8.1: Прелюдія до нуклеофільних реакцій заміщення та елімінації

Last updated
Save as PDF

Page ID: 106188

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Реакції заміщення припускають заміну одного атома або групи\(\left( \ce{X} \right)\) іншим\(\left( \ce{Y} \right)\):

\[\ce{RX} + \ce{Y} \rightarrow \ce{RY} + \ce{X}\]

Ми вже описали один дуже важливий тип реакції заміщення - галогенування алканів (розділ 4-4), при якій атом водню замінюється атомом галогену (\(\ce{X} = \ce{H}\),\(\ce{Y} =\) галогеном). Хлорування 2,2-диметилпропану є прикладом:

С з чотирма замінниками C H 3 (2,2-диметилпропан) плюс C L 2 реагує зі світлом з утворенням С з трьома замінниками C H 3 і одним C H 2 C L замінником (1-хлор-2,2, -диметилпропан) плюс H C L.

Реакції цього типу протікають радикально-ланцюговими механізмами, в яких зв'язки розриваються і утворюються атомами або радикалами як реактивні проміжні продукти. Цей режим розриву зв'язку, при якому один електрон йде з,\(\ce{R}\) а інший з\(\ce{X}\), називається гомолітичним розщепленням зв'язку:

R пов'язаний з X плюс Y радикал переходить до X радикал плюс R пов'язаний з Y. Позначена реакція гомолітичної заміщення.

Існує велика кількість реакцій, які зазвичай відбуваються в розчині, які не включають атоми або радикали, а скоріше включають іони. Вони відбуваються шляхом гетеролітичного розщеплення на відміну від гомолітичного розщеплення електронно-парних зв'язків. При гетеролітичному розщепленні зв'язків електронну пару можна вважати, що йде з тією чи іншою з груп\(\ce{R}\) і\(\ce{X}\) коли зв'язок розривається. Як один із прикладів,\(\ce{Y}\) це така група, що вона має нерозділену електронну пару, а також є негативним іоном. Реакція гетеролітичного заміщення, в якій\(\ce{R} \colon \ce{X}\) зв'язуюча пара йде з,\(\ce{X}\) призведе до\(\ce{RY}\) і\(\colon \ce{X}^\ominus\),

R, пов'язаний з X плюс Y аніон переходить до X аніону плюс R, пов'язаний з Y. Позначена реакцією гетеролітичної заміщення.

Специфічною реакцією заміщення цього типу є реакція хлорметану гідроксидним іоном з утворенням метанолу:

У цьому розділі ми обговоримо реакції заміщення, які протікають іонними або полярними механізмами, в яких зв'язки розщеплюються гетеролітично. Ми також обговоримо механістично пов'язані реакції елімінації, які призводять до утворення вуглецево-вуглецевих множинних зв'язків:

H сингл скріплені до C сингл скріплені з одинарним зв'язаним з X. Дві стрілки реакції. Верх реагує з Y аніоном, щоб отримати H сингл пов'язаний з C сингл пов'язаний з C сингл пов'язаний з Y плюс X аніон мічений заміною. Нижня стрілка реагує з аніоном Y, щоб отримати C подвійний пов'язаний з C плюс H Y плюс X аніон мічений ліквідацією.

На ці реакції часто глибоко впливають, здавалося б, незначні зміни структури реагентів, розчинника або температури. Наша мета - показати, як ці реакції можна зрозуміти і як їх можна використовувати для приготування інших корисних органічних сполук. Але спочатку буде корисно ввести поняття нуклеофільних і електрофільних реагентів, а також розглянути\(\Delta H\) значення розриву гетеролітичного зв'язку.

Дописувачі та атрибуція

Template:ContribRoberts