Wiele zastąpienie reakcja otwiera drogę do produkcji różnych związków o aplikacji użytkowych.Ogromną rolę w nauce i przemyśle chemicznym podano elektrofilową i podstawienie nukleofilowe.W syntezie organicznej, procesy te mają wiele cech, które muszą zostać uwzględnione.
Różnorodność zjawisk chemicznych.Reakcje podstawienia
zmiany chemiczne związane z przemianę materii, wiele różnych funkcji.Wyniki mogą być różne, efekty termiczne;Niektóre procesy są do końca w inny występuje równowaga chemiczna.Agenci zmian są często towarzyszy wzrost lub spadek stopnia utlenienia.W klasyfikacji zjawisk chemicznych w ich ostatecznych wyników zwrócić uwagę na ilościowych i jakościowych różnic między reagentów z produktów.Funkcje te mogą być zidentyfikowane 7 typów reakcji chemicznych, w tym zastąpienie, pochodzących w ramach programu: A-B + C + A do rekordu B. uproszczony cała klasa zjawisk chemicznych daje pomysł, że wśród materiałów wyjściowych jest tak zwany "atak"cząstka wymiany odczynnika atom, jonowa grupa funkcyjna.Reakcja podstawienia jest charakterystyczny nasyconych i aromatycznych węglowodorów.Reakcje podstawienia
mogą występować w postaci podwójnej wymiany: A-B + C-E A-B-C + E.Jeden podgatunek - przemieszczenie, na przykład z miedzi, żelaza z roztworu siarczanu miedzi: CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.Jako "atak" cząstki mogą działać jako atomów, jonów lub grup funkcyjnych
Zmiana homolytic (radykalna, SR)
Gdy radykalny mechanizm pęknięcie pary kowalencyjne elektronów jest wspólny dla różnych elementów, proporcjonalnie pomiędzy "fragmentów" cząsteczki,Powstają wolne rodniki.Ten niestabilny stabilizacji cząstek, które następuje w wyniku dalszych przekształceń.Na przykład, w przygotowaniu etanu metanu wytwarzają wolne rodniki, biorące udział w reakcji podstawienia: CH4 CH3 H • + •;• • CH 3 CH 3 + → C2H5;H • + • H → H2.Homolytic rozerwanie wiązania, jak opisano w mechanizmie zastępczej jest charakterystyczny alkany to postać łańcucha reakcji.Atomy metan H mogą być stopniowo zastępowane przez chlor.Podobnie, reakcja z bromem, jodem, ale nie jest zdolna do zastąpienia wodoru bezpośrednio alkanów, fluoru zbyt silnie reaguje z nimi.
heterolytically sposób na przełamanie więzi
Kiedy jonowy mechanizm reakcji podstawienia, elektrony są nierównomiernie rozłożone pomiędzy nowo powstałych cząstek.Wiążącej się pary elektronów porusza się aż do jednego "fragmenty", najczęściej do partnera komunikacji, którego strona została przesunięcia negatywny gęstość w cząsteczce polarnego.Przez reakcje podstawienia obejmuje reakcję alkoholu metylowego CH3OH.W brommetane cząsteczka CH3Br charakter heterolitycznego jest przerwa, naładowane cząstki są stabilne.Metylu uzyskuje ładunek dodatni i brom - negatywny: CH3Br → CH3 + + Br-;NaOH → Na + + OH-;CH 3 + + OH- → CH3OH;Na + + Br- ↔ NaBr.Elektrofilne
i nukleofili cząstki
że brak elektronów i może je przyjąć, nazywane są "elektrofilne."Są to atomy węgla połączone z halogenów, halogenoalkanów.Nukleofile mają dużą gęstość elektronową, są "ofiarami" pary elektronów do utworzenia wiązania kowalencyjnego.Reakcje substytucji nukleofili bogate ładunki ujemne są atakowane przez elektrofilami którym brakuje elektronów.Zjawisko to jest związane z ruchem węgla lub innych cząstek - grupę opuszczającą.Innym rodzajem reakcji podstawienia - atak elektrofil nukleofilu.Czasami trudno jest rozróżnić te dwa procesy, odnosi się do zastąpienia jednego lub drugiego typu, ponieważ trudno jest dokładnie określić, które w cząsteczce - podłoże, i który - reagent.Zazwyczaj w takich przypadkach, następujące czynniki są rozważane:
- charakter grupę opuszczającą;
- reaktywności nukleofila;
- charakteru rozpuszczalnika;
- strukturę ugrupowania alkilowego.
podstawienie nukleofilowe (SN)
Podczas oddziaływania cząsteczki organicznej wzrasta polaryzacji.Równania częściowego za pozytywny lub negatywny pamiętać literę greckiego alfabetu.Komunikacja polaryzacja daje wskazanie na charakter jego pęknięcia i przyszłego zachowania "fragmentów" cząsteczki.Na przykład, atom węgla w jodometanu ma częściowy ładunek dodatni jest centrum elektrofilowe.Przyciąga część dipola wody, w której tlen ma nadmiar elektronów.Interakcja z elektrofilowym odczynnikiem nukleofilowym utworzony metanol: CH3I + H2O → CH3OH + HI.Nukleofilowe reakcje podstawienia odbywać się z udziałem jonów o ładunku ujemnym lub cząsteczka z wolną parę elektronów, nie uczestniczą w tworzeniu wiązania chemicznego.Aktywny udział w SN2-jodometan reakcji ze względu na swoją otwartość na atak nukleofilowy i mobilności jodu.
elektrofilowego podstawienia (SE)
w cząsteczkach organicznych może być obecna centrum nukleofilowe, który charakteryzuje się nadmiarem gęstości elektronowej.Reaguje z brakiem ujemnych ładunków odczynnikiem elektrofilowym.Cząstki te atomy posiadające wolne części orbity cząsteczki o małej gęstości elektronowej.Mrówczan sodu węglowy mający ładunek "-", poddaje się reakcji z dodatnią część dipola wody - wodór: CH3Na → CH4 + H2O + NaOH.Produkt tej reakcji, elektrofilową podstawienia - metanu.Gdy heterolitycznego reakcji z przeciwnie naładowanymi centrami cząsteczek organicznych, co sprawia, że są podobne do tych jonów w chemii substancji nieorganicznych.Nie należy zapominać o tym, że przemiana substancji organicznych są rzadko towarzyszy powstawanie tych kationów i anionów.
monomolekularnych i reakcje dwucząsteczkowych
Nukleofilowy podstawienie jest monocząsteczkowe (SN1).Przez ten mechanizm występuje hydrolizy ważny produkt syntezy organicznej - trzeciorzędowy chlorek butylu.Pierwszym etapem jest powolne, jest to związane z postępującym kacji i karbonowe dysocjacji chlorku anionu.Drugi etap jest szybszy przepływ reakcji jonów karboniowy wodą.Równanie na zmianę reakcji na halogen w alkanu i produkować podstawowy hydroksylowej alkoholu: (CH3) 3C-Cl → (CH3) 3C + + Cl-;(CH3) 3C + + H2O → (CH3) 3C-OH + H +.Do hydrolizy jednoetapowym pierwotnych i wtórnych halogenków alkilowych charakteryzuje wyniszczania chlorowca węgla i powiązaniu C-OH.Ten mechanizm dwucząsteczkowej nukleofilowego podstawienia (SN2).
mechanizm heterolitycznego substytucyjnego
mechanizmu wymiany związanej z przeniesieniem elektronów, tworzenie kompleksów pośrednich.Reakcja jest szybsza, łatwiejsza niż posiadające charakterystyczne pośrednich.Często proces ten będzie w kilku kierunkach jednocześnie.Zaletą zwykle dostaje sposób, w jaki są używane cząstki, wymagające najmniejszego nakładu energii dla ich edukacji.Na przykład, obecność podwójnego wiązania zwiększa prawdopodobieństwo, kationu allilowego CH2 = CH-CH2 + w stosunku do jonów CH3 +.Przyczyna leży w gęstości elektronów podwójne wiązania, które wpływają na delokalizacji ładunku dodatniego, rozrzuconymi po całej cząsteczki.
reakcje podstawienia benzenu grupy
związków organicznych, które charakteryzują elektro substytucji - areny.Pierścień benzenu - wygodny obiekt dla elektrofilową ataku.Proces rozpoczyna się od polaryzacji drugiego odczynnika tworząc w ten sposób elektro chmura elektronów przylega do pierścienia benzenu.Rezultatem jest skomplikowane przejścia.Pełna komunikacja cząstek elektrofilowych z jednym z atomów węgla, jeszcze nie jest przyciągany do ujemnego ładunku wokół "aromatyczny sześcio" elektronów.W trzecim etapie z elektrofilem i jeden atom węgla, pierścienie mają wspólną parę elektronów (wiązanie kowalencyjne).Ale w tym przypadku jest zniszczenie "aromatycznej sześciu", co jest niekorzystne z punktu widzenia osiągnięcia trwałego stabilnego stanu energetycznego.Jest to zjawisko, które można nazwać "uwolnienie protonu."Nie rozszczepienie H +, stabilnego systemu komunikacji jest przywrócona, typową scenę.Boczna zawiera wodór kationowy pierścienia benzenowego i anionu z drugiego odczynnika.
Przykłady reakcji podstawienia chemii organicznej
alkanów szczególnie typowe dla reakcji substytucji.Przykłady reakcji elektrofilowymi i nukleofilowymi może prowadzić do cykloalkanów i arenów.Podobne reakcje z cząsteczkami substancji organicznych, to w normalnych warunkach, lecz zwykle - a przez ogrzewanie w obecności katalizatorów.Przez typowe i dobrze badanych procesów obejmują elektrofilowego podstawienia w pierścieniu aromatycznym.Najważniejszym tego typu reakcji:
- nitrowania z benzenu z kwasem azotowym w obecności H2SO4 - następujący schemat: C6H6 → C6H5-NO2.
- chlorowcowania katalizator benzenu, zwłaszcza chlorowania, z równania: C6H6 + Cl2 + HCl → C6H5Cl.
- Aromatyczny sulfonowanie benzenu występuje z "dymiący" kwas siarkowy, kwas benzenu formularza.
- Alkilowanie - zastąpienie atomu wodoru z pierścienia benzenowego w grupie alkilowej.
- acylacja - powstawanie ciał ketonowych.
- Formylowanie - zastąpienia wodoru na grupie CHO i tworzenia aldehydów.Reakcje podstawienia
uboczne obejmują reakcję w alkany i cykloalkany, w którym halogeny ataku dostępnego wiązania C-H.Pochodnych mogą być związane z wymianą jednego, dwóch lub wszystkich atomów wodoru w węglowodory nasycone i nafteny.Wiele galogenoalkanov o niskiej masie cząsteczkowej są używane do wytwarzania bardziej skomplikowanych substancjami należącymi do różnych klas.Postępy w badaniach nad mechanizmami reakcji substytucji, dał potężny impuls do rozwoju syntezy opartej na alkany, cykloparafin, aren i węglowodorów halogenowych.
