Substituutioreaktioissa: kuvaus, yhtälö esimerkkejä

Monet substituutioreaktio avaa tien valmistamiseksi, erilaisia yhdisteitä, joilla apuohjelma. Valtava merkitys kemiallisten tieteen ja teollisuuden annetaan elektrofiilinen ja nukleofiilinen substituutio. Orgaanisessa synteesissä, nämä prosessit on useita ominaisuuksia, jotka olisi huomattava.

Erilaisia kemiallisia ilmiöitä. substituutioreaktio

Kemiallisia muutoksia, jotka liittyvät muutosta asiaan, useita eri ominaisuuksia. Voi olla erilaisiin tuloksiin, lämpövaikutukset; jotkut prosessit ovat menossa loppuun, se tulee muiden kemiallinen tasapaino. Modifioivat aineet se liittyy usein lisäämällä tai vähentämällä hapetusaste. Luokituksessa kemiallisia ilmiöitä niiden lopputulokset kiinnittää huomiota laadulliset ja määrälliset erot reagenssit tuotteista. Nämä ominaisuudet voidaan erottaa 7 eri kemiallisia reaktioita, mukaan lukien substituutio, etenee järjestelmä: A-B-C-A + C + B yksinkertaistettu tallennuksen koko luokan kemiallisia ilmiöitä antaa kuvan, että yksi lähtöaineista on niin sanottu "hyökkääjä "hiukkanen substituentti reagenssin atomin, ionin funktionaalinen ryhmä. Substituutioreaktio on ominaista tyydyttyneistä ja aromaattisista hiilivedyistä.

korvaaminen reaktio voi tapahtua muodossa kaksinkertaisen vaihto: A-B-C + E C + A-B-E. Yksi alalaji - siirtymä, esim., Kupari, rauta liuokseen, jossa oli kuparisulfaattia: CuSO ₄ + Fe = FeSO ₄ + Cu. Kuten "hyökkäävä" hiukkaset voivat toimia atomia, ionien tai funktionaalisia ryhmiä

Homolyyttinen korvaaminen (radikaali, SR)

Kun mekanismi on radikaali repeämä kovalenttisen elektroniparin on yhteinen eri elementit on suhteellisesti jaettu "fragmentteja" molekyylin. Vapaiden radikaalien muodostumista. Tämä epävakaa hiukkasten stabiloinnin, joka tapahtuu seurauksena seuraavissa reaktioissa. Esimerkiksi, valmistettaessa etaanin metaani tuottaa vapaita radikaaleja mukana substituutioreaktiossa: CH ₄ CH ₃ • + • H; CH ₃ • + • CH ₃ → C2H5; H • + • H → H2. Homolyyttinen sidoksen katkeaminen on käyttömekanismin korvaaminen on ominaista alkaaneja, reaktio on ketju merkki. Metaani H-atomia voi olla peräkkäin korvata klooria. Samoin reagoida bromin, jodin mutta ei pysty suoraan vedyn korvaamiseksi alkaanit, fluori reagoi liian voimakkaasti niiden kanssa.

Heterolyyttisen sidoksen katkaisun menetelmä

Kun mekanismi ionin virtauksen substituutioreaktioista, elektronit jakautuvat epätasaisesti hiukkasia äskettäin ilmennyt. Sitoutuminen elektronipari ulottuu aina yksi "fragmentit", useimmiten, viestintäkumppanille, puolelle, joka oli offset negatiivinen tiheys on polaarinen molekyyli. Mukaan substituutioreaktioista ovat reaktio muodostumista metyylialkoholia CH _3OH. In brommetane CH3Br rako molekyyli on heterolyyttisen merkki, varatut hiukkaset ovat stabiileja. Metyyli hankkii positiivinen varaus, ja bromi - negatiivinen: CH ₃ Br → CH ₃ ⁺ Br ^-; NaOH → Na ^{+ +} OH ^-; CH ₃ ^{+ +} OH ^- → CH _3OH; Na ^{+ +} Br ^- ↔ NaBr.

Elektrofiilejä ja nukleofiilien

Hiukkasia, jotka puuttuvat elektronit ja voi hyväksyä ne, joita kutsutaan "elektrofiileja." Nämä ovat sitoutuneiden hiiliatomien kanssa halogeenit haloalkaanit. Nukleofiilejä on suuri elektronitiheys, ne ovat "uhrit" on elektronipari luoda kovalenttinen sidos. Vaihdosta reaktiot rikkaat negatiivinen varaus ovat hyökänneet nukleofiilien elektrofiilien, alijäämä elektroneja. Tämä ilmiö liittyy atomien liikkumisen tai muiden hiukkasten - poistuva ryhmä. Toinen erilaisia substituutioreaktioista - hyökätä elektrofiili nukleofiilin. Joskus vaikea erottaa näiden kahden prosessin välillä, viittasi korvaamalla yksi tai muu, koska on vaikea määritellä tarkasti, millaisia molekyylin - substraatin, ja joka - reagenssi. Yleensä tällaisissa tapauksissa, seuraavat seikat otetaan huomioon:

• luonne poistuva ryhmä;
• reaktiivisuus nukleofiilin;
• luonne liuotin;
• alkyyliosa rakenteen.

Nukleofiilinen substituutio (SN)

Tässä prosessissa vuorovaikutuksen orgaaninen molekyyli on ollut kasvussa polarisaatio. Yhtälöihin osittaisen positiivinen tai negatiivinen varaus on merkitty kirjaimella kreikkalaisten aakkosten. Polarisaatio viestintä antaa viitteitä luonteesta repeämä ja tulevaa käyttäytymistä "fragmentteja" molekyylin. Esimerkiksi, hiiliatomin jodimetaanin on osittainen positiivinen varaus, se on elektrofiilinen keskus. Se houkuttelee dipoli veden, jossa happi on ylimäärä elektroneja. Reaktiossa elektrofiiliä nukleofiilin kanssa on muodostettu metanoli: CH ₃ I + H ₂ O → CH _3OH + HI. nukleofiilinen substituutio reaktiot tapahtuvat, johon osallistuvat negatiivisesti varautuneen ionin tai molekyyli, jossa on vapaa elektronipari, joka ei osallistu luomiseen kemiallisen sidoksen. Aktiivista osallistumista jodimetaanin SN _2-reaktio, joka johtuu sen avoimuus nukleofiiliselle hyökkäykselle ja jodi liikkuvuutta.

Elektrofiilisellä substituutiolla (SE)

Orgaaninen molekyyli voi olla läsnä nukleofiilinen keskus, joka on tunnettu siitä, että ylimäärä elektronitiheys. Se reagoi puute negatiivisten varausten elektrofiilisen reagenssin. Tällaiset partikkelit ovat atomit, joilla vapaa kiertoradan molekyylin osien kanssa alentunut elektronitiheys. Natriumformaattia hiili, jonka varaus on "-", saatetaan reagoimaan positiivinen osa vedestä dipoli - vety: CH ₃ Na + H ₂ O → CH ₄ + NaOH. Tuote Tämän reaktion, elektrofiilisen substituution - metaani. Kun heterolyyttisen reaktiot vuorovaikutuksessa vastakkaisesti varautuneita keskuksia orgaanisten molekyylien, joka antaa niille affiniteetti ionien epäorgaanisia aineita kemia. Sitä ei voida jättää huomiotta, että konversio orgaanisten yhdisteiden harvoin mukana muodostumista näiden kationien ja anionien.

Yksimolekyylisiä ja bimolekulaarinen reaktiot

Nukleofiilinen substituutio on monomolekulaarinen (SN1). Tällä mekanismilla, tärkeä tuote virtaa hydrolyysin orgaanisen synteesin - tertiäärinen butyylikloridi. Ensimmäinen vaihe on hidas, se liittyy progressiivinen dissosiaatio karbonium- kationi ja kloridianioni. Toinen vaihe on nopeampi reaktio tapahtuu karboniumionin ja vettä. Yhtälö Reaktion korvaavien halogeenin alkaanin saada hydroksi ja primaarisen alkoholin: (CH _{3) 3} C-Cl → (CH _{3) 3} C ^{+ +} CI ^-; (CH _{3) 3} C ^{+ +} H ₂ O → (CH _{3) 3} C-OH ⁺ H +. Yksivaiheiseen hydrolyysi ensisijaisen ja toissijaisen alkyylihalogenidien tunnettu siitä, että samanaikaisesti tuhoutuminen hiilen johtuen halogeeni ja muodostumista parin C-OH. Tämä nukleofiilinen bimolekulaariset substituutio mekanismi (SN2).

Heterolyyttisen korvaus- mekanismilla

korvaaminen mekanismi käsittää elektronin siirtoa, luotava välituotetta komplekseja. Reaktio etenee nopeammin, sitä helpompaa se on tyypillinen välituotteita hänen. Usein prosessi on menossa moneen suuntaan yhtä aikaa. Se etu, yleensä saa tapa, jolla partikkeleita käytetään, vaativat vähiten energian kulutuksen sen muodostumisesta. Esimerkiksi, kun läsnä on kaksoissidos lisää todennäköisyyttä allyyli- kationin CH 2 = CH-CH ₂ ^+, verrattuna _CH3 ⁺ -ioni. Syynä on elektronin tiheys moninkertaisen sidoksen, joka vaikuttaa delokalisaation positiivisen varauksen, hajallaan koko molekyylin.

bentseeni substituutioreaktio

Ryhmä orgaanisia yhdisteitä, joille on tunnusomaista elektrofiilisellä substituutiolla - areenalla. Bentseenirengas - kätevä esine elektrofiilisen hyökkäyksen. Prosessi alkaa viestintä toisen polarisaation reagenssi, jolloin muodostuu elektrofiilin elektroni pilvi vieressä bentseenirengas. Tuloksena on monimutkainen siirtyminen. Arvokas viestintä elektrofiilisen hiukkasten yksi hiiliatomeista ole vielä, se vetää puoleensa koko negatiivinen varaus "aromaattinen kuusi" elektroneja. Kolmannessa vaiheessa prosessia elektrofiilin ja yksi renkaan hiiliatomi sitoutuu yhteinen elektronipari (kovalenttinen sidos). Mutta tässä tapauksessa, on tuhoaminen "aromaattinen kuusi", joka on epäedullinen saavutetaan vakaa kestävän energian tilassa. Siellä on ilmiö, joka voidaan kutsua "vapauttamista protonin." Se lohkaistaan H ^+, otetaan talteen vakaa viestintäjärjestelmä, tyypillinen areenien. Side aine käsittää vetykationi bentseenirenkaan ja anioni toisesta reagenssista.

Esimerkkejä substituutioreaktiot orgaanisen kemian

Ja alkaanit tyypillistä erityisesti substituutioreaktiossa. Esimerkkejä elektrofiilisen ja nukleofiiliset reaktiot voivat johtaa sykloalkaanit ja areenit. Variantit reaktioita molekyylien orgaaniset aineet ovat normaaliolosuhteissa, mutta tavallisesti - ja kuumentamalla katalyyttien läsnä ollessa. Yhteisellä ja hyvin tutkittu prosesseja ovat elektrofiilinen aromaattinen substituutio. Tärkein reaktio tämäntyyppisiä:

1. Nitraus bentseenin kanssa typpihapon läsnä ollessa H _{2SO 4} - seuraa järjestelmä: C ₆ H ₆ → C ₆ H _{5-NO 2.}
2. Katalyyttinen halogenointi bentseeni, erityisesti klooraus, yhtälöllä: C _{6H 6} + CI ₂ → C ₆ H ₅ Cl + HCl: ää.
3. Aromaattinen sulfonoimalla bentseeniä etenee "savuava" rikkihappo, bentseenisulfonihappo on muodostettu.
4. Alkylointi - korvaaminen vetyatomi bentseenirenkaaseen alkyyliin.
5. Asylointi - muodostumista ketonit.
6. Formylointi - korvaavat vedyn ryhmä CHO ja aldehydejä.

Mukaan substituutioreaktioista ovat reaktio alkaanit ja sykloalkaanit, jolloin halogeenit hyökätä saatavissa C-H-sidos. Derivatisointi voi liittyä olevan yhden, kaksi tai kaikki vetyatomit tyydyttyneitä hiilivetyjä ja sykloparafiineista. Monet galogenoalkanov pienen molekyylipainon käytetään tuotannossa monimutkaisempi aineet, jotka kuuluvat eri luokkiin. Saavutettua menestystä tutkimuksessa mekanismien substituutioreaktioista, antoi voimakkaan sysäyksen kehitystä synteesejä perusteella alkaanit, syklo-vaiheessa ja halogenoidut hiilivedyt.