Reactions badala: maelezo, equation, mifano

Reactions nyingi badala hufungua njia ya kupata aina mbalimbali za misombo ambayo ina matumizi ya kiuchumi. Jukumu kubwa katika sayansi ya kemikali na sekta ni kupewa electrophilic na nucleophilic badala. Katika awali ya kikaboni, taratibu hizi zina idadi ya vipengele vinavyopaswa kushughulikiwa.

Tofauti ya matukio ya kemikali. Mchakato wa uingizaji

Mabadiliko ya kemikali yanayohusiana na mabadiliko ya vitu, yana idadi ya vipengele. Tofauti inaweza kuwa matokeo ya mwisho, madhara ya joto; Mipango fulani huenda mwisho, kwa wengine kuna usawa wa kemikali. Mabadiliko ya vitu mara nyingi hufuatana na ongezeko au kupungua kwa kiwango cha oxidation. Wakati wa kutengeneza matukio ya kemikali kwa matokeo yao ya mwisho, tahadhari hutolewa na tofauti za ubora na kiasi kati ya reagents na bidhaa. Kwa sababu hizi, tunaweza kutofautisha aina 7 za mabadiliko ya kemikali, ikiwa ni pamoja na nafasi inayoendelea kwa mujibu wa mpango: A-B + C A-C + B. Kurekodi rahisi ya darasa zima la matukio ya kemikali hutoa wazo kwamba kati ya vitu vya awali kuna kinachojulikana "kushambulia "Chembe ambayo inachukua nafasi ya atomi, ioni, kikundi cha kazi. Mchakato wa kubadilisha ni tabia ya hidrokaboni ya kupunguza na ya kunukia.

Athari ya kubadili inaweza kutokea kama kubadilishana mara mbili: A-B + C-E A-C + B-E. Moja ya wadudu ni makazi, kwa mfano, ya shaba na chuma kutoka suluhisho la sulfate ya shaba: CuSO ₄ + Fe = FeSO ₄ + Cu. Kama chembe "ya kushambulia" inaweza kutenda kama atomi, ions au makundi ya kazi

Kubadilisha homolytic (radical, SR)

Chini ya utaratibu mkali wa kuvunja vifungo vyenye mviringo, jozi za elektroni, ambazo ni kawaida kwa vipengele tofauti, hugawanywa kwa uwiano kati ya "vipande" vya molekuli. Radicals huru huundwa. Hizi ni chembe zisizoweza kuimarishwa, utulivu wa ambayo hutokea kama matokeo ya mabadiliko yafuatayo. Kwa mfano, wakati wa kupata ethane kutoka methane, viwango vya bure vilivyoonekana hushiriki katika majibu ya kubadilisha: CH ₄ CH ₃ • + • H; CH ₃ • + • CH ₃ → C2H ₅ ; H • + • H → H2. Dhamana ya homolytic kuvunja kulingana na utaratibu juu ya utaratibu ni tabia ya alkanes, mmenyuko ni ya asili mnyororo. Katika methane, atomi H zinaweza kubadilishwa na klorini badala. Vile vile, mmenyuko na bromini, lakini iodini haiwezi moja kwa moja kuchukua nafasi ya hidrojeni katika alkanes, fluorine huathiri sana kwa nguvu.

Njia ya heterolytic ya kuvunja mawasiliano

Chini ya utaratibu wa ionic wa mwendo wa athari mbadala, elektroni ni kusambazwa kutofautiana kati ya chembe mpya. Jozi za elektroni za kumfunga zinakwenda moja kwa moja ya "vipande", mara nyingi, kwa mpenzi huyo wa mawasiliano, ambalo wiani hasi katika molekuli ya polar ilibadilishwa. Reactions ya badala ni pamoja na malezi ya pombe methyl CH ₃ OH. Katika bromomethane CH3Br, kuvuruga kwa molekuli ni heterolytic, chembe za kushtakiwa imara. Methyl inapata malipo mazuri, na bromini - hasi: CH ₃ Br → CH ₃ ⁺ + Br ^- ; NaOH → Na ⁺ + OH ^- ; CH ₃ ⁺ + OH ^- → CH ₃ OH; Na ⁺ Br + NaBr.

Electrophiles na nucleophiles

Vipande vyenye elektroni na vinaweza kukubali huitwa "electrophiles". Hizi ni pamoja na atomi za kaboni zilizounganishwa na halojeni katika haloalkanes. Nucleophiles wana wiani wa elektroni ulioongezeka, "hutoa" jozi ya elektroni wakati wa kujenga dhamana ya mshikamano. Katika athari za mbadala, nucleophiles matajiri katika madai mabaya yanashambuliwa na electrophiles inakabiliwa na upungufu wa elektroni. Jambo hili linahusishwa na uhamisho wa atomi au chembe nyingine-kikundi kinachotoka. Aina nyingine ya mmenyuko wa kubadilisha ni shambulio la electrophile na nucleophile. Wakati mwingine ni vigumu kutofautisha kati ya michakato miwili, rejea badala ya aina moja au nyingine, kwa kuwa ni vigumu kutaja hasa ni nini cha molekuli ni substrate na ambayo ni reagent. Kawaida katika hali kama hizo mambo yafuatayo yanazingatiwa:

• Hali ya kikundi kinachomaliza;
• Reactivity ya nucleophile;
• Hali ya kutengenezea;
• Muundo wa sehemu ya alkali.

Nucleoplic substitution (SN)

Katika mchakato wa mwingiliano, ongezeko la polarization linazingatiwa katika molekuli ya kikaboni. Katika usawa, malipo ya chanya au hasi yana alama na barua ya alfabeti ya Kigiriki. Ushauri wa dhamana hufanya iwezekanavyo kuhukumu hali ya kuacha kwake na tabia inayofuata ya "vipande" vya molekuli. Kwa mfano, atomi ya kaboni katika iodomethane ina malipo ya sehemu chanya, ni kituo cha electrophilic. Inavutia sehemu hiyo ya dipole ya maji, ambapo oksijeni iko, ambayo ina ziada ya elektroni. Wakati electrophile inakabiliana na reagent ya nucleophilic, methanol huundwa: CH ₃ I + H ₂ O → CH ₃ OH + HI. Majibu ya mbadala ya kiuchumi yanafanyika na ushiriki wa ioni iliyosaidiwa kwa uovu au molekuli yenye jozi ya elektroni ya bure ambayo haiingii katika kuunganisha kemikali. Ushiriki wa iodomethane katika athari za SN ₂ huelezwa kwa uwazi wake kwa mashambulizi ya kiuchumi na uhamaji wa iodini.

Kubadilisha umeme (SE)

Molekuli ya kikaboni inaweza kuwa na kituo cha nucleophilic, ambacho ziada ya wiani wa elektroni ni sifa. Inakabiliwa na ukosefu wa mashtaka hasi na reagent ya electrophilic. Chembe hizo ni pamoja na atomi zinazo na orbitals huru, molekuli yenye maeneo ya wiani wa elektroni. Katika muundo wa sodiamu, kaboni yenye malipo ya "-" inaingiliana na sehemu nzuri ya dipole ya maji na hidrojeni: CH ₃ Na + H ₂ O → CH ₄ + NaOH. Bidhaa ya mmenyuko huu wa kubadilisha electrophilic ni methane. Katika athari za heterolytic, vituo vilivyoshirikishwa vya molekuli za kikaboni huwashirikisha, ambayo huwapa ufananisho na ioni katika kemia ya vitu visivyo na kawaida. Haipaswi kupuuzwa kuwa uongofu wa misombo ya kikaboni haipatikani na kuundwa kwa cations halisi na anions.

Matibabu ya monomolecular na bimolecular

Nucleophilic badala ni monomolecular (SN1). Kwa njia hii hidrolisisi ya bidhaa muhimu ya awali ya kikaboni - kloridi ya butyl ya juu - inafanyika. Hatua ya kwanza ni polepole, inahusishwa na upungufu wa taratibu wa cation ya carboniamu na anion ya kloridi. Hatua ya pili inakua haraka zaidi, majibu ya ioni ya carbon na maji. Equation kwa ajili ya badala ya halogen katika alkane na kundi la hydroxy na maandalizi ya pombe ya msingi: (CH ₃ ) ₃ C-Cl → (CH ₃ ) ₃ C ⁺ + Cl ^- ; (CH ₃ ) ₃ C ^{+ +} H ₂ O → (CH ₃ ) ₃ C-OH + H ⁺ . Hydrolysis ya hatua moja ya hali ya msingi na sekondari ya hali ya alkyl inahusika na uharibifu wa wakati huo huo wa dhamana ya kaboni-halogen na malezi ya jozi C-OH. Hii ni utaratibu wa mbadala ya nucleophilic bimolecular (SN2).

Mfumo wa badala ya heterolytic

Utaratibu wa ubadilishaji unahusishwa na uhamisho wa electron, uumbaji wa magumu kati. Mitikio huendelea kwa kasi, bidhaa za urahisi zaidi zinaonekana ambazo ni sifa ya hiyo. Mara nyingi mchakato huendelea kwa wakati mmoja. Faida kawaida hupata njia ambayo chembe hutumiwa ambazo zinahitaji gharama ndogo za nishati kwa elimu yao. Kwa mfano, kuwepo kwa dhamana mbili huongeza uwezekano wa tukio la cation allylic CH2 = CH-CH2 ⁺ , ikilinganishwa na ion CH3 ⁺ . Sababu iko katika wiani wa elektrononi wa dhamana nyingi, ambayo huathiri uhamisho wa malipo mazuri, husambazwa katika molekuli.

Tabia ya upungufu wa benzini

Kikundi cha misombo ya kikaboni, ambayo ina sifa ya kubadili electrophilic, ni isnas. Pete ya uzazi - kitu rahisi kwa mashambulizi ya electrophilic. Utaratibu huanza na ubaguzi wa dhamana katika reagent ya pili, na kusababisha malezi ya electrophile karibu na wingu umeme wa pete benzini. Matokeo yake, tata ya mpito inaonekana. Uunganisho kamili wa chembe electrophilic na moja ya atomi za kaboni bado haipatikani, huvutiwa na malipo mabaya yote ya "harufu sita" ya elektroni. Katika hatua ya tatu ya mchakato, electrophile na atomi moja ya pete ya pete ni amefungwa na jozi ya kawaida ya elektroni (dhamana ya kawaida). Lakini katika kesi hiyo, "harufu ya sita" huharibiwa, ambayo haina faida kutoka kwa mtazamo wa kufikia hali imara ya nishati. Kuna jambo linaloweza kuitwa "chafu ya proton". Kuna ugawanyiko wa H ⁺ , mfumo wa mawasiliano thabiti, wa kawaida wa arena, umerejeshwa. Ya bidhaa hiyo ina cation ya hidrojeni kutoka pete ya benzini na anion kutoka reagent pili.

Mifano ya athari za kubadilisha kutoka kemia hai

Kwa alkanes, majibu ya kubadilisha ni tabia maalum. Mifano ya mabadiliko ya electrophilic na nucleophilic yanaweza kutajwa kwa cycloalkanes na arenes. Ufanisi sawa katika molekuli ya vitu vya kikaboni hutokea chini ya hali ya kawaida, lakini mara nyingi - kwa joto na mbele ya kichocheo. Mipango iliyoenea na yenye kujifunza vizuri ni pamoja na kubadilisha electrophilic katika kiini kinukia. Athari muhimu zaidi za aina hii ni:

1. Nitration ya benzini na asidi ya nitriki mbele ya H ₂ SO ₄ inapatikana kulingana na mpango: C ₆ H ₆ → C ₆ H ₅ -NO ₂ .
2. Halogenation ya Kikatalini ya benzini, hasa klorini, kulingana na equation: C ₆ H ₆ + Cl ₂ → C ₆ H ₅ Cl + HCl.
3. Sulfonation ya harufu ya benzini inaendelea na asidi ya "fuming" ya sulfuriki, asidi benzenesulfonic huundwa.
4. Alkylation ni badala ya atomi ya hidrojeni kutokana na muundo wa pete ya benzini na alkali.
5. Acylation ni malezi ya ketoni.
6. Mafunzo - badala ya hidrojeni na kikundi cha CHO na malezi ya aldehydes.

Athari za uingizaji ni pamoja na mmenyuko katika alkanes na cycloalkanes, ambapo halofu ya shambulio linapatikana kwenye dhamana ya C-H. Uchanganuzi unaweza kuwa kutokana na uingizaji wa atomi moja, mbili au zote katika hidrokaboni ya mwisho na cycloparaffins. Wengi wa halogenoalkanes na uzito mdogo wa Masi hupata maombi katika uzalishaji wa dutu ngumu zaidi ya madarasa tofauti. Mafanikio yaliyopatikana katika kuchunguza taratibu za uingizaji wa mabadiliko yalitoa nguvu kubwa kwa maendeleo ya syntheses kulingana na alkanes, cycloparaffins, arenes na hidrokaboni halojeni.