Anstataŭigo reagoj: priskribon, ekvacio ekzemploj

Multaj anstataŭigo reago malfermas la vojon al la preparado de diversaj kombinaĵoj havante utileco aplikon. Grandega rolon en kemia scienco kaj industrio donas electrophilic kaj nukleofila anstataŭo. En organika sintezo, ĉi tiuj procezoj havas kelkajn trajtojn kiuj devas rimarki.

Gamo da kemiaj fenomenoj. anstataŭigo reago

Kemiaj ŝanĝoj asociitaj kun la transformo de materio, kelkaj malsamaj trajtoj. Eble malsamaj rezultoj, termikaj efikoj; iuj procezoj tuj fini, ĝi venas en alia kemia ekvilibro. Modifanta agentojn oni ofte akompanita per kreskanta aŭ malkreskanta la grado de oxidación. En la klasifiko de kemiaj fenomenoj en ilia fina rezultoj atentigi pri la kvalita kaj kvanta diferencoj inter la reactivos de produktoj. Tiuj trajtoj povas distingi 7 tipoj de kemiaj reakcioj, inkluzive anstataŭigo, elirantan laŭ la skemo: A-B-C A + C + B. La simpligita registradon de tuta klaso de kemiaj fenomenoj donas ideon, ke inter la starta materialoj estas la tiel nomata "atakanton "partiklo sustituyente en la reactivo atomo, jono funkcia grupo. La anstataŭigo reago estas karakteriza de saturita kaj hidrokarbonoj aromáticos.

anstataŭigo reago povas okazi en la formo de duobla-interŝanĝo: A-B-C + E C + A-B-Kaj. Unu subspecio - movo, ekz-e, kupro, fero de solvo de kupro sulfato: Cuso ₄ + Fido = Feso ₄ + Cu. Kiel la "atakante" partikloj povas agi atomoj, jonoj aŭ funkciaj grupoj

Homolytic anstataŭigo (radikalaj, SR)

Kiam la meĥanismo de radikala rompo kovalentaj paro de elektronoj estas komunaj al la malsamaj elementoj estos proporcie distribuita inter la "fragmentoj" de la molekulo. Formado de liberaj radikaluloj. Tiu malstabila partiklo stabiligo kiu okazas kiel rezulto de postaj reagoj. Ekzemple, en la preparado de etano de metano produktas liberaj radikaluloj implikitaj en la anstataŭigo reago: CH ₄ CH ₃ • + • H; CH ₃ • + • CH ₃ → C2H5; H • + • H → H 2. Homolytic ligo fendiĝon de la mastruma mekanismo de anstataŭo estas karakteriza de alcanos, la reago estas ĉeno karaktero. La metano H atomoj povas esti sinsekve anstataŭita de kloro. Simile reagi kun bromo, jodo sed ne povas diri rekte anstataŭigi hidrogeno alcanos, fluoro reagas tro vigle kun ili.

Heterolytic ligo fendiĝon metodo

Kiam la meĥanismo de jono fluon anstataŭigo reagoj, elektronoj estas malegale distribuita inter partikloj ĵus ŝprucis. La devigaj paro de elektronoj etendiĝas la tutan vojon al unu el la "fragmentoj", plej ofte, al la komunikado partnero, flanke kiu kompensi negativajn denseco en la polusa molekulo. Per anstataŭigo reagoj inkludas la reagon de formado de metilo alkoholo CH ₃ OH. En brommetane CH3Br breĉo molekulo estas heterolytic karaktero, la eroj ŝarĝitaj estas stabilaj. Methyl akiras pozitivan ŝarĝon kaj bromo - negativa: CH ₃ Br → CH ₃ ^{+ +} Br ^-; NaOH → Na ^{+ +} OH ^-; CH ₃ ^{+ +} OH ^- → CH ₃ OH, Na ^{+ +} Br ^- ↔ NaBr.

Electrophiles kaj nucleophiles

Eroj kiuj mankas elektronojn kaj povas akcepti ilin, estas nomataj "electrophiles." Ĉi tiuj estas karbono atomoj kunligitaj kun halogenaj en Fluorklorkarbonhidrogenaĵoj. Nucleophiles havas altan elektronika denseco, ili estas "viktimoj" de paro de elektronoj por krei covalente. La anstataŭigo reagoj riĉa negativaj ŝargoj estas atakitaj de nucleophiles electrophiles, deficiton de elektronoj. Tiu fenomeno estas asociita kun la movado de atomoj aŭ aliaj partikloj - lasante grupo. Alia vario de anstataŭigo reagoj - ataki la electrophile nucleófilo. Foje malfacile distingi inter la du procezoj, raportita al la anstataŭigo de unu aŭ la alia tipo, ĉar estas malfacile specifi ĝuste kia molekulo - substrato, kaj kiuj - reactivo. Kutime en tiaj kazoj, la jenaj faktoroj estas konsideritaj:

• la naturo de la lasi grupo;
• la reagemo de la nucleófilo;
• la naturo de la solida;
• la luas parton de la strukturo.

Nukleofila anstataŭigo (SN)

En la procezo de interago en la organika molekulo havas iris pliigante polarizo. En la ekvacioj de parta pozitiva aŭ negativa ŝarĝo estas indikita de la litero de la greka alfabeto. Polarizo komunikado donas indikon de la naturo de lia rompo kaj la estonteco konduto de "fragmentoj" de la molekulo. Ekzemple, atomo de karbono en iodomethane havas parta pozitiva ŝarĝo, ĝi estas electrophilic centro. Ĝi altiras la dipolo de la akvo, kie la oksigeno havas troon de elektronoj. En la reago de la electrophile kun nucleófilo estas formita metanol: CH ₃ I + _H2O → CH ₃ OH + HI. nukleofila anstataŭigo reagoj okazas kun la partopreno de ŝarĝita negative jono aŭ molekulo havanta liberan paro de elektronoj, kiu ne partoprenas en la kreo de kemia ligo. Aktivaj partopreno de iodomethane en SN _2-reago pro lia malfermo al nukleofila atako kaj jodo movebleco.

Electrophilic anstataŭigo (SE)

La organika molekulo povas ĉeesti nukleofila centro, kiu estas karakterizita de troo de elektronika denseco. Ĝi reagas kun la manko de negativaj ŝargoj electrophilic reactivo. Tiaj partikloj estas atomoj havanta liberan orbital molekulo kun porcioj de malkreskigita elektronika denseco. La natrio formate karbono havante zorge "-", estas reagis kun pozitiva parto de la akvo dipolo - hidrogeno CH ₃ Na + _H2O → CH ₄ + NaOH. La produkto de ĉi tiu reago, electrophilic anstataŭigo - metano. Kiam heterolytic reagoj interagi kontraŭe akuzis centroj de organikaj molekuloj, kiu donas al ili afinecon kun jonoj en kemio kemio. Ĝi devus ne preteratenti ke la konvertiĝo de organikaj kombinaĵoj estas malofte akompanita per la formado de ĉi tiuj katjonoj kaj anjonoj.

Unimolecular kaj bimolecular reagoj

La nukleofila anstataŭo estas monomolecular (SN1). Per ĉi tiu mekanismo, grava produkto fluas hidrolizo de organika sintezo - terciara butilo klorido. La unua stadio estas malrapida, ĝi estas rilata al progresema disociación en carbonium katjono kaj klorido anjono. La dua stadio estas pli rapida reago okazas carbonium jono kaj akvo. La ekvacio de la reakcio de anstataŭo de halogena en la alkano akiri hydroxy kaj primara alkoholo: (CH _{3) 3} C-Cl → (CH _{3) 3} C ^{+ +} Cl ^-; (CH _{3) 3} C ^{+ +} _H2O → (CH _{3) 3} C-OH ⁺ H +. Por unu-paŝo hidrolizo de primaraj kaj sekundaraj luas halogenuros karakterizita de samtempa detruo de karbono pro halogena kaj la formado de paro C-OH. Tiu nukleofila bimolecular anstataŭigo mekanismo (SN2).

Heterolytic mekanismo de anstataŭo

anstataŭigo mekanismo implikas la transporto de elektronoj, la kreo de intera kompleksoj. La reago daŭrigas pli rapide, des pli facile estas por tipa intermediateas por ŝi. Ofte la procezo iras en pluraj direktoj samtempe. La avantaĝo kutime ricevas la manieron en kiu la partikloj estas uzataj, postulante la malplej elspezo de energio por lia formado. Ekzemple, la ĉeesto de la duobla ligo pliigas la probablon de alilo katjono CH 2 = CH-CH ₂ ^+, kompare al la _CH3 ⁺ jono. La kialo kuŝas en la elektronika denseco de la multnombra ligo, kiu influas la delocalization de la pozitiva ŝarĝo, dissemitaj tra la tuta molekulo.

benzeno anstataŭigo reago

La grupo de organikaj komponaĵoj, kiuj karakterizas por electrophilic anstataŭigo - areno. Benzeno ringo - konvenan objekto por electrophilic atako. La procezo komencas komunikado kun la dua polarizo reactivo, tiel formante electrophile elektrona nubo apuda la benzeno ringo. La rezulto estas kompleksa transiro. Valora komunikado electrophilic partikloj kun unu el la atomoj de karbono ankoraŭ ne, ĝi altiris al la tuta negativa ŝarĝo "aromaj ses" elektronojn. En la tria paŝo de la procezo electrophile kaj unu ringo karbonatomo ligas komuna paro de elektronoj (covalente). Sed en ĉi tiu kazo, estas la detruo de la "aromaj ses", kiu estas desventajosa laŭ atingi stabilan daŭrigebla energio stato. Estas fenomeno kiu povas esti nomata "liberigo de protono." Ĝi estas disigita H ^+, rekuperante stalo komunikado sistemo, tipa Arènes. Flanko substanco konsistas hidrogeno katjono de benzeno ringon kaj la anjono de la dua reactivo.

Ekzemploj de anstataŭigo reagoj de organika kemio

Por alcanos speciale tipa anstataŭigo reago. Ekzemploj de electrophilic kaj nukleofila reagoj povas konduki al cycloalkanes kaj Arènes. Similaj reagoj en la molekuloj de organikaj substancoj estas sub normalaj kondiĉoj, sed kutime - kaj de hejtado en la ĉeesto de kataliziloj. Per komuna kaj bone studis procezoj inkludas electrophilic aromaj anstataŭigo. La plej grava reago de ĉi tiu tipo:

1. Nitración de benzeno kun acida nítrico en ĉeesto de H ₂ SUB ₄ - sekvas la skemon: C ₆ H ₆ → C ₆ H ₅ -No _2.
2. La kataliza halogenación de benzeno, speciale cloración, per la ekvacio: C ₆ H ₆ + Cl ₂ → C ₆ H ₅ Cl + HCl.
3. Aromaj sulfonation de benzeno procedas kun "fuming" sulfata acido, benzenesulfonic acido formiĝas.
4. Alquilación - anstataŭigo de la atomo de hidrogeno de la benzeno ringon al luas.
5. Acilación - la formado de cetonas.
6. Formylation - anstataŭigante hidrogeno en grupo CHO kaj la formado de aldehidoj.

Per anstataŭigo reagoj inkludas la reagon en alcanos kaj cycloalkanes kaj enhavis la halogenaj atakas havebla C-H ligo. Derivatization povas esti asociita kun anstataŭigo de unu, du aŭ ĉiuj el la hidrogeno atomoj en saturita hidrokarbonoj kaj cycloparaffins. Multaj el galogenoalkanov de malalta molekula pezo estas uzataj en la produktado de pli kompleksaj substancoj apartenantaj al malsamaj klasoj. La sukcesoj atingita en la studo de mekanismoj de anstataŭigo reagoj, donis potencan impulson al la disvolviĝo de sintezo surbaze de alcanos, Cyclo-stadio kaj halogenated hidrokarbonoj.