تفاعلات الاستبدال: الوصف والأمثلة المعادلة

العديد من تفاعل استبدال يفتح الطريق لإعداد مختلف المركبات بعد تطبيق الأداة. ويرد دورا كبيرا في العلوم الكيميائية وصناعة بدائل للإلكترونات ومحب النواة. في التركيب العضوي، وهذه العمليات لديها عدد من المزايا التي ينبغي أن يلاحظ.

مجموعة متنوعة من الظواهر الكيميائية. تفاعل استبدال

التغيرات الكيميائية المرتبطة مع تحول المسألة، عددا من ميزات مختلفة. قد تكون نتائج مختلفة، والتأثيرات الحرارية. بعض العمليات تسير حتى النهاية، وأنه يأتي في آخر الاتزان الكيميائي. تعديل وكلاء وغالبا ما يترافق ذلك عن طريق زيادة أو خفض درجة الأكسدة. في تصنيف الظواهر الكيميائية في النتائج النهائية لفت الانتباه إلى الاختلافات النوعية والكمية بين المواد المتفاعلة من المنتجات. هذه الميزات يمكن أن يكون المتميزة 7 أنواع من التفاعلات الكيميائية، بما في ذلك استبدال، انطلاقا فقا للمخطط: A-B-C A + C + B. وتسجيل مبسط لفئة كاملة من الظواهر الكيميائية يعطي فكرة أن من بين المواد الأولية هو ما يسمى ب "المهاجم "المستبدلة الجسيمات في الذرة الكاشف، مجموعة وظيفية أيون. وتفاعل استبدال هي من سمات المشبعة و الهيدروكربونات العطرية.

يمكن أن يحدث تفاعل استبدال في شكل مزدوج الصرف: A-B-C + E C + A-B-E. السلالة واحدة - النزوح، على سبيل المثال، والنحاس، والحديد من محلول كبريتات النحاس: كبريتات النحاس ₄ + الحديد = FeSO ₄ + النحاس. كما الجزيئات "الهجوم" يمكن أن تعمل الذرات أو الأيونات أو المجموعات الوظيفية

استبدال Homolytic (راديكالية، SR)

عندما آلية جذري زوج تمزق التساهمية الإلكترون المشتركة بين العناصر المختلفة وسيتم توزيعها بالتناسب بين "الشظايا" للجزيء. تكوين الجذور الحرة. هذا الاستقرار جسيم غير مستقر والذي يحدث نتيجة لردود الفعل اللاحقة. على سبيل المثال، في إعداد الإيثان من غاز الميثان تنتج الجذور الحرة تشارك في تفاعل استبدال: CH ₄ CH ₃ • + • H. CH ₃ • + • CH ₃ → C2H5. H • + • H → H2. انشقاق السندات Homolytic على آلية التشغيل الاستبدال هو سمة من الألكانات، فإن رد الفعل هو حرف السلسلة. يمكن استبدال ذرات غاز الميثان H تباعا الكلور. وبالمثل لتتفاعل مع البروم واليود ولكن غير قادر على استبدال مباشرة الألكانات الهيدروجين والفلور يتفاعل بقوة أيضا معهم.

السندات الانحلال الغيروي طريقة الانقسام

عندما آلية تفاعلات الاستبدال تدفق أيون، ويتم توزيع الإلكترونات بشكل غير متساو بين الجسيمات نشأت حديثا. الزوج ملزم من الإلكترونات يمتد على طول الطريق إلى واحدة من "شظايا"، في معظم الأحيان، إلى شريك الاتصالات، والجانب الذي يقابل الكثافة السلبية في الجزيء القطبي. بالتعويض تشمل ردود فعل رد فعل تشكيل ميثيل الكحول CH ₃ OH. في brommetane جزيء الفجوة CH3Br هو الطابع الانحلال الغيروي، الجسيمات المشحونة في حالة مستقرة. الميثيل يكتسب شحنة موجبة، وبرومو - سلبية: CH ₃ غرف → CH ⁺ ₃ ⁺ برازيلي ^-. هيدروكسيد الصوديوم → نا ^{+ +} OH ^-، CH ⁺ ₃ ⁺ OH ^- → CH ₃ OH. نا ^{+ +} برازيلي ^- ↔ NaBr.

إلكترونات ومحب للنواة

الجسيمات التي تفتقر الالكترونات ويمكن تقبلها، وتسمى "إلكترونات". هذه هي ذرات الكربون المستعبدين مع الهالوجينات في haloalkanes. محب للنواة لها كثافة الإلكترونات عالية، فهي "ضحايا" من زوج من الإلكترونات لإنشاء الرابطة التساهمية. وهاجم تفاعلات الاستبدال الشحنات السالبة الغنية التي كتبها محب للنواة إلكترونات، العجز من الالكترونات. ويرتبط بهذه الظاهرة مع حركة الذرات أو الجزيئات الأخرى - ترك المجموعة. صنف آخر من تفاعلات الاستبدال - هجوم النيوكليوفيل أليف الإلكترونات. من الصعب أحيانا التمييز بين العمليتين، ويشار إلى استبدال واحد أو نوع آخر، لأنه من الصعب تحديد بالضبط أي نوع من جزيء - الركيزة، والتي - كاشف. عادة في مثل هذه الحالات، والنظر في العوامل التالية:

• طبيعة مجموعة مغادرة.
• والتفاعل من النيوكليوفيل.
• طبيعة المذيب.
• الجزء ألكيل للهيكل.

استبدال محب للنواة (SN)

في عملية التفاعل في جزيء عضوي قد تزايد الاستقطاب. في المعادلات من تهمة إيجابية أو سلبية الجزئي دل عليه حرف من الأبجدية اليونانية. الاتصالات الاستقطاب يعطي مؤشرا على طبيعة التمزق والسلوك المستقبلي لل"شظايا" للجزيء. على سبيل المثال، ذرة الكربون في iodomethane لها شحنة موجبة الجزئي، وهو مركز للإلكترونات. لأنه يجذب ثنائي القطب من المياه، حيث الأكسجين لديها فائض من الإلكترونات. في رد فعل أليف الإلكترونات مع النيوكليوفيل يتم تشكيل الميثانول: CH ₃ I + H ₂ O → CH ₃ OH + مرحبا. تفاعلات الاستبدال أليفة النواة تجري بمشاركة أيون سالب الشحنة أو جزيء جود زوج الإلكترون الحر، التي لا تشارك في إنشاء الرابطة الكيميائية. المشاركة الفعالة للiodomethane في SN _{2-رد فعل} بسبب انفتاحها على الهجوم محب النواة والتنقل اليود.

استبدال إلكترونات (SE)

قد يكون جزيء عضوي الحالي وسط محب النواة، والتي تتميز عن وجود فائض من كثافة الإلكترونات. يتفاعل مع عدم وجود الشحنات السالبة كاشف إلكترونات. هذه الجسيمات هي ذرات وجود جزيء المداري الحرة مع أجزاء من انخفاض كثافة الإلكترونات. و فورمات الصوديوم الكربون وجود تهمة "-"، وتفاعلت مع جزء الإيجابي للثنائي القطب المياه - الهيدروجين: CH ₃ نا + H ₂ O → CH ₄ + هيدروكسيد الصوديوم. المنتج من هذا التفاعل، واستبدال إلكترونات - الميثان. عندما تتفاعل ردود فعل الانحلال الغيروي معاكس تهمة مراكز الجزيئات العضوية، والتي تتيح لهم تقارب مع الأيونات في الكيمياء غير العضوية المواد. لا ينبغي إغفال أن تحويل المركبات العضوية نادرا ما يرافقه تشكيل هذه الكاتيونات والأنيونات.

Unimolecular وردود الفعل ثنائي الجزيء

استبدال محب النواة هو أحادي الجزيء (SN1). بواسطة هذه الآلية، يتدفق منتج مهم التحلل من التركيب العضوي - التعليم العالي كلوريد بوتيل. المرحلة الأولى هي بطيئة، ويرتبط ذلك مع التفكك التدريجي في الموجبة carbonium وأنيون الكلوريد. المرحلة الثانية هي رد فعل أسرع يحدث أيون carbonium والماء. معادلة تفاعل إحلال الهالوجين في ألكان للحصول على الكحول هيدروكسي والابتدائي: (CH _{3) 3} C-كلور → (CH _{3) 3} C ^{+ +} الكلور ^-. (CH _{3) 3} C ^{+ +} H ₂ O → (CH _{3) 3} C-OH ⁺ H +. لخطوة واحدة التحلل من هاليدات الألكيل الابتدائية والثانوية التي تتميز الدمار في وقت واحد من الكربون بسبب الهالوجين وتشكيل الزوج C-OH. هذه الآلية أليفة النواة ثنائي الجزيء استبدال (SN2).

آلية الانحلال الغيروي الإحلال

وتتضمن آلية الاستبدال نقل الإلكترون، وإنشاء المجمعات وسيطة. رد فعل العائدات بسرعة أكبر، فمن الأسهل للسيطة نموذجية بالنسبة لها. في كثير من الأحيان عملية تسير في عدة اتجاهات في وقت واحد. ميزة عادة ما يحصل على الطريقة التي تستخدم الجزيئات، الأمر الذي يتطلب أقل النفقات من الطاقة اللازمة لتشكيلها. على سبيل المثال، فإن وجود رابطة ثنائية يزيد من احتمال وقوع الموجبة الأليل CH 2 = CH-CH ₂ ^+، مقارنة مع _CH3 ⁺ أيون. والسبب يكمن في كثافة الإلكترونات من السندات متعددة، مما يؤثر على عدم تمركز شحنة موجبة، موزعة على الجزيء بأكمله.

تفاعل استبدال البنزين

مجموعة من المركبات العضوية، التي تتميز استبدال إلكترونات - الساحة. حلقة البنزين - كائن مريحة للهجوم إلكترونات. تبدأ عملية التواصل مع كاشف الاستقطاب الثاني، وبالتالي تشكيل أليف الإلكترونات سحابة الإلكترون بجوار حلقة البنزين. والنتيجة هي مرحلة انتقالية معقدة. الاتصالات قيمة الجسيمات بالإلكترونات مع واحدة من ذرات الكربون ليس بعد، ينجذب إلى شحنة سالبة بأكمله "العطرية ستة" الإلكترونات. في الخطوة الثالثة من عملية أليف الإلكترونات واحدة ذرة الكربون حلقة تربط زوج مشترك من الإلكترونات (الرابطة التساهمية). ولكن في هذه الحالة، هو تدمير "العطرية ستة"، وهو غير ملائم من حيث تحقيق حالة مستقرة للطاقة المستدامة. هناك ظاهرة التي يمكن أن نطلق عليه "الإفراج عن بروتون". يتم تقسيم تشغيله H ^+، استعادة نظام الاتصالات مستقر، أرينية نموذجية. تتكون مادة جانبية الموجبة الهيدروجين من حلقة البنزين وأنيون من كاشف الثاني.

أمثلة على تفاعلات الاستبدال الكيمياء العضوية

لالألكانات خاصة نموذجي تفاعل استبدال. أمثلة من ردود الفعل بالإلكترونات وأليفة النواة يمكن أن يؤدي إلى ألكان حلقي وأرينية. ردود فعل مماثلة في جزيئات المواد العضوية تحت الظروف العادية، ولكن عادة - وعن طريق التسخين في وجود عوامل مساعدة. من خلال عمليات مشتركة ومدروسة تشمل استبدال العطرية إلكترونات. رد الفعل الأكثر أهمية من هذا النوع:

1. نترتة من البنزين مع حمض النيتريك في وجود H ₂ SO ₄ - يتبع مخطط: C ₆ H ₆ → C ₆ H ₅ تكن له _2.
2. والهلجنة الحفازة من البنزين، وخاصة الكلور، من خلال المعادلة التالية: C ₆ H ₆ + الكلورين ₂ → C ₆ H ₅ الكلور + حمض الهيدروكلوريك.
3. sulfonation العطرية من عائدات البنزين مع "دخن" حمض الكبريتيك، وحمض شكلت benzenesulfonic.
4. الألكلة - استبدال ذرة الهيدروجين من حلقة البنزين إلى الكيل.
5. أسيلة - تشكيل الكيتونات.
6. Formylation - استبدال الهيدروجين على مجموعة CHO وتشكيل الألدهيدات.

بالتعويض تشمل ردود الفعل رد الفعل في الألكانات وألكان حلقي، حيث الهالوجينات تهاجم متاح السندات C-H. قد تترافق مع اشتقاق استبدال واحد أو اثنين أو كل من ذرات الهيدروجين في الهيدروكربونات وcycloparaffins المشبعة. وتستخدم العديد من galogenoalkanov انخفاض الوزن الجزيئي في إنتاج المزيد من المواد المعقدة التي تنتمي إلى فئات مختلفة. النجاحات التي تحققت في دراسة آليات تفاعلات الاستبدال، أعطى دفعة قوية لتطوير التوليفات على أساس الألكانات، سيكلو-مرحلة والهيدروكربونات الهالوجينية.