Mnogi zamenjavo reakcija odpira pot za proizvodnjo različnih spojin, ki imajo uporabne aplikacije.Veliko vlogo v kemijski znanosti in industrije je podan eiektrofilni in nukleofilno substitucijo.V organski sintezi, ti procesi imajo številne funkcije, ki jih je treba obravnavati.
Različnih kemijskih pojavov.Substitucijske reakcije
kemične spremembe, povezane s transformacijo materije, več različnih funkcij.Različni rezultati so lahko, toplotni vplivi;Nekateri procesi so na koncu z pojavi drug kemijsko ravnotežje.Spremeni agenti pogosto spremlja povečanje ali zmanjšanje stopnje oksidacije.Pri razvrščanju kemijskih pojavov v svojih končnih rezultatov opozoriti na kvantitativnih in kvalitativnih razlik med reaktanti proizvodov.Te funkcije je mogoče identificirati 7 vrst kemičnih reakcij, vključno z zamenjavo, ki prihajajo v okviru sheme: A-B + C + A do B. izvlečku zapis celoten razred kemičnih pojavov daje idejo, da je med vhodnih snovi tako imenovani "napad"delcev zamenjava reagent atom, ion funkcionalna skupina.Substitucija reakcijo je značilno, nasičenih in aromatskih ogljikovodikov.
substitucijske reakcije se lahko pojavijo v obliki dvojne izmenjave: A-B + C-E A-B-C + E.Ena podvrsta - premik, na primer, bakra, železa iz raztopine bakrovega sulfata: CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.Kot "napad" delci lahko deluje kot atomi, ioni ali funkcionalnih skupinah
Menjava homolytic (radikalna, SR)
Ko je radikalna mehanizem rupture kovalentna elektronski par skupna za različne elemente, sorazmerno porazdeljena med "fragmenti" molekule.Prosti radikali so oblikovane.Ta nestabilna stabilizacijo delcev, ki se pojavi zaradi kasnejših transformacijah.Na primer, pri pripravi etana iz metana proizvajajo proste radikale, ki sodelujejo pri substitucijske reakcije: CH4 CH3 H • + •;• + • CH3 CH3 → C2H5;H • + • H → H2.Homolytic vez cepitev, kot je opisano v nadomestnem mehanizma je značilnost alkanov je Verižna reakcija karakter.Atomi metan H lahko nadomeščena s klorom.Podobno reakcija z bromom, jodom, vendar ni sposobna nadomestitvijo vodika neposredno v alkanov, fluor preveč temeljito reagira z njimi.
heterolytically način, da bi prekinil vezi
Ko ionska mehanizem zamenjave reakcij, se elektroni neenakomerno porazdeljene med novo nastale delce.Vezni par elektronov premika vse do enega od "fragmenti", najbolj pogosto, s komunikacijsko partnerja, s stranico je torej negativne gostoto v polarnem molekule.Z zamenjavo reakcije vključujejo reakcijo metanola CH3OH.V brommetane CH3Br molekula heterolytic odmor značaj, so nabiti delci so stabilne.Metil pridobi pozitivnega naboja in broma - negativno: CH3Br → CH3 + + Br;NaOH → Na + + OH-;CH3 + + OH- → CH3OH;Na + + Br ↔ NaBr.
elektrofili in nukleofili
delce, ki nimajo elektronov in jih lahko sprejme, se imenujejo "elektrofili."Te vključujejo ogljikovih atomov sklopljenih s halogeni haloalkanov.Nukleofili imajo visoko gostoto elektronov, da so "žrtve" parom elektronov, da ustvari kovalentno vez.Substitucijske reakcije bogate negativne naboje nukleofili so jih napadli elektrofili ki nimajo elektrone.Ta pojav je povezano z gibanjem atomi ali drugih delcev - izstopajoča skupina.Druga vrsta nadomestnega reakcije - napad elektrofil nukleotil.Včasih je težko razlikovati med obema procesoma, se nanašajo na zamenjavo ene ali druge vrste, ker je težko določiti, kateri od molekul - substratu, in ki - reagent.Ponavadi v takih primerih se šteje, da naslednji dejavniki:
- narava zapušča skupino;
- reaktivnost nukleofila;
- narava topila;
- struktura alkilnem delu.
nukleofilna substitucija (SN)
Med interakcijo organske molekule se povečuje polarizacijo.Enačbe delnega pozitivnim ali negativnim nabojem, upoštevajte črko grške abecede.Polarizacija komunikacija kaže naravo njenega zlomu in prihodnjega obnašanja "fragmentov" molekule.Na primer, je atom ogljika na jodometana ima delni pozitivni naboj je elektrofilni center.Da pritegne del dipola vode, v kateri ima kisik presežek elektronov.Interakcija elektrofila z nukleofilom reagenta nastane metanol: CH3J + H2O → CH3OH + HI.Nukleofilne substitucijske reakcije potekajo v sodelovanju z negativno nabit ion ali molekula, ki ima prost elektronski par, ki ne sodelujejo pri oblikovanju kemijske vezi.Aktivno sodelovanje jodometanom v SN2 reakcij zaradi svoje odprtosti za nukleofilni napad in mobilnosti joda.
elektrofilen nadomeščanje (SE)
v organskih molekul lahko prisotni nukleofilen center, ki je značilen presežek gostote elektronov.Reagira s pomanjkanjem negativnih nabojev elektrofilnim reagentom.Takšni delci so atomi, ki imajo prosto orbitalnih dele molekule z nizko gostoto elektronov.Natrijev formiat ogljika ob naboja "-", reagira s pozitivnim del dipola voda - vodikov: CH3Na → CH4 + H2O + NaOH.Produkt te reakcije, elektrofilni substitucija - metan.Ko heterolytic reakcijo nasprotno nabitih centrov organskih molekul, zaradi česar so podobni ionov v kemiji anorganskih snovi.Ne smemo pozabiti na dejstvo, da se pretvorba organskih spojin redko spremlja nastajanja teh in anione.
monomolecular in bimolekularno reakcije
nukleofilna substitucija monomolecular (SN1).S tem mehanizmom pride do hidrolize pomemben proizvod organske sinteze - terciarnega butil klorida.V prvi fazi je počasen, je povezana s postopnim disociacija ogljikovi kationa in klorida aniona.Drugi korak je hitrejši tokov ogljikovi ion reagira z vodo.Enačba substitucijske reakcije na halogen v alkana in proizvodnjo primarnega hidroksi alkohol: (CH3) 3C-Cl → (CH3) 3C + + Cl-;(CH3) 3C + + H2O → (CH3) 3C-OH + H +.Pri enostopenjskem hidrolizo primarnih in sekundarnih alkilhalogenidi je označen s hkratnim uničenja halogena ogljika in seznanjen C-OH.Ta mehanizem bimolekularno nukleofilno substitucijo (SN2).
mehanizem heterolytic nadomestnega
nadomestnega mehanizma, povezanega s prenosom elektronov, oblikovanjem vmesnih kompleksov.Reakcija je hitrejše, lažje, kot ob njenih značilnih intermediatov.Pogosto proces se dogaja v več smereh hkrati.Prednost običajno dobi način, na katerega se uporabljajo delci, ki zahteva najmanj odhodkov energije za njihovo izobraževanje.Na primer, prisotnost dvojne vezi poveča verjetnost alil kationa CH2 = CH-CH2 +, v primerjavi z CH3 + ionov.Razlog je v gostoti elektronov dvojne vezi, kar vpliva na preseljevanja pozitivnim nabojem, razpršena po celotni molekulo.
substitucijske reakcije benzena
skupino organskih spojin, za katere je značilno elektrofilno substitucijo - areni.Benzenski obroč - primeren objekt za elektrofilnim očitno.Proces se začne z polarizacije drugega reagenta s tem tvori elektrofil elektronov oblak sosednji benzenov obroč.Rezultat je kompleksen prehod.Polna komunikacijske elektrofilne delci z enim od atomov ogljika še ni, se privlači negativnim nabojem okoli "aromatskih šestih" elektronov.V tretji fazi elektrofilom in en atom ogljika plošč delijo skupno par elektronov (kovalentna vez).Toda v tem primeru je uničenje "aromatična šestih", kar je neugodno v smislu doseganja trajnostnega stabilno energetsko stanje.Je pojav, ki ga lahko imenujemo "sproščanje proton."Tam je cepitev H +, stabilno komunikacijskega sistema obnovljena, tipičen prizor.Stranska obsega kationski vodik na benzenov obroč in aniona iz drugega reagenta.
Primeri nadomestnih reakcij organske kemije
za alkani predvsem tipične substitucijsko reakcijo.Primeri elektrofilnimi in nukleofilnimi reakcije lahko privedejo do cikloalkanov in Arenes.Podobne reakcije v molekul organskih snovi so pri normalnih pogojih, vendar običajno - in s segrevanjem v prisotnosti katalizatorjev.S skupnimi in dobro raziskanih procesov vključujejo elektrofilno substitucijo na aromatski obroč.Najpomembnejša reakcijo te vrste:
- nitriranje benzen z dušikovo kislino v prisotnosti H2SO4 - naslednji shemi: C6H6 → C6H5-NO2.
- katalitična halogeniranje benzena, zlasti kloriranje, z enačbo: C6H6 + Cl2 + HCI → C6H5Cl.
- Aromatic sulfoniranje benzena se zgodi z "kadeče" žveplovo kislino, benzen obrazca sulfonske kisline.
- Alkilacija - nadomestitev vodikovega atoma iz benzenskega obroča v alkilom.
- Aciliranje - nastanek ketonov.
- formiliranjem - zamenjava vodika na skupino CHO in tvorbo aldehidov.
s substitucijo reakcije vključujejo reakcije v alkanov in cikloalkanov, v kateri halogeni napad razpoložljivo C-H vez.Derivatizacija lahko povezana z nadomestitvijo enega, dveh ali vseh vodikovih atomov v nasičenih ogljikovodikov in naftenov.Mnogi galogenoalkanov z nizko molekulsko maso, ki se uporabljajo v proizvodnji več kompleksnih snovi, ki spadajo v različne razrede.Napredek v študiji mehanizmov reakcijskih substitucije, je močan zagon razvoju sinteze osnovi alkanov, cikloparafinov, aren in halogeniranih ogljikovodikov.
