ຕິກິລິຍາການທົດແທນ: ຄໍາອະທິບາຍ, ຕົວຢ່າງສົມຜົນ

ຕິກິຣິຍາການທົດແທນຈໍານວນຫຼາຍເປີດວິທີທາງເພື່ອການກະກຽມຂອງສານປະກອບຕ່າງໆມີຄໍາຮ້ອງສະຫມັກປະໂຫຍດໄດ້. A ພາລະບົດບາດຂະຫນາດໃຫຍ່ໃນວິທະຍາສາດທາງເຄມີແລະອຸດສາຫະກໍາແມ່ນໃຫ້ທົດແທນ electrophilic ແລະ nucleophilic. ໃນນີ້ຕົ້ນຕໍປອດສານພິດ, ຂະບວນການເຫຼົ່ານີ້ມີຈໍານວນຂອງຄຸນສົມບັດທີ່ຄວນໄດ້ຮັບການບັນທຶກໄວ້.

ຊະນິດຂອງປະກົດການທາງເຄມີ. ຕິກິຣິຍາການທົດແທນ

ການປ່ຽນແປງທາງເຄມີທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການປ່ຽນແປງຂອງບັນຫານີ້, ຈໍານວນຂອງຄຸນນະສົມບັດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ອາດຈະຜົນໄດ້ຮັບທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ຜົນກະທົບຄວາມຮ້ອນ; ຂະບວນການຈໍານວນຫນຶ່ງກໍາລັງຈະສໍາເລັດ, ມັນມາໃນອື່ນໆ equilibrium ເຄມີ. ການປັບປຸງຕົວແທນມັນມັກຈະປະກອບດ້ວຍການເພີ່ມຂຶ້ນຫຼືຫຼຸດລົງລະດັບຂອງການຜຸພັງໄດ້. ໃນການຈັດປະເພດຂອງປະກົດການທາງເຄມີໃນຜົນໄດ້ຮັບສຸດທ້າຍຂອງເຂົາເຈົ້າແຕ້ມເອົາໃຈໃສ່ກັບຄວາມແຕກຕ່າງດ້ານຄຸນນະພາບແລະປະລິມານລະຫວ່າງ reactant ຈາກຜະລິດຕະພັນ. ຄຸນນະສົມບັດເຫຼົ່ານີ້ສາມາດທີ່ໂດດເດັ່ນ 7 ປະເພດຂອງຕິກິລິຍາທາງເຄມີ, ລວມທັງຕົວ, ດໍາເນີນຕາມໂຄງການ: A-B-C A + C + B. ການບັນທຶກ simplified ຂອງຫ້ອງຮຽນທັງຫມົດຂອງປະກົດການທາງເຄມີເຮັດໃຫ້ຄວາມຄິດວ່າໃນບັນດາອຸປະກອນລິເລີ່ມແມ່ນອັນທີ່ເອີ້ນວ່າ "ການໂຈມຕີເປັນ "ແທນອະນຸພາກໃນປະລໍາມະນູນ້ໍາຢາທີ່, ion ກຸ່ມທີ່ເປັນປະໂຫຍດ. ຕິກິຣິຍາການທົດແທນແມ່ນລັກສະນະຂອງມັນອີ່ມຕົວແລະ ໄຮໂດຄາບອນທີ່ມີກິ່ນຫອມ.

ຕິກິຣິຍາການທົດແທນສາມາດເກີດຂຶ້ນໃນຮູບແບບຂອງສອງການແລກປ່ຽນໄດ້: A-B-C + E C + A-B-E. One subspecies - ຍ້າຍ, ເຊັ່ນ: ທອງແດງ, ທາດເຫຼັກຈາກການແກ້ໄຂຂອງ sulphate ທອງແດງເປັນ: CuSO ₄ + Fe = FeSO ₄ + Cu. ໃນຖານະເປັນ "ການໂຈມຕີ" ອະນຸພາກສາມາດປະຕິບັດປະລໍາມະນູ, ions ຫຼືກຸ່ມທີ່ເປັນປະໂຫຍດ

ການທົດແທນ Homolytic (ຮາກ, SR)

ໃນເວລາທີ່ກົນໄກຂອງຮາກຄູ່ rupture Covalent ເອເລັກໂຕຣນິກແມ່ນທົ່ວໄປກັບອົງປະກອບທີ່ແຕກຕ່າງກັນຈະໄດ້ຮັບການແຈກຢາຍອັດຕາສ່ວນລະຫວ່າງ "ຊິ້ນ" ຂອງໂມເລກຸນ. ການສ້າງຕັ້ງຂອງຮາກຟຣີ. ນີ້ສະຖຽນລະພາບອະນຸພາກບໍ່ຫມັ້ນຄົງຊຶ່ງເກີດຂຶ້ນເປັນຜົນມາຈາກການຕິກິລິຍາຕໍ່ໄປ. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ໃນການກະກຽມຂອງ ethane ຈາກ methane ຜະລິດອະນຸມູນອິມີສ່ວນຮ່ວມໃນຕິກິຣິຍາການທົດແທນທີ່: CH ₄ CH ₃ • + • H; CH ₃ • + • CH ₃ → C2H5; H • + • H → H2. ຄວາມແຕກແຍກພັນທະ Homolytic ກ່ຽວກັບກົນໄກການປະຕິບັດຂອງການທົດແທນ ແມ່ນລັກສະນະຂອງອັນເຄນ, ຕິກິຣິຍາ ເປັນລັກສະນະຕ່ອງໂສ້. ປະລໍາມະນູ methane H ອາດຈະໄດ້ຮັບການທົດແທນສົບຜົນສໍາເລັດໂດຍ chlorine. ເຊັ່ນດຽວກັນທີ່ຈະ react ກັບໂບລະມີນ, ທາດໄອໂອດິນແຕ່ບໍ່ສາມາດທົດແທນໂດຍກົງອັນເຄນ hydrogen, fluorine reacts ຢ່າງແຂງແຮງເຊັ່ນດຽວກັນກັບເຂົາເຈົ້າ.

ວິທີການແຕກແຍກພັນທະ Heterolytic

ໃນເວລາທີ່ກົນໄກຂອງຕິກິລິຍາການທົດແທນການໄຫຼ ion ໄດ້, ເອເລັກໂຕຣນິກໄດ້ຖືກແຈກຢາຍ unevenly ໃນບັນດາອະນຸພາກເກີດຂຶ້ນໃຫມ່. ຄູ່ຜູກມັດຂອງເອເລັກໂຕຣນິກຂະຫຍາຍທັງຫມົດວິທີການໃນການຫນຶ່ງຂອງ "ຊິ້ນ", ສ່ວນຫຼາຍມັກ, ກັບຄູ່ຮ່ວມງານຝ່າຍຄອບຄົວ, ດ້ານທີ່ໄດ້ຊົດເຊີຍຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງລົບໃນ molecule Polar. ໂດຍການທົດແທນຕິກິລິຍາປະກອບມີຕິກິຣິຍາຂອງການສ້າງຕັ້ງຂອງ methyl ເຫຼົ້າ CH ₃ OH ໄດ້. ໃນ brommetane molecule CH3Br ຊ່ອງຫວ່າງແມ່ນມີລັກສະນະ heterolytic ອະນຸພາກເອີ້ນເກັບມີຄວາມຫມັ້ນຄົງ. Methyl acquires ເປັນຮັບຜິດຊອບໃນທາງບວກ, ແລະ Bromo - ລົບ: CH ₃ Br → CH ₃ ^{+ +} Br ^-; NaOH → Na ^{+ +} OH ^-; CH ₃ ^{+ +} OH ^- → CH ₃ OH; Na ^{+ +} Br ^- ↔ Nabr.

Electrophiles ແລະ nucleophiles

ອະນຸພາກທີ່ຍັງບໍ່ທັນອິເລັກຕອນແລະສາມາດຍອມຮັບໃຫ້ເຂົາເຈົ້າ, ໄດ້ຖືກເອີ້ນວ່າ "electrophiles." ເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນປະລໍາມະນູກາກບອນຜູກມັດກັບ halogens ໃນ haloalkanes. Nucleophiles ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນເອເລັກໂຕຣນິກສູງ, ພວກເຂົາເຈົ້າແມ່ນ "ຜູ້ຖືກເຄາະຮ້າຍ" ຂອງຄູ່ຂອງອິເລັກຕອນໃນການສ້າງພັນທະບັດ Covalent ໄດ້. ຕິກິລິຍາການທົດແທນຄ່າບໍລິການລົບອຸດົມສົມບູນໄດ້ຖືກໂຈມຕີໂດຍ electrophiles nucleophiles, ການຂາດດຸນຂອງເອເລັກໂຕຣນິກ. ປະກົດການນີ້ແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງກັບການເຄື່ອນໄຫວຂອງປະລໍາມະນູຫຼືອະນຸພາກອື່ນ ໆ ໄດ້ - ຊຶ່ງເຮັດໃຫ້ກຸ່ມ. ຫຼາຍໆຄົນອື່ນຂອງຕິກິລິຍາການທົດແທນ - ການໂຈມຕີຂອງ nucleophile electrophile. ບາງຄັ້ງມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກທີ່ຈະຈໍາແນກລະຫວ່າງສອງຂະບວນການ, ອ້າງອີງເຖິງການທົດແທນຂອງຫນຶ່ງຫຼືປະເພດອື່ນໆ, ເນື່ອງຈາກວ່າມັນແມ່ນການຍາກທີ່ຈະລະບຸສິ່ງທີ່ປະເພດຂອງໂມເລກຸນ - substrate ແລະທີ່ - ນ້ໍາຢາ. ປົກກະຕິແລ້ວໃນກໍລະນີດັ່ງກ່າວ, ປັດໄຈດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້ໄດ້ຖືກພິຈາລະນາ:

• ລັກສະນະຂອງກຸ່ມອອກຈາກ;
• reactivity ຂອງ nucleophile ໄດ້;
• ລັກສະນະຂອງ solvent ໄດ້;
• ສ່ວນ alkyl ຂອງໂຄງປະກອບການ.

ການທົດແທນ Nucleophilic (SN)

ໃນຂະບວນການຂອງການນໍາທິດໃນ molecule ອົງການຈັດຕັ້ງມີການເພີ່ມທະວີໂພ. ໃນສະມະການຂອງຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນທາງບວກຫຼືທາງລົບບາງສ່ວນທີ່ສະແດງອອກດ້ວຍຕົວອັກສອນຂອງຫນັງສືກເຣັກໄດ້. ການສື່ສານ Polarization ເຮັດໃຫ້ສະແດງເຖິງມູນຂອງລັກສະນະຂອງການ rupture ຂອງຕົນແລະພຶດຕິກໍາໃນອະນາຄົດຂອງ "ຊິ້ນ" ຂອງໂມເລກຸນໄດ້. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ປະລໍາມະນູກາກບອນໃນ iodomethane ມີການຮັບຜິດຊອບໃນທາງບວກບາງສ່ວນ, ມັນເປັນສູນກາງ electrophilic. ມັນດຶງດູດຂົ້ວຂອງນ້ໍາ, ບ່ອນທີ່ອົກຊີເຈນທີ່ມີການເກີນຂອງເອເລັກໂຕຣນິກໄດ້. ໃນຕິກິຣິຍາຂອງ electrophile ທີ່ມີ nucleophile ໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນ methanol: CH ₃ ຂ້າພະເຈົ້າ + H ₂ O → CH ₃ OH + HI. ຕິກິລິຍາການທົດແທນ nucleophilic ໃຊ້ເວລາສະຖານທີ່ທີ່ມີການເຂົ້າຮ່ວມຂອງ ion ຄິດຄ່າທໍານຽມທາງລົບຫຼື molecule ມີຄູ່ເອເລັກໂຕຣນິກ, ເຊິ່ງບໍ່ໄດ້ມີສ່ວນຮ່ວມໃນການສ້າງຂອງພັນທະບັດທາງເຄມີເປັນໄດ້. ການມີສ່ວນຮ່ວມຢ່າງຫ້າວຫັນຂອງ iodomethane ໃນ SN _{2 ກິຣິຍາອັນເນື່ອງມາຈາກການເປີດກວ້າງຂອງຕົນໃນການໂຈມຕີ} nucleophilic ແລະການເຄື່ອນໄຫວທາດໄອໂອດິນ.

ການທົດແທນ Electrophilic (SE)

ການ molecule ອົງການຈັດຕັ້ງອາດຈະສູນ nucleophilic ປະຈຸບັນ, ເຊິ່ງແມ່ນສະໂດຍການເກີນຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງເອເລັກໂຕຣນິກເປັນ. ມັນ reacts ກັບການຂາດຄ່າບໍລິການລົບ reagent electrophilic ໄດ້. ອະນຸພາກດັ່ງກ່າວມີປະລໍາມະນູມີໂມເລກຸນຕາຟຣີກັບບາງສ່ວນຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງເອເລັກໂຕຣນິກການຫຼຸດຜ່ອນການ. The sodium ຮູບແບບ ກາກບອນມີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ "-" ແມ່ນຕິກິລິຍາທີ່ມີສ່ວນໃນທາງບວກຂອງຂົ້ວນ້ໍາໄດ້ - hydrogen: CH ₃ Na + H ₂ O → CH ₄ + NaOH. ຜະລິດຕະພັນຂອງຕິກິຣິຍາດັ່ງກ່າວນີ້, ການທົດແທນ electrophilic - methane. ໃນເວລາທີ່ຕິກິລິຍາໂຕ້ຕອບ heterolytic ຄ່າທໍານຽມ oppositely ສູນກາງຂອງໂມເລກູນອົງ, ຊຶ່ງເຮັດໃຫ້ພວກເຂົາເປັນພີ່ນ້ອງກັນກັບໄອອອນໃນສານອະນິນຊີເຄມີສາດ. ມັນບໍ່ຄວນຈະຖືກມອງຂ້າມວ່າການປ່ຽນແປງຂອງສານອິນຊີແມ່ນປະກອບບໍ່ຄ່ອຍໂດຍການສ້າງຕັ້ງຂອງປະຈຸບວກເຫຼົ່ານີ້ແລະ anions ໄດ້.

Unimolecular ແລະຕິກິລິຍາ bimolecular

ການທົດແທນ nucleophilic ແມ່ນ monomolecular (SN1). ໂດຍກົນໄກດັ່ງກ່າວນີ້, ຜະລິດຕະພັນທີ່ສໍາຄັນໄຫລ hydrolysis ຂອງອິນຊີສັງເຄາະ - ບິວທິ chloride ສາມ. ຂັ້ນຕອນທໍາອິດແມ່ນຊ້າ, ມັນແມ່ນທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການແຍກຕົວອອກກ້າວຫນ້າເຂົ້າໄປໃນ carbonium ປະຈຸບວກແລະ anion chloride. ຂັ້ນຕອນທີສອງແມ່ນຕິກິຣິຍາໄວເກີດຂຶ້ນ ion carbonium ແລະນ້ໍາ. ສະມະການຂອງຕິກິຣິຍາ ຂອງການທົດແທນຂອງຮາໂລເຈນໃນອັນເຄນທີ່ຈະໄດ້ຮັບເຫຼົ້າ hydroxy ແລະປະຖົມ: (CH _{3) 3} C-Cl → (CH _{3) 3} C ^{+ +} Cl ^-; (CH _{3) 3} C ^{+ +} H ₂ O → (CH _{3) 3} C-OH ⁺ H +. ສໍາລັບຂັ້ນຕອນຫນຶ່ງ hydrolysis ຂອງ halides alkyl ປະຖົມແລະມັດທະຍົມໂດຍທໍາລາຍພ້ອມກັນຂອງກາກບອນເນື່ອງຈາກຮາໂລເຈນແລະການສ້າງຕັ້ງຂອງຄູ່ C-OH ໄດ້. ນີ້ກົນໄກ nucleophilic bimolecular ຕົວແທນ (SN2).

ກົນໄກ Heterolytic ຂອງການທົດແທນ

ກົນໄກການທົດແທນກ່ຽວຂ້ອງກັບການໂອນເອເລັກໂຕຣນິກ, ການສ້າງສະລັບສັບຊ້ອນລະຫວ່າງກາງຂອງ. ຕິກິຣິຍາຂັ້ນຕອນຫຼາຍຢ່າງວ່ອງໄວ, ໄດ້ງ່າຍຂຶ້ນມັນແມ່ນສໍາລັບລະດັບປານກາງເປັນປົກກະຕິສໍາລັບນາງ. ປົກກະຕິແລ້ວຂະບວນການແມ່ນໃນຫຼາຍທິດທາງພ້ອມກັນ. ປະໂຫຍດມັກຈະໄດ້ຮັບວິທີການທີ່ອະນຸພາກໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້, ການກໍານົດການໃຊ້ຈ່າຍຢ່າງຫນ້ອຍຂອງພະລັງງານສໍາລັບການສ້າງຕັ້ງຂອງຕົນ. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ມີຄວາມຜູກພັນສອງໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງປະຈຸບວກ allyl ໄດ້ CH 2 = CH-CH ₂ ^+, ເມື່ອທຽບກັບ _CH3 ⁺ ion. ເຫດຜົນທີ່ຈະເຣັດໃນຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງເອເລັກໂຕຣນິກຂອງເຄື່ອງພັນທະນາທີ່ຫຼາກຫຼາຍຊຶ່ງມີຜົນຕໍ່ delocalization ການຮັບຜິດຊອບໃນທາງບວກ, ກະແຈກກະຈາຍໃນໄລຍະ molecule ທັງຫມົດ.

ຕິກິຣິຍາການທົດແທນນໍ້າມັນແອັດຊັງ

ກຸ່ມ ຂອງທາດປະສົມສານພິດ, ເຊິ່ງແມ່ນສະໂດຍການທົດແທນ electrophilic - ນາມຫລິ້ນກິລາ. ວົງ Benzene - ເປັນວັດຖຸສະດວກສໍາລັບການໂຈມຕີ electrophilic. ຂະບວນການເລີ່ມຕົ້ນການສື່ສານທີ່ມີນ້ໍາຢາໂພສອງ, ຊຶ່ງມັນກອບເປັນຈໍານວນ cloud ເອເລັກໂຕຣນິກ electrophile ຢູ່ໃກ້ຊິດວົງ benzene ໄດ້. ຜົນໄດ້ຮັບແມ່ນການປ່ຽນແປງສະລັບສັບຊ້ອນ. ການສື່ສານທີ່ມີຄຸນຄ່າອະນຸພາກ electrophilic ກັບຫນຶ່ງຂອງອະຕອມຄາບອນທີ່ບໍ່ທັນ, ມັນແມ່ນການດຶງດູດທີ່ຮັບຜິດຊອບໃນທາງລົບທັງຫມົດ "ທີ່ມີກິ່ນຫອມຫົກ" ເອເລັກໂຕຣນິກ. ໃນຂັ້ນຕອນທີສາມຂອງ electrophile ຂະບວນການແລະຫນຶ່ງປະລໍາມະນູວົງກາກບອນຜູກມັດຄູ່ທົ່ວໄປຂອງອິເລັກຕອນ (ສາຍສໍາພັນ Covalent). ແຕ່ໃນກໍລະນີດັ່ງກ່າວນີ້, ແມ່ນການທໍາລາຍຂອງ "ທີ່ມີກິ່ນຫອມຫົກ", ເຊິ່ງແມ່ນເສຍປຽບໃນການບັນລຸຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງລັດພະລັງງານແບບຍືນຍົງ. ມີປະກົດການທີ່ສາມາດເອີ້ນວ່າເປັນ "ການປ່ອຍຂອງ proton ໄດ້." ມັນໄດ້ຖືກແບ່ງປັນໄປ H ^+, ຟື້ນລະບົບການສື່ສານຄວາມຫມັ້ນຄົງ, Arenes ປົກກະຕິ. ສານຂ້າງປະກອບດ້ວຍປະຈຸບວກ hydrogen ຂອງວົງ benzene ແລະ anion ຈາກນ້ໍາຢາທີ່ສອງ.

ຕົວຢ່າງຂອງການຕິກິລິຍາການທົດແທນຂອງເຄມີສາດຊີວະພາບ

ສໍາລັບອັນເຄນຕິກິຣິຍາການທົດແທນໂດຍສະເພາະແມ່ນປົກກະຕິ. ຕົວຢ່າງຂອງການຕິກິລິຍາ electrophilic ແລະ nucleophilic ສາມາດນໍາໄປສູ່ການ cycloalkanes ແລະ Arenes. ຕິກິລິຍາທີ່ຄ້າຍຄືກັນໃນໂມເລກຸນຂອງສານອິນຊີທີ່ຢູ່ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂປົກກະຕິ, ແຕ່ປົກກະຕິແລ້ວ - ແລະດ້ວຍຄວາມຮ້ອນໃນທີ່ປະທັບຂອງ catalysts. ໂດຍຂະບວນການທົ່ວໄປແລະການສຶກສາດີມີການທົດແທນທີ່ມີກິ່ນຫອມ electrophilic. ຕິກິຣິຍາສໍາຄັນທີ່ສຸດຂອງປະເພດນີ້:

1. Nitrates ຂອງ benzene ທີ່ມີອາຊິດ nitric ໃນທີ່ປະທັບຂອງ H ₂ SO ₄ ທີ່ - ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້ໂຄງການ: C ₆ H ₆ → C ₆ H ₅ -No _2.
2. The Halogen catalytic ຂອງ benzene, ໂດຍສະເພາະ chlorination, ໂດຍສະມະການ: C ₆ H ₆ + Cl ₂ → C ₆ H ₅ Cl + HCl.
3. sulfonic Aromatic ຂອງຂັ້ນຕອນ benzene ກັບ "fuming" ຊິດຊູນຟູຣິກ, ກົດ benzenesulfonic ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນ.
4. alkyl - ການທົດແທນຂອງປະລໍາມະນູ hydrogen ຈາກວົງ benzene ເພື່ອ alkyl.
5. acyl - ການສ້າງຕັ້ງຂອງ ketones.
6. Formylation - ແທນ hydrogen ໃນກຸ່ມ CHO ແລະການສ້າງຕັ້ງຂອງອັນດີໄຮໄດ້.

ໂດຍການທົດແທນຕິກິລິຍາປະກອບມີຕິກິຣິຍາໃນອັນເຄນແລະ cycloalkanes, wherein halogens ໂຈມຕີສາມາດໃຊ້ໄດ້ເຄື່ອງພັນທະນາ C-H ໄດ້. ການສືບຄົ້ນຂັ້ນອາດຈະໄດ້ຮັບທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການທົດແທນຂອງຫນຶ່ງ, ສອງຫຼືທັງຫມົດຂອງປະລໍາມະນູ hydrogen ໃນໄຮໂດຄາບອນອິ່ມຕົວແລະ cycloparaffins. ຈໍານວນຫຼາຍຂອງ galogenoalkanov ຂອງນ້ໍາຫນັກໂມເລກຸນຕ່ໍາໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໃນການຜະລິດສານສະລັບສັບຊ້ອນຫຼາຍຂອງຫ້ອງຮຽນທີ່ແຕກຕ່າງກັນໄດ້. ຄວາມສໍາເລັດທີ່ບັນລຸໄດ້ໃນການສຶກສາຂອງກົນໄກຂອງຕິກິລິຍາການທົດແທນທີ່, ໃຫ້ເປັນ impetus ປະສິດທິພາບເພື່ອການພັດທະນາຂອງສັງເຄາະບົນພື້ນຖານຂອງອັນເຄນ, cyclo ຂັ້ນຕອນຂອງການແລະໄຮໂດຄາບອນຮາໂລເຈນໄດ້.