Substituční reakce

Substituční reakce jsou chemické reakce , ve kterých se některé funkční skupiny , které tvoří chemickou sloučeninu , mění na jiné skupiny . Substituční reakce jsou označeny anglickým písmenem "S" .

Obecný pohled na substituční reakce:

${\mathsf {R\!\!-\!\!X+Y\!\!-\!\!Z}}\rightarrow {\mathsf {R\!\!-\!\!Y+X\! \!-\!\!Z}}$

Obvykle se jedno z činidel, ve kterých dochází k substituci ( "RX" ), nazývá substrát a druhé ( "YZ" ) se nazývá útočné činidlo . Skupina "X" se nazývá odchod a skupina "Y" se nazývá vstup [1] .

Příkladem substituční reakce je fotolytická chlorace metanu :

Podle způsobu štěpení vazby se substituční reakce dělí na homolytické (radikálové) a heterolytické. Ty jsou zase kvůli typu atakujícího činidla označovány jako nukleofilní nebo elektrofilní reakce [2] .

V organické chemii jsou substituční reakce nanejvýš důležité. Detailní studium typického reakčního mechanismu umožňuje nejen předpovědět její výsledek pro konkrétní reagencie, ale také si udělat představu o volbě optimálních teplotních podmínek pro její průběh, volbě rozpouštědla či případného katalyzátoru.

Nukleofilní substituční reakce

Při nukleofilních substitučních reakcích je útočící částicí nukleofil , tj. záporně nabitá částice nebo částice s volným elektronovým párem . Odcházející skupina se nazývá nukleofuge .

Nukleofilní substituční reakce jsou charakteristické spíše pro alifatické systémy.

Obecný pohled na nukleofilní substituční reakce:

${\mathsf {R\!\!-\!\!X+Y^{-}}}\rightarrow {\mathsf {R\!\!-\!\!Y+X^{-}} }$

Nukleofilní substituční reakce se označují " SN " . Obvykle se oddělují alifatické ( SN ) a aromatické ( SNAr ) nukleofilní substituční reakce.

Nejběžnější jsou dva typy mechanismů nukleofilních substitučních reakcí [3] :

S N 1 - monomolekulární nukleofilní substituce: dvoustupňový proces - v prvním (pomalém) stupni vzniká intermediární karbokation , který reaguje s nukleofilem ve druhém (rychlém) stupni.
S N 2 - bimolekulární nukleofilní substituce: jednostupňový proces bez tvorby meziproduktu .

Příkladem nukleofilní substituční reakce je hydrolýza alkylhalogenidů:

${\mathsf {C_{2}H_{5}\!\!-\!\!Br+OH^{-}}}\rightarrow {\mathsf {C_{2}H_{5}\!\ !-\!\!OH+Br^{-}}}$

Nejběžnější nukleofilní skupiny [4] :

${\mathsf {HO^{-},RO^{-},RCOO^{-},NH_{2}^{-},RNH^{-},R_{2}N^{-}, HS^{-},RS^{-},F^{-},Cl^{-},Br^{-},I^{-}.}}$

${\mathsf {H_{2}O,\ NH_{3},\ R_{3}N,\ R_{2}S,\ R_{3}P,\ ROH,\ RCOOH.))$

Elektrofilní substituční reakce

Při elektrofilních substitučních reakcích je atakující částicí elektrofil , tj. kladně nabitá nebo elektronově deficitní částice. Vycházející částice se nazývá elektrofuge .

Elektrofilní substituční reakce jsou charakteristické spíše pro aromatické systémy.

Obecný pohled na elektrofilní substituční reakce:

${\mathsf {R\!\!-\!\!X+Y^{+}}}\rightarrow {\mathsf {R\!\!-\!\!Y+X^{+}}}$

Elektrofilní substituční reakce se označují " SE " .

Pro aromatické systémy existuje pouze jeden (hlavní) mechanismus elektrofilní substituce SE Ar , který zahrnuje tvorbu intermediárního kladně nabitého meziproduktu, ve kterém je odštěpitelná skupina ve druhém stupni odštěpena [3] .

Alifatické sloučeniny mají oba mechanismy SE1 a SE2 podobné mechanismům SN1 a SN2 . _ _ _ _ _

Příklad elektrofilní substituční reakce:

Nejběžnější elektrofilní skupiny jsou:

${\mathsf {H^{+},RCO^{+},R^{+},RN_{2}^{+},R_{2}NH^{+},NO_{2}^{ +},Li^{+},Cl^{+},Br^{+},I^{+}.}}$

Radikální substituční reakce

Při radikálních substitučních reakcích jsou útočícími druhy volné radikály .

Obecný pohled na radikálové substituční reakce:

${\mathsf {R\!\!-\!\!X+Y}}\cdot \rightarrow {\mathsf {R\!\!-\!\!Y+X}}\cdot$

Radikálové substituční reakce jsou označeny "SR " .

Příkladem radikálové substituční reakce je výše uvedená chlorační reakce methanu.

Poznámky

↑ Traven V. F. Organic Chemistry, M .: ICC "Akademkniga", 2004. - ISBN 5-94628-068-6 .
↑ [www.xumuk.ru/encyklopedia/1559.html XuMuK.ru – REAKČNÍ NÁHRADY – Chemická encyklopedie]
↑ 1 2. březen J. Organická chemie, přel. z angličtiny, díl 2, - M .: Mir, 1988
↑ Nukleofilní a elektrofilní činidla // Velká sovětská encyklopedie : [ve 30 svazcích] / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978. (Přístup: 18. října 2012)

Chemické reakce v organické chemii
Substituční reakce	Nukleofilní substituční reakce Elektrofilní substituční reakce Radikálové substituční reakce
Adiční reakce	Nukleofilní adiční reakce Elektrofilní adiční reakce Radikálové adiční reakce Cykloadiční reakce
Eliminační reakce	Heterolytické eliminační reakce Pericyklické eliminační reakce Radikální eliminační reakce
přeskupovací reakce	Nukleofilní přeuspořádání Elektrofilní přeskupení Radikální přestavby
Oxidační a redukční reakce	Oxidační reakce Reakce na zotavení
jiný	Nominální reakce v organické chemii