תגובת התמרה: תיאור, דוגמאות משוואה

תגובת התמרה רבה ופותחת את הדרך להכנת תרכובות שונות שיש יישום שירות. תפקיד ענק מדע הכימיה ניתן החלפת electrophilic ו nucleophilic. בסינתזה אורגנית, בתהליכים אלה יש מספר תכונות כי יש לציין.

מגוון של תופעות כימיות. תגובת תמרה

שינויים כימיים הקשורים שינוי מבנה החומר, מספר תכונות שונות. יהי תוצאות שונות, אפקטים תרמיים; כמה תהליכים הולכים לסיים, מדובר ב אחרים שיווי משקל כימי. שינוי סוכנים זה מלווה לעתים קרובות על ידי הגדלה או הקטנת מידת החמצון. במיון תופעות כימיות בתוצאות הסופיות שלהם למשוך תשומת לב להבדלים האיכותיים וכמותיים בין המגיבים ממוצרים. תכונות אלה יכולים להיות סוגי 7 מכובדים של תגובות כימיות, כולל החלפה, שימשיך על פי התכנית: A-B-C A + C + ב 'ההקלטה הפשוטה של כיתה שלמה של תופעות כימיות נותנת רעיון בין חומרי המוצא הוא התוקף" כביכול "substituent חלקיק אטום ריאגנט, קבוצה פונקציונלית יון. תגובת ההחלפה אופיינית רוויים פחמימנים ארומטיים.

תגובת התמרה יכולה להתרחש בצורה של חילופי כפול: א-ב-ג + ה C + A-B-E. תת-מין אחד - עקירה, למשל: נחושת, ברזל מפתרון בגפרת-נחושת: CuSO ₄ + Fe = FeSO ₄ + Cu. כמו החלקיקים "המתקיפים" יכולים לפעול אטומים, יונים או קבוצות פונקציונליות

החלפת Homolytic (רדיקלי, SR)

כאשר המנגנון של זוג אלקטרונים קוולנטיים הרדיקלי קרע מקובל האלמנטים השונים יחולקו באופן יחסי בין "שברי" של המולקולה. היווצרות של רדיקלים חופשיים. ייצוב חלקיקים יציב זו אשר מתרחש כתוצאה של תגובות עוקבות. לדוגמה, בהכנת אתאן מן מתאן לייצר רדיקלים חופשיים מעורבים תגובת התמרה: CH ₄ CH ₃ • + • H; CH ₃ • + • CH ₃ → C2H5; H • + • H → H2. מחשוף אג"ח Homolytic על מנגנון ההפעלה של החלפה הוא מאפיין של אלקאנים, התגובה היא דמות שרשרת. אטומי H מתאן עשויים להיות מוחלפים ברציפות על ידי כלור. בדומה להגיב עם הברום, יוד, אך אין באפשרותה להחליף ישירות אלקאנים מימן, פלואור מגיב נמרץ מדי איתם.

שיטת מחשוף אג"ח Heterolytic

כאשר המנגנון של תגובת התמרה זרימת יונים, אלקטרונים מופצים בצורה לא אחידה בקרב חלקיקים שקמה זה עתה. הצמד מחייב של אלקטרונים מרחיב כל הדרך אל אחד "שברי", לרוב, לשותף תקשורת, הצד שבו היה לקזז צפיפות שלילית מולקולה קוטבית. על ידי החלפת תגובות כוללות את התגובה של היווצרות של אלכוהול מתיל CH ₃ OH. במולקולת CH3Br פער brommetane היא דמות heterolytic, החלקיקים הטעונים יציבים. Methyl רוכש מטען חיובי, ו bromo - שלילי: CH ₃ Br → CH ₃ ^{+ +} Br ^-; NaOH → Na ^{+ +} OH ^-; CH ₃ ^{+ +} OH ^- → CH ₃ OH; Na ^{+ +} Br ^- ↔ NaBr.

אלקטרופיל ו נוקלאופיל

חלקיקים כי חסרים אלקטרונים יכולים לקבל אותם, נקראים "אלקטרופיל." אלה הם אטומי פחמן מלוכדות הלוגנים ב הלואלקאן. יש נוקלאופיל צפיפות אלקטרונים גבוהה, הם "קורבנות" של זוג האלקטרונים ליצור קשר קוולנטי. תגובות החלפה העשירות המטענים השליליים מותקפים על ידי נוקלאופיל אלקטרופיל, גירעון של אלקטרונים. תופעה זו קשורה תנועה של אטומים או חלקיקים אחרים - עוזב לקבוצה. עוד מגוון של תגובת התמרה - לתקוף את נוקלאופיל אלקטרופיל. לפעמים קשה להבדיל בין שני התהליכים, התייחס החלפת אחד או הסוג האחר, משום שקשה להגדיר בדיוק איזה סוג של מולקולה - מצע, ואשר - מגיבה. בדרך כלל במקרים כאלה, הגורמים הבאים נלקחים בחשבון:

• האופי של הקבוצה עוזב;
• תגובתיות של נוקלאופיל;
• אופיו של ממס;
• החלק אלקיל של המבנה.

התמרה נוקלאופילית (SN)

בתהליך של אינטראקציה בתוך המולקולה האורגנית גדל קיטוב. במשוואות של מטען חיובי או שלילי חלקית מסומן על ידי אות באלפבית היווני. תקשורת קיטוב נותנת אינדיקציה לגבי האופי של הקרע שלה ואת ההתנהגות העתידית של "שברים" של המולקולה. לדוגמא, אטום פחמן iodomethane יש מטען חיובי חלקי, היא מרכז electrophilic. זה מושך את דיפול המים, שבו החמצן יש עודף של אלקטרונים. בשנת התגובה של אלקטרופיל עם נוקלאופיל נוצר מתנול: CH ₃ I + H ₂ O → CH ₃ OH + HI. תגובות התמרה נוקלאופילית יתקיים בהשתתפות יון או מולקולה טעונים שלילית שיש זוג אלקטרון חופשי, אשר אינו משתתף ביצירת קשר כימי. השתתפות פעילה של iodomethane ב _{2-התגובה} SN בשל פתיחותה ההתקפה nucleophilic וניידות יוד.

החלפת Electrophilic (SE)

המולקולה האורגנית עשויה להיות מרכז nucleophilic הנוכחית, המאופיינת עודף של צפיפות אלקטרונים. הוא מגיב עם חוסר מטענים שליליים ריאגנט electrophilic. חלקיקים כאלה הם אטומים בעלי מולקולה מסלולית חינם עם חלקים של צפיפות אלקטרונים מופחתת. Formate נתרן חמצני שיש תשלום "-", הוא הגיב עם חלק חיובי של דיפול המים - מימן: CH ₃ Na + H ₂ O → CH ₄ + NaOH. המוצר של התגובה הזו, החלפת electrophilic - מתאן. כאשר התגובות heterolytic אינטראקציה ו"חורים מרכזי של מולקולות אורגניות, אשר נותן להם זיקה עם יונים בכימיה חומרים אנאורגניים. זה לא צריך להתעלם כי ההמרה של תרכובות אורגניות נדירה מלווה את ההיווצרות קטיונים אלה ואניונים.

Unimolecular ותגובות bimolecular

התמרה נוקלאופילית הוא monomolecular (SN1). על ידי מנגנון זה, מוצר חשוב זורם הידרוליזה של סינתזה אורגנית - כלוריד בוטיל שלישוני. השלב הראשון הוא איטי, זה קשור ניתוק מתקדם לתוך קטיון carbonium ו אניון כלוריד. השלב השני הוא תגובה מהירה מתרחשת יון ומי carbonium. המשוואה של התגובה של החלפה של הלוגן ב האלקאן להשיג אלכוהול הידרוקסי והעיקרי: (CH _{3) 3} C-Cl → (CH _{3) 3} C ^{+ +} Cl ^-; (CH _{3) 3} C ^{+ +} H ₂ O → (CH _{3) 3} C-OH ⁺ H +. עבור הידרוליזה צעד אחד של הלידים אלקיל יסודיים ותיכון מאופיינים הרס סימולטני של פחמן עקב הלוגן ויצירת זוג C-OH. זה מנגנון התמרה נוקלאופילית bimolecular (SN2).

מנגנון Heterolytic תחלופה

מנגנון החלפה כרוך בהעברת האלקטרונים, יצירת מתחמי ביניים. התגובה ההכנסות בקצב מהיר יותר, כך קל יותר עבור ביניים אופייני לה. לעתים קרובות התהליך מתרחש בכמה כיוונים בו זמנית. היתרון בדרך כלל מקבל את הדרך שבה החלקיקים משמשים, המחייב את ההוצאה המינימאלית של אנרגיה עבור הקמתו. לדוגמא, הנוכחות של קשר כפול מגבירה את הסבירות של קטיון allyl CH 2 = CH-CH ₂ ^+, לעומת _CH3 ⁺ היון. הסיבה נעוצה צפיפות האלקטרונים של האג"ח המרובה, אשר משפיע על delocalization של המטען החיובי, מפוזרת על פני המולקולה כולה.

תגובת התמרה בנזן

הקבוצה של תרכובות אורגניות, אשר מאופיינות החלפת electrophilic - בזירה. טבעת בנזן - אובייקט נוח למתקפה electrophilic. התהליך מתחיל תקשורת עם ריאגנט הקיטוב השני, וכך נוצר ענן אלקטרונים אלקטרופיל סמוך בטבעת הבנזן. התוצאה היא מעבר מורכב. תקשורת חיונית חלקיקי electrophilic עם אחד מאטומי פחמן עדיין לא, הוא נמשך השעבוד השלילי כולו "שישה ארומטי" אלקטרונים. בשלב השלישי של אלקטרופיל התהליך אטום פחמן טבעת אחת נקשר זוג משותף של אלקטרונים (קשר קוולנטי). אבל במקרה הזה, הוא החורבן "השש ארומטי", אשר הוא נח מבחינת השגת מדינת אנרגיה בת קיימא ויציבה. ישנה תופעה שיכולה להיקרא "שחרורו של פרוטון." הוא לפצל את H ^+, מתאושש מערכת תקשורת יציבה, ארנס טיפוסי. חומר לוואי כולל קטיון מימן של טבעת בנזן האניון מן ריאגנט השני.

דוגמאות של תגובת התמרה של כימיה אורגנית

עבור אלקאנים במיוחד תגובת התמרה טיפוסית. דוגמאות לתגובות electrophilic ו nucleophilic יכול להוביל לציקלואלקאנים ו ארנס. תגובות דומות מולקולות של חומרים אורגניים נמצאים תחת תנאים נורמליים, אבל בדרך כלל - ועל ידי חימום בנוכחות זרזים. על ידי תהליכים משותפים גם למדו כוללים החלפת ארומטי electrophilic. התגובה החשובה ביותר מסוג זה:

1. נייטרשן של בנזן עם חומצה חנקתית בנוכחות H ₂ SO ₄ - מלווה את התוכנית: C ₆ H ₆ → C ₆ H ₅ -NO _2.
2. הלוגנציה קטליטי של בנזן, במיוחד הכלרה, על ידי המשוואה: C ₆ H ₆ + Cl ₂ → C ₆ H ₅ Cl + HCl.
3. sulfonation ארומטי של תמורת בנזן עם "רותח" חומצה גופרתית, חומצת benzenesulfonic נוצר.
4. אלקילציה - החלפת אטום המימן מן טבעת בנזן כדי אלקיל.
5. Acylation - היווצרות של קטונים.
6. Formylation - החלפת מימן על קבוצת CHO ויצירת אלדהידים.

על ידי החלפת תגובות כוללות את התגובה אלקאנים ו לציקלואלקאנים, שבה ההלוגנים לתקוף זמין אג"ח C-H. Derivatization עשויה להיות קשורה החלפת אחד, שניים או כל אטומי המימן פחמימנים רוויים cycloparaffins. רבי galogenoalkanov של משקל מולקולרי נמוך משמשים לייצור חומרים מורכבים יותר השייכים למעמדות שונות. ההצלחות שהושגו במחקר של מנגנונים של תגובת התמרה, הפיח בהם עוצמה לפיתוח סינתזות על בסיס אלקאנים, סיקלו-הבמה פחמימנים הלוגניים.