Reazzjonijiet ta 'sostituzzjoni: deskrizzjoni, eżempji ekwazzjoni

Ħafna reazzjoni sostituzzjoni jiftaħ it-triq għall-preparazzjoni ta 'komposti differenti ta' applikazzjoni utilità. Rwol kbir fix-xjenza kimika u l-industrija tingħata sostituzzjoni electrophilic u nucleophilic. Fis-sinteżi organika, dawn il-proċessi għandhom numru ta 'karatteristiċi li għandhom jiġu nnotati.

Varjetà ta 'fenomeni kimiċi. reazzjoni sostituzzjoni

bidliet kimiċi assoċjati mal-trasformazzjoni ta 'materja, numru ta' karatteristiċi differenti. Jista 'jkun riżultati differenti, l-effetti termiċi; xi proċessi ser jintemm, niġu fil-oħra ekwilibriju kimiċi. Timmodifika aġenti huwa spiss akkumpanjati minn jżidu jew inaqqsu l-grad ta 'ossidazzjoni. Fil-klassifikazzjoni ta 'fenomeni kimiċi fir-riżultati finali tagħhom tiġbed l-attenzjoni għad-differenzi kwalitattivi u kwantitattivi bejn l-reactants minn prodotti. Dawn il-karatteristiċi jistgħu jkunu distinti 7 tipi ta 'reazzjonijiet kimiċi, inkluż sostituzzjoni, tipproċedi skond l-iskema: A B C A + C + B. Ir-reġistrazzjoni simplifikata ta' klassi kollha ta 'fenomeni kimika jagħti idea li fost il-materjali tal-bidu huwa l-hekk imsejħa "attakkant "sostitwent partiċelli fil-atomu reaġent, jone grupp funzjonali. Ir-reazzjoni sostituzzjoni hija karatteristika ta 'saturati u idrokarburi aromatiċi.

Reazzjoni sostituzzjoni jistgħu jseħħu fil-forma ta 'skambju doppju: A B C + E C + A B E. Wieħed sottospeċi - spostament, eż, ram, ħadid minn soluzzjoni ta 'sulfat tar-ramm: CuSO ₄ + Fe = FESO ₄ + Cu. Peress li l-"jattakkaw" partiċelli jistgħu jaġixxu atomi, jonji jew gruppi funzjonali

sostituzzjoni Homolytic (radikali, SR)

Meta l-mekkaniżmu ta 'radikali par qsim kovalenti elettron huwa komuni għall-elementi differenti se jitqassmu proporzjonalment bejn il- "frammenti" tal-molekula. Formazzjoni ta 'radikali ħielsa. Dan istabbilizzazzjoni partiċelli instabbli li jseħħ bħala riżultat ta 'reazzjonijiet sussegwenti. Per eżempju, fil-preparazzjoni ta 'etan mill-metanu jipproduċu radikali ħielsa involuti fir-reazzjoni sostituzzjoni: CH ₄ CH ₃ • + • H; CH ₃ • + • CH ₃ → C2H5; H • + • H → H2. qsim bond Homolytic fuq il-mekkaniżmu operattiva ta 'sostituzzjoni hija karatteristika ta' alkani, ir-reazzjoni huwa karattru katina. L-atomi metanu H jistgħu jiġu sussegwentement issostitwita bl klorin. Bl-istess mod li jirreaġixxu ma 'bromin, jodju iżda ma tistax tissostitwixxi direttament alkani idroġenu, fluworin jirreaġixxi wisq b'saħħtek magħhom.

Metodu qsim bond Heterolytic

Meta l-mekkaniżmu ta 'reazzjonijiet ta' sostituzzjoni tal-fluss jone, elettroni huma mqassma b'mod irregolari fost partiċelli għadhom kif inqalgħet. Il-par vinkolanti ta 'elettroni testendi-triq kollha lejn wieħed mill- "frammenti", ħafna drabi, lis-sieħeb komunikazzjoni, in-naħa li kienet jikkumpensaw densità negattivi fil-molekula polari. Bis-sostituzzjoni ir-reazzjonijiet jinkludu r-reazzjoni tal-formazzjoni ta 'CH alkoħol metiliku ₃ OH. Fil brommetane molekula vojt CH3Br huwa karattru heterolytic, il-partiċelli ċċarġjati huma stabbli. Methyl takkwista ħlas pożittiv, u bromo - negattiv: CH ₃ Br → CH ₃ ^{+ +} Br ^-; NaOH → Na ^{+ +} OH ^-; CH ₃ ^{+ +} OH ^- → CH ₃ OH; Na ^{+ +} Br ^- ↔ NaBr.

Electrophiles u nucleophiles

Partiċelli li n-nuqqas elettroni u tista 'taċċetta minnhom, huma msejħa "electrophiles." Dawn huma atomi tal-karbonju marbuta magħha ma aloġeni fil haloalkanes. Nucleophiles jkollhom densità elettroni għolja, huma "vittmi" ta 'par ta' elettroni li joħolqu rabta kovalenti. Ir-reazzjonijiet ta 'sostituzzjoni ħlasijiet negattivi sinjuri huma attakkati minn electrophiles nucleophiles, defiċit ta' elettroni. Dan il-fenomenu huwa assoċjat mal-moviment ta 'atomi jew partiċelli oħra - grupp jitilqu. varjetà oħra ta 'reazzjonijiet ta' sostituzzjoni - tattakka l-nucleophile electrophile. Kultant diffiċli li ssir distinzjoni bejn iż-żewġ proċessi, irrefera għall-bdil ta 'wieħed jew it-tip ieħor, minħabba li huwa diffiċli biex tiġi speċifikata eżattament liema tip ta' molekula - sottostrat, u li - reaġent. Normalment f'każijiet bħal dawn, il-fatturi li ġejjin huma kkunsidrati:

• in-natura tal-grupp li jħallu;
• l reattività tal-nucleophile;
• -natura tas-solvent;
• -porzjon alkil tal-istruttura.

sostituzzjoni Nucleophilic (SN)

Fil-proċess ta 'interazzjoni fil-molekula organika għandha qiegħed jiżdied polarizzazzjoni. Fil-ekwazzjonijiet tal-ħlas pożittiv jew negattiv parzjali huwa indikat bl-ittra tal-alfabett Grieg. komunikazzjoni Polarizzazzjoni jagħti indikazzjoni tan-natura ta 'ksur tagħha u l-imġiba futura ta' "frammenti" tal-molekula. Per eżempju, atomu tal-karbonju fil iodomethane għandu ħlas pożittiv parzjali, huwa ċentru electrophilic. Jiġbed l-dipole 'l-ilma, fejn l-ossiġnu għandu eċċess ta' elettroni. Fil-reazzjoni tal-electrophile ma 'nucleophile hija ffurmata metanol: CH ₃ I + H ₂ O → CH ₃ OH + HI. Reazzjonijiet ta 'sostituzzjoni nucleophilic sseħħ bil-parteċipazzjoni ta' jone negattiv mitluba jew molekula li jkollhom elettroni par b'xejn, li ma tipparteċipax fil-ħolqien ta 'bond kimika. parteċipazzjoni attiva tal iodomethane fil SN _2-reazzjoni minħabba l-ftuħ tagħha għal attakk nucleophilic u l-mobilità jodju.

sostituzzjoni electrophilic (SE)

-Molekola organika jista 'jkun preżenti ċentru nucleophilic, li huwa kkaratterizzat minn eċċess ta' densità elettron. Hija jirreaġixxi man-nuqqas ta 'ħlasijiet negattivi reaġent electrophilic. Tali partikuli huma atomi li jkollhom molekula orbitali ħielsa b'porzjonijiet ta mnaqqsa densità elettron. Il format tas-sodju tal-karbonju li hija responsabbli "-", huwa irreaġixxiet parti pożittiva tad-dipole ilma - idroġenu: CH ₃ Na + H ₂ O → _CH4 + NaOH. Il-prodott ta 'din ir-reazzjoni, is-sostituzzjoni electrophilic - metanu. Meta reazzjonijiet heterolytic jinteraġixxu oppositely mitluba ċentri ta 'molekuli organiċi, li jagħtihom affinità mal jonji fis sustanzi inorganiċi kimika. Dan m'għandux ikun injorat li l-konverżjoni ta 'komposti organiċi rarament akkumpanjata mill-formazzjoni ta' dawn katjoni u anjoni.

Unimolecular u reazzjonijiet bimolecular

Is-sostituzzjoni nucleophilic huwa monomolecular (SN1). B'dan il-mekkaniżmu, prodott importanti flussi idroliżi tal sinteżi organika - klorur butil terzjarju. L-ewwel stadju huwa bil-mod, hija assoċjata ma dissoċjazzjoni progressiva fis kazzjoni tal-karbonjum u anjoni klorur. It-tieni stadju huwa reazzjoni aktar mgħaġġla iseħħ jone tal-karbonjum u ilma. L-ekwazzjoni tar-reazzjoni ta 'sostituzzjoni tal aloġenu fil-alkane biex jiksbu l-alkoħol hydroxy u primarja: (CH _{3) 3} C-Cl → (CH _{3) 3} C ^{+ +} Cl ^-; (CH _{3) 3} C ^{+ +} H ₂ O → (CH _{3) 3} C-OH ⁺ H +. Għal idrolisi ta 'pass wieħed mill alidi primarji u sekondarji alkil karatterizzati minn qerda simultanja ta' karbonju minħabba aloġenu u l-formazzjoni ta 'par C-OH. Dan il-mekkaniżmu nucleophilic bimolecular sostituzzjoni (SN2).

mekkaniżmu Heterolytic ta 'sostituzzjoni

mekkaniżmu sostituzzjoni jinvolvi t-trasferiment elettroni, il-ħolqien ta 'kumplessi intermedji. Ir-reazzjoni tipproċedi iktar malajr, ikun iktar faċli għal sustanzi intermedji tipiċi għall tagħha. Spiss il-proċess huwa għaddej f'direzzjonijiet diversi simultanjament. Il-vantaġġ normalment jirċievi l-mod li bih il-partiċelli huma wżati, li jeħtieġu l-inqas infiq ta 'enerġija għall-formazzjoni tagħha. Per eżempju, il-preżenza ta 'bond doppju iżid il-probabbiltà ta' kazzjoni isothiocyanate CH 2 = CH-CH ₂ ^+, meta mqabbel _mal-CH3 ⁺ jone. Ir-raġuni tinsab fil-densità elettroni tal-bond multipla, li jaffettwa l-lokalizzazzjoni tal-ħlas pożittiv, imxerrdin mad-molekula kollu.

Reazzjoni sostituzzjoni benżina

Il-grupp ta 'komposti organiċi, li huma kkaratterizzati minn sostituzzjoni electrophilic - arena. Benżin ċirku - oġġett konvenjenti għall-attakk electrophilic. Il-proċess jibda komunikazzjoni mat-tieni reaġent polarizzazzjoni, li jifforma electrophile sħaba elettroni li jmissu l-ċirku benżina. Ir-riżultat huwa transizzjoni kumpless. komunikazzjoni partiċelli electrophilic siewja ma 'wieħed mill-atomi tal-karbonju għadhom ma, huwa attirati l-ħlas negattivi kollu "aromatiċi sitt" elettroni. Fit-tielet pass tal-proċess electrophile u atomu wieħed ċirku tal-karbonju jeħel par komuni ta 'elettroni (bond kovalenti). Iżda f'dan il-każ, hija l-qerda tal- "aromatiċi sitta", li huwa ta 'żvantaġġ f'termini ta' kisba ta 'stat ta' enerġija sostenibbli stabbli. Hemm fenomenu li jista 'jissejjaħ "rilaxx ta' protoni." Huwa maqsum off H ^{+, l-irkupru} ta 'sistema ta' komunikazzjoni stabbli, arenes tipiku. sustanza ġenb jinkludi kazzjoni idroġenu ta 'ċirku benżina u l-anjoni mit-tieni reaġent.

Eżempji ta 'reazzjonijiet ta' sostituzzjoni tal-kimika organika

Għal alkani reazzjoni sostituzzjoni speċjalment tipiku. Eżempji ta 'reazzjonijiet electrophilic u nucleophilic jistgħu jwasslu għal ċikloalkani u arenes. Reazzjonijiet simili fil-molekoli ta 'sustanzi organiċi huma taħt kondizzjonijiet normali, iżda ġeneralment - u permezz ta' sħana fil-preżenza ta 'katalisti. Permezz ta 'proċessi komuni u studjati sew jinkludu sostituzzjoni aromatika electrophilic. Ir-reazzjoni l-aktar importanti ta 'dan it-tip:

1. Nitrati minn benzene bl-aċidu nitriku fil-preżenza ta 'H ₂ SO ₄ - issegwi l-iskema: C ₆ H ₆ → C ₆ H ₅ -Nru _2.
2. Il Halogenation katalitiku ta 'benzene, speċjalment klorinazzjoni, bl-ekwazzjoni: C ₆ H ₆ + _Cl2 → C ₆ H ₅ Cl + HCl.
3. sulfonation aromatiċi ta 'rikavati benżina ma' "jdaħħan" Aċidu sulfuriku, aċidu benzenesulfonic huma ffurmati.
4. Alkilazzjoni - sostituzzjoni tal-atomu idroġenu mill-ċirku benżina biex alkil.
5. Acylation --formazzjoni ta 'ketoni.
6. Formylation - sostituzzjoni ta 'idroġenu fuq grupp CHO u l-formazzjoni ta' aldeidi.

Bis-sostituzzjoni ir-reazzjonijiet jinkludu r-reazzjoni fil alkani u ċikloalkani li, fejn il-aloġeni attakk disponibbli bond C-H. Derivatizzazzjoni jistgħu jkunu assoċjati ma sostituzzjoni ta 'wieħed, tnejn jew kollha ta' l-atomi tal-idroġenu fil-idrokarburi saturati u cikloparaffini. Ħafna mill galogenoalkanov ta 'piż molekulari baxx huma użati fil-produzzjoni ta' sustanzi aktar kumplessi li jappartjenu għal klassijiet differenti. Is-suċċessi miksuba fl-istudju ta 'mekkaniżmi ta' reazzjonijiet ta 'sostituzzjoni, taw impetu qawwi għall-iżvilupp tal sintesi abbażi tal alkani, cyclo-istadju u idrokarburi aloġenati.