Реакции на заместване: описание, примери уравнение

Много реакция заместване отваря пътя за получаване на различни съединения, имащи полезност приложение. А огромна роля в химическата наука и промишленост се дава електрофилно и нуклеофилно заместване. В органичния синтез, тези процеси имат редица функции, които трябва да се отбележи.

Разнообразие от химични явления. заместителна реакция

Химически промени, свързани с превръщането на материята, няколко различни функции. Могат да бъдат различни резултати, термични ефекти; някои процеси ще завърши, той идва в други химически равновесие. Промяна агенти често е съпроводено с увеличаване или намаляване на степента на окисление. В класификацията на химични явления в окончателните си резултати обърне внимание на качествени и количествени разлики между реагентите от продукти. Тези функции могат да бъдат разграничени 7 видове химични реакции, включително заместване протича съгласно схемата: А-В-С A + C + Б. опростена запис на цял клас химически явления дава представа, че между изходните материали е така наречената "атакуващия "заместител частиците в реагент атом, йон функционална група. Реакцията на заместване е характеристика на наситени и ароматни въглеводороди.

Реакционната заместване може да възникне във формата на двойна обмяна: А-В-С + Е С + А-В-Е. Един подвид - изместване, например, мед, желязо от разтвор на меден сулфат: CuSO ₄ + Fe = FeSO ₄ + Cu. Като "атакуващите" частици могат да действат атоми, йони или функционални групи

Homolytic заместване (радикал, SR)

Когато механизмът на радикал разкъсване ковалентна електронна двойка е обща за различните елементи ще бъде пропорционално разпределени между "фрагменти" на молекулата. Образуването на свободни радикали. Това нестабилна стабилизиране на частиците, който се появява в резултат на следващите реакции. Например, при получаването на етан от метан произвежда свободни радикали, участващи в реакцията на заместване: CH ₄ СН ₃ • • + Н; CH ₃ • • + CH ₃ → С2Н5; Н • • + Н → Н2. Homolytic разцепване връзка на операционната механизъм на заместване е характеристика на алкани, реакцията е характер верига. метан Н атома могат да бъдат заменени с последователно хлор. По подобен начин реагира с бром, йод, но не е в състояние директно да се замени с водород алкани, флуор реагира твърде енергично с тях.

метод хетеролитична връзка разцепване

Когато механизмът на заместителни реакции йонен поток, електрони са неравномерно разпределени частици наскоро възникнало. Свързващата двойка електрони се простира по целия път до една от "фрагменти", най-често, за комуникация партньор, на страната, която е компенсира отрицателното плътност в полярен молекулата. Чрез заместване реакции включват реакция на образуване на метилов алкохол _СН3ОН. В brommetane молекула CH3Br празнина е хетеролитична характер, заредените частици са стабилни. Метил придобива положителен заряд и бромо - отрицателен: _СН3 Br → CH ₃ ^{+ +} Br ^-; NaOH → Na ^{+ +} OH ^-; CH ₃ ^{+ +} OH ^- → _СН3ОН; Na ^{+ +} Br ^- ↔ NaBr.

Електрофилите и нуклеофили

Частиците, които нямат електрони и да ги приемат, се наричат "елек". Това са въглеродни атоми, свързани с халогени в халоалкани. Нуклеофили имат висока електронна плътност, те са "жертви" на двойка електрони, за да се създаде ковалентна връзка. заместителни реакции богати отрицателни такси са нападнати от Нуклеофили елек, дефицит на електрони. Това явление е свързано с движението на атома или други частици - отцепваща се група. Друг различни реакции на заместване - атакува електрофил нуклеофил. Понякога е трудно да се направи разграничение между двата процеса, посочен замяната на един или друг вид, защото е трудно да се уточни точно какъв вид молекула - субстрат, и които - реагент. Обикновено в такива случаи, се вземат под внимание следните фактори:

• естеството на отцепващата се група;
• реактивността на нуклеофил;
• естеството на разтворителя;
• алкиловата част на структурата.

Нуклеофилно заместване (SN)

В процеса на взаимодействие в органичната молекула се увеличава поляризация. В уравненията на частичен положителен или отрицателен заряд се обозначава с буквата на гръцката азбука. Поляризация комуникация дава индикация за характера на неговата разкъсване и бъдещото поведение на "фрагменти" на молекулата. Например, един въглероден атом в йодометан има частичен положителен заряд, е електрофилен център. Той привлича дипол на водата, където кислородът има излишък на електрони. В реакцията на електрофил с нуклеофил е оформен метанол: СН ₃ I + H ₂ O → _СН3ОН + HI. нуклеофилни заместителни реакции се провеждат с участието на отрицателно зареден йон или молекула, имаща свободна електронна двойка, която не участва в създаването на химична връзка. Активно участие на йодометан в SN _{2-реакция} поради неговото отваряне на нуклеофилна атака и йод мобилност.

Електрофилно заместване (SE)

Органичният молекулата може да присъства нуклеофилен център, който се характеризира с излишък на електронната плътност. Той реагира с липсата на отрицателни заряди електрофилен реагент. Такива частици са атоми, имащи свободен орбитален молекула с порции намалена електронна плътност. На натриев формиат въглерод като зареждане "-", се привежда във взаимодействие с положителна част на дипол на вода - водород: _СН3 Na + Н _2О → CH ₄ + NaOH. Продуктът от тази реакция, електрофилно заместване - метан. Когато хетеролитична реакции взаимодействат противоположно зареден центрове на органични молекули, което им дава афинитет с йони в неорганични вещества химия. Не трябва да се забравя, че превръщането на органични съединения рядко се придружава от образуване на тези катиони и аниони.

Unimolecular и бимолекулни реакции

нуклеофилно заместване е мономолекулярна (SN1). Чрез този механизъм, важен продукт протича хидролиза на органичния синтез - третичен бутил хлорид. Първият етап е бавен, тя е свързана с прогресивно дисоциация в карбониев катион и хлорид анион. Вторият етап е по-бърза реакция настъпва карбониев йон и вода. Уравнението на реакцията на заместване на халоген в алкан да се получи хидрокси и първичен алкохол: _{(CH3) 3,} C-Cl → _{(CH3) 3} C ^{+ +} Cl ^-; _{(CH3) 3,} C ^{+ +} H ₂ O → _{(CH3) 3-С-ОН} ⁺ Н +. За една стъпка хидролиза на първични и вторични алкилови халиди, характеризиращи се с едновременно унищожаване на въглерод поради халоген и образуването на чифт С-ОН. Този механизъм нуклеофилно заместване бимолекулярен (SN2).

Хетеролитично механизъм на заместване

механизъм заместване включва електронен трансфер, създаването на междинни комплекси. Реакцията протича по-бързо, по-лесно е за типични междинни продукти за нея. Често процесът върви в няколко посоки едновременно. Предимството обикновено получава начина, по който се използват частиците, които изискват най-малко разходи на енергия за неговото образуване. Например, наличието на двойна връзка увеличава вероятността от алилова катион СН2 = СН-СН ₂ ^+, в сравнение с _СН3 ⁺ йон. Причината се крие в електронен плътността на множествена връзка, което се отразява както и изместването на положителния заряд, разпръснати по цялата молекула.

Реакционната бензен смяна

В групата на органични съединения, които се характеризират с електрофилно заместване - арена. Бензенов пръстен - удобен обект за електрофилна атака. Процесът започва комуникация с второто поляризация реактив, при което се образува електрофил електронен облак в съседство с бензеновия пръстен. Резултатът е сложен преход. все още ценни комуникационни електрофилни частици с един от въглеродните атоми, се привлича към цялата отрицателен заряд "ароматни" шест електрони. В третия етап на електрофил процеса и един пръстенен въглероден атом свързва обща двойка електрони (ковалентна връзка). Но в този случай, е унищожаването на "ароматна шест", което е неблагоприятно по отношение на постигането на стабилна устойчива енергия състояние. Има един феномен, който може да се нарече "освобождаване на протон". Той се отцепва Н ^+, възстановяване стабилна комуникационна система, типични арени. Странични вещество съдържа водороден катион на бензенов пръстен и анион от втория реактив.

Примери на реакции на заместване на органичната химия

За алкани особено типична реакция смяна. Примери за електрофилни и нуклеофилни реакции могат да доведат до циклоалкани и арени. Подобни реакции в молекулите на органични вещества при нормални условия, но обикновено - и чрез нагряване в присъствието на катализатори. Чрез общи и добре проучени процеси включват електрофилно ароматно заместване. Най-важната реакция от този тип:

1. Нитрирането на бензен с азотна киселина в присъствието на _Н2 SO ₄ - следва схемата: C ₆ H ₆ → С ₆ Н ₅ -NO _2.
2. Каталитичната халогенирането на бензен, особено хлориране, с уравнението: C ₆ H ₆ + Cl ₂ → С ₆ Н ₅ Cl + HCI.
3. Ароматни сулфониране на постъпления бензен с "димяща" сярна киселина, се образуват бензенсулфонова киселина.
4. Алкилиране - замяна на водородния атом от бензеновия пръстен, към алкил.
5. Ацилиране - образуването на кетони.
6. Формилирането - замяна на водород върху група СНО и образуването на алдехиди.

Чрез заместване реакции включват реакцията в алкани и циклоалкани, където халогените атакуват достъпно С-Н връзка. Дериватизация може да бъде свързано с заместване на един, два или всички водородни атоми в наситени въглеводороди и циклопарафини. Много от galogenoalkanov на ниско молекулно тегло, се използват при производството на по-сложни вещества, принадлежащи към различни класове. Успехите, постигнати в изучаването на механизмите на заместителни реакции, дават силен стимул за развитието на синтез на базата на алкани, цикло-етап и халогенирани въглеводороди.