Reakcije supstitucije: opis, primjere jednadžbi

Mnogih reakcija supstitucije otvara put priprave različitih spojeva koji imaju korisnost aplikacije. Veliku ulogu u kemijskoj znanosti i industriji daje elektrofilne i nukleofilne supstitucije. U organskoj sintezi, ti procesi imaju niz mogućnosti koje bi trebalo biti navedeno.

Brojni kemijski pojava. reakcija supstitucije

Kemijske promjene povezane s transformacijom materije, nekoliko različitih mogućnosti. Može biti različitih ishoda, termalni učinci; neki procesi idu do kraja, ona dolazi u drugoj kemijskoj ravnoteži. Mijenjanje agenti često je popraćena povećanjem ili smanjenjem stupnja oksidacije. U klasifikaciji kemijskih fenomena u svojim konačnim rezultatima skrenuti pozornost na kvalitativne i kvantitativne razlike između reaktanata iz proizvoda. Te značajke mogu se razlikovati 7 vrsta kemijske reakcije, uključujući i zamjenu, postupak prema shemi: A-B-C A + C + B. pojednostavljeno snimanje cijele klase kemijskih fenomena daje ideju da među početnih materijala je takozvani „napadač „supstituent čestica u atomu reagensa, ion funkcionalna grupa. Reakcija supstitucije je karakteristika zasićenih i aromatskih ugljikovodika.

reakcija supstitucije može doći u obliku dvostrukog razmjenu: A-B-C + E C + A-B-E. Jedan podvrsta - pomaka, na primjer, bakar, željezo iz otopine bakar sulfata: CuSO ₄ + = Fe FeSO ₄ + Cu. Kao „napadajući” čestice mogu djelovati atomi, ioni ili funkcionalne grupe

Homolytic supstitucija (radikal, SR)

Kada je mehanizam radikal rupture kovalentna elektronskog para je zajedničko različitih elemenata se proporcionalno raspoređena između „fragmenata” molekule. Stvaranje slobodnih radikala. Ova nestabilna stabilizacija čestica koja nastaje kao rezultat naknadnih reakcija. Na primjer, u pripravi etana iz metana proizvoditi slobodne radikale koji su uključeni u reakciji supstitucije: CH _{CH3 4} • + • H; _CH3 • + • _CH3 → C2H5; H • + • H → H2. Cijepanje Homolytic veza na pogonskim mehanizmom supstitucije je karakteristika alkana, reakcija je znak lanac. Metan H atoma može biti zamijenjen s klorom. Slično reagira s brom, jod, ali ne može se izravno zamijeniti vodik alkana, fluor reagira prejako s njima.

Postupak heterolitičke veze cijepanje

Kada je mehanizam reakcijama supstitucije ion protoka, elektroni neravnomjerno raspodijeljene su čestice novo nastali. Vezanje par elektrona proteže sve do jednog od „fragmenata”, najčešće na komunikacijskom partneru, strani koja je neutralizirati negativne gustoću u polarnoj molekule. Supstitucijom reakcije obuhvaćaju reakciju formiranja metilni alkohol _CH3OH. U brommetane molekula CH3Br jaz je heterolitičke karaktera, nabijene čestice su stabilni. Metil dobiva pozitivni naboj i brom - negativan: _CH3 Br _CH3 → ⁺ Br ^-; NaOH → Na ⁺ OH ^-; _CH3 ⁺ OH ^- → _CH3 OH; Na ⁺ Br ^- ↔ NaBr.

Elektrofili i nukleofili

Čestice koje nemaju elektrone i može ih prihvatiti, nazivaju se „elektrofili”. To su ugljikovi atomi u halogenima haloalkane. Nukleofili imaju visoku gustoću elektrona, oni su „žrtve” para elektrona za stvaranje kovalentne veze. Na reakcije supstitucije bogati negativni naboji su napadnuti od nukleofili elektrofila, manjak elektrona. Ovaj fenomen je povezano s premještanjem atoma ili drugih čestica - izlazna skupina. Druga varijanta reakcijama supstitucije - napad elektrotilom nukleofil. Ponekad je teško razlikovati između dva procesa, u odnosu na zamjenu jednog ili drugog tipa, jer je teško odrediti točno kakav molekule - podloge, a koji - reagensa. Obično u takvim slučajevima, sljedeći faktori se smatraju:

• priroda odlazeće skupine;
• reaktivnost nukleofila;
• priroda otapala;
• alkilni dio strukture.

Nukleofilna supstitucija (SN)

U procesu interakcije u organskoj molekuli ima raste polarizacije. U jednadžbi djelomičnog pozitivnog ili negativnog naboja označen slovom grčkog alfabeta. Polarizacija komunikacija daje naznaku o prirodi njegove rupture i budućeg ponašanja „fragmenata” molekule. Na primjer, atom ugljika u jodometana je djelomični pozitivan naboj, to je elektrofilni centar. Privlači dipol vode, pri čemu se kisik ima višak elektrona. U reakciji sa elektrofilom nukleofilom načinjen metanol: _CH3 I + _H2O → _CH3OH + HI. Reakcije nukleofilne supstitucije odvijaju uz sudjelovanje negativno nabijen ion ili molekula koja ima slobodni elektronski par, koji ne sudjeluje u stvaranju kemijske veze. Aktivno sudjelovanje jodometan u SN _2-reakcija zbog svoje otvorenosti za nukleofilni napad i mobilnost joda.

Elektrofilna supstitucija (SE)

Organska molekula može biti prisutan nukleofilne centar, koji je karakteriziran suviškom elektronske gustoće. On reagira s nedostatkom negativnih naboja elektrofilnim sredstvom. Takve čestice su atomi koji imaju slobodne orbitalnog molekulu obroka smanjenom gustoćom elektrona. Natrij format ugljika koji ima naboj „-”, reagira s pozitivnim dijelom dipol vode - vodik: _CH3 Na + _H2O → CH ₄ + NaOH. Produkt te reakcije, Elektrofilna supstitucija - metan. Kada heterolitičke reakcije djeluju suprotno nabijenih centara organske molekule, što im daje sklonost iona anorganske tvari kemiji. Ne treba zanemariti da je pretvorba organskih spojeva rijetko popraćen stvaranjem tih kationa i aniona.

Jednomolekularni i bimolekularan reakcije

Nukleofilna supstitucija se monomolekularna (SN1). Ovim mehanizmom važan proizvod teče hidrolizu organskih sinteza - tercijarni butil klorida. Prva faza je spor, ona je povezana s progresivnom disocijacije u karbonij kationa i aniona klorida. Druga faza je brža reakcija odvija karbonij-iona, i vode. Jednadžba reakcije supstitucije halogena u alkana, čime se dobije hidroksi i primarni alkohol: _{(CH3) 3} C-Cl → _{(CH3) 3} C ⁺ Cl ^-; _{(CH3) 3} C ^{+ +} _H2O → _{(CH3) 3} C-OH ⁺ H +. Za jednom koraku hidrolize primarne i sekundarne alkil halogenidi karakterizira razaranje istovremenim ugljika zbog halogena i formiranje par C-OH. Ovaj nukleofilni bimolekularan mehanizam supstitucija (SN2).

Heterolitičke mehanizam supstitucije

supstitucija mehanizam uključuje prijenos elektrona, stvaranje kompleksa intermedijarnih. Reakcija se odvija brže, to je za tipične posreduje za nju lakše. Često je proces ide u nekoliko smjerova istodobno. Prednost obično dobiva na način na koji se koriste čestice, zahtijeva najmanjim utroškom energije za njihovu proizvodnju. Na primjer, prisutnost dvostruke veze povećava vjerojatnost alil kationa CH2 = _CH-CH2 ^+, u usporedbi s _CH3 ⁺ iona. Razlog leži u gustoći elektrona koje veze, što utječe na delocalization pozitivnog naboja, raspršili se po cijeli molekulu.

Reakcijska benzen supstitucija

Grupa organskih spojeva, koje karakterizira elektrofilnom supstitucijom - arena. Benzen prsten - prikladan objekt za elektrofilni napad. Proces započinje komunikaciju s drugim polarizacije reagensom, čime se formira oblak elektrofilom elektrona neposredno benzenskog prstena. Rezultat je složen prijelaz. Vrijedne komunikacijske elektrofilne čestice s jednim od atoma ugljika ne još, da privlači cijeli negativnim nabojem „aromatski šest” elektrona. U trećem stupnju procesa elektrofila i jedan atom ugljika u prstenu veže zajednički par elektrona (kovalentne veze). No, u ovom slučaju, je razaranje „aromatičnog šest”, koja je nepovoljna u smislu postizanja stabilnog održivog energetsko stanje. Tu je fenomen koji se može nazvati „oslobađanje protona.” Se otcijepiti H ^+, oporavlja stabilan sustav za komunikaciju, tipični su areni. Strana tvar sadrži vodikov kation benzenskog prstena i aniona s drugim reagensom.

Primjeri supstitucije reakcijama organske kemije

Za alkani, pogotovo tipičnom reakcijom supstitucije. Primjeri elektrofilne i nukleofilne reakcije mogu dovesti do cikloalkana i aromatskih ugljikovodika. Slične reakcije na molekule organskih tvari pod normalnim uvjetima, ali obično - i zagrijavanjem u prisutnosti katalizatora. Zajedničkim i dobro proučavali procesi obuhvaćaju elektrofilne aromatske supstitucije. Najvažniji reakcije ovog tipa:

1. Nitriranjem benzena s dušičnom kiselinom u prisutnosti _H2 SO ₄ - slijedi shemu: _{C6H 6} → _{C6H 5 -NO2.}
2. Katalitička Halogeniranje benzena, posebno kloriranje, po jednadžbi: _{C6 H6} + Cl ₂ → _{C6 H5} Cl + HCl.
3. Aromatski sulfonacija spoja benzena sredstava za „dimeće” sumporne kiseline, dobiva se benzensulfonska kiselina.
4. Alkiliranje - zamjena vodika s benzenskim prstenom, na alkil.
5. Acilaci - formiranje ketona.
6. Formiliranje - zamijenjuju vodik na skupinu CHO i formiranje aldehida.

Supstitucijom reakcije uključuju reakciju alkana i cikloalkana, naznačen time, da halogeni napada dostupnih C-H vezu. Derivatizacija može biti povezana sa zamjenom jednog, dva ili svi atomi vodika u zasićenih ugljikovodika i cycloparaffins. Mnogi galogenoalkanov niske molekulske mase koji se koriste u proizvodnji složenijih tvari iz različitih klasa. Uspjesi postignuti u proučavanju mehanizama reakcijama supstitucije, dao snažan poticaj razvoju sinteze na temelju alkana, ciklo-fazi i halogenih ugljikovodika.