Պատվերի ռեակցիաներ: նկարագրություն, հավասարման օրինակները

Շատերը փոխարինում արձագանքը ճանապարհ է բացում դեպի պատրաստման տարբեր միացությունների ունեցող կոմունալ դիմումը. Հսկայական դեր է քիմիական գիտության եւ արդյունաբերության տրվում electrophilic եւ nucleophilic փոխարինումը: Օրգանական սինթեզ, այդ գործընթացները պետք է մի շարք առանձնահատկություններ, որոնք պետք է նշել:

Մի շարք քիմիական երեւույթների: փոխարինում արձագանքը

Քիմիական փոփոխությունները կապված վերափոխման հարցում, մի շարք տարբեր հատկանիշների. Կարող են լինել տարբեր արդյունքները, ջերմային ազդեցությունները. որոշ գործընթացներ են գնում է ավարտել, դա գալիս է այլ քիմիական հավասարակշռությունը. Ձեւափոխման գործակալների այն հաճախ ուղեկցվում է ավելացման կամ նվազեցման աստիճանը օքսիդացում. Դասակարգման մեջ քիմիական երեւույթների իրենց վերջնական արդյունքների ուշադրություն հրավիրել որակական եւ քանակական տարբերությունների միջեւ reactants է ապրանքների. Այս հատկանիշները կարող են լինել վաստակաշատ 7 տեսակի քիմիական ռեակցիաների, այդ թվում, փոխարինման, ելնելով, ըստ սխեմայի: A-B-C A + C + Բ պարզեցված ձայնագրության մի ամբողջ դասի քիմիական երեւույթների է տալիս այն միտքը, որ թվում է ելանյութերի որ, այսպես կոչված, «հարձակվող «մասնիկը substituent է ռեագենտ ատոմի, իոնային ֆունկցիոնալ խումբ. Փոխարինելն արձագանքը բնորոշ է հագեցած եւ արոմատիկ ածխաջրածինների:

փոխարինում արձագանքը կարող է առաջանալ ձեւով կրկնակի փոխանակման A-B-C + E C + A-B-Էլ. One ենթատեսակ - Տեղահանումը, օրինակ, պղնձի, երկաթի մի լուծման պղնձի սուլֆատային: CuSO ₄ + Fe = FESO ₄ + Cu. Քանի որ «հարձակվում» մասնիկները կարող են հանդես գալ ատոմների, իոններ կամ ֆունկցիոնալ խմբեր

Homolytic փոխարինում (արմատական, SR)

Երբ մեխանիզմը արմատական բեկում covalent էլեկտրոն զույգ տարածված է տարբեր տարրերի կլինի համամասնորեն բաշխվում միջեւ «բեկորները» է մոլեկուլ: Ձեւավորումը ազատ ռադիկալների. Այս անկայուն մասնիկը կայունացման որը տեղի է ունենում հետեւանքով հետագա ռեակցիաների. Օրինակ, նախապատրաստման ethane մեթան արտադրել ազատ ռադիկալների ներգրավված են փոխարինող ռեակցիայի: CH ₄ CH ₃ • + • H; CH ₃ • + • CH ₃ → C2H5. H • + • H → H2: Homolytic պարտատոմսերի հերձում օպերացիոն մեխանիզմի փոխարինման բնորոշ alkanes, որ արձագանքը մի շղթա է բնույթ. Այն մեթան H ատոմների կարող է հաջորդաբար փոխարինվել քլորով: Նմանապես արձագանքել Բրոմ, յոդ, բայց ի վիճակի չէ ուղղակիորեն փոխարինել ջրածնի ալկաններ, Ֆտոր արձագանքում շատ ակտիվորեն նրանց հետ:

Heterolytic պարտատոմսերի հերձում մեթոդը

Երբ մեխանիզմը իոնային հոսքի փոխարինող ռեակցիաների, էլեկտրոնները են անհավասարաչափ բաշխվում մասնիկների նոր առաջացել: Պարտադիր զույգ էլեկտրոնների տարածվում է բոլոր ճանապարհը դեպի մեկի «բեկորները», առավել հաճախ, ինչպես նաեւ կապի գործընկեր, այն կողմը, որն էր օֆսեթ բացասական խտության բեւեռային մոլեկուլ: Ըստ փոխարինման ռեակցիաներ ներառում արձագանքը ձեւավորման մեթիլ սպիրտ CH ₃ OH: Ի brommetane CH3Br բացը մոլեկուլ է heterolytic բնավորությունը, լիցքավորված մասնիկները կայուն են: Մեթիլ ձեռք է բերում դրական լիցք, եւ Bromo - բացասական: CH ₃ Br → CH ₃ ^{+ +} Br ^-; NaOH → Na ^{+ +} OH ^-; CH ₃ ^{+ +} OH ^- → CH ₃ OH. Na ^{+ +} Br ^- ↔ NaBr.

Electrophiles եւ nucleophiles

Մասնիկներ, որոնք չունեն էլեկտրոնները եւ կարող է ընդունել դրանք, կոչվում են «electrophiles»: Սրանք ածխածնի ատոմների Խճճված հետ հալոգեններից ի haloalkanes. Nucleophiles ունեն բարձր էլեկտրոն խտությունը, որ նրանք «զոհերը» մի զույգ էլեկտրոնների ստեղծելու covalent պարտատոմսի. Փոխարինելն ռեակցիաներ մեծահարուստները բացասական լիցքերից ենթարկվում nucleophilic հարձակումը electrophiles, դեֆիցիտ էլեկտրոնների: Այս երեւույթը կապված շարժման ատոմների կամ այլ մասնիկների - թողնելով խումբ. Մեկ այլ տարատեսակ փոխարինող ռեակցիաների - հարձակվել է electrophile nucleophile: Երբեմն դժվար է տարբերակել, երկու գործընթացների, անդրադարձել է փոխարինման մեկի կամ մյուս տեսակի, որովհետեւ դժվար է ճշտել, թե ինչ մոլեկուլ - substrate, եւ որը `հակազդակ: Սովորաբար նման դեպքերում, հետեւյալ գործոնները են համարվում:

• բնույթը հեռացող խմբի.
• որ առաջացրած է nucleophile.
• բնույթը վճարունակ.
• որ alkyl մասը կառուցվածքի:

Nucleophilic փոխարինում (SN)

Ի գործընթացում փոխգործակցության օրգանական մոլեկուլ ունի արդեն աճում է բեւեռացման: Ի հավասարումների մասնակի դրական կամ բացասական լիցքերի նշվում է նամակում, հունական այբուբենի. Բեւեռացումը կապի տալիս է ցուցում բնության իր պատռել եւ հետագա վարքագծի «բեկորները» է մոլեկուլ: Օրինակ, ածխածնի ատոմ iodomethane ունի մասնակի դրական լիցք, որ դա electrophilic կենտրոն: Այն գրավում երկբեւեռ ջրի, որտեղ թթվածնի ունի գերազանցող էլեկտրոնների: Ի արձագանքը electrophile հետ nucleophile ձեւավորվում է մեթանոլի: CH ₃ I + H ₂ O → CH ₃ OH + HI: nucleophilic փոխարինող ռեակցիաներ տեղի են ունենում մասնակցությամբ բացասաբար գանձվում իոնային կամ մոլեկուլ ունեցող ազատ էլեկտրոնների զույգ, որը չի մասնակցել ստեղծմանը քիմիական պարտատոմսի. Ակտիվ մասնակցությունը iodomethane ի SN _{2-ռեակցիայի} շնորհիվ իր հրապարակայնությամբ դեպի nucleophilic հարձակման եւ յոդ շարժունության.

Electrophilic փոխարինում (SE)

Օրգանական մոլեկուլ կարող են ներկա լինել nucleophilic կենտրոն, որը բնութագրվում է չափից ավելի էլեկտրոն խտության: Այն արձագանքում բացակայության բացասական մեղադրանքների electrophilic ռեագենտ: Նման մասնիկները ատոմներ, որոնք ունեն ազատ ուղեծրային մոլեկուլ չափաբաժիններով կրճատվել էլեկտրոն խտության: The նատրիումի formate ածխածնի ունեցող մեղադրանքը », -», որը արձագանքեց դրական մասում ջրի dipole - ջրածնի: CH ₃ Na + H ₂ O → CH ₄ + NaOH: The արտադրանքը Այս ռեակցիայի, electrophilic փոխարինում - մեթանային. Երբ heterolytic ռեակցիաներ են փոխազդել Հակառակ գանձվում կենտրոններ օրգանական մոլեկուլների, որը հնարավորություն է տալիս նրանց կապակցությունխնամություն իոնների անօրգանական նյութերի քիմիայի. Այն չպետք է անտեսել, որ դարձի օրգանական միացությունների հազվադեպ է ուղեկցվում ձեւավորման այդ կատիոնների եւ anions:

Unimolecular եւ bimolecular ռեակցիաներ

Որ nucleophilic փոխարինումը է monomolecular (SN1): Ըստ այս մեխանիզմի, կարեւոր արտադրանքի հոսքերը հիդրոլիզի օրգանական սինթեզի - Մասնագիտական butyl քլորիդ. Առաջին փուլը դանդաղ, դա կապված է առաջադեմ բաժանում մեջ carbonium cation եւ քլորիդ anion: Երկրորդ փուլը արագ ռեակցիա է տեղի ունենում carbonium Ion եւ ջուր. Հավասարությունը արձագանքի փոխարինման halogen է alkane ստանալու hydroxy եւ հիմնական ալկոհոլ (CH _{3) 3} C-Cl → (CH _{3) 3} C ^{+ +} Cl ^-; _{(CH, 3) 3} C ^{+ +} H ₂ O → _{(CH, 3) 3} C-OH ⁺ H +. Համար մեկ քայլ հիդրոլիզի առաջնային եւ երկրորդային Alkyl հալոգենիդների բնութագրվում է միաժամանակյա ոչնչացման ածխածնի պատճառով halogen եւ ձեւավորման զույգ C-OH: Այս nucleophilic bimolecular փոխարինումը մեխանիզմ (SN2):

Heterolytic մեխանիզմը փոխարինման

փոխարինում մեխանիզմը ներառում է էլեկտրոնային փոխանցում, ստեղծումը միջանկյալ համալիրների. Արձագանքը բխում ավելի արագ, այնքան ավելի հեշտ է տիպիկ միջանկյալ նրա համար: Հաճախ այդ գործընթացը շարունակվում է մի քանի ուղղություններով միաժամանակ. Առավելությունն այն սովորաբար ստանում այն ճանապարհը, որի մասնիկները օգտագործվում են, պահանջում է նվազագույն ծախսերը էներգիայի դրա կայացմանը: Օրինակ, ներկայությունը մի կրկնակի պարտատոմսի մեծացնում է հավանականությունը, որ allyl cation CH 2 = CH-CH ₂ ^{+ համեմատ} _CH3 ⁺ իոնի: Պատճառը կայանում է էլեկտրոնների խտության բազմակի պարտատոմսի, որը ազդում է delocalization դրական մեղադրանքի, ցրված ամբողջ մոլեկուլ:

բենզոլի փոխարինում արձագանքը

Խումբը, օրգանական միացությունների, որոնք բնութագրվում են electrophilic փոխարինելու ասպարեզ. Բենզոլի օղակաձեւ - հարմար օբյեկտ է electrophilic հարձակման. Գործընթացը սկսվում շփումը երկրորդ բեւեռացման հակազդակ, դրանով իսկ ձեւավորելով electrophile էլեկտրոնային ամպ հարակից անհրաժեշտ բենզինը մատանին: Արդյունքն ակնառու է, մի համալիր անցումային. Արժեքավոր կապի electrophilic մասնիկները մեկի հետ ածխածնի ատոմների չէ դեռ, դա գրավում է ամբողջ բացասական լիցքերի «անուշաբույր վեց» էլեկտրոնների: Ի երրորդ քայլ գործընթացի electrophile եւ մեկ օղակաձեւ ածխածնի ատոմ կապում է ընդհանուր զույգ էլեկտրոնների (covalent պարտատոմսերի): Բայց այս դեպքում, այն է, որ ոչնչացումը «անուշաբույր վեցնյակի», որը ոչ շահավետ տեսանկյունից հասնելու կայուն կայուն էներգիայի պետություն: Կա մի երեւույթ է, որը կարելի է անվանել «ազատ է պրոտոնների»: Այն անջատվել H ^+, վերականգնվում է կայուն կապի համակարգ, բնորոշ arenes: Կողմը նյութ կազմում ջրածնի Cation մի բենզոլ ռինգ եւ anion է երկրորդ ռեակտիվ.

Օրինակներ փոխարինման ռեակցիաների օրգանական քիմիայի

Համար ալկանները հատկապես բնորոշ փոխարինող արձագանքը. Օրինակներ electrophilic եւ nucleophilic ռեակցիաների կարող է հանգեցնել cycloalkanes եւ arenes. Նմանատիպ ռեակցիաներ են մոլեկուլների օրգանական նյութերի տակ են նորմալ պայմաններում, բայց սովորաբար եւ ջեռուցման ներկայությամբ կատալիզատորների: Ըստ ընդհանուր եւ լավ ուսումնասիրված գործընթացների ներառել electrophilic անուշաբույր փոխարինումը: Առավել կարեւոր արձագանքն այս տեսակի:

1. Nitration բենզինը հետ ազոտական թթու ներկայությամբ H ₂ SO ₄ - հետեւում է սխեման: C ₆ H ₆ → C ₆ H ₅ - No _2:
2. Կատալիտիկ halogenation բենզինը, հատկապես chlorination, ըստ հավասարման C ₆ H ₆ + Cl ₂ → C ₆ H ₅ Cl + HCl.
3. Արոմատիկ sulfonation բենզինը հասույթի հետ «fuming» ծծմբական թթու, benzenesulfonic թթու են ձեւավորվում:
4. Alkylation - փոխարինում է ջրածնինը է բենզոլ ռինգ Alkyl.
5. Acylation - ձեւավորումը ketones:
6. Formylation - փոխարինելու ջրածին է մի խումբ CHO եւ ձեւավորման Ալդեհիդներ:

Ըստ փոխարինման ռեակցիաներ ներառում է ռեակցիա alkanes եւ cycloalkanes, ջրով կը հեղեղեմ երկիրը հալոգեններից հարձակման մատչելի C-H պարտատոմսի. Derivatization կարող է կապված փոխարինման մեկի, երկու կամ բոլոր ջրածնի ատոմների հագեցած ածխաջրածինների եւ cycloparaffins. Շատերը galogenoalkanov ցածր մոլեկուլյար քաշով օգտագործվում են արտադրական ավելի բարդ նյութերի պատկանող բազմաթիվ դասերի. Ձեռք բերած հաջողությունների ուսումնասիրության մեխանիզմների փոխարինող ռեակցիաների, տվեց հզոր խթան է զարգացման համար համադրումներ հիման վրա alkanes, Հեծանվային փուլում եւ հալոգենացված ածխաջրածինների.