Birçok ikame reaksiyonu, yolu açmaktadır.ekonomik uygulamaları olan çeşitli bileşiklerin elde edilmesi. Elektrofilik ve nükleofilik sübstitüsyona kimyasal bilim ve endüstride büyük bir rol verilir. Organik sentezde, bu işlemlere dikkat edilmesi gereken bazı özellikler vardır.
Dönüşümlerle ilişkili kimyasal değişikliklermaddeler bazı özelliklerde farklılık gösterir. Nihai sonuçlar, termal etkiler farklı olabilir; bazı işlemler sona erer, diğerleri ise kimyasal dengeyi sağlar. Maddelerdeki değişikliklere genellikle oksidasyon derecesinde bir artış veya azalma eşlik eder. Kimyasal olayları nihai sonuçlarına göre sınıflandırırken, ürünlerdeki reaktiflerin kalitatif ve kantitatif farklılıklarına dikkat edilir. Bu özelliklere dayanarak, şemaya göre ikame işlemi de dahil olmak üzere 7 tip kimyasal dönüşüm ayırt edilebilir: A - B + C A - C + B Tüm kimyasal olay sınıfının basitleştirilmiş bir kaydı, başlangıç materyalleri arasında "saldırgan" olarak adlandırılan bir fikir olduğu fikrini verir. "Bir atomun yerini alan bir parçacık, bir iyon, bir reaktif içindeki fonksiyonel bir grup. İkame reaksiyonu, doymuş ve aromatik hidrokarbonların karakteristiğidir.
İkame reaksiyonları bir çift değişim şeklinde oluşabilir: A - B + C - E A - C + B - E Alt türlerden biri, örneğin bakırın demir ile bakır sülfat çözeltisinden çıkmasıdır: CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu. “Saldıran” bir parçacık olarak atomlar, iyonlar veya fonksiyonel gruplar hareket edebilir
Kovalent kopma radikal mekanizmasıylaFarklı elementlerde ortak olan elektron çifti, molekülün "fragmanları" arasında orantılı olarak dağılmıştır. Serbest radikaller oluşur. Bunlar, dengelenmesi müteakip dönüşümlerin bir sonucu olarak meydana gelen kararsız partiküllerdir. Örneğin, metandan etan üretimi üzerine, ikame reaksiyonunda rol oynayan serbest radikaller ortaya çıkar: CH4 CH3• + • N; CH3• + • CH3 → C2H5; H • + • H → H2.Verilen ikame mekanizmasına göre homolitik bağ kırılması alkanların karakteristiğidir, reaksiyon bir zincir niteliğindedir. Metanda H atomları art arda klor ile değiştirilebilir. Brom ile benzer bir reaksiyon meydana gelir, ancak iyot alkanlardaki hidrojeni doğrudan değiştiremez, flor onlarla çok enerjik reaksiyona girer.
İkame reaksiyonlarının iyonik mekanizması ileElektronlar yeni ortaya çıkan parçacıklar arasında eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır. Bağlayıcı bir elektron çifti, çoğunlukla, polar moleküldeki negatif yoğunluğun değiştiği bağdaki partnere "fragmanlardan" birine gider. İkame reaksiyonları, metil alkol CH oluşumunun reaksiyonunu içerir.3OH. CH3Br bromometanda, moleküler kopma heterolitiktir ve yüklü parçacıklar stabildir. Metil pozitif bir yük alır ve brom negatif bir yük alır: CH3Br → CH3+ + Br-; Türkçe → NaOH+ + OH-; B3+ + OH- → CH3OH; na+ + Br- ↔ NaBr.
Elektron vekabul edebilir, adı aldı "elektrofiller". Bunlar haloalkanlardaki halojenlere bağlı karbon atomlarını içerir. Nükleofiller artan bir elektron yoğunluğuna sahiptir, bir kovalent bağ oluşturmak için bir çift elektron bağışlarlar. İkame reaksiyonlarında, negatif yükler bakımından zengin nükleofiller, elektronları olmayan elektrofiller tarafından saldırıya uğrar. Bu fenomen bir atomun veya başka bir parçacığın hareketi ile ilişkilidir - bir ayrılan grup. Bir başka ikame reaksiyonu türü, bir nükleofılin elektrofil saldırısıdır. İki işlem arasında ayrım yapmak, ikameyi bir veya başka bir türe atfetmek bazen zordur, çünkü moleküllerin hangisinin substrat ve hangisinin reaktif olduğunu doğru bir şekilde belirtmek zordur. Tipik olarak, bu gibi durumlarda, aşağıdaki faktörler dikkate alınır:
Organik bir molekülde etkileşim sürecindepolarizasyonda bir artış gözlenir. Denklemlerde, kısmi pozitif veya negatif bir yük Yunan alfabesinin harfiyle işaretlenir. Bağın polarizasyonu, kişinin kırılmasının doğasını ve molekülün "fragmanlarının" diğer davranışlarını yargılamasına izin verir. Örneğin, iyodometandaki karbon atomu kısmi pozitif bir yüke sahiptir, bir elektrofilik merkezdir. Su dipolünün oksijenin bulunduğu, fazla elektronu olan kısmını çeker. Elektrofilin bir nükleofilik reaktif ile etkileşimi metanol üretir: CH3I + H2O → CH3OH + HI.Nükleofilik ikame reaksiyonları, negatif bir iyon veya molekülün, kimyasal bir bağ oluşturmada yer almayan bir serbest elektron çifti ile katılımıyla gerçekleşir. SN'de iyodometanın aktif katılımı2- nükleofilik atağa açıklığı ve iyotun hareketliliği nedeniyle reaksiyonlar.
Organik bir molekül mevcut olabilirfazla elektron yoğunluğu ile karakterize nükleofilik merkez. Negatif yüklü bir elektrofilik reaktif ile reaksiyona girer. Bu tür parçacıklar, serbest orbitallere sahip atomları, azaltılmış elektron yoğunluğuna sahip bölgelere sahip molekülleri içerir. Sodyum formatta, "-" yüküne sahip karbon, su dipolünün pozitif kısmı ile - hidrojen ile etkileşime girer: CH3Na + H2O → CH4 + NaOH.Bu elektrofilik ikame reaksiyonunun ürünü metandır. Heterolitik reaksiyonlarda, organik moleküllerin zıt yüklü merkezleri etkileşir, bu da onları inorganik maddelerin kimyasında iyonlara benzer hale getirir. Organik bileşiklerin dönüştürülmesine nadiren gerçek katyonların ve anyonların oluşumunun eşlik ettiği göz ardı edilmemelidir.
Nükleofilik yerdeğiştirme monomolekülerdir(SN1). Bu mekanizmaya göre, organik sentezin önemli bir ürününün, üçüncül butil klorürün hidrolizi ilerler. İlk aşama yavaştır, bir karbonyum katyonu ve bir klorür anyonunun bir katyona kademeli olarak ayrılması ile ilişkilidir. İkinci aşama daha hızlıdır, karbonyum iyonunun su ile reaksiyonu devam eder. Bir oksi grubu için bir alkan içindeki halojen ikamesi ve birincil alkol üretimi için denklem: (CH3)3C - Cl → (CH3)3C+ + Cl-; (H3)3C+ + H2O → (CH3)3C - OH + H+. Birincil ve tek basamaklı hidroliz içinİkincil alkil halojenürler, karbon bağının halojen ile eşzamanlı imhası ve bir C-OH çiftinin oluşumu ile karakterize edilir. Bu, nükleofilik bimoleküler sübstitüsyonun (SN2) mekanizmasıdır.
İkame mekanizması elektron transferiyle ilişkilidir,ara komplekslerin oluşturulması. Reaksiyon daha hızlı ilerler, karakteristik ara ürünlerin ortaya çıkması o kadar kolay olur. Genellikle, süreç aynı anda birkaç yöne gider. Avantaj genellikle oluşumları için en düşük enerji maliyetlerini gerektiren parçacıkların kullanılma şekline verilir. Örneğin, bir çift bağın varlığı alilik katyon CH2 = CH - CH'nin ortaya çıkma olasılığını arttırır.2+iyon CH ile karşılaştırıldığında3+. Nedeni, molekül boyunca dağılmış pozitif yükün delokalizasyonunu etkileyen çoklu bağın elektron yoğunluğunda yatmaktadır.
Bir grup organik bileşikelektrofilik yerdeğiştirme, arenalar karakteristiktir. Benzen halkası elektrofilik saldırı için uygun bir nesnedir. İşlem, ikinci reaktifte bağın polarizasyonu ile başlar ve benzen halkasının elektron bulutuna bitişik bir elektrofil oluşumu ile sonuçlanır. Sonuç olarak, bir geçiş kompleksi ortaya çıkar. Elektrofilik parçacık ile karbon atomlarından biri arasında hala tam teşekküllü bir bağlantı yoktur; "aromatik altı" elektronların tüm negatif yüküne çekilir. İşlemin üçüncü aşamasında, bir elektrofil ve halkanın bir karbon atomu ortak bir elektron çiftini (kovalent bağ) bağlar. Ancak bu durumda, istikrarlı bir kararlı enerji durumuna ulaşmak açısından dezavantajlı olan "aromatik altı" nın yok edilmesi meydana gelir. "Proton emisyonu" olarak adlandırılabilecek bir olgu vardır. H bölünmesi meydana gelir+, alanların kararlı iletişim sistemi restore ediliyor. Yan ürün, benzen halkasından bir hidrojen katyonu ve ikinci reaktiften bir anyon içerir.
Alkanlar için, bir ikame reaksiyonu özellikle karakteristiktir.Sikloalkanlar ve arenler için elektrofilik ve nükleofilik dönüşümlerin örnekleri verilebilir. Organik maddelerin moleküllerindeki benzer reaksiyonlar normal koşullar altında, ancak daha sık ısıtıldığında ve katalizörlerin varlığında ortaya çıkar. Yaygın ve iyi çalışılmış süreçler arasında aromatik çekirdeğe elektrofilik yerdeğiştirme dahildir. Bu türün en önemli reaksiyonları:
İkame reaksiyonları alkanlardaki reaksiyonu içerir.ve halojenlerin mevcut C - H bağına saldırdığı sikloalkanlar. Türev, doymuş hidrokarbonlar ve sikloparafinlerde bir, iki veya tüm hidrojen atomlarının ikamesi ile ilişkilendirilebilir. Düşük moleküler ağırlıklı haloalkanların birçoğu, farklı sınıflara ait daha karmaşık maddelerin üretiminde kullanılır. İkame reaksiyonlarının mekanizmalarının araştırılmasındaki başarılar, alkanlar, sikloparafinler, arenler ve halojenli hidrokarbonlara dayanan sentezlerin geliştirilmesine güçlü bir ivme kazandırdı.
