reacção Muitos substituição abre o caminho para a produção de vários compostos que têm aplicações de utilidade.Uma enorme papel na ciência e na indústria química é dada substituição eletrofílica e nucleofílica.Na síntese orgânica, estes processos têm uma série de características que precisam de ser resolvidos.
Uma variedade de fenômenos químicos.Reacções de substituição
alterações químicas associadas com a transformação da matéria, um número de diferentes características.Resultados diferentes podem ser, efeitos térmicos;Alguns processos são para o efeito, no outro equilíbrio químico ocorre.Os agentes de transformação são muitas vezes acompanhados por um aumento ou diminuição no grau de oxidação.Na classificação dos fenômenos químicos em seus resultados finais chamar a atenção para as diferenças qualitativas e quantitativas entre os reagentes de produtos.Esses recursos podem ser identificados 7 tipos de reações químicas, incluindo substituição, chegando ao abrigo do regime: A-B + C + A para registro B. Simplificado toda uma classe de fenômenos químicos dá a idéia de que entre os materiais de partida é o chamado "ataque"átomo de substituição reagente de partículas, o grupo funcional de iões.A reacção de substituição é característica de hidrocarbonetos saturados e aromáticos.Reacções de substituição
pode ocorrer sob a forma de um duplo troca: A-B + C-E A-B-C + E.Uma subespécie - o deslocamento de, por exemplo, de cobre, de ferro a partir de uma solução de sulfato de cobre CuSO4 +: Fe = FeSO 4 + Cu.Como um "ataque" das partículas pode actuar como átomos, iões ou de grupos funcionais
Substituição homolítica (radical, SR)
Quando mecanismo de ruptura par de electrões covalente radical é comum aos diferentes elementos, proporcionalmente distribuídas entre os "fragmentos" da molécula.Os radicais livres são formados.Esta estabilização partícula instável, que ocorre como resultado das transformações subsequentes.Por exemplo, na preparação de etano a partir de metano produzir radicais livres envolvidos na reacção de substituição: CH4 + CH 3 H • •;• • + CH 3 CH 3 → C2H5;• • H + H → H2.A clivagem da ligação homolítica, tal como descrito no mecanismo de substituição é característica de alcanos é uma cadeia de caracteres de reacção.Os átomos de metano H pode ser substituído por cloro, sucessivamente.Da mesma forma, uma reacção com bromo, iodo, mas é incapaz de substituir o átomo de hidrogénio directamente em alcanos, flúor reage muito vigorosamente com eles.
heterolytically maneira de quebrar os laços
Quando o mecanismo iônico de reações de substituição, os elétrons são distribuídos de forma desigual entre as partículas recém-emergidas.O par de ligação de electrões move todo o caminho para um de "fragmentos", na maioria das vezes, para o parceiro de comunicação, do lado da que foi compensado densidade negativa na molécula polar.Por substituição reacções incluem a reacção de álcool metílico CH3OH.Em brommetane molécula CH3Br é caractere de quebra heterolítica, as partículas carregadas são estáveis.Metil adquire uma carga positiva, e bromo - negativo: CH3Br → CH3 + + Br-;NaOH → Na + + OH-;CH3 + + OH- → CH 3 OH;Na + + Br- ↔ NaBr.Eletrófilos
e nucleophiles partículas
que a falta de elétrons e pode aceitá-los, são chamados de "eletrófilos."Estes incluem os átomos de carbono acoplados com halogéneos halogenoalcanos.Nucleófilos têm alta densidade de elétrons, eles são "vítimas" de um par de elétrons para criar uma ligação covalente.As reacções de substituição ricas cargas negativas nucleófilos são atacados por eletrófilos que carecem de elétrons.Este fenómeno está associado com a circulação dos átomos ou outras partículas - grupo de saída.Outro tipo de reação de substituição - um ataque nucleófilo electr�ilo.Por vezes é difícil distinguir entre os dois processos, referem-se à substituição de um ou de outro tipo, porque é difícil identificar qual a molécula de - substrato, e que - reagente.Normalmente, em tais casos, os seguintes factores são considerados:
- natureza do grupo de saída;
- reactividade do nucleófilo;
- natureza do solvente;Estrutura
- do radical alquilo.
substituição nucleofílica (SN)
Durante a interacção da molécula orgânica foi polarização crescente.As equações de uma carga positiva ou negativa parcial observar a letra do alfabeto grego.Polarização comunicação dá uma indicação da natureza da sua ruptura e o comportamento futuro de "fragmentos" da molécula.Por exemplo, o átomo de carbono em iodometano tem uma carga positiva parcial é o centro electrofílico.Ela atrai a parte do dipolo de água, em que o oxigénio tem um excesso de electrões.A interacção do electrófilo com um reagente nucleófilo metanol formado: CH3I + H2O → CH3OH + HI.Reações de substituição nucleofílica ter lugar com a participação de um íon ou molécula carregada negativamente que tem um par de elétrons livres, não estão a participar na criação de uma ligação química.A participação ativa de iodometano em SN2-reações devido à sua abertura ao ataque nucleofílico e mobilidade de iodo.
substituição electrof (SE)
em moléculas orgânicas podem estar presentes centro nucleofílico, o qual é caracterizado por um excesso de densidade de electrões.Ele reage com a falta de cargas negativas reagente electrófilo.Tais partículas são átomos que têm porções orbitais livres da molécula com baixa densidade de electrões.O que tem formato de sódio carbono carga "-", reage com uma parte positiva do dipolo água - hidrogênio: CH3Na → CH4 + H2O + NaOH.O produto desta reacção, uma substituição electrof - metano.Quando reacção heterolítica de centros de cargas opostas de moléculas orgânicas, o que os torna semelhante aos iões na química de substâncias inorgânicas.Não devemos perder de vista o fato de que a conversão de compostos orgânicos são raramente acompanhada pela formação desses cátions e ânions.
Monomolecular e reacções bimoleculares
substituição nucleofílica é monomolecular (SN1).Através deste mecanismo ocorre hidrólise importante produto de síntese orgânica - cloreto de butilo terciário.A primeira fase é lento, ele é associado com progressiva dissociação cátion e ânion cloreto de carbónio.O segundo passo é mais rápido do ião carbónio flui reacção com água.Reação de substituição na equação de halogéneo no alcano e produzir álcool hidroxi primário: (CH3) 3C-Cl → (CH3) 3C + + Cl;(CH3) 3C + + H2O → (CH3) 3C-OH + H +.Para a hidrólise de uma etapa de halogenetos de alquilo primários e secundários é caracterizada pela destruição simultânea de carbono e o halogénio emparelhamento C-OH.Este mecanismo de substituição nucleófila bimolecular (SN2).
mecanismo de substituição heterolítica
mecanismo de substituição associada com a transferência de electrões, a criação de complexos intermediários.A reação é mais rápida, mais fácil do que ter seus intermediários característicos.Muitas vezes, o processo está indo em várias direções simultaneamente.A vantagem normalmente recebe a maneira em que as partículas são usadas, o que requer o mínimo dispêndio de energia para a sua formação.Por exemplo, a presença de uma dupla ligação aumenta a probabilidade de um catião de alilo CH2 = CH-CH2 +, em comparação com os iões de CH3 +.A razão reside na densidade de electrões da ligação dupla, o que afecta a deslocalização da carga positiva, dispersa ao longo de toda a molécula.Reacções de substituição
de benzeno grupo
de compostos orgânicos, que são caracterizadas por substituição electrof - na arena.O anel de benzeno - objeto conveniente para o ataque eletrofílico.O processo começa com a polarização do segundo reagente electrófilo formando assim nuvem de electrões adjacente ao anel de benzeno.O resultado é uma transição complexa.Electrofílicos partículas de comunicação total com um dos átomos de carbono ainda não, isso é atraída para a carga negativa ao redor dos "aromáticos" seis electrões.Na terceira fase do electrófilo e um anéis de átomos de carbono compartilhar um par comum de elétrons (ligação covalente).Mas, neste caso, é a destruição do "aromático de seis", o que é desvantajoso em termos de alcançar estado de energia sustentável estável.Não é um fenômeno que pode ser chamado de "liberação de um próton."Há clivagem de H + sistema de comunicação estável, é restaurado, cena típica.Lado catiónico compreende um hidrogénio de um anel de benzeno e o anião do segundo reagente.
Exemplos de reacções de substituição de química orgânica
para alcanos reacção de substituição especialmente típico.Exemplos de reacções electrofílicas e nucleofílicas pode levar a cicloalcanos e arenos.Reacções semelhantes nas moléculas de substâncias orgânicas são, sob condições normais, mas habitualmente - e por aquecimento na presença de catalisadores.Por processos comuns e bem estudadas incluem a substituição electrófila no anel aromático.A reacção mais importante deste tipo:
- nitração do benzeno com ácido nítrico na presença de H2SO4 - segue o esquema: C6H6 C6H5 →-NO2.
- halogenação catalítica de benzeno, especialmente de cloração, pela equação: C6H6 + Cl2 + HCl → C6H5Cl.
- Aromatic sulfonação de benzeno ocorre com ácido sulfúrico "fumegante", forma benzeno ácido sulfônico.
- Alquilação - a substituição de um átomo de hidrogénio do anel benzénico em que os grupos alquilo.
- acilação - a formação de cetonas.
- formilação - substituição de um átomo de hidrogénio sobre um grupo de CHO e a formação de aldeídos.Reações de substituição
Por incluem a reacção em alcanos e cicloalcanos em que halogênios ataque disponível ligação C-H.A derivatização pode ser associado com a substituição de um, dois ou todos os átomos de hidrogénio em hidrocarbonetos saturados e naftenos.Muitos galogenoalkanov de baixo peso molecular são utilizados na produção de substâncias mais complexas que pertencem a diferentes classes.Avanços no estudo de mecanismos de reacção de substituição, deu um forte impulso para o desenvolvimento da síntese baseada em alcanos, cicloparafinas, arenas e hidrocarbonetos halogenados.
