dergelijke deeltjes bevatten met vrije orbitale molecule met porties gereduceerde elektronendichtheid.De natriumformiaat kool met charge "-", wordt omgezet met het positieve deel van de dipool water - waterstof: CH3Na + CH4 + H2O → NaOH.Het product van deze reactie een elektrofiele substitutie - methaan.Wanneer heterolytische reactie van tegengesteld geladen centra van organische moleculen, waardoor ze lijken op de ionen in de chemie van anorganische stoffen maakt.Niet te vergeten, dat de omzetting van organische verbindingen zelden gepaard met de vorming van deze kationen en anionen.
monomoleculaire en bimoleculaire reacties
is unimoleculaire nucleofiele substitutie (SN1).Door dit mechanisme optreedt hydrolyse belangrijk product van de organische synthese - tertiaire butylchloride.De eerste fase is traag, is geassocieerd met progressieve dissociatie carbonium kation en chloride-anion.De tweede stap is de reactie sneller verloopt carboniumion met water.Vergelijking substitutiereactie op halogeen in het alkaan en produceren van primaire hydroxy alcohol: (CH3) 3C-Cl → (CH3) 3C + + Cl-;(CH3) 3C + + H2O → (CH3) 3C-OH + H +.Voor een een-stap hydrolyse van primaire en secundaire alkylhaliden is kenmerkend gelijktijdige vernietiging van de koolstof halogeen en koppelen C-OH.Dit mechanisme van bimoleculaire nucleofiele substitutie (SN2).
mechanisme van heterolytische substitutie
vervangende mechanisme geassocieerd met elektron-overdracht, het creëren van intermediaire complexen.De reactie verloopt sneller dan lichtere zijn kenmerkend voor haar tussenproducten.Vaak wordt het proces gaat in meerdere richtingen tegelijk.Het voordeel wordt gewoonlijk de wijze waarop de deeltjes worden toegepast, waarbij de minst krachtsverbruik voor hun onderwijs.Bijvoorbeeld, de aanwezigheid van een dubbele binding vergroot de kans op een kation allyl CH2 = CH-CH2 +, vergeleken met de CH3 + -ionen.De reden ligt in de elektronendichtheid van een dubbele binding, waarbij de delokalisering van de positieve lading beïnvloedt, verspreid over het gehele molecuul.
substitutiereacties van benzeen
groep van organische verbindingen, die worden gekenmerkt door elektrofiele substitutie - de arena.De benzeenring - handig object voor elektrofiele aanval.Het proces begint met de polarisatie van het tweede reagens onder vorming elektrofiel elektronenwolk nabij de benzeenring.Het resultaat is een complex transitie.Volledige communicatie elektrofiele deeltjes met één van de koolstofatomen nog niet wordt aangetrokken door de negatieve lading rond de "aromatische six" elektronen.In de derde fase van het elektrofiel en één koolstofatoom ringen een gemeenschappelijk elektronenpaar (covalente binding).Maar in dit geval is de vernietiging van de "aromatische zes", wat nadelig is in termen van het bereiken van duurzame energie stabiele toestand.Er is een fenomeen dat afgifte van een proton kan worden genoemd. "Splitst H +, is stabiel communicatiesysteem gerestaureerde, typische scène.Side kation stof omvat waterstof uit de benzeenring en het anion van het tweede reagens.
Voorbeelden van substitutie reacties van organische chemie aan
alkanen vooral typische substitutiereactie.Voorbeelden van elektrofiele en nucleofiele reacties kunnen leiden tot cycloalkanen en arenes.Soortgelijke reacties in de moleculen van organische stoffen onder normale omstandigheden, maar meestal - en door verhitting in aanwezigheid van katalysatoren.Met algemene en goed bestudeerde werkwijzen omvatten elektrofiele substitutie op de aromatische ring.De belangrijkste reactie van dit type:
- nitrering van benzeen met salpeterzuur in tegenwoordigheid van H2SO4 - volgt het schema: → C6H6 C6H5-NO2.
- katalytische halogenering benzeen, vooral chlorering door de vergelijking: C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl.
- Aromatische sulfonering van benzeen optreedt bij "rokend" zwavel- zuur, benzeensulfonzuur zuurvorm.
- Alkylering - vervanging van een waterstofatoom van de benzeenring in het alkyldeel.
- acylering - de vorming van ketonen.
- Formylering - vervanging van een waterstofatoom op groep CHO en de vorming van aldehyden.
door substitutie reacties omvatten de reactie in alkanen en cycloalkanen waarin halogeenverbindingen aanval beschikbaar C-H binding.Derivatisering kan gepaard gaan met de vervanging van één, twee of alle waterstofatomen in verzadigde koolwaterstoffen en naftenen.Veel galogenoalkanov laag molecuulgewicht worden gebruikt bij de productie van complexere stoffen van verschillende klassen.Vooruitgang in de studie van reactiemechanismen van substitutie, heeft een sterke impuls gegeven aan de ontwikkeling van de synthese op basis van alkanen, cycloparaffinen, arena en gehalogeneerde koolwaterstoffen.
