بسیاری از واکنش های جایگزینی راه را برای تولید انواع ترکیبات که کاربرد اقتصادی دارند باز می کند. جایگزینی الکتروفیل و نوکلئوفیل نقش بزرگی در علم و صنعت شیمی ایفا می کند. در سنتز آلی، این فرآیندها دارای تعدادی ویژگی هستند که باید به آنها توجه کرد.
انواع پدیده های شیمیایی واکنش های جایگزینی
تغییرات شیمیایی مرتبط با تبدیل مواد با تعدادی ویژگی متمایز می شود. نتایج نهایی و اثرات حرارتی ممکن است متفاوت باشد. برخی از فرآیندها به پایان می رسند، در برخی دیگر تغییری در مواد رخ می دهد که اغلب با افزایش یا کاهش درجه اکسیداسیون همراه است. هنگام طبقه بندی پدیده های شیمیایی بر اساس نتیجه نهایی، به تفاوت های کمی و کیفی بین معرف ها و محصولات توجه می شود. بر اساس این ویژگی ها، 7 نوع تبدیل شیمیایی را می توان متمایز کرد، از جمله جایگزینی، که از این طرح پیروی می کند: A-B + C A-C + B. یک نماد ساده از یک کلاس کامل از پدیده های شیمیایی این ایده را به دست می دهد که در بین مواد اولیه یک به اصطلاح "حمله" ذره ای که جایگزین اتم، یون یا گروه عاملی در یک معرف می شود. واکنش جایگزینی مشخصه محدود کننده و
واکنش های جانشینی می تواند به شکل یک تبادل دوگانه رخ دهد: A-B + C-E A-C + B-E. یکی از زیرگونه ها جابجایی، به عنوان مثال، مس با آهن از محلول سولفات مس است: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. ذره "حمله کننده" می تواند اتم ها، یون ها یا گروه های عاملی باشد
جایگزینی همولیتیک (رادیکال، SR)
با مکانیسم رادیکال شکستن پیوندهای کووالانسی، یک جفت الکترون مشترک برای عناصر مختلف به طور متناسب بین "قطعات" مولکول توزیع می شود. رادیکال های آزاد تشکیل می شوند. اینها ذرات ناپایدار هستند که تثبیت آنها در نتیجه تحولات بعدی رخ می دهد. به عنوان مثال، هنگام تولید اتان از متان، رادیکال های آزاد ظاهر می شوند که در واکنش جایگزینی شرکت می کنند: CH 4 CH 3. + .N; CH 3. + CH 3 → C2H5; N. + .N → N2. برش پیوند همولیتیک با توجه به مکانیسم جایگزینی فوق، ماهیت زنجیره ای دارد. در متان، اتم های H را می توان به طور متوالی با کلر جایگزین کرد. واکنش با برم نیز به همین صورت اتفاق می‌افتد، اما ید قادر به جایگزینی مستقیم هیدروژن در آلکانها نیست، فلوئور به شدت با آنها واکنش می‌دهد.
روش شکستن پیوند هترولیتیک
با مکانیسم یونی واکنش‌های جانشینی، الکترونها بین ذرات تازه تشکیل‌شده به طور نابرابر توزیع می‌شوند. جفت پیوند الکترون ها به طور کامل به یکی از "قطعه ها" می رود، اغلب به شریک پیوندی که چگالی منفی در مولکول قطبی به سمت آن منتقل شده است. واکنش های جایگزینی شامل تشکیل متیل الکل CH 3 OH است. در برومومتان CH3Br، برش مولکول هترولیتیک است و ذرات باردار پایدار هستند. متیل بار مثبت و برم بار منفی پیدا می کند: CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; CH 3 + + OH - → CH 3 OH; Na + + Br - ↔ NaBr.
الکتروفیل ها و هسته دوست ها
ذراتی که فاقد الکترون هستند و می توانند آنها را بپذیرند "الکتروفیل" نامیده می شوند. اینها شامل اتم های کربن متصل به هالوژن ها در هالوآلکان ها می شود. هسته دوست ها چگالی الکترون را افزایش داده اند؛ آنها هنگام ایجاد یک پیوند کووالانسی، یک جفت الکترون را اهدا می کنند. در واکنش های جانشینی، هسته دوست های غنی از بارهای منفی توسط الکتروفیل های گرسنگی الکترونی مورد حمله قرار می گیرند. این پدیده با حرکت یک اتم یا ذره دیگر - یک گروه ترک همراه است. نوع دیگری از واکنش جانشینی، حمله یک الکتروفیل توسط یک هسته دوست است. گاهی اوقات تشخیص بین دو فرآیند و نسبت دادن جایگزینی به یک نوع یا دیگری دشوار است، زیرا تعیین دقیق اینکه کدام یک از مولکول ها بستر و کدام یک معرف است دشوار است. به طور معمول در چنین مواردی عوامل زیر در نظر گرفته می شود:
- ماهیت گروه ترک؛
- واکنش نوکلئوفیل؛
- ماهیت حلال؛
- ساختار بخش آلکیل
جایگزینی نوکلئوفیلیک (SN)
در طول فرآیند برهمکنش در یک مولکول آلی، افزایش پلاریزاسیون مشاهده می شود. در معادلات، یک بار جزئی مثبت یا منفی با یک حرف از الفبای یونانی نشان داده می شود. قطبش باند قضاوت در مورد ماهیت گسیختگی آن و رفتار بیشتر "قطعات" مولکول را ممکن می سازد. به عنوان مثال، اتم کربن موجود در یدومتان دارای بار مثبت جزئی است و یک مرکز الکتروفیل است. آن قسمت از دوقطبی آب را جذب می کند که در آن اکسیژن که دارای الکترون های اضافی است قرار دارد. هنگامی که یک الکتروفیل با یک معرف نوکلئوفیل تعامل می کند، متانول تشکیل می شود: CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI. واکنش های جانشینی هسته دوست با مشارکت یک یون یا مولکول با بار منفی با یک جفت الکترون آزاد که در ایجاد پیوند شیمیایی دخالتی ندارد، انجام می شود. مشارکت فعال یدومتان در واکنش‌های SN 2 با باز بودن آن در برابر حمله هسته دوست و تحرک ید توضیح داده می‌شود.
جایگزینی الکتروفیلیک (SE)
یک مولکول آلی ممکن است حاوی یک مرکز هسته دوست باشد که با چگالی الکترون بیش از حد مشخص می شود. با یک معرف الکتروفیل فاقد بار منفی واکنش می دهد. چنین ذرات شامل اتم‌هایی با اوربیتال‌های آزاد و مولکول‌هایی با نواحی با چگالی الکترونی کم است. کربن B، که دارای بار "-" است، با بخش مثبت دوقطبی آب - با هیدروژن تعامل می کند: CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH. محصول این واکنش جایگزینی الکتروفیل متان است. در واکنش‌های هترولیتیک، مراکز دارای بار مخالف مولکول‌های آلی برهم کنش می‌کنند، که آنها را در شیمی مواد معدنی شبیه یون‌ها می‌کند. نباید نادیده گرفت که تبدیل ترکیبات آلی به ندرت با تشکیل کاتیون ها و آنیون های واقعی همراه است.
واکنش های تک مولکولی و دو مولکولی
جایگزینی نوکلئوفیلیک تک مولکولی (SN1) است. این مکانیسم برای هیدرولیز یک محصول مهم سنتز آلی - کلرید بوتیل سوم - استفاده می شود. مرحله اول کند است؛ با تجزیه تدریجی به کاتیون کربن و آنیون کلرید همراه است. مرحله دوم سریعتر پیش می رود، واکنش یون کربن با آب رخ می دهد. جایگزینی هالوژن موجود در آلکان با یک گروه هیدروکسی و به دست آوردن الکل اولیه: (CH 3) 3 C—Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C—OH + H + . هیدرولیز یک مرحله ای آلکیل هالیدهای اولیه و ثانویه با تخریب همزمان پیوند کربن - هالوژن و تشکیل یک جفت C-OH مشخص می شود. این یک مکانیسم جایگزینی دو مولکولی هسته دوست (SN2) است.
مکانیسم جایگزینی هترولیتیک
مکانیسم جایگزینی با انتقال الکترون و ایجاد کمپلکس های میانی مرتبط است. هر چه واکنش سریعتر رخ دهد، محصولات میانی مشخصه آن آسانتر ایجاد می شود. اغلب این فرآیند به طور همزمان در چندین جهت پیش می رود. مزیت معمولاً به مسیری مربوط می شود که از ذراتی استفاده می کند که برای تشکیل آنها به کمترین انرژی نیاز دارند. برای مثال، وجود یک پیوند دوگانه احتمال ظهور یک کاتیون آللیک CH2=CH—CH2+ را در مقایسه با یون CH3+ افزایش می‌دهد. دلیل آن در چگالی الکترونی پیوند چندگانه نهفته است، که بر تغییر مکان بار مثبت پراکنده در سراسر مولکول تأثیر می گذارد.
واکنش های جایگزینی بنزن
گروهی که با جایگزینی الکتروفیل مشخص می شود، آرن ها هستند. حلقه بنزن یک هدف مناسب برای حمله الکتروفیلیک است. این فرآیند با قطبش پیوند در معرف دوم آغاز می شود و در نتیجه یک الکتروفیل در مجاورت ابر الکترونی حلقه بنزن تشکیل می شود. در نتیجه، یک مجتمع انتقال ظاهر می شود. هنوز ارتباط کاملی بین ذره الکتروفیل و یکی از اتم‌های کربن وجود ندارد؛ این ذره به کل بار منفی الکترون‌های «شش معطر» جذب می‌شود. در مرحله سوم فرآیند، الکتروفیل و یک اتم کربن حلقه توسط یک جفت الکترون مشترک (پیوند کووالانسی) به هم متصل می شوند. اما در این حالت "شش معطر" از بین می رود که از نقطه نظر دستیابی به یک حالت انرژی پایدار و پایدار نامطلوب است. پدیده ای مشاهده می شود که می توان آن را "پرتاب پروتون" نامید. H+ حذف می شود و یک سیستم ارتباطی پایدار مشخصه آرن ها بازیابی می شود. محصول فرعی حاوی یک کاتیون هیدروژن از حلقه بنزن و یک آنیون از معرف دوم است.
نمونه هایی از واکنش های جانشینی از شیمی آلی
آلکان ها به ویژه با واکنش جانشینی مشخص می شوند. برای سیکلوآلکان ها و آرن ها می توان مثال هایی از تبدیل های الکتروفیل و هسته دوست ارائه داد. واکنش‌های مشابهی در مولکول‌های مواد آلی در شرایط عادی اتفاق می‌افتد، اما اغلب هنگام گرم شدن و در حضور کاتالیزورها. فرآیندهای رایج و به خوبی مطالعه شده شامل جایگزینی الکتروفیل در حلقه آروماتیک است. مهمترین واکنش های این نوع:
- نیتراسیون بنزن در حضور H 2 SO 4 طبق این طرح انجام می شود: C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2.
- هالوژناسیون کاتالیزوری بنزن، به ویژه کلرزنی، طبق معادله: C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl.
- فرآیند معطر با اسید سولفوریک "دود" ادامه می یابد، اسیدهای بنزن سولفونیک تشکیل می شوند.
- آلکیلاسیون جایگزینی اتم هیدروژن از حلقه بنزن با یک آلکیل است.
- آسیلاسیون - تشکیل کتون ها.
- فرمیلاسیون جایگزینی هیدروژن با گروه CHO و تشکیل آلدئیدها است.
واکنش‌های جانشینی شامل واکنش‌هایی در آلکانها و سیکلوآلکان‌ها است که در آن هالوژن‌ها به پیوند C-H قابل دسترسی حمله می‌کنند. تشکیل مشتقات ممکن است شامل جایگزینی یک، دو یا همه اتم های هیدروژن در هیدروکربن های اشباع شده و سیکلوپرافین ها باشد. بسیاری از هالوآلکان ها با وزن مولکولی کوچک در تولید مواد پیچیده تر متعلق به کلاس های مختلف استفاده می شوند. پیشرفت به‌دست‌آمده در مطالعه مکانیسم‌های واکنش‌های جانشینی، انگیزه قدرتمندی برای توسعه سنتزهای مبتنی بر آلکانها، سیکلوپارافین‌ها، آرن‌ها و هیدروکربن‌های هالوژنه داده است.
هنگامی که اوربیتال های اتمی روی هم قرار می گیرند و جفت های الکترون مشترک تشکیل می شوند، تشکیل می شود. در نتیجه یک اوربیتال مشترک بین دو اتم تشکیل می شود که حاوی یک جفت الکترون مشترک است. هنگامی که یک پیوند شکسته می شود، سرنوشت این الکترون های مشترک می تواند متفاوت باشد.
مکانیسم تبادل تشکیل پیوند کووالانسی شکاف باند همولیتیک
یک اوربیتال با یک الکترون جفت نشده متعلق به یک اتم می تواند با اوربیتال اتم دیگری که حاوی یک الکترون جفت نشده نیز باشد همپوشانی داشته باشد. در این مورد، یک پیوند کووالانسی با توجه به مکانیسم تبادل تشکیل می شود:
N· + ·N -> N: N یا N-N
مکانیسم تبادل برای تشکیل پیوند کووالانسی در صورتی محقق می شود که یک جفت الکترون مشترک از الکترون های جفت نشده متعلق به اتم های مختلف تشکیل شود.
فرآيند مخالف تشكيل پيوند كووالانسي توسط مكانيسم تبادل، شكاف پيوند است كه در آن يك الكترون به هر اتم از دست مي‌رود. در نتیجه دو ذره بدون بار با الکترون های جفت نشده تشکیل می شوند:
به چنین ذرات رادیکال های آزاد می گویند.
رادیکال های آزاد- اتم ها یا گروه هایی از اتم ها که الکترون های جفت نشده دارند.
مکانیسم شکست پیوند کووالانسی، که در آن رادیکال‌های آزاد تشکیل می‌شوند، همولیتیک یا همولیز نامیده می‌شود (همو - یکسان، یعنی این نوع شکست پیوند منجر به تشکیل ذرات یکسان می‌شود).
واکنش هایی که تحت تاثیر و با مشارکت رادیکال های آزاد رخ می دهد نامیده می شود واکنش های رادیکال آزاد
آنیون هیدروکسیل به اتم کربن جذب می شود (به اتم کربن حمله می کند) که بار مثبت جزئی روی آن متمرکز شده است و جایگزین برم یا به طور دقیق تر آنیون برمید می شود.
در مولکول 1-کلروپروپان، جفت الکترون در پیوند C-Cl به دلیل الکترونگاتیوی بیشتر به سمت اتم کلر منتقل می شود. در این حالت، اتم کربن که یک بار مثبت جزئی (§+) دریافت کرده است، الکترونها را از اتم کربن مرتبط می‌گیرد که به نوبه خود از موارد زیر می‌گیرد:
بنابراین، اثر القایی از طریق مدار منتقل می شود، اما به سرعت محو می شود: عملاً پس از سه اتصال st مشاهده نمی شود.
بیایید واکنش دیگری را در نظر بگیریم - افزودن هیدروژن برومید به اتن:
CH2=CH2 + HBr -> CH3-CH2Br
در مرحله اولیه این واکنش، یک کاتیون هیدروژن به یک مولکول حاوی یک پیوند چندگانه اضافه می شود:
CH2=CH2 + H+ -> CH2-CH3
الکترون‌های پیوند n به یک اتم کربن جابه‌جا شدند و الکترون‌های همسایه بار مثبت داشتند، یک اوربیتال پر نشده.
پایداری چنین ذرات با میزان جبران بار مثبت اتم کربن تعیین می شود. این جبران به دلیل تغییر در چگالی الکترونی پیوند a به سمت اتم کربن با بار مثبت، یعنی یک اثر القایی مثبت (1+) رخ می‌دهد. 
گروه اتم ها، در این مورد گروه متیل، که چگالی الکترون از آن گرفته می شود، دارای اثر دهنده است که به آن 1+ می گویند.
اثر مزومریک روش دیگری وجود دارد که برخی اتم ها یا گروه ها بر دیگران تأثیر می گذارند - اثر مزومریک یا اثر مزدوج.
مولکول 1،3 بوتادین را در نظر بگیرید:
CH2=CH CH=CH2
معلوم می شود که پیوندهای دوگانه در این مولکول فقط دو پیوند دوگانه نیستند! از آنجایی که آنها در نزدیکی هستند، همپوشانی وجود دارد پ- پیوندهایی که در پیوندهای دوگانه همسایه قرار دارند و یک پیوند مشترک برای هر چهار اتم کربن تشکیل می شود پ-ابر الکترونی در این صورت سیستم (مولکول) پایدارتر می شود. این پدیده صرف نامیده می شود (در این مورد پ - پ- جفت کردن). 
همپوشانی اضافی، ترکیب پیوندهای n که توسط یک پیوند o از هم جدا شده اند، منجر به "میانگین" شدن آنها می شود. پیوند ساده مرکزی یک ویژگی "دوگانه" جزئی پیدا می کند، قوی تر و کوتاه تر می شود و پیوندهای دوگانه تا حدودی ضعیف و طولانی می شوند.
مثال دیگری از صرف، تأثیر یک پیوند دوگانه بر روی اتمی است که دارای یک جفت تک الکترون است.
بنابراین، برای مثال، هنگامی که یک اسید کربوکسیلیک تجزیه می شود، جفت الکترون تنها روی اتم اکسیژن باقی می ماند:
این منجر به افزایش پایداری آنیون تشکیل شده در حین تفکیک و افزایش قدرت اسید می شود.
تغییر چگالی الکترون در سیستم‌های مزدوج شامل پیوندهای n یا جفت الکترون تنها اثر مزومریک (M) نامیده می‌شود.
مکانیسم های واکنش اولیه
ما سه نوع اصلی ذرات واکنش دهنده را شناسایی کرده ایم - رادیکال های آزاد، الکتروفیل ها، هسته دوست ها و سه نوع مکانیسم واکنش مربوطه:
رادیکال های آزاد؛
الکتروفیل؛
هسته دوست
علاوه بر طبقه‌بندی واکنش‌ها بر اساس نوع ذرات واکنش‌دهنده، در شیمی آلی چهار نوع واکنش بر اساس اصل تغییر ترکیب مولکول‌ها وجود دارد: افزودن، جایگزینی، حذف یا حذف (از انگلیسی به حذف - حذف، تقسیم خاموش)، و بازآرایی. از آنجایی که افزودن و جایگزینی می تواند تحت تأثیر هر سه نوع ذرات واکنشی رخ دهد، چندین مکانیسم واکنش اصلی را می توان متمایز کرد.
علاوه بر این، ما واکنش های حذف را که تحت تأثیر ذرات هسته دوست - بازها رخ می دهد، در نظر خواهیم گرفت.
1. شکاف همولیتیک و هترولیتیک یک پیوند کووالانسی چیست؟ آنها برای چه مکانیسم های تشکیل پیوند کووالانسی معمول هستند؟
2. الکتروفیل ها و هسته دوست ها به چه چیزهایی گفته می شود؟ نمونه هایی از آنها را ذکر کنید.
3. تفاوت بین اثرات مزومریک و القایی چیست؟ چگونه این پدیده ها موضع نظریه A. M. Butlerov را در مورد ساختار ترکیبات آلی در مورد تأثیر متقابل اتم ها در مولکول های مواد آلی نشان می دهند؟
4. در پرتو مفاهیم اثرات القایی و مزومری، تأثیر متقابل اتم ها در مولکول ها را در نظر بگیرید:
نتیجه گیری خود را با مثال هایی از معادلات واکنش شیمیایی پشتیبانی کنید.
محتوای درس یادداشت های درسیفن آوری های تعاملی روش های شتاب ارائه درس فریم پشتیبانی می کند تمرین کارها و تمرینات کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، کوئست ها سوالات بحث تکلیف سوالات بلاغی از دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس، عکس، گرافیک، جداول، نمودار، طنز، حکایت، جوک، کمیک، تمثیل، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول افزونه ها چکیده هاترفندهای مقاله برای گهواره های کنجکاو کتاب های درسی پایه و فرهنگ لغت اضافی اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی یک قطعه در کتاب درسی، عناصر نوآوری در درس، جایگزینی دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کاملبرنامه تقویم برای سال؛ توصیه های روش شناختی؛ برنامه های بحث و گفتگو دروس تلفیقیتمام واکنش های شیمیایی با شکستن برخی پیوندها و تشکیل برخی دیگر همراه است. اصولاً واکنش‌های آلی از همان قوانین غیرآلی پیروی می‌کنند، اما اصالت کیفی دارند.
بنابراین، در حالی که واکنش های معدنی معمولاً شامل یون ها می شود، واکنش های آلی شامل مولکول ها است.
واکنش ها بسیار کندتر پیش می روند و در بسیاری از موارد نیاز به کاتالیزور یا انتخاب شرایط خارجی (دما، فشار) دارند.
برخلاف واکنش‌های معدنی، که کاملاً بدون ابهام انجام می‌شوند، بیشتر واکنش‌های آلی با یک یا چند واکنش جانبی همراه هستند. در این مورد، بازده محصول اصلی اغلب از 50٪ تجاوز نمی کند، اما اتفاق می افتد که عملکرد حتی کمتر است. اما در برخی موارد واکنش می تواند به صورت کمی ادامه یابد، به عنوان مثال. با بازده 100 درصد با توجه به اینکه ترکیب محصولات مبهم است، معادلات واکنش شیمیایی به ندرت در شیمی آلی استفاده می شود. اغلب طرح واکنشی نوشته می شود که مواد اولیه و محصول اصلی واکنش را منعکس می کند و به جای علامت "=" بین قسمت راست و چپ طرح از "" یا علامت برگشت پذیری استفاده می شود.
دو رویکرد برای طبقه بندی واکنش های آلی وجود دارد: با توجه به ماهیت تبدیل های شیمیایی و با توجه به مکانیسم های وقوع آنها.
بر اساس ماهیت تبدیل های شیمیایی، آنها متمایز می شوند:
|
واکنش های تعویض (S - از انگلیسی جایگزینی - تعویض) |
یک اتم یا گروه اتم با اتم یا گروهی از اتم های دیگر جایگزین می شود: |
|
واکنش‌های افزودن (تبلیغ - از افزونه انگلیسی - الحاق) |
از دو یا چند مولکول یک ماده جدید تشکیل می شود. جمع، به عنوان یک قاعده، از طریق پیوندهای متعدد (دو، سه گانه): |
|
واکنش های حذف (E - از انگلیسی حذف - حذف، حذف) |
واکنش‌های مشتقات هیدروکربنی که در آن یک گروه عاملی همراه با اتم‌های هیدروژن برای تشکیل یک پیوند (دو، سه‌گانه) حذف می‌شود: |
|
گروه بندی مجدد (Rg - از انگلیسی Re-grouping - regrouping) |
واکنش های درون مولکولی توزیع مجدد چگالی الکترون و اتم ها: (فاورسکی دوباره گروه بندی می شود). |
طبقه بندی واکنش های آلی بر اساس مکانیسم وقوع آنها.
مکانیسم واکنش شیمیایی مسیری است که منجر به شکستن یک پیوند قدیمی و تشکیل پیوند جدید می شود.
دو مکانیسم برای شکستن پیوند کووالانسی وجود دارد:
1. هترولیتیک (یونی). در این مورد، جفت الکترون پیوند به طور کامل به یکی از اتم های پیوند منتقل می شود:
2. همولیتیک (رادیکال). جفت الکترون مشترک به نصف شکسته می شود تا دو ذره با ظرفیت آزاد - رادیکال ها تشکیل شود:
ماهیت مکانیسم فروپاشی بر اساس نوع ذره مهاجم (معرف) تعیین می شود. در شیمی آلی سه نوع معرف وجود دارد.
1. معرف های هسته دوست (N - از لاتین Nucleophilic - دارای میل ترکیبی به هسته).
ذرات (اتم ها، گروه ها، مولکول های خنثی) حاوی چگالی الکترون اضافی. آنها به دو دسته قوی، متوسط و ضعیف تقسیم می شوند. قدرت یک هسته دوست یک مفهوم نسبی است، بسته به شرایط واکنش (قطبیت حلال). در حلال های قطبی هسته دوست های قوی: و همچنین مولکول های خنثی با جفت الکترون های تنها (در اوربیتال های غیر پیوندی). نوکلئوفیل های با قدرت متوسط: . هسته دوست های ضعیف: آنیون های اسیدهای قوی - و همچنین فنل ها و آمین های معطر.
2. معرفهای الکتروفیلیک (E - از لاتین Electrophilic - دارای میل ترکیبی برای الکترونها).
ذراتی (اتم‌ها، گروه‌ها، مولکول‌های خنثی) که حامل بار مثبت یا اوربیتال خالی هستند که در نتیجه آنها تمایلی به ذرات باردار منفی یا یک جفت الکترون دارند. به شماره الکتروفیل های قویشامل پروتون، کاتیون‌های فلزی (به ویژه کاتیون‌های دارای بار چندگانه)، مولکول‌هایی با اوربیتال خالی روی یکی از اتم‌ها (اسیدهای لوئیس)، مولکول‌های اسیدهای حاوی اکسیژن با بارهای زیاد روی اتم اکسید شده ().
اغلب اتفاق می افتد که یک مولکول دارای چندین مرکز واکنش با طبیعت های مختلف باشد - هر دو هسته دوست و الکتروفیل.
3. رادیکال ها (R).
بسته به نوع معرف و مسیر برش پیوند هترولیتیک در مولکول بستر، محصولات مختلفی تشکیل می شود. این را می توان به شکل کلی نشان داد:
واکنش‌هایی که طبق چنین طرح‌هایی رخ می‌دهند، واکنش‌های جایگزینی الکتروفیل (SE) نامیده می‌شوند، زیرا واکنش اساسا یک جابجایی است و عامل حمله یک گونه الکتروفیل است.
واکنش‌هایی که طبق چنین طرح‌هایی انجام می‌شوند، واکنش‌های جانشینی هسته دوست (S N) نامیده می‌شوند، زیرا واکنش اساسا یک جابجایی است و عامل حمله یک گونه هسته دوست است.
اگر عامل مهاجم یک رادیکال باشد، واکنش توسط یک مکانیسم رادیکال انجام می شود.
>> شیمی: انواع واکنش های شیمیایی در شیمی آلی
واکنش های مواد آلی را می توان به طور رسمی به چهار نوع اصلی تقسیم کرد: جایگزینی، افزودن، حذف (حذف) و بازآرایی (ایزومریزاسیون). بدیهی است که کل انواع واکنش های ترکیبات آلی را نمی توان به چارچوب طبقه بندی پیشنهادی کاهش داد (به عنوان مثال، واکنش های احتراق). با این حال، چنین طبقه بندی به ایجاد قیاس با طبقه بندی واکنش های رخ داده بین مواد معدنی که قبلاً از دوره شیمی معدنی برای شما آشنا هستند کمک می کند.
به طور معمول، ترکیب آلی اصلی درگیر در یک واکنش، بستر نامیده می شود و جزء دیگر واکنش معمولاً واکنش دهنده در نظر گرفته می شود.
واکنش های جایگزینی
واکنش‌هایی که منجر به جایگزینی یک اتم یا گروهی از اتم‌ها در مولکول اصلی (سوبسترا) با اتم‌ها یا گروه‌هایی از اتم‌های دیگر شود، واکنش‌های جانشینی نامیده می‌شوند.
واکنش های جانشینی شامل ترکیبات اشباع و معطر، مانند آلکان ها، سیکلوآلکان ها یا آرن ها می شود.
اجازه دهید نمونه هایی از این گونه واکنش ها را بیان کنیم.
طبقه بندی واکنش ها
چهار نوع واکنش اصلی وجود دارد که ترکیبات آلی در آنها شرکت می کنند: جایگزینی (جابجایی)، افزودن، حذف (حذف)، بازآرایی.
3.1 واکنش های جایگزینی
در واکنش‌های نوع اول، جانشینی معمولاً در اتم کربن اتفاق می‌افتد، اما اتم جایگزین ممکن است یک اتم هیدروژن یا یک اتم یا گروهی از اتم‌های دیگر باشد. در جایگزینی الکتروفیل، اتم هیدروژن اغلب جایگزین می شود. یک مثال جایگزینی کلاسیک معطر است:
با جایگزینی هسته دوست، این اتم هیدروژن نیست که اغلب جایگزین می شود، بلکه اتم های دیگر است، به عنوان مثال:
NC - + R−Br → NC−R +BR -
3.2 واکنش های افزایشی
بسته به نوع گونه‌ای که فرآیند را آغاز می‌کند، واکنش‌های افزودن نیز می‌تواند الکتروفیل، هسته دوست یا رادیکال باشد. اتصال به پیوندهای دوگانه کربن-کربن معمولی معمولاً توسط یک الکتروفیل یا رادیکال القا می شود. به عنوان مثال، افزودن HBr
ممکن است با حمله پیوند دوگانه توسط پروتون H+ یا رادیکال Br آغاز شود.
3.3 واکنش های حذف
واکنش‌های حذف اساساً معکوس واکنش‌های افزودن هستند. رایج ترین نوع چنین واکنشی حذف یک اتم هیدروژن و یک اتم یا گروه دیگر از اتم های کربن همسایه برای تشکیل آلکن است:
3.4 واکنش های بازآرایی
بازآرایی همچنین می تواند از طریق واسطه هایی که کاتیون ها، آنیون ها یا رادیکال ها هستند رخ دهد. اغلب این واکنش ها با تشکیل کربوکاتیون ها یا سایر ذرات دارای کمبود الکترون رخ می دهد. بازآرایی ممکن است شامل بازآرایی قابل توجهی از اسکلت کربن باشد. مرحله بازآرایی واقعی در چنین واکنش‌هایی اغلب با مراحل جایگزینی، افزودن یا حذف دنبال می‌شود که منجر به تشکیل یک محصول نهایی پایدار می‌شود.
توصیف دقیق یک واکنش شیمیایی در مراحل، مکانیسم نامیده می شود. از نقطه نظر الکترونیکی، مکانیسم یک واکنش شیمیایی به عنوان روش شکستن پیوندهای کووالانسی در مولکول ها و توالی حالت هایی است که مواد واکنش دهنده قبل از تبدیل شدن به محصولات واکنش از آن عبور می کنند.
4.1 واکنش های رادیکال آزاد
واکنش‌های رادیکال آزاد فرآیندهای شیمیایی هستند که در آن مولکول‌هایی که الکترون‌های جفت نشده دارند شرکت می‌کنند. جنبه های خاصی از واکنش های رادیکال آزاد در مقایسه با انواع دیگر واکنش ها منحصر به فرد است. تفاوت اصلی این است که بسیاری از واکنش های رادیکال آزاد، واکنش های زنجیره ای هستند. این بدان معنی است که مکانیسمی وجود دارد که توسط آن بسیاری از مولکول ها از طریق یک فرآیند تکراری که با ایجاد یک گونه واکنش دهنده آغاز می شود به یک محصول تبدیل می شوند. یک مثال معمولی با استفاده از مکانیسم فرضی زیر نشان داده شده است:
مرحله ای که در آن واسطه واکنش، در این مورد A· تولید می شود، شروع نامیده می شود. این مرحله در دماهای بالا، تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش یا پراکسیدها، در حلال های غیر قطبی رخ می دهد. چهار معادله بعدی در این مثال دنباله دو واکنش را تکرار می کنند. آنها مرحله توسعه زنجیره را نشان می دهند. واکنش های زنجیره ای با طول زنجیره مشخص می شوند که با تعداد مراحل توسعه در هر مرحله شروع مطابقت دارد. مرحله دوم با سنتز همزمان ترکیب و تشکیل یک رادیکال جدید رخ می دهد که زنجیره تحولات را ادامه می دهد. آخرین مرحله مرحله خاتمه زنجیره است که شامل هر واکنشی است که در آن یکی از واسطه های واکنش لازم برای پیشرفت زنجیره از بین می رود. هر چه مراحل خاتمه زنجیر بیشتر باشد، طول زنجیره کوتاهتر می شود.
واکنش های رادیکال آزاد رخ می دهد: 1) در نور، در دمای بالا یا در حضور رادیکال هایی که در طی تجزیه مواد دیگر تشکیل می شوند. 2) توسط موادی مهار می شود که به راحتی با رادیکال های آزاد واکنش نشان می دهند. 3) در حلال های غیر قطبی یا در فاز بخار رخ می دهد. 4) اغلب قبل از شروع واکنش یک دوره اتوکاتالیستی و القایی دارند. 5) از نظر جنبشی زنجیره ای هستند.
واکنش های جایگزینی رادیکال مشخصه آلکان ها و واکنش های افزودن رادیکال مشخصه آلکن ها و آلکین ها است.
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
CH 3 -CH=CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 -CH 2 Br
CH 3 -C≡CH + HCl → CH 3 -CH=CHCl
اتصال رادیکال های آزاد با یکدیگر و خاتمه زنجیره عمدتاً بر روی دیواره های راکتور اتفاق می افتد.
4.2 واکنش های یونی
واکنش هایی که در آن رخ می دهد هترولیتیکشکستن پیوندها و تشکیل ذرات میانی از نوع یونی را واکنش های یونی می نامند.
واکنش‌های یونی رخ می‌دهد: 1) در حضور کاتالیزورها (اسیدها یا بازها و تحت تأثیر نور یا رادیکال‌های آزاد، به ویژه آنهایی که از تجزیه پراکسیدها به وجود می‌آیند) نیستند. 2) تحت تأثیر رادیکال های آزاد قرار نمی گیرند. 3) ماهیت حلال بر روند واکنش تأثیر می گذارد. 4) به ندرت در فاز بخار رخ می دهد. 5) از نظر جنبشی، آنها عمدتاً واکنش های مرتبه اول یا دوم هستند.
بر اساس ماهیت معرف عمل کننده بر روی مولکول، واکنش های یونی به دو دسته تقسیم می شوند الکتروفیلیکو هسته دوست. واکنش های جانشینی هسته دوست مشخصه آلکیل و آریل هالیدها هستند.
CH 3 Cl + H 2 O → CH 3 OH + HCl
C 6 H 5 -Cl + H 2 O → C 6 H 5 -OH + HCl
C 2 H 5 OH + HCl → C 2 H 5 Cl + H 2 O
C 2 H 5 NH 2 + CH 3 Cl → CH 3 -NH-C 2 H 5 + HCl
جایگزینی الکتروفیل - برای آلکان ها در حضور کاتالیزورها
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH(CH3)-CH2 -CH3
و عرصه ها
C 6 H 6 + HNO 3 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
واکنش های افزودن الکتروفیل مشخصه آلکن ها است
CH 3 -CH=CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 2 Br
و آلکین ها،
CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl
افزودن هسته دوست - برای آلکین ها.
CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C(OC 2 H 5) = CH 2
