प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं: विवरण, समीकरण उदाहरण

कई प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया उपयोगिता आवेदन होने विभिन्न यौगिकों की तैयारी के लिए रास्ता खुल जाता है। रासायनिक विज्ञान और उद्योग में एक बड़ी भूमिका इलेक्ट्रोफिलिक और न्युक्लेओफ़िलिक प्रतिस्थापन दिया जाता है। कार्बनिक संश्लेषण में, इन प्रक्रियाओं सुविधाओं है कि ध्यान दिया जाना चाहिए की एक संख्या है।

रासायनिक घटना की एक किस्म। प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया

रासायनिक परिवर्तन बात के परिवर्तन, विभिन्न सुविधाओं के एक नंबर के साथ जुड़े। भिन्न परिणामों, थर्मल प्रभाव हो सकता है; कुछ प्रक्रियाओं, समाप्त करने के लिए जा रहे हैं यह अन्य में आता है रासायनिक संतुलन। एजेंटों को संशोधित यह अक्सर बढ़ाने या ऑक्सीकरण की डिग्री को कम करने के साथ है। उनके अंतिम परिणामों में रासायनिक घटना के वर्गीकरण में उत्पादों से अभिकारकों के बीच गुणात्मक और मात्रात्मक मतभेद की ओर ध्यान आकर्षित। इन सुविधाओं के प्रतिस्थापन सहित रासायनिक प्रतिक्रियाओं, के प्रतिष्ठित 7 प्रकार के हो सकते हैं, योजना के अनुसार आगे बढ़ने से: ए-बी-सी ए + सी + बी रासायनिक घटना का एक पूरा वर्ग के सरलीकृत रिकॉर्डिंग एक विचार है कि प्रारंभिक सामग्री के बीच तथाकथित "हमलावर है देता है "अभिकर्मक परमाणु में कण substituent, आयन कार्यात्मक समूह। प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया संतृप्त और की विशेषता है सुगंधित हाइड्रोकार्बन।

ए-बी-सी + ई सी + ए-बी-ई: प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया डबल-विनिमय के रूप में हो सकता है। एक उप-प्रजाति - विस्थापन, उदा, तांबा, लोहा कॉपर सल्फेट के घोल से: CuSO ₄ + फे = FeSO ₄ + Cu। "हमला" कणों परमाणुओं, आयनों या कार्य समूहों में कार्य कर सकते हैं

Homolytic प्रतिस्थापन (कट्टरपंथी, एसआर)

जब कट्टरपंथी टूटना सहसंयोजक इलेक्ट्रॉन जोड़ी की व्यवस्था विभिन्न तत्वों के लिए आम है आनुपातिक अणु की "टुकड़े" के बीच वितरित किया जाएगा। मुक्त कण के गठन। इस अस्थिर कण स्थिरीकरण जो बाद प्रतिक्रियाओं का एक परिणाम के रूप में होता है। उदाहरण के लिए, मीथेन से ईथेन की तैयारी में मुक्त कण प्रतिस्थापन अभिक्रिया में शामिल उत्पादन: सीएच ₄ सीएच ₃ • + • एच; सीएच ₃ • + • सीएच ₃ → C2H5; एच • + • एच → एच 2। प्रतिस्थापन के ऑपरेटिंग तंत्र पर Homolytic बंधन दरार हाइड्रोकार्बन की विशेषता है, प्रतिक्रिया एक श्रृंखला चरित्र है। मीथेन एच परमाणुओं क्रमिक क्लोरीन द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। इसी तरह ब्रोमीन, आयोडीन के साथ प्रतिक्रिया लेकिन सीधे हाइड्रोजन हाइड्रोकार्बन की जगह करने में असमर्थ है करने के लिए, फ्लोरीन उनके साथ भी सख्ती से प्रतिक्रिया करता है।

Heterolytic बंधन दरार विधि

आयन प्रवाह प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं के तंत्र, इलेक्ट्रॉनों असमान कणों के बीच वितरित कर रहे हैं नव उत्पन्न हो गई। इलेक्ट्रॉनों के बंधन जोड़ी संचार साथी, ओर जो ध्रुवीय अणु में नकारात्मक घनत्व ऑफसेट था, "टुकड़े" से एक के लिए सभी तरह फैली हुई है, सबसे अधिक बार। प्रतिस्थापन करके प्रतिक्रियाओं मिथाइल अल्कोहल सीएच ₃ OH के गठन की प्रतिक्रिया में शामिल हैं। में brommetane CH3Br खाई अणु heterolytic चरित्र है, आवेशित कणों स्थिर रहे हैं। मिथाइल एक सकारात्मक चार्ज, और ब्रोमो प्राप्त कर लेता है - नकारात्मक: सीएच ₃ बीआर → सीएच ₃ ^{+ +} बीआर ^-; NaOH → Na ^{+ +} OH ^-; सीएच ₃ ^{+ +} OH ^- → सीएच ₃ OH; Na ^{+ +} बीआर ^- ↔ NaBr।

Electrophiles और nucleophiles

कण कि इलेक्ट्रॉनों की कमी है और उन्हें स्वीकार कर सकते हैं, "electrophiles।" कहा जाता है ये हैलोएल्केन में हैलोजन के साथ बंधुआ कार्बन परमाणुओं कर रहे हैं। Nucleophiles वे एक सहसंयोजक बंधन बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी की "शिकार" कर रहे हैं उच्च इलेक्ट्रॉन घनत्व है,। प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं अमीर ऋणात्मक आवेश nucleophiles electrophiles, इलेक्ट्रॉनों की घाटा हमला करते हैं। इस घटना परमाणुओं या अन्य कणों के आंदोलन के साथ जुड़ा हुआ है - समूह छोड़ने। प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं का एक अन्य किस्म - electrophile nucleophile पर हमला। कभी-कभी दो प्रक्रियाओं के बीच अंतर करना मुश्किल है,, एक के प्रतिस्थापन या अन्य प्रकार के रूप में भेजा है क्योंकि यह अणु की वास्तव में किस तरह निर्दिष्ट करने के लिए मुश्किल है - सब्सट्रेट, और जो - अभिकर्मक। ऐसे मामलों में आमतौर पर, निम्नलिखित कारकों पर विचार कर रहे हैं:

• छोड़ने के समूह की प्रकृति;
• nucleophile की प्रतिक्रिया;
• विलायक की प्रकृति;
• संरचना के एल्काइल भाग।

न्युक्लेओफ़िलिक प्रतिस्थापन (एस एन)

कार्बनिक अणु में बातचीत की प्रक्रिया में है ध्रुवीकरण बढ़ रही। आंशिक सकारात्मक या नकारात्मक आरोप के समीकरणों में ग्रीक वर्णमाला के अक्षर से मिलता है। ध्रुवीकरण संचार अपनी टूटना की प्रकृति और अणु की "टुकड़े" के भविष्य के व्यवहार का एक संकेत देता है। उदाहरण के लिए, iodomethane में एक कार्बन परमाणु एक आंशिक सकारात्मक चार्ज है, यह एक इलेक्ट्रोफिलिक केंद्र है। यह पानी है, जहां ऑक्सीजन इलेक्ट्रॉनों की एक अतिरिक्त है की द्विध्रुवीय आकर्षित करती है। एक nucleophile साथ electrophile की प्रतिक्रिया में ही बना है मेथनॉल: सीएच ₃ मैं एच ₂ ओ → सीएच ₃ OH + HI +। न्युक्लेओफ़िलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं एक नकारात्मक चार्ज आयन या अणु एक मुक्त इलेक्ट्रॉन जोड़ी है, जो एक रासायनिक बंधन के निर्माण में भाग नहीं करता होने की भागीदारी के साथ जगह ले लो। न्युक्लेओफ़िलिक हमले और आयोडीन गतिशीलता के लिए अपने खुलेपन की वजह से एसएन _{2-प्रतिक्रिया} में iodomethane की सक्रिय भागीदारी।

इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन (एसई)

कार्बनिक अणु वर्तमान न्युक्लेओफ़िलिक केन्द्र है, जो इलेक्ट्रॉन घनत्व की एक अतिरिक्त विशेषता है हो सकता है। यह ऋणात्मक आवेश इलेक्ट्रोफिलिक अभिकर्मक की कमी के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। इस तरह के कणों कम इलेक्ट्रॉन घनत्व के कुछ भागों के साथ मुक्त कक्षीय अणु होने परमाणुओं कर रहे हैं। सोडियम वह स्वरूप कार्बन प्रभारी होने "-", पानी द्विध्रुवीय का एक सकारात्मक भाग के साथ प्रतिक्रिया व्यक्त कर रहा है - हाइड्रोजन: सीएच ₃ Na + एच ₂ ओ सी एच ₄ + NaOH →। इस प्रतिक्रिया का उत्पाद, इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन - मीथेन। जब heterolytic प्रतिक्रियाओं बातचीत विपरीत कार्बनिक अणुओं के केन्द्रों का आरोप लगाया है, जो उन्हें अकार्बनिक पदार्थ रसायन शास्त्र में आयनों के साथ आत्मीयता देता है। यह अनदेखी नहीं की जानी चाहिए कि कार्बनिक यौगिकों के रूपांतरण शायद ही कभी इन फैटायनों और anions के गठन के साथ है।

Unimolecular और bimolecular प्रतिक्रियाओं

न्युक्लेओफ़िलिक प्रतिस्थापन monomolecular (SN1) है। तृतीयक ब्यूटाइल क्लोराइड - इस तंत्र के अनुसार, एक महत्वपूर्ण उत्पाद कार्बनिक संश्लेषण के हाइड्रोलिसिस बहती है। पहले चरण धीमी है, यह carbonium कटियन में प्रगतिशील पृथक्करण और एक क्लोराइड आयन के साथ जुड़ा हुआ है। दूसरे चरण एक तेजी से प्रतिक्रिया carbonium आयन और पानी होता है। प्रतिक्रिया के समीकरण एल्केन में हैलोजन के प्रतिस्थापन की हाइड्रोक्सी और प्राथमिक शराब प्राप्त करने के लिए: (सीएच _{3) 3} सी-क्लोरीन → (सीएच _{3) 3} सी ^{+ +} क्लोरीन ^-; (सीएच _{3) 3} सी ^{+ +} H ₂ हे → (सीएच _{3) 3} सी-OH ⁺ एच +। प्राथमिक और माध्यमिक एल्काइल कार्बन का एक साथ विनाश की विशेषता halides हलोजन की वजह से एक कदम हाइड्रोलिसिस और जोड़ी सी-ओह के गठन के लिए। यह न्युक्लेओफ़िलिक bimolecular प्रतिस्थापन तंत्र (SN2)।

प्रतिस्थापन की Heterolytic तंत्र

प्रतिस्थापन तंत्र इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण, मध्यवर्ती परिसरों का निर्माण शामिल है। प्रतिक्रिया अधिक तेजी से आगे बढ़ता है, उतना ही आसान होगा उसके लिए विशिष्ट मध्यवर्ती के लिए है। अक्सर इस प्रक्रिया में कई दिशाओं में एक साथ जा रहा है। लाभ आम तौर पर, जिस तरह के कणों का उपयोग किया जाता हो जाता है अपने गठन के लिए ऊर्जा का कम से कम व्यय की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, एक डबल बांड की उपस्थिति एक एलिल कटियन की संभावना बढ़ जाती है सीएच 2 = CH-सीएच ₂ ^+, _CH3 ⁺ आयन की तुलना में। कारण जो सकारात्मक चार्ज की delocalization को प्रभावित करता है एकाधिक बंधन, के इलेक्ट्रॉन घनत्व में निहित है, पूरे अणु से अधिक फैलाया।

बेंजीन प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया

समूह कार्बनिक यौगिकों, की जो इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन की विशेषता है - अखाड़ा। बेंजीन अंगूठी - इलेक्ट्रोफिलिक हमले के लिए एक सुविधाजनक वस्तु। प्रक्रिया दूसरे ध्रुवीकरण अभिकर्मक के साथ संचार के लिए शुरू होता है, जिससे electrophile इलेक्ट्रॉन बादल आसन्न गठन बेंजीन अंगूठी। परिणाम एक जटिल संक्रमण है। कार्बन परमाणुओं से एक के साथ मूल्यवान संचार इलेक्ट्रोफिलिक कणों अभी तक नहीं है, यह पूरे नकारात्मक चार्ज "खुशबूदार छह" इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित किया है। प्रक्रिया electrophile और एक अंगूठी कार्बन परमाणु के तीसरे चरण में इलेक्ट्रॉनों की एक आम जोड़ी (सहसंयोजक बंधन) बांधता है। लेकिन इस मामले में, "खुशबूदार छह" के विनाश है, जो एक स्थिर सतत ऊर्जा राज्य को प्राप्त करने के मामले में हानिकर है। वहाँ एक घटना है कि एक कहा जा सकता है कि "एक प्रोटॉन की रिहाई।" यह अलग हो गई एच ^+, एक स्थिर संचार प्रणाली, ठेठ ARENES ठीक हो रही है। साइड पदार्थ एक बेंजीन अंगूठी और दूसरे अभिकर्मक से ऋणायन के हाइड्रोजन कटियन शामिल हैं।

कार्बनिक रसायन का प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं के उदाहरण

हाइड्रोकार्बन विशेष रूप से ठेठ प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया के लिए। इलेक्ट्रोफिलिक और न्युक्लेओफ़िलिक प्रतिक्रियाओं के उदाहरण cycloalkanes और ARENES हो सकता है। कार्बनिक पदार्थों के अणुओं में इसी प्रकार के प्रतिक्रियाओं सामान्य परिस्थितियों में कर रहे हैं, लेकिन आम तौर पर - और उत्प्रेरक की उपस्थिति में हीटिंग द्वारा। आम और अच्छी तरह से अध्ययन प्रक्रियाओं द्वारा इलेक्ट्रोफिलिक खुशबूदार प्रतिस्थापन शामिल हैं। इस प्रकार का सबसे महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया:

1. बेंजीन के नाइट्रीकरण नाइट्रिक एसिड के साथ सी ₆ एच ₆ → सी ₆ एच ₅ -कोई _2: - एच ₂ एसओ ₄ की उपस्थिति में योजना इस प्रकार _है।
2. बेंजीन, विशेष रूप से क्लोरीनीकरण, समीकरण द्वारा की उत्प्रेरक halogenation: सी ₆ एच ₆ + क्लोरीन ₂ → सी ₆ एच ₅ क्लोरीन + एचसीएल।
3. सल्फ्यूरिक एसिड "नाराज" के साथ बेंजीन आय का सुगंधित sulfonation, benzenesulfonic एसिड का निर्माण होता है।
4. Alkylation - बेंजीन रिंग से हाइड्रोजन परमाणु के प्रतिस्थापन एल्काइल करने के लिए।
5. Acylation - कीटोन के गठन।
6. Formylation - एक समूह CHO और एल्डीहाइड के गठन पर एक हाइड्रोजन की जगह।

प्रतिस्थापन करके प्रतिक्रियाओं alkanes और cycloalkanes, जिसमें हैलोजन उपलब्ध सी एच बंधन पर हमला में प्रतिक्रिया में शामिल हैं। Derivatization एक, दो या संतृप्त हाइड्रोकार्बन और cycloparaffins में हाइड्रोजन परमाणुओं के सभी के प्रतिस्थापन के साथ जुड़ा हो सकता है। निम्न आणविक भार के galogenoalkanov से कई और अधिक जटिल विभिन्न वर्गों से संबंधित पदार्थों के उत्पादन में किया जाता है। सफलताओं प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं के तंत्र के अध्ययन में हासिल की है, हाइड्रोकार्बन, साइक्लो-मंच और हाइड्रोकार्बन halogenated के आधार पर संश्लेषण के विकास के लिए एक शक्तिशाली प्रोत्साहन दिया।