Mange substitusjonsreaksjon åpner veien for produksjon av forskjellige forbindelser som har nytte anvendelser.En stor rolle i kjemisk vitenskap og industri gis elektrofil og nukleofil substitusjon.I organisk syntese, disse prosessene har en rekke funksjoner som må tas opp.
En rekke kjemiske fenomener.Substitusjonsreaksjoner
kjemiske endringer i forbindelse med transformasjon av materie, en rekke ulike funksjoner.Ulike resultater kan være, termiske effekter;Noen prosesser er til enden, i det oppstår andre kjemiske likevekt.Endringsagenter er ofte ledsaget av en økning eller reduksjon i graden av oksidering.Ved klassifisering av kjemiske fenomener i deres endelige resultatene trekke oppmerksomhet til de kvalitative og kvantitative forskjeller mellom reaktanter fra produkter.Disse funksjonene kan identifiseres 7 typer av kjemiske reaksjoner, inkludert substitusjon, som kommer under ordningen: A-B + C + A til B. Forenklet plate en hel klasse av kjemiske fenomener gir den ideen at blant utgangsmaterialene er den såkalte "angrep"partikkel reagent erstatning atom, ion funksjonell gruppe.Substitusjonsreaksjon er karakteristisk for mettede og aromatiske hydrokarboner.
substitusjonsreaksjoner kan forekomme i form av en dobbelt utveksling: A-B + C-E-A-B-C + E.En underarten - forskyvningen av, for eksempel kobber, jern fra en løsning av kobbersulfat CuSO4: + Fe = FeSO4 + Cu.Som en "angripe" partiklene kan fungere som atomer, ioner eller funksjonelle grupper
Innbytte homolytisk (radikal, SR)
Når radikal mekanisme ruptur kovalent elektronparet er felles for forskjellige elementer, proporsjonalt fordelt mellom "fragmenter" av molekylet.Frie radikaler blir dannet.Denne ustabile partikkel stabilisering som opptrer som et resultat av de etterfølgende transformasjoner.For eksempel, ved fremstilling av etan fra metan fremstille frie radikaler som deltar i substitusjonsreaksjonen: CH4 CH3 H + • •;• + • CH3 CH3 → C2H5;H • + • H → H2.Homolytisk spalting binding som beskrevet i erstatning mekanismen er karakteristisk for alkaner er et reaksjonskjede karakter.Den metan H-atomer kan suksessivt erstattet med klor.På samme måte er i stand til å erstatte hydrogenet direkte i alkaner en reaksjon med brom, jod men, fluor altfor kraftig reagerer med dem.
heterolytically måte å bryte båndene
Når ioniske mekanismen for substitusjonsreaksjoner, er elektroner ujevnt fordelt mellom nylig oppståtte partikler.Bindingen av elektroner beveger seg hele veien til en av "fragmenter", som oftest, til kommunikasjonspartner, på siden av som ble kompensert negative densitet i polart molekyl.Ved substitusjonsreaksjoner omfatter omsetning av metylalkohol CH3OH.I brommetane CH3Br molekylet er heterolytic pause karakter, de ladede partiklene er stabile.Metyl får en positiv ladning, og brom - negativ: CH3Br → CH3 + + Br-;NaOH → Na + + OH-;CH3 + + OH- → CH3OH;Na + + Br- ↔ NaBr.
elektro og nukleofiler
partikler som mangler elektroner og kan ta imot dem, kalles "elektro."Disse inkluderer karbonatomene sammen med halogener halogenalkaner.Nukleofiler har høy elektrontetthet, er de "ofre" av et par elektroner for å skape en kovalent binding.Substitusjons reaksjoner rike negative ladninger nukleofiler blir angrepet av elektro som mangler elektroner.Dette fenomenet er forbundet med bevegelse av atomer eller andre partikler - utgående gruppe.En annen type substitusjonsreaksjon - et angrep på elektrofil nukleofilen.Noen ganger er det vanskelig å skille mellom de to prosessene henvises det til utskifting av en eller annen type, fordi det er vanskelig å fastslå hvilken av molekylet - underlaget, og som - reagens.Vanligvis i slike tilfeller, er følgende faktorer vurderes:
- natur forlate gruppen;
- reaktiviteten til nukleofilen;
- arten av løsningsmiddel;
- strukturen i alkyldelen.
nukleofil substitusjon (SN)
Under samspillet av det organiske molekylet har vært økende polarisering.Ligninger av en delvis positiv eller negativ ladning oppmerksom bokstaven i det greske alfabetet.Polarisering kommunikasjon gir en indikasjon på arten av dens brudd og den fremtidige oppførselen til "fragmenter" av molekylet.For eksempel, er karbonatomet ved jodmetan har en partiell positiv ladning er elektrofil sentrum.Det tiltrekker den en del av dipolen på vann, hvor oksygenet har et overskudd av elektroner.Samspillet av elektrofil med en nukleofil reagens dannet metanol: CH3I + H2O → CH3OH + HI.Nukleofile substitusjonsreaksjoner finner sted med deltakelse av et negativt ladet ion eller molekyl som har et fritt elektronpar, ikke deltar i dannelsen av en kjemisk binding.Aktiv deltakelse av iodmetan i SN2-reaksjoner på grunn av sin åpenhet til nukleofilt angrep og mobilitet av jod.
elektrofil substitusjon (SE)
i organiske molekyler kan være til stede nukleofilt sentrum, som er preget av et overskudd av elektrontettheten.Det reagerer med mangel på negative ladninger elektrofil reagensstasjoner.Slike partikler er atomer som har frie orbital deler av molekylet med lav elektrontetthet.Den natriumformiat karbon med charge "-", omsettes med en positiv del av vannet dipole - hydrogen: CH3Na → CH4 + H2O + NaOH.Produktet av denne reaksjonen, en elektrofil substitusjon - metan.Når heterolytic omsetning av motsatt ladede sentra av organiske molekyler, som gjør dem til de tilsvarende ioner i kjemien av uorganiske stoffer.Vi må ikke miste av syne at omdannelsen av organiske forbindelser er sjelden ledsages av dannelsen av disse kationer og anioner.
monomolekylært og bimolecular reaksjoner
nukleofil substitusjon er monomolekylært (SN1).Ved denne mekanismen skjer hydrolyse viktig produkt av organisk syntese - tertiært butylklorid.Den første fasen er treg, det er forbundet med progressiv dissosiasjon Carbonium sering og kloridanion.Det andre trinnet er raskere strømmer Carbonium ion reaksjon med vann.Ligning substitusjonsreaksjon på halogen i alkan og produsere primære hydroxy alkohol: (CH3) 3C-Cl → (CH3) 3C + + Cl-;(CH3) 3C + + H2O → (CH3) 3C-OH + H +.For en-trinns hydrolyse av primære og sekundære alkylhalogenider er kjennetegnet ved samtidig ødeleggelse av karbon halogen og sammenkobling C-OH.Denne mekanismen av bimolecular nukleofil substitusjon (SN2).
Mekanismen heterolytic substitusjon
erstatning mekanisme forbundet med elektronoverføring, etablering av mellom komplekser.Reaksjon er raskere, enklere enn å ha sine karakteristiske mellomprodukter.Ofte prosessen går i flere retninger samtidig.Fordelen blir vanligvis den måten hvori partiklene anvendes, krever det minste forbruk av energi for undervisningen.For eksempel kan nærværet av en dobbeltbinding øker sannsynligheten for en allyl- kation CH2 = CH-CH2 +, sammenlignet med de CH3 + -ioner.Årsaken ligger i elektrontettheten av dobbeltbindingen, noe som påvirker delokalisering av den positive ladning, spredt over hele molekylet.
substitusjonsreaksjoner benzen
gruppe organiske forbindelser, som er preget av elektrofil substitusjon - arenaen.Benzenring - praktisk gjenstand for elektrofil angrep.Prosessen begynner med polarisasjonen av den andre reagensen for derved å danne elektrofil elektronskyen tilstøtende benzenringen.Resultatet er en kompleks overgang.Full kommunikasjon elektrofile partikler med en av karbonatomene som ennå ikke, blir den tiltrukket av den negative ladningen rundt den "aromatiske seks" elektroner.Ved det tredje trinn av elektrofil, og et karbonatom ringene har et felles par av elektroner (kovalent binding).Men i dette tilfellet er ødeleggelsen av "aromatisk seks", noe som er ugunstig med tanke på å oppnå en bærekraftig stabil energitilstand.Det er et fenomen som kan kalles "utgave av et proton."Det spaltning av H +, stabil kommunikasjonssystem er gjenopprettet, typisk scene.Side omfatter et kationisk hydrogen fra en benzenring, og anionet fra det andre reagenset.
Eksempler på substitusjonsreaksjoner i organisk kjemi
for alkaner spesielt typisk substitusjonsreaksjon.Eksempler på elektrofile og nukleofile reaksjoner kan føre til cykloalkaner og arener.Lignende reaksjoner i molekyler av organiske stoffer, er under normale forhold, men som regel - og ved oppvarming i nærvær av katalysatorer.Ved vanlige og godt studert prosesser innbefatter elektrofil substitusjon i den aromatiske ringen.Den viktigste reaksjon av denne type:
- nitrering av benzen med salpetersyre i nærvær av H2SO4 - følger skjema: C6H6 → C6H5-NO2.
- katalytisk halogenering av benzen, spesielt klorering, ved ligningen: C6H6 + Cl2 + HCl C6H5Cl →.
- Aromatisk sulfonering av benzen oppstår med "rykende" svovelsyre, benzensulfonsyre form.
- Alkylering - erstatning av et hydrogenatom fra i benzenringen i alkyl.
- Acyleringen - dannelse av ketoner.
- Formylering - erstatte en hydrogen på en gruppe CHO og dannelse av aldehyder.
ved substitusjon reaksjoner inkluderer reaksjonen i alkaner og cykloalkaner der halo angrepet tilgjengelig C-H binding.Derivatisering kan være forbundet med erstatning av ett, to eller alle hydrogenatomene i mettede hydrokarboner og naftener.Mange galogenoalkanov med lav molekylvekt anvendes i produksjon av mer komplekse stoffer som tilhører forskjellige klasser.Fremskritt innen studiet av reaksjonsmekanismer av substitusjon, ga en sterk drivkraft til utvikling av syntesen basert på alkaner, sykloparafiner, arenaer og halogenerte hydrokarboner.
