Substitutiereacties: beschrijving, voorbeelden vergelijking

Veel substitutiereactie opent de weg voor de bereiding van verschillende verbindingen met nutstoepassing. Een grote rol in de chemische wetenschap en industrie wordt gegeven elektrofiele en nucleofiele substitutie. In de organische synthese, deze werkwijzen hebben een aantal eigenschappen die opgemerkt.

Een verscheidenheid aan chemische verschijnselen. substitutiereactie

Chemische veranderingen in verband met de transformatie van de materie, een aantal verschillende functies. Kunnen verschillende uitkomsten, thermische effecten; sommige processen gaan tot het einde, het komt in andere chemisch evenwicht. Modificerende middelen wordt vaak vergezeld door verhoging of verlaging van de mate van oxidatie. In de indeling van chemische verschijnselen in hun eindresultaten vestigen de aandacht op de kwalitatieve en kwantitatieve verschillen tussen de reactanten van producten. Deze functies kunnen worden onderscheiden 7 soorten chemische reacties, waaronder substitutie, verloopt volgens het schema: A-B-C A + C + B. De vereenvoudigde opname van een hele klasse van chemische verschijnselen geeft een idee dat onder de uitgangsmaterialen is het zogenaamde "aanvaller "particle substituent in het reagens atoom, ion functionele groep. De substitutiereactie karakteristiek van verzadigde en aromatische koolwaterstoffen.

substitutiereactie kan plaatsvinden in de vorm van dubbel-uitwisseling: A-B-C + C + E A-B-E. Een ondersoort - verplaatsing, bijvoorbeeld koper, ijzer uit een oplossing van kopersulfaat: _CuSO4 + Fe = _FeSO4 + Cu. Als de "aanval" deeltjes atomen, ionen of functionele groepen kunnen fungeren

Homolytische substitutie (groep, SR)

Wanneer het mechanisme van radicale breuk covalent elektronenpaar is gemeenschappelijk voor de verschillende elementen evenredig verdeeld tussen de "fragmenten" van het molecuul. Vorming van vrije radicalen. Deze instabiele deeltjes stabilisering die optreedt als gevolg van aansluitende reacties. Bijvoorbeeld, bij de bereiding van ethaan uit methaan vrije radicalen betrokken zijn bij de substitutiereactie: _{CH4 CH3} • + • H; _CH3 • + • _CH3 → C2H5; H • + • H → H2. Homolytische bindingsklieving van het bedieningsmechanisme van substitutie is kenmerkend alkanen, de reactie is een karakter ketting. Het methaan H-atomen kunnen achtereenvolgens worden vervangen door chloor. Evenzo reageren met broom, jood maar kan directly waterstof alkanen, fluor reageert ook heftig ermee.

Heterolytische binding klievingswerkwijze

Wanneer het mechanisme van ionenstroom substitutiereacties worden elektronen ongelijk verdeeld deeltjes pas ontstaan. De binding elektronenpaar uitstrekt tot aan één van de "fragmenten", meestal, de communicatiepartner, de zijde die negatieve dichtheid in het polaire molecuul werd gecompenseerd. Door substitutiereacties omvatten de vormingsreactie methanol _CH3OH. In brommetane CH3Br spleet molecuul heterolytische karakter, de geladen deeltjes stabiel zijn. Methyl verwerft een positieve lading en broom - negatief: _CH3 Br _CH3 → ^{+ +} Br ^-; NaOH → Na ^{+ +} OH ^-; _CH3 ^{+ +} OH ^- → _CH3OH; Na ^{+ +} Br ^- ↔ NaBr.

Elektrofielen en nucleofielen

Deeltjes die elektronen missen en kan ze akkoord gaat, worden genoemd "elektrofielen." Deze koolstofatomen zijn gebonden met halogenen in halogeenalkanen. Nucleofielen hoge elektronendichtheid, zij "slachtoffers" van een elektronenpaar van een covalente binding te maken. De substitutiereacties rijke negatieve ladingen worden aangevallen door nucleofielen elektrofielen, tekort van elektronen. Dit fenomeen is geassocieerd met de beweging van atomen of andere deeltjes - vertrekkende groep. Andere verschillende substitutiereacties - nucleofiel aanval op de elektrofiel. Soms moeilijk om onderscheid te maken tussen de twee processen, verwezen naar de vervanging van een of ander type, omdat het moeilijk exact welke molecule specificeren - substraat, en welke - reagens. Meestal in dergelijke gevallen worden de volgende factoren in aanmerking genomen:

• de aard van de vertrekkende groep is;
• de reactiviteit van het nucleofiel;
• de aard van het oplosmiddel;
• het alkylgedeelte van de structuur.

Nucleofiele substitutie (SN)

In het proces van interactie in de organische molecuul toegenomen polarisatie. In de vergelijkingen gedeeltelijke positieve of negatieve lading wordt aangeduid met de letter van het Griekse alfabet. Polarisatie communicatie geeft een indicatie van de aard van de breuk en het toekomstige gedrag van de "fragmenten" van het molecuul. Bijvoorbeeld een koolstofatoom in joodmethaan een gedeeltelijke positieve lading, is een elektrofiel centrum. Trekt de dipool van het water, waarbij de zuurstof een overschot aan elektronen. Bij de reactie van de elektrofiele stof met een nucleofiel wordt gevormd methanol: _CH3 I + _H2O → _CH3OH + Hl. nucleofiele substitutie reacties plaatsvinden met deelname van een negatief geladen ion of molecuul met een vrij elektronenpaar, dat niet deelneemt aan de vorming van een chemische binding. Actieve deelname van joodmethaan in _SN2-reactie vanwege de openheid voor nucleofiele aanval en mobiliteit jood.

Elektrofiele substitutie (SE)

De organische molecuul aanwezig nucleofiel centrum, dat wordt gekenmerkt door een overmaat aan elektronen dichtheid. Het reageert met het gebrek aan negatieve ladingen elektrofiel reagens. Dergelijke deeltjes atomen met vrije orbitale molecuul met delen van gereduceerde elektronendichtheid. De natriumformiaat kool met lading "-", wordt omgezet met een positieve deel van het water dipool - waterstof: _CH3 Na + _H2O → _CH4 + NaOH. Het product van deze reactie, elektrofiele substitutie - methaan. Wanneer heterolytische reacties interactie tegengesteld geladen centra van organische moleculen, waardoor ze affiniteit ion in anorganische stoffen chemie geeft. Men mag niet vergeten dat de omzetting van organische verbindingen zelden gepaard met de vorming van deze kationen en anionen.

Unimoleculaire en bimoleculaire reacties

De nucleofiele substitutie monomoleculaire (SN1). Door dit mechanisme een belangrijke productstromen hydrolyse van organische synthese - tertiair butylchloride. De eerste fase is traag, is geassocieerd met progressieve dissociatie in carboniumkation en een chloride-anion. De tweede fase is een snellere reactie optreedt carboniumion en water. De vergelijking van de reactie van substitutie van halogeen in het alkaan tot hydroxy en primaire alcohol krijgen: _{(CH3) 3C-Cl} → _{(CH3) 3C} ^{+ +} Cl ^-; _{(CH3) 3C} ^{+ +} _H2O → _{(CH3) 3C-OH} ⁺ H +. Voor éénstapshydrolyse van primaire en secundaire alkylhalogeniden gekenmerkt door gelijktijdige destructie koolstof als gevolg van halogeen en de vorming van paar C-OH. Dit nucleofiele bimoleculaire substitutiemechanisme (SN2).

Heterolytische mechanisme van substitutie

substitutiemechanisme omvat de elektronenoverdracht, het creëren van intermediaire complexen. De reactie verloopt sneller, hoe makkelijker het is voor typische tussenproducten voor haar. Vaak is het proces gaat in verschillende richtingen tegelijk. Het voordeel krijgt gewoonlijk de wijze waarop de deeltjes worden toegepast, die het minst energieverbruik voor zijn vorming. Bijvoorbeeld, de aanwezigheid van een dubbele binding verhoogt de kans op een allyl kation CH2 = _CH-CH2 ^+, vergeleken met het _CH3 ⁺ ion. De reden ligt in de elektronendichtheid van de meervoudige binding, die de delokalisatie van de positieve lading beïnvloedt, verspreid over het gehele molecuul.

benzeen substitutiereactie

De groep van organische verbindingen, die worden gekenmerkt door elektrofiele substitutie - arena. Benzeenring - handig object voor elektrofiele aanval. Het proces begint met de tweede polarisatie reagens, waardoor elektrofiel elektronenwolk vormen grenzend aan de benzeenring. Het resultaat is een complex overgang. Waardevol communicatie elektrofiele deeltjes met één van de koolstofatomen nog niet wordt aangetrokken door de hele negatieve lading "aromatische zes" elektronen. In de derde stap van de werkwijze elektrofiel en een ringkoolstofatoom bindt een gemeenschappelijk elektronenpaar (covalente binding). Maar in dit geval, is de vernietiging van de "aromatische zes", hetgeen nadelig is in termen van het bereiken van een stabiele duurzame energie staat. Er is een fenomeen dat kan worden genoemd "release van een proton." Het wordt afgesplitst H ^+, terugwinnen van een stabiele communicatiesysteem, typisch arenen. Side substantie waterstofkation van een benzeenring en het anion van het tweede reagens.

Voorbeelden van substitutiereacties van organische chemie

Voor alkanen bijzonder typische substitutiereactie. Voorbeelden van elektrofiele en nucleofiele reacties kunnen leiden tot cycloalkanen en arenen. Soortgelijke reacties in de moleculen van de organische stoffen onder normale omstandigheden, maar meestal - en door verhitting bij aanwezigheid van katalysatoren. Onderling en goed bestudeerde werkwijzen omvatten elektrofiele aromatische substitutie. De belangrijkste reactie van dit type:

1. Nitrering van benzeen met salpeterzuur in aanwezigheid van _H2 SO ₄ - volgt het schema: C ₆ H ₆ → C _{6H 5 -NO2.}
2. De katalytische halogenering benzeen, bijzonder chlorering, volgens de vergelijking: C ₆ H ₆ + _Cl2 → C _{6H 5} Cl + HCl.
3. Aromatische sulfonering van benzeen vervolgt "rokend" zwavelzuur, benzeensulfonzuur gevormd.
4. Alkylering - vervanging van het waterstofatoom van de benzeenring alkyl.
5. Acylering - de vorming van ketonen.
6. Formylering - vervanging van een waterstof aan een groep CHO en de vorming van aldehyden.

Door substitutiereacties omvatten de reactie in alkanen en cycloalkanen, waarbij de halogenen aanval beschikbare C-H-binding. Derivatisering kan gepaard gaan met vervanging van één, twee of alle waterstofatomen in verzadigde koolwaterstoffen en cycloparaffinen. Vele galogenoalkanov laag molecuulgewicht worden gebruikt bij de productie van complexere stoffen van verschillende klassen. De resultaten die in het onderzoek naar mechanismen van substitutiereacties successen gaf een krachtige impuls aan de ontwikkeling van syntheses op basis van alkanen, cyclo-podium en gehalogeneerde koolwaterstoffen.