Reagimet zëvendësimit: përshkrim, shembuj ekuacion

Shumë reaksion zëvendësimi hap rrugën për përgatitjen e përbërësve të ndryshme që kanë aplikim të shërbimeve. Një rol të madh në shkencë kimike dhe industria është dhënë zëvendësimin electrophilic dhe nukleofilik. Në sintezën organike, këto procese kanë një numër të karakteristika që duhet të theksohet.

Një shumëllojshmëri e fenomeneve kimike. reaksion zëvendësimi

Ndryshimet kimike lidhur me transformimin e materies, një numër i karakteristika të ndryshme. Mund të jenë rezultate të ndryshme, efekte termike; disa procese do të përfundojë, ajo vjen në tjetër ekuilibrit kimik. Modifikimi agjentëve ajo është e shoqëruar shpesh duke rritur ose ulur shkallën e oksidimit. Në klasifikimin e dukurive kimike në rezultatet e tyre përfundimtare të tërhequr vëmendjen për dallimet cilësore dhe sasiore në mes të reactants nga produktet. Këto karakteristika mund të dallohen 7 llojet e reaksioneve kimike, duke përfshirë zëvendësim, duke vazhduar sipas skemës: A-B-C A + C + B. Regjistrimi i thjeshtuar i një klasë të tërë të dukurive kimike jep një ide se në mesin e materialeve fillestare është e ashtuquajtura "sulmues "zevendesues grimcë në atomin reagent, ion grup funksional. Reaksion zëvendësimi është karakteristikë e ngopura dhe hidrokarbure aromatike.

reaksion zëvendësimi mund të shfaqet në formën e dyfishtë të shkëmbimit: A-B-C + E C + A- B-E. One specia - zhvendosje, p.sh., bakrit, hekur nga një tretësirë e sulfat bakri: CuSO ₄ + Fe = FeSO ₄ + Cu. Si grimcat "sulmi të" mund të veprojë atome, joneve ose grupet funksionale

zevendesimi Homolytic (radikale, SR)

Kur mekanizmi i radikal palë këputje kovalente elektronike është e zakonshme të elementeve të ndryshme do të shpërndahen në mënyrë proporcionale midis "fragmente" të molekulës. Formimi i radikaleve të lira. Ky stabilizim paqëndrueshme grimcë e cila ndodh si rezultat i reaksioneve të mëvonshme. Për shembull, ne pergatitjen e etan nga metan prodhuar radikalet e lira të përfshirë në reagim të zëvendësimit: CH _{4 CH3} • + • H; _CH3 • + • _CH3 → C2H5; H • + • H → H2. copëtim Homolytic bond në mekanizmin operativ të zëvendësimit është karakteristikë e alkane, reaksioni është një karakter zinxhir. Atomet metan H, mund të zëvendësohet rradhazi nga klori. Në mënyrë të ngjashme për të reaguar me bromine, jod, por nuk është në gjendje për të zëvendësuar direkt alkane hidrogjen, fluorit reagon shumë të fuqishëm me ta.

Metoda copëtim bond Heterolytic

Kur mekanizmi i reagimeve të zëvendësimit të rrjedhës ion, elektrone janë shpërndarë unevenly midis grimcave lindur rishtazi. Dyshja detyrueshme e elektroneve shtrihet gjatë gjithë rrugës për një nga "fragmente", më shpesh, për të partnerit të komunikimit, nga ana e cila kishte kompensuar densitetin negativ në molekulë polare. Me zëvendësim reaksione përfshijnë reaksionin e formimit të metil alkoolit _CH3 OH. Në brommetane molekulë hendeku CH3Br është karakteri heterolytic, grimcat e ngarkuara janë të qëndrueshme. Metil merr një ngarkesë pozitive dhe bromo - negativ: _CH3 Br → _CH3 ^{+ +} Br ^-; NaOH → Na ^{+ +} OH ^-; _CH3 ^{+ +} OH ^- → _CH3 OH; Na ^{+ +} Br ^- ↔ NaBr.

Electrophiles dhe nucleophiles

Grimcat që nuk kanë elektronet dhe mund të pranojë ato, janë quajtur "electrophiles." Këto janë atome karboni lidhura me halogjenë në haloalkanes. Nucleophiles kanë densitet të lartë elektron, ata janë "viktima" të një palë e elektroneve për të krijuar një lidhje kovalente. Reagimet zëvendësimit Akuzat pasur negative janë sulmuar nga nucleophiles electrophiles, deficit të elektroneve. Ky fenomen është i lidhur me lëvizjen e atomeve ose grimcave të tjera - duke lënë grupin. Një shumëllojshmëri e reaksioneve të zëvendësimit - sulm nukleofili electrophile. Ndonjëherë e vështirë për të dalluar në mes të dy proceseve, referuar zëvendësimin e një ose llojit tjetër, sepse është e vështirë të përcaktojë saktësisht se çfarë lloj molekule - substrate dhe të cilat - lakmusi. Zakonisht në raste të tilla, faktorët e mëposhtëm konsiderohen:

• natyra e grup qe largohet;
• reaktivitetin e nukleofili;
• natyra e tretës;
• pjesa alkil e strukturës.

zëvendësim nukleofilik (SN)

Në procesin e ndërveprimit në molekulë organike është rritur polarizimin. Në ekuacionet e ngarkuar pjesshme pozitiv apo negativ është treguar nga letra e alfabetit grek. Komunikimi polarizimi jep një tregues të natyrës së këputje të saj dhe sjelljen e ardhshëm të "fragmente" të molekulës. Për shembull, një atom të karbonit në iodomethane ka një pagesë të pjesshme pozitive, ajo është një qendër electrophilic. Ajo tërheq dipole e ujit, ku oksigjeni ka një tepricë e elektroneve. Në reagimin e electrophile me një nukleofili është formuar metanol: _CH3 I + H ₂ O → _CH3 OH + HI. Reagimet nukleofilike zëvendësimit të zhvillohet me pjesëmarrjen e një jon ngarkuar negativisht ose molekulë që ka një palë e lirë elektron, i cili nuk merr pjesë në krijimin e një lidhje kimike. Pjesëmarrja aktive e iodomethane në SN _2-reagim për shkak të hapjes së saj ndaj sulmit nukleofilike dhe lëvizshmërisë jodit.

zevendesimi electrophilic (SE)

Molekula organike mund të jenë të pranishëm qendër nukleofilike, e cila karakterizohet nga një tepricë të densitetit elektronike. Ajo reagon me mungesën e ngarkesave negative lakmusi electrophilic. grimcat e tillë janë atome që kanë molekulë pa syrit me pjesë të densitetit reduktuar elektronike. The formate sodium karbon duke pasur ngarkuar "-", është në reaksion me një pjesë pozitive të dipole ujë - hidrogjen: _CH3 Na + H ₂ O → CH ₄ + NaOH. Produkt i këtij reagimi, zëvendësimi electrophilic - metan. Kur reagimet heterolytic bashkëveprojnë akuzuar oppositely qendra të molekulave organike, e cila u jep atyre afinitet me joneve në substanca inorganike kimi. Ajo nuk duhet të neglizhohet se konvertimi i komponimeve organike është shoqëruar rrallë nga formimi i këtyre meve dhe anione.

Unimolecular dhe reagimet bimolecular

Zëvendësimi nukleofilike eshte monomolecular (SN1). Nga ky mekanizëm, një produkt i rëndësishëm rrjedh hidrolizës së sinteza organike - klorur terciar butyl. faza e parë është e ngadalshme, ajo është e lidhur me veçimit progresiv në carbonium kation dhe një anion klorur. Faza e dytë është një reagim i shpejtë ndodh jon carbonium dhe ujë. Ekuacionin i reaksionit të zëvendësimit të halogjen në alkane për të marrë alkool hidroksi dhe primare: _{(CH3) 3} C-Cl → _{(CH3) 3} C ^{+ +} Cl ^-; _{(CH3) 3} C ^{+ +} H ₂ O → _{(CH3) 3} C-OH ⁺ H +. Për një hap i hidrolizës halogjeneve primare dhe sekondare alkil karakterizuar nga shkatërrimin e njëkohshëm të karbonit shkak të halogjen dhe formimin e palë C-OH. Ky mekanizëm nukleofilike bimolecular zëvendësimit (SN2).

mekanizmi Heterolytic e zëvendësimit

Mekanizmi zëvendësimi përfshin transferimin elektron, krijimi i komplekseve të ndërmjetme. Reagimi vazhdon më shpejt, aq më e lehtë është për intermediates tipike për të. Shpesh procesi është duke shkuar në disa drejtime në të njëjtën kohë. Avantazhi zakonisht merr mënyrën në të cilën grimcat janë përdorur, që kërkon së paku shpenzimet e energjisë për formimin e saj. Për shembull, prezenca e nje lidhje dyshe rrit mundësinë e një kation alil CH2 = _^CH-CH2-+, krahasuar me _CH3 ⁺ jonit. Arsyeja qëndron në dendësinë elektronike të bonove të shumëfishtë, e cila ndikon në delocalization të ngarkuar pozitiv, të shpërndara në të gjithë molekulë.

benzene reaksion zëvendësimi

Grupi i komponimeve organike, të cilat janë të karakterizuara nga zëvendësim elektrofilik - arena. Benzol unazë - një objekt të përshtatshëm për sulm electrophilic. Fillon procesi komunikimin me reagent dytë polarizimi, duke formuar electrophile re të elektron ngjitur unazë benzen. Rezultati është një tranzicioni kompleks. komunikimit vlefshme particles elektrofilik me një prej atomeve te karbonit nuk akoma, ajo është tërhequr në të gjithë ngarkuar negativ "aromatike gjashtë" elektronesh. Në hapin e tretë të procesit electrophile dhe nje atomi karboni unazor lidh një palë të përbashkët elektroneve (lidhje kovalente). Por në këtë rast, është shkatërrimi i "aromatike gjashtë", e cila është e pafavorshme në kuptimin e arritjes së një shtet të qëndrueshëm të qëndrueshëm të energjisë. Nuk është një fenomen që mund të quhet një "lirimin e një proton." Ajo është e ndarë off H ^+, shërohet një sistem të qëndrueshëm të komunikimit, Arenes tipike. substance anësor përbëhet jonet hidrogjen të unazës benzen dhe anion nga reagent të dytë.

Shembuj të reaksioneve zëvendësimin e kimisë organike

Për alkane reagim sidomos tipike zëvendësimit. Shembuj të reaksioneve electrophilic dhe nukleofilike mund të çojë në cycloalkanes dhe Arenes. reagime të ngjashme në molekulat e substancave organike janë në kushte normale, por zakonisht - dhe me ngrohje në prani të katalizatorëve. Nga proceset e përbashkëta dhe të studiuar mirë të përfshijë zëvendësimin electrophilic aromatike. Reagimi më i rëndësishëm i këtij lloji:

1. Azotizim e benzenit me acid nitrik ne pranine e H ₂ SO ₄ - vijon skemën: C _{6H 6} → _C6 H _{5 -NO2.}
2. Halogenation katalitik e benzenit, veçanërisht klorinimit, nga ekuacionit: C ₆ H ₆ + Cl ₂ → _C6 H ₅ Cl + HCl.
3. sulfonation aromatik i produkteve benzenit me "fuming", acid sulfurik, acid benzensulfonik janë formuar.
4. Alkilimin - zëvendësimi i atom hidrogjeni nga unaze benzen në alkil.
5. Acylation - formimi i ketoneve.
6. Formilimit - zëvendësuar një hidrogjen në një grup CHO dhe formimin e aldehidet.

Me zëvendësim reaksione përfshijnë reaksionin në alkane dhe cycloalkanes, ku halogjenet sulmojnë dispozicion lidhje C-H. Derivimi mund të jetë i lidhur me një zëvendësim të një, dy ose të gjitha atomet e hidrogjenit në hidrokarbure të ngopura dhe cycloparaffins. Shumë nga galogenoalkanov e peshë të ulët molekulare janë përdorur në prodhimin e substancave më komplekse që i përkasin klasave të ndryshme. Sukseset e arritura në studimin e mekanizmave të reaksioneve të zëvendësimit, i dha një shtysë të fuqishme për zhvillimin e sintezat në bazë të alkane, cyclo-fazë dhe hidrokarbure halogjene.