Phản ứng thế: mô tả, ví dụ phương trình

Nhiều phản ứng thế mở đường cho việc chuẩn bị của các hợp chất khác nhau có ứng dụng tiện ích. Một vai trò rất lớn trong khoa học hóa học và công nghiệp được đưa ra thay thế electrophin và ái nhân. Trong tổng hợp hữu cơ, các quá trình này có một số tính năng mà cần lưu ý.

Một loạt các hiện tượng hóa học. phản ứng thế

thay đổi hóa học liên quan đến sự biến đổi của vật chất, một số tính năng khác nhau. Có thể kết quả khác nhau, hiệu ứng nhiệt; một số quy trình sẽ hoàn thành, nó đi kèm trong khác cân bằng hóa học. Sửa đổi đại lý nó thường được đi kèm bằng cách tăng hoặc giảm mức độ oxy hóa. Trong việc phân loại các hiện tượng hóa học trong kết quả cuối cùng của họ chú ý đến sự khác biệt và định lượng giữa các chất phản ứng từ các sản phẩm. Trên những cơ sở có thể được xác định 7 loại phản ứng hóa học, bao gồm thay thế, sắp tới theo kế hoạch này: A-B + C A C + V. Việc ghi đơn giản hóa của toàn bộ một lớp các hiện tượng hóa học đưa ra một dấu hiệu cho thấy một thực tế rằng trong số các nguyên liệu ban đầu là cái gọi là "cuộc tấn công "nhóm thế hạt trong nguyên tử chất phản ứng, ion nhóm chức năng. Các phản ứng thế là đặc trưng của bão hòa và aromatic hydrocarbons.

phản ứng thế có thể xảy ra theo hình thức đôi trao đổi: A-B-C + E C + A-B-E. Một phân loài - dịch chuyển, ví dụ, đồng, sắt từ một dung dịch đồng sunfat: CuSO ₄ + Fe = FeSO ₄ + Cu. Là "tấn công" các hạt có thể hoạt động nguyên tử, các ion hoặc các nhóm chức năng

thay Homolytic (triệt để, SR)

Khi cơ chế cặp vỡ kết cộng hóa trị điện tử cực đoan được phổ biến đến các yếu tố khác nhau sẽ được phân phối tương ứng giữa các "mảnh vỡ" của phân tử. Hình thành các gốc tự do. ổn định này hạt không ổn định mà xảy ra như là kết quả của phản ứng tiếp theo. Ví dụ, trong việc chuẩn bị của etan từ mêtan tạo ra các gốc tự do tham gia vào các phản ứng thế: CH ₄ CH ₃ • + • H; CH ₃ • + • CH ₃ → C2H5; H • + • H → H2. Cầu nối được tách Homolytic về cơ chế hoạt động của thay là đặc trưng của ankan, phản ứng là một nhân vật chuỗi. Các nguyên tử mêtan H có thể được liên tiếp thay thế bằng clo. Tương tự như vậy để phản ứng với brom, iot nhưng không thể trực tiếp thay thế alkan hydro, flo phản ứng quá mạnh mẽ với họ.

phương pháp tách từ trái phiếu Heterolytic

Khi cơ chế phản ứng thế dòng chảy ion, electron được phân bố không đều giữa các hạt mới phát sinh. Các cặp ràng buộc của các electron kéo dài tất cả các cách để một trong những "mảnh vỡ", thường xuyên nhất, để các đối tác truyền thông, phía mà đã bù đắp mật độ tiêu cực trong phân tử cực. Bằng cách thay thế các phản ứng bao gồm các phản ứng về sự hình thành của methyl alcohol CH ₃ OH. Trong brommetane phân tử khoảng cách CH3Br là nhân vật heterolytic, các hạt tích điện ổn định. Methyl mua lại một điện tích dương, và Bromo - tiêu cực: CH ₃ Br → CH ₃ ^{+ +} Br ^-; NaOH → Na ^{+ +} OH ^-; CH ₃ ^{+ +} OH ^- → CH ₃ OH; Na ^{+ +} Br ^- ↔ NaBr.

Các ion và nucleophiles

Hạt thiếu electron và có thể chấp nhận chúng, được gọi là "các ion." Đây là những nguyên tử carbon ngoại quan với halogen trong haloalkanes. Nucleophiles có mật độ electron cao, họ là "nạn nhân" của một cặp electron để tạo ra một liên kết cộng hóa trị. Các phản ứng thế giàu điện tích âm bị tấn công bởi các ion nucleophiles, thâm hụt ngân sách của các electron. Hiện tượng này có liên quan đến sự chuyển động của các nguyên tử hoặc các hạt khác - rời nhóm. Một loạt các phản ứng thế - tấn công nucleophin electrophile. Đôi khi rất khó để phân biệt giữa hai quy trình, gọi việc thay thế một hoặc các loại khác, bởi vì rất khó để xác định chính xác những loại phân tử - bề mặt, và đó - thuốc thử. Thông thường trong trường hợp này, các yếu tố sau đây được coi:

• bản chất của nhóm ra;
• các phản ứng của tác nhân nucleophin;
• bản chất của dung môi;
• phần alkyl của cấu trúc.

thay thế ái nhân (SN)

Trong quá trình tương tác trong các phân tử hữu cơ có được tăng phân cực. Trong các phương trình của điện tích dương hoặc âm một phần được chỉ định bởi các chữ cái của bảng chữ cái Hy Lạp. truyền thông phân cực đưa ra một dấu hiệu cho thấy bản chất của vỡ của nó và các hành vi tương lai của "mảnh vỡ" của phân tử. Ví dụ, một nguyên tử cacbon trong iodomethane có một điện tích dương một phần, nó là một trung tâm electrophin. Nó thu hút sự lưỡng cực của nước, nơi mà oxy có dư thừa của các electron. Trong phản ứng của các electrophile với một tác nhân nucleophin được hình thành methanol: CH ₃ I + H ₂ O → CH ₃ OH + HI. phản ứng thế ái nhân diễn ra với sự tham gia của một ion tích điện âm hoặc phân tử có một cặp electron tự do, mà không tham gia vào việc tạo ra một liên kết hóa học. tham gia tích cực của iodomethane trong SN _{2 phản ứng} do sự cởi mở của nó để tấn công ái và tính di động i-ốt.

thay electrophin (SE)

Các phân tử hữu cơ có thể có mặt ái nhân trung tâm, được đặc trưng bởi sự dư thừa của mật độ electron. Nó phản ứng với việc thiếu điện tích âm electrophin thuốc thử. hạt như vậy là các nguyên tử có phân tử quỹ đạo miễn phí với một phần của mật độ electron giảm. Các natri formate carbon có phí "-", phản ứng với một phần tích cực của lưỡng cực nước - hydro: CH ₃ Na + H ₂ O → CH ₄ + NaOH. Các sản phẩm của phản ứng này, thay thế electrophin - mêtan. Khi phản ứng heterolytic tương tác tích điện trái dấu trung tâm của các phân tử hữu cơ, mang đến cho họ mối quan hệ với các ion trong hóa học các chất vô cơ. Nó không nên bỏ qua mà việc chuyển đổi các hợp chất hữu cơ được hiếm khi kèm theo sự hình thành của các cation và anion.

Unimolecular và phản ứng bimolecular

Việc thay thế ái nhân là monomolecular (SN1). Bởi cơ chế này, một sản phẩm quan trọng chảy thủy phân của tổng hợp hữu cơ - đại học butyl clorua. Giai đoạn đầu tiên là chậm, nó gắn liền với phân ly tiến vào carbonium cation và một anion chloride. Giai đoạn thứ hai là một phản ứng nhanh hơn xảy ra ion carbonium và nước. Phương trình của phản ứng thay thế của halogen trong ankan để có được rượu hydroxy và tiểu học: (CH _{3) 3} C-Cl → (CH _{3) 3} C ^{+ +} Cl ^-; (CH _{3) 3} C ^{+ +} H ₂ O → (CH _{3) 3} C-OH ⁺ H +. Đối với một bước thủy phân halogenua alkyl tiểu học và trung đặc trưng bởi sự phá hủy đồng thời của carbon do halogen và sự hình thành của cặp C-OH. Cơ chế này ái nhân bimolecular thay thế (SN2).

cơ chế Heterolytic thay thế

cơ chế thay thế liên quan đến việc chuyển giao điện tử, việc tạo ra các phức hợp trung gian. Phản ứng tiến hành nhanh hơn, dễ dàng hơn nó là dành cho trung gian điển hình cho cô ấy. Thông thường quá trình này đang diễn ra ở nhiều hướng khác nhau cùng một lúc. Ưu điểm thường được cách thức mà các hạt được sử dụng, yêu cầu chi tiêu tối thiểu năng lượng cho sự hình thành của nó. Ví dụ, sự hiện diện của một liên kết đôi tăng khả năng của một cation allyl CH 2 = CH-CH ₂ ^+, so với _CH3 ⁺ ion. Lý do nằm ở mật độ electron của trái phiếu nhiều, ảnh hưởng tới delocalization của điện tích dương, phân tán trên toàn bộ phân tử.

phản ứng thế benzen

Các nhóm hợp chất hữu cơ, được đặc trưng bằng cách thay thế electrophin - đấu trường. vòng benzen - một đối tượng thuận lợi cho việc tấn công electrophin. Quá trình này bắt đầu giao tiếp với thuốc thử phân cực thứ hai, từ đó hình thành đám mây electron electrophile liền kề vòng benzen. Kết quả là một quá trình chuyển đổi phức tạp. thông tin liên lạc có giá trị hạt electrophin với một trong các nguyên tử carbon chưa, nó được thu hút cho toàn bộ điện tích âm "thơm sáu" electron. Trong bước thứ ba của electrophile quá trình và một nguyên tử cacbon liên kết với vòng một cặp chung của electron (liên kết hóa trị). Nhưng trong trường hợp này, là sự hủy diệt của "thơm sáu", đó là bất lợi về việc đạt được một trạng thái năng lượng bền vững ổn định. Có một hiện tượng có thể được gọi là một "phiên bản của một proton." Nó được tách ra H ^+, phục hồi một hệ thống thông tin liên lạc ổn định, Arenes điển hình. chất Side bao gồm hydro cation của một vòng benzen và các anion từ thuốc thử thứ hai.

Các ví dụ về phản ứng thế của hóa học hữu cơ

Đối với ankan phản ứng thế đặc biệt điển hình. Các ví dụ về phản ứng electrophin và ái nhân có thể dẫn đến cycloancan và Arenes. phản ứng tương tự trong các phân tử của chất hữu cơ là trong điều kiện bình thường, nhưng thường - và bằng cách nung nóng trong sự hiện diện của chất xúc tác. Bằng quy trình chung và cũng nghiên cứu bao gồm thay thơm electrophin. Phản ứng quan trọng nhất của loại hình này:

1. Nitrat hóa của benzen với axit nitric trong sự hiện diện của H ₂ SO ₄ - sau chương trình: C ₆ H ₆ → C ₆ H ₅ -Không _2.
2. Các halogen hóa xúc tác của benzen, đặc biệt là clo, theo công thức: C ₆ H ₆ + Cl ₂ → C ₆ H ₅ Cl + HCl.
3. sulfonation thơm số tiền thu được benzen với "bốc khói" axit sulfuric, axit benzenesulfonic được hình thành.
4. Alkyl hóa - thay thế các nguyên tử hydro từ vòng benzen để alkyl.
5. Acyl hóa - sự hình thành của xeton.
6. Formylation - thay thế một hydro trên một nhóm CHO và sự hình thành của aldehyt.

Bằng cách thay thế các phản ứng bao gồm các phản ứng trong alkan và cycloancan, trong đó halogen tấn công có sẵn trái phiếu C-H. Dẫn suất có thể được liên kết với sự thay thế của một, hai hoặc tất cả các nguyên tử hydro trong hydrocarbon bão hòa và cycloparaffins. Nhiều người trong số galogenoalkanov trọng lượng phân tử thấp được sử dụng trong việc sản xuất các chất phức tạp hơn thuộc lớp khác nhau. Những thành công đã đạt được trong việc nghiên cứu cơ chế phản ứng thế, đã đưa ra một động lực mạnh mẽ cho sự phát triển của quá trình tổng hợp trên cơ sở của ankan, cyclo-sân khấu và hydrocarbon halogen.