reacție de substituție Multe deschide calea pentru producția de diferiți compuși cu aplicații de utilitate.Un rol imens în domeniul științei și industrie chimică este dată de substituție electrofilă și nucleofilă.În sinteza organică, aceste procese au o serie de caracteristici care trebuie să fie abordate.
O varietate de fenomene chimice.Reacții de substituție
modificări chimice asociate cu transformarea materiei, o serie de caracteristici diferite.Rezultate diferite pot fi, efectele termice;Unele procese sunt la sfârșitul anului, în loc alte echilibru chimic.Agenți de schimbare sunt adesea însoțite de o creștere sau scădere a gradului de oxidare.În clasificarea fenomenelor chimice în rezultatele finale atrage atenția asupra diferențelor calitative și cantitative dintre reactanții din produse.Aceste caracteristici pot fi identificate 7 tipuri de reacții chimice, inclusiv de substituție, care intră sub incidența schemei: A-B + C + A pentru a înregistra B. simplificată o întreagă clasă de fenomene chimice oferă ideea că printre materiile prime este așa-numitul "atac"atom de înlocuire reactiv de particule, Ion grupare funcțională.Reacția de substituție este caracteristic din hidrocarburi saturate și aromatice.Reacții de substituție
pot apărea sub forma unui dublu schimb: A-B + C-E A-B-C + E.One subspecii - deplasarea de, de exemplu, cupru, fier dintr-o soluție de sulfat de cupru CuSO4: + Fe = FeSO4 + Cu.Ca un "atac" particulele pot acționa ca atomi, ioni sau grupări funcționale
Schimbare homolytic (radical, SR)
Când radical mecanism ruptură pereche covalentă de electroni este comun pentru elemente diferite, distribuite proporțional între "fragmente" ale moleculei.Radicalii liberi se formează.Această stabilizare instabilă particulă care apare ca rezultat al transformărilor ulterioare.De exemplu, în prepararea etan din metan produc radicali liberi implicați în reacția de substituție: CH4 CH3 H • + •;• + • ch3 ch3 → C2H5;H • + • H → H2.Scindarea legătură Homolytic așa cum este descris în mecanismul de înlocuire este caracteristic alcani este un caracter lanț reacție.Atomii de metan H poate fi înlocuit succesiv cu clor.În mod similar, o reacție cu brom, iod dar este incapabil de a înlocui hidrogenul direct în alcani, fluor reacționează prea puternic cu ei.
heterolytically modalitate de a sparge legăturile
Când mecanismul ionic de reacții de substituție, electronii sunt distribuite inegal între particulele nou apărute.Perechea de legare de electroni se deplasează tot drumul la unul din "fragmente", cel mai adesea, la partenerul de comunicare, cu latura fost compensat densitate negativă în molecula polară.Prin substituirea reacții includ reacția CH3OH alcool metilic.În brommetane CH3Br moleculă este heterolytic caracter pauză, particulele încărcate sunt stabile.Metil capătă o sarcină pozitivă, și brom - negativ: CH3Br → CH3 + + Br;NaOH → Na + + OH-;CH3 + + OH → CH3OH;Na + + Br NaBr ↔.Electrofili
și nucleofili particule
că lipsa de electroni și le poate accepta, sunt numite "electrofili."Acestea includ atomii de carbon cuplate cu halogeni haloalcani.Nucleofili au densitate mare de electroni, ele sunt "victime" ale unei perechi de electroni pentru a crea o legătură covalentă.Reacțiile de substituție bogate sarcini negative Nucleofilii sunt atacate de electrofili ca lipsa electroni.Acest fenomen este asociat cu mișcarea de atomi sau alte particule - grupa mobilă.Un alt tip de reacție de substituție - un atac nucleofil electrofil.Uneori este dificil să se facă distincția între cele două procese, se referă la înlocuirea unuia sau alt tip, deoarece este dificil de identificat care a moleculei - substrat, și care - reactiv.De obicei, în astfel de cazuri, următorii factori sunt luate în considerare: natura
- al grupului a părăsi;
- reactivitatea nucleofil;Natura
- de solvent;Structura
- a părții alchil.
substituție nucleofilă (SN)
timpul interacțiunea moleculei organice a crescut polarizare.Ecuațiile de o sarcină pozitivă sau negativă parțială nota literă a alfabetului grecesc.Comunicare Polarizarea oferă o indicație a naturii ruptură sale și comportamentul viitor al "fragmente" ale moleculei.De exemplu, atomul de carbon la iodmetan are o sarcină pozitivă parțială este centrul electrofil.Aceasta atrage o parte a dipolului de apă, unde oxigenul are un exces de electroni.Interacțiunea electrofil cu un reactiv nucleofil metanol format: CH3I + H2O → CH3OH + HI.Reacții de substituție nucleofilă avea loc cu participarea unui ion încărcat negativ sau moleculă având o pereche electron liber, nu participă la crearea unei legături chimice.Participarea activă a iodometan în SN2 reacții din cauza deschiderii sale la atacul nucleofil și mobilitatea de iod.
substituție electrofilă (SE)
în molecule organice pot fi prezenți centru nucleofil, care se caracterizează printr-un exces de electroni densitate.Acesta reacționează cu lipsa de sarcini negative reactiv electrofil.Astfel de particule sunt atomi care au porțiuni libere orbitale ale moleculei cu densitate scăzută de electroni.Formiatul de sodiu carbon având taxa "-", reacționează cu o parte pozitivă a dipol apă - hidrogen: CH3Na → CH4 + H2O + NaOH.Produsul acestei reacții, o substituție electrofilă - metan.Când reacția heterolytic de centre încărcate opus de molecule organice, ceea ce le face similar cu ionii în chimia substanțelor anorganice.Noi nu trebuie să piardă din vedere faptul că transformarea compușilor organici sunt rareori însoțite de formarea acestor cationi și anioni.
monomolecular și reacții bimolecular
substituție nucleofilă este monomolecular (SN1).Prin acest mecanism se produce hidroliza produsului importantă sintezei organice - butil terțiar.Prima etapă este lent, acesta este asociat cu progresivă cation disociere carboniu și clorură de anioni.Al doilea pas este mai rapid fluxurile de reacție ion carboniu cu apă.Reacție de substituție ecuație pe halogenul din aleanul și produc alcool hidroxi primar: (CH3) 3C-CI → (CH3) 3C + + Cl-;(CH3) 3C + + H2O → (CH3) 3C-OH + H +.Pentru hidroliza-o singură etapă de halogenuri de alchil primar și secundar se caracterizează prin distrugerea simultană a halogenului carbon și asocierea C-OH.Acest mecanism de substituție nucleofilă bimolecular (SN2).Mecanismul
de substituție heterolytic
mecanism de înlocuire asociat cu transferul de electroni, crearea de complexe intermediare.Reacție este mai rapid, mai ușor decât cu intermediarii sale caracteristice.Adesea procesul se întâmplă în mai multe direcții simultan.Avantajul de obicei devine modul în care sunt utilizate particulele, care necesită cel mai puțin cheltuielile de energie pentru educația lor.De exemplu, prezența unei duble legături crește probabilitatea de un cation alil CH2 = CH-CH2 +, comparativ cu ionii CH3 +.Motivul constă în densitatea de electroni de legătură dublă, care afectează delocalizarea sarcina pozitivă, dispersat pe întreaga moleculă.Reacții de substituție
de benzen grup
de compuși organici, care sunt caracterizate prin substituție electrofilă - arena.Ciclul benzenic - obiect convenabil pentru atac electrofil.Procesul începe cu polarizarea doilea reactiv formând astfel norului de electroni electrofil adiacent inelului benzenic.Rezultatul este o tranziție complexă.Comunicare complete particule electrofili cu unul dintre atomii de carbon nu încă, se atras de sarcina negativa din jurul "aromatice șase" electronii.La a treia etapă a electrofil și unul inelele atomi de carbon au o pereche comun de electroni (legături covalente).Dar în acest caz este distrugerea "aromatic șase", care este dezavantajoasă în ceea ce privește realizarea de stat de energie stabile durabile.Există un fenomen care poate fi numit "eliberare a unui proton."Nu clivajul H +, sistem de comunicare stabil este restaurat, scenă tipică.Side cuprinde un hidrogen cationic de un inel benzenic și anionul de al doilea reactiv.
Exemple de reacții de substituție ale chimiei organice
pentru alcani reacție de substituție în special tipică.Exemple de reacții electrofile și nucleofile pot duce la cicloalcani și Arenes.Reacții similare în moleculele de substanțe organice sunt în condiții normale, dar de obicei - și prin încălzire în prezența catalizatorilor.De procese comune și bine studiate includ substituție electrofilă în inelul aromatic.Cea mai importantă reacție de acest tip:
- nitrarea benzenului cu acid azotic, în prezența H2SO4 - urmeaza schema: C6H6 → C6H5-NO2.
- halogenarea catalitică a benzenului, în special clorinare, prin ecuația: C6H6 + Cl2 + HCI → C6H5Cl.
- aromatic sulfonare de benzen are loc cu "fumans" acid sulfuric, forma benzen sulfonic.
- Alchilarea - înlocuirea unui atom de hidrogen din ciclul benzenic în alchil.
- acilare - formarea cetonelor.
- Formilarea - înlocuirea unui hidrogen pe un grup de CHO și formarea aldehidelor.Reacții de substituție
Prin includ reacția în alcani și cicloalcani în care halogeni atac disponibile C-H obligațiuni.Derivarea poate fi asociată cu înlocuirea unuia, doi sau toți atomii de hidrogen din hidrocarburi saturate și naftene.Multe galogenoalkanov de greutate moleculară mică sunt folosite în producția de mai multe substanțe complexe aparținând unor clase diferite.Progresele în studiul mecanismelor de reacție de substituție, a dat un impuls puternic pentru dezvoltarea sintezei bazat pe alcani, cicloparafine, arene și Hidrocarburile halogenate.
