Nukleofilna supstitucija je temeljna klasa hemijskih reakcija u kojima elektronski bogati nukleofili putem odabira vežu ili napadaju pozitivni ili djelomično pozitivni naboj atoma ili grupe atoma, zamjenjujući odlazeće grupe.
Ovaj članak nije preveden ili je djelimično preveden. |
Pozitivni ili djelomično pozitivni atomi nazivaju se elektrofili. Cijeli molekularni entitet koji je elektrofilan i odlazeća grupa su dio koji se obično naziva podloga. Najviše općih oblika odvijanja ovih hemijskih reakcija dat je kako slijedi:
Elektronski par (:) nukleofila (Nuc) napada supstrate (R-LG) stvarajući novu vezu, dok odlazeća grupa (LG) polazi sa elektronskim parom. Glavni proizvod u ovom slučaju je R-Nuc. Nukleofil može biti električno neutralan ili negativno nabijen, dok je podloga obično neutralna ili pozitivno naelektrisana. Jedan primjer nukleofilne supstitucije je hidroliza alkil broma i R-Br pod osnovnim uslovima, gdje je napadajući nukleofil OH–, a odlazeća grupa je Br−.
Nukleofilne reakcije supstitucije su uobičajene u organskoj hemiji, a mogu biti u širokoj kategoriji odvijanja u zasićenja alifatskog ugljika ili (manje često) u aromatskom ili drugom nezasićenom ugljičnom centru.
Godine 1935., Edward D. Hughes i Sir Christopher Ingold studirali su reakcije nukleofilne supstitucije alkil-halida i srodnih spojeva. Predložili su da tamo djeluju dva glavna mehanizma, u međusobnom natjecanju. Ti glavni mehanizmi su reakcija SN1 i reakcija SN2. Pri označavanju hemijske supstitucije, N označava nukleofile, a broj predstavlja kinetički red reakcije.
U reakciji SN2, dodavanja nukleofila i uklanjanje odlazeće grupe odvijaju se istovremeno u usklađenoj reakciji. SN2 javlja se gdje je lahko dostupan nukleofilski centralni atom ugljika lahko dostupan nukleofilu.
Nuklefilna supstitucija na ugljiku | |
---|---|
Mehanizam SN2 |
U reakciji SN2, postoji nekoliko uslova koji utiču na njenu brzinu. Prije svega, 2 u SN2 podrazumijeva da postoje dvije koncentracije supstanci koje utiču na stopu reakcije: supstrat i nukleofil. Jednačina stope za ovu reakciju bi bila:
Nasuprot tome, reakcija SN1 uključuje dva koraka. Ona ima tendenciju da bude važna kada je centralni atom ugljika podloge okružen glomaznom grupom, kako zbog toga što takve grupe ometaju prostornost sa reakcijom SN2 (gore navedeno) i zbog toga što je vrlo supstituirani oblik ugljika stabilan karbokation.
Nukleofilna supstitucija na ugljiku | |
---|---|
Mehanizam SN1 |
Kao i u reakciji SN2, postoji dosta faktora koji utiču na brzinu reakcije SN1. Umjesto dvije koncentracije koje utiču na brzinu reakcije, postoji samo jedna, podloge. Jednadžba stope za ovo bi bila
Nukleofilna supstitucija na RX (alkil halid ili ekvivalent) | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Faktor | SN1 | SN2 | Komentar | ||||
Kinetika | Stopa = k[RX] | Stopa = k[RX][Nuc] | |||||
Primarni alkil | Nikad osim prisutnih dodatnih grupa stabilizacije | Dobro, osim ako se koristi otežani nukleofil | |||||
Sekundarni alkil | Umjereno | Umjereno | |||||
Tercijarni alkil | Odlično | Nikad | Eliminacija, slično kada se zagrijava ili upotrebljava jaka baza | ||||
Odlazeća grupa | Značajno | Značajni | Za halogene, I > Br > Cl >> F | ||||
Nukleofilnost | Beznačajno | Značajno | |||||
Preferirani rastvarač | Polarni protonski | Polarni aprotonski | |||||
Stereohemija | Racemizacija (+ moguća parcijalna inverzija) | Inverzija | |||||
Preuređenje | Uobičajeno | Rijetko | Bočna reakcija | ||||
Eliminacije | Uobičajeno, posebno sa baznim nukleofilima | Samo uz zagrijavanje i bazne nukleofile | Bočna reakcija posebno uz zagrijavanje |
Postoji mnogo reakcija u organskoj hemiji koje uključuju ovu vrstu mehanizma. Uobičajeni primjeri obuhvataju:
Primjer reakcije supstitucije prema tzv. graničnom mehanizmu odvija se kao što su prvobitno proučili Hughes i Ingold, – je reakcija 1-feniletil-hlorida sa natrij-methoksidom u metanolu.
Stopa reakcije je zbir komponenti SN1 and SN2 sa 61% (3,5 M, 70 °C) koji se održavaju od drugih.
Osim SN1 and SN2, poznati su i drugi mehanizmi, iako su manje uobičajeni. Mehanizam SNi se posmatra u reakcijama tionil-hlorida sa alkoholima, što je slično S< sub>N1, osim ako se nukleofil isporučuje sa iste strane kao odlazeča grupa. Nukleofilna supstitucija može biti u pratnji alilnog preuređenja kao što se vidi u reakcijama poput Ferrierovog preuređenja. Ova vrsta mehanizma se naziva SN1' ili SN2' reakcija (ovisno o kinetici). Sa alilnim halogenidima ili sulfonatima, naprimjer, nukleofil može napasti na γ nezasićeni ugljik, umjesto ugljika kojeg nosi odlazeća grupa. To se može vidjeti u reakciji 1-hlor-2-buten sa natrij-hidroksidom koja daje mješavinu 2-buten-1-ola i 1-buten-3-ola:
Mehanizam Sn1CB se javlja u neorganskoj hemiji, gdje postoje suparničkih mehanizama.
U organometalnoj hemiji, sa mehanizmom nukleofilne supstitucije javlja se nukleofilna apstrakcija.
Nukleofilna supstitucija preko mehanizma SN1 ili SN2 S, uglavnom se ne javljaju sa vinil ili aril halogenidima ili srodnim spojevima. Pod određenim uslovima može doći do nukleofilne supstitucije, preko drugih mehanizama, kao što su oni opisani u članku nukleofilna aromatska supstitucija. Kada se supstitucije javlja u karbonil grupi, acil grupa može proći kroz acil nukleofilnu supstituciju. To je normalan način supstitucije derivatima karboksilne kiseline, kao što su acil-hloridi, esteri i amidi.
Commons ima datoteke na temu: Nukleofilna supstitucija |
This article uses material from the Wikipedia Bosanski article Nukleofilna supstitucija, which is released under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 license ("CC BY-SA 3.0"); additional terms may apply (view authors). Sadržaj je dostupan pod licencom CC BY-SA 4.0 osim ako nije drugačije navedeno. Images, videos and audio are available under their respective licenses.
®Wikipedia is a registered trademark of the Wiki Foundation, Inc. Wiki Bosanski (DUHOCTRUNGQUOC.VN) is an independent company and has no affiliation with Wiki Foundation.