Substitusjonsreaksjoner: beskrivelse kan ligning eksemplene

Mange substitusjonsreaksjon åpner veien til fremstilling av forskjellige forbindelser som kan anvendes søknad. En stor rolle i kjemisk vitenskap og industri er gitt elektrofil og nukleofil substitusjon. I organisk syntese, disse fremgangsmåter har en rekke funksjoner som bør nevnes.

En rekke kjemiske fenomener. substitusjonsreaksjon

Kjemiske endringer forbundet med transformasjonen av materie, et antall forskjellige funksjoner. Kan være ulike utfall, termiske effekter; noen prosesser kommer til å fullføre, det kommer i annen kjemisk likevekt. Modifiserende midler er det ofte ledsaget av å øke eller redusere graden av oksidering. Ved klassifisering av kjemiske fenomener i deres endelige resultater henlede oppmerksomheten på de kvalitative og kvantitative forskjeller mellom de reaktanter fra produktene. Disse funksjonene kan være preget 7 typer av kjemiske reaksjoner, inkludert substitusjon, går i henhold til det skjema: A-B-C-A + C + B. forenklet opptak av en hel klasse av kjemiske fenomener gir en idé at blant utgangsmaterialene er den såkalte "angriper "partikkel substituent i reagenset atom, ion-funksjonell gruppe. Substitusjonsreaksjonen er karakteristisk for mettede og aromatiske hydrokarboner.

substitusjonsreaksjon kan skje i form av dobbelt-utveksling: A-B-C + E C + A-B-E. En underart - fortrengning, for eksempel kobber, jern fra en løsning av kobbersulfat: _CuSO4 + Fe = FeSO ₄ + Cu. Som "angripende" partikler kan virke atomer, ioner eller funksjonelle grupper

Homolytisk substitusjon (radikal, SR)

Når mekanismen for radikal brudd kovalent elektronparet er felles for de forskjellige elementene vil bli proporsjonalt fordelt mellom "fragmenter" av molekylet. Dannelsen av frie radikaler. Denne ustabile partikkel stabilisering som oppstår som et resultat av etterfølgende reaksjoner. For eksempel, ved fremstilling av etan fra metan fremstille frie radikaler som er involvert i substitusjonsreaksjonen: CH _{4-CH 3} • • + H; CH ₃ • • + _CH3 → C2H5; H • + • H → H2. Homolytisk spalting binding på betjeningsmekanismen av substitusjon er karakteristisk for alkaner, reaksjonen er en kjede karakter. Den metan H-atomer kan være suksessivt erstattes med klor. På samme måte for å reagere med brom, jod, men er ikke i stand til direkte å erstatte hydrogen alkaner, reagerer fluor altfor kraftig med dem.

Heterolytic binding spaltingsmetode

Når mekanismen for ionestrøm substitusjonsreaksjoner, vil elektronene skjevt fordelt partikler nylig oppstått. Den bindende elektronpar strekker seg helt til en av "fragmenter", som oftest, til kommunikasjonspartner, den siden som hadde forskjøvet negativ tetthet i den polare molekylet. Ved substitusjon reaksjoner omfatter omsetning av dannelsen av metylalkohol _CH3OH. I brommetane CH3Br gap molekyl er heterolytic karakter, de ladede partikler er stabile. Metyl erverver en positiv ladning, og brom - negativ: _CH3 Br → _CH3 ^{+ +} Br ^-; NaOH → Na ^{+ +} OH ^-; _CH3 ^{+ +} OH ^- → _CH3OH; Na ^{+ +} Br ^- ↔ NaBr.

Elektro og nukleofiler

Partikler som mangler elektroner og kan ta imot dem, kalles "elektro." Disse er karbonatomer bundet med halogener i halogenalkaner. Nukleofiler har høy elektrontetthet, de er "ofre" av et par elektroner for å skape en kovalent binding. De substitusjonsreaksjoner rike negative ladninger blir angrepet av nukleofiler elektrofiler, underskudd av elektroner. Dette fenomen er forbundet med bevegelse av atomer eller andre partikler - utgående gruppe. En rekke andre substitusjonsreaksjoner - angripe elektrofil nukleofil. Noen ganger er vanskelig å skille mellom de to prosessene, referert til utskifting av den ene eller den annen type, fordi det er vanskelig å angi nøyaktig hva slags molekyl - substrat, og som - reagens. Vanligvis i slike tilfeller, er følgende faktorer vurderes:

• arten av den forlatende gruppe;
• reaktiviteten av nukleofilen;
• arten av det løsningsmiddel;
• alkyldelen av strukturen.

Nukleofil substitusjon (SN)

I prosessen for interaksjon i det organiske molekylet har vært økende polarisering. I ligninger av delvis positiv eller negativ ladning er angitt med bokstaven i det greske alfabetet. Polarisering kommunikasjon gir en indikasjon på arten av dens brudd og den fremtidige oppførselen til "fragmenter" av molekylet. For eksempel, et karbonatom i jodmetan har en partiell positiv ladning, det er et elektrofilt senter. Det tiltrekker den dipol av vann, hvor oksygenet har et overskudd av elektroner. I reaksjonen av elektrofilen med en nukleofil dannes metanol: _CH3 I + _H2O → _CH3OH + HI. nukleofile substitusjonsreaksjoner finner sted med deltakelse av et negativt ladet ion eller molekyl som har et fritt elektronpar, som ikke deltar i dannelsen av en kjemisk binding. Aktiv deltakelse av jodmetan i _SN2-reaksjon på grunn av sin åpenhet for nukleofilt angrep og jod mobilitet.

Elektrofil substitusjon (SE)

Den organiske molekylet kan være tilstede nukleofilt senter, som er kjennetegnet ved et overskudd av elektrontetthet. Det reagerer med den manglende negative ladninger elektrofil reagens. Slike partikler er atomer som har frie orbital molekyl med partier med redusert elektrontetthet. Den natriumformiat karbon med ladning "-", omsettes med en positiv del av vannet dipol - hydrogen: _CH3 Na + _H2O → _CH4 + NaOH. Produktet fra denne reaksjon, elektrofil substitusjon - metan. Når heterolytic reaksjoner kommuniserer motsatt ladede sentra av organiske molekyler, noe som gir dem affinitet med ioner i uorganisk kjemi stoffer. Det bør ikke bli oversett at omdannelsen av organiske forbindelser er sjelden ledsaget av dannelsen av disse kationer og anioner.

Unimolekylære og bimolekylære reaksjoner

Den nukleofile substitusjon er monomolekylært (SN1). Ved denne mekanisme, et viktig produkt strømmer hydrolyse av organisk syntese - tertiært butylklorid. Den første fasen er langsom, det er forbundet med progressiv dissosiasjon til karboniumion kation og et klorid-anion. Den andre fasen er en hurtigere reaksjon oppstår karboniumion og vann. Ligningen for reaksjonen av substitusjon av halogenet i alkan for å oppnå hydroksy og primæralkohol: _{(CH3) 3-C-Cl} → _{(CH3) 3-C} ^{+ +} Cl ^-; _{(CH3) 3C} ^{+ +} H ₂ O → _{(CH3) 3-C-OH} ⁺ H +. For ett-trinns hydrolyse av primære og sekundære alkylhalogenider som er kjennetegnet ved samtidig ødeleggelse av karbon på grunn av halogen og dannelsen av par C-OH. Dette nukleofil substitusjon bimolekylære mekanisme (SN2).

Heterolytic mekanisme av substitusjon

substitusjon mekanismen involverer elektronoverførings, etablering av mellomliggende komplekser. Reaksjonen forløper hurtigere, jo lettere er det for typiske mellomprodukter for henne. Ofte prosessen går i flere retninger samtidig. Fordelen blir vanligvis den måten i hvilken partiklene anvendes, som krever den minste energiforbruk for dets dannelse. For eksempel kan nærværet av en dobbeltbinding øker sannsynligheten for et allyl kation CH2 = _CH-CH2 ^+, sammenlignet med den _CH3 ⁺ ionet. Årsaken ligger i elektrontettheten av den flerbinding, noe som påvirker delokalisering av den positive ladning, spredt over hele molekylet.

benzen substitusjonsreaksjon

Den gruppe av organiske forbindelser, som er karakterisert ved elektrofil substitusjon - arena. Benzenring - en passende gjenstand for elektrofilt angrep. Prosessen starter kommunikasjon med den andre polarisasjon reagens, for derved å danne elektroelektronskyen tilstøtende benzenringen. Resultatet er et sammensatt overgang. Verdifulle kommunikasjonselektrofile partikler med ett av karbonatomene som ikke ennå er det tiltrukket av den hele negative ladning "aromatiske seks" elektroner. I det tredje trinnet i fremgangsmåten elektrofil og et ringkarbonatom binder et felles par av elektroner (kovalent binding). Men i dette tilfellet, er ødeleggelsen av "aromatisk seks", som er ufordelaktig med tanke på å oppnå en stabil bærekraftig energitilstand. Det er et fenomen som kan kalles en "release av et proton." Det avspaltes H ^+, gjenvinning av en stabil kommunikasjonssystem, typiske arener. Side substans består av hydrogen, kationet av en benzenring og anionet fra det andre reagens.

Eksempler på substitusjonsreaksjoner innen organisk kjemi

For alkaner spesielt typisk substitusjonsreaksjon. Eksempler på elektrofile og nukleofile reaksjoner kan føre til cykloalkaner og arener. Lignende reaksjoner i molekyler av organiske stoffer er under normale forhold, men som regel - og ved oppvarming i nærvær av katalysatorer. Ved vanlige og vel studert fremgangsmåter innbefatter elektrofil, aromatisk substitusjon. Den viktigste reaksjonen av denne typen:

1. Nitrering av benzen med salpetersyre i nærvær av _{H2 SO4} - følger skjemaet: C ₆ H ₆ → C ₆ H _{5 -NO2.}
2. Den katalytiske halogenering av benzen, spesielt klorering, ved ligningen: C ₆ H ₆ + Cl ₂ → C ₆ H ₅ Cl + HCl.
3. Aromatisk sulfonering av benzen-utbytte med "rykende" svovelsyre, benzensulfonsyre er dannet.
4. Alkylering - erstatning av hydrogenatomet fra benzenringen til alkyl.
5. Acylering - dannelse av ketoner.
6. Formylering - erstatning av et hydrogen på en gruppe CHO og dannelsen av aldehyder.

Ved substitusjonsreaksjoner innbefatter reaksjon på alkaner og cykloalkaner, karakterisert ved at halogenene angriper tilgjengelige C-H binding. Derivatisering kan være forbundet med erstatning av ett, to eller alle hydrogenatomene i mettede hydrokarboner og cykloparafiner. Mange av galogenoalkanov av lav molekylvekt anvendes i produksjon av mer komplekse stoffer som tilhører forskjellige klasser. De gode resultatene oppnådd i studiet av mekanismer for substitusjonsreaksjoner, ga en kraftig drivkraft til utvikling av synteser på grunnlag av alkaner, cyclo-stadiet og halogenerte hydrokarboner.