Substitution reaktion

En substitutionsreaktion er en organisk reaktion , hvor et atom eller en gruppe af atomer ( funktionel gruppe ) af en kemisk forbindelse er erstattet af et andet atom eller en gruppe af atomer (substituenten).

Denne artikel fokuserer på substitutionsreaktioner i organisk kemi . Vi kan dog udvide dette koncept:

• udveksling af ligander på det centrale atom i et kompleks ;
• til titreringsreaktioner ved substitution
• til udveksling af en atomkerne med en kerne med samme atomnummer, men med forskellig masse.

Generel mekanisme

Substitutionsreaktioner involverer oprindeligt to arter: substituenten og molekylet, der vil blive underkastet substitution, bestående af en del, der ikke vil blive direkte påvirket af reaktionen (undtagen i visse tilfælde af en ændring i relativ konfiguration) og en forlader gruppe (GP), der vil blive adskilt fra resten af ​​molekylet.

Substjegtupåikket+R-GP⇌ Substjegtupåikket-R+GP{\ displaystyle \ mathrm {Substitute + R {-} GP \ rightleftharpoons \ {Substitute {-} R} + GP}}

På reaktionsniveau er der to begrænsende mekanismer til udførelse af en substitution:

• en totrins mekanisme. Den første er den fratrædende gruppes afgang, en monomolekylær reaktion og et kinetisk begrænsende trin, det andet er substituentens angreb på resten af ​​molekylet. Denne type substitution vil blive kvalificeret som "monomolekylær", ligesom den monomolekylære nukleofile substitution , betegnet i forkortet form S N1 ;
• en et-trins mekanisme, hvor substituentens angreb er samtidig med den forlade gruppes afgang. Dette enkelt trin involverer to molekyler, det er derfor bimolekylært , og de substitutioner, der fungerer på denne mekanisme, vil blive kaldt "bimolekylær", såsom den bimolekylære nukleofile substitution , betegnet med forkortelse S N2 .

Substitutionens art

Substitutionsreaktionerne klassificeres først efter arten af ​​den substituent, der angriber det oprindelige produkt, og er kvalificeret efter denne art:

• i elektrofile substitutioner er substituenten en elektrofil , dvs. elektronfattig , og tiltrukket af forbindelser rige på elektroner (forbindelser omfattende frie dubler, multiple bindinger, såsom alkener , alkyner , aromatiske forbindelser , anioner ...);
• i nukleofile substitutioner er substituenten en nukleofil , dvs. rig på elektron og tiltrukket af forbindelser med underskud af elektroner (alkan eller substitueret aromatisk forbindelse, hvor carbonet er bundet til et mere elektronegativt atom som i halogeniderne , carbonylforbindelsen , kationer .. .);
• i radikale substitutioner er substituenten en fri radikal .

Nukleofil substitution

En nukleofil substitution er derfor en substitution, hvor substituenten er en nukleofil, det vil sige et atom eller et molekyle rig på elektroner. Denne type substitution kan finde sted på forskellige typer forbindelser:

• på en umættet alifatisk forbindelse taler man derefter om alifatisk nukleofil substitution eller endda simpelthen om nukleofil substitution. Denne reaktion har to begrænsende mekanismer, den monomolekylære nukleofile substitution (SN 1 ) og den bimolekylære nukleofile substitution (SN 2 ). Den første resulterer i en blanding af enantiomerer, den anden i et enkelt produkt, med omvendt konfiguration med hensyn til den indledende reaktant (Walden-inversion);
• på en aromatisk forbindelse kaldes dette aromatisk nukleofil substitution  ;
• på et carboxylsyrederivat ( ester , amid , acylhalogenid osv.) betegnes dette derefter som nukleofil acylsubstitution .

Nukleofile substitutionsreaktioner har tendens til at konkurrere med analoge eliminationsreaktioner . Det er tilstrækkeligt, at reaktionsbetingelserne er lidt "hårdere" (tilstedeværelse af en stærk base, opvarmning) for at fremme sidstnævnte.

Elektrofil substitution

En elektrofil substitutionsreaktion er derfor substitutionsreaktionen, hvor substituenten er en elektrofil. Denne form for substitutionsreaktioner forekommer hovedsageligt på aromatiske forbindelser, man taler derefter om aromatisk elektrofil substitution .

elektrofil aromatisk substitution

Elektrofile reaktioner på andre umættede forbindelser end arener fører generelt mere til elektrofile tilsætninger end substitutioner.

Radikal udskiftning

En radikal substitution er en substitution, der involverer en radikal . Der kan for eksempel nævnes Hunsdiecker-reaktionen .

Noter og referencer

• (fr) Denne artikel er helt eller delvist hentet fra Wikipedia-artiklen på engelsk med titlen "  Substitutionreaktion  " ( se listen over forfattere ) .
• (de) Denne artikel er helt eller delvist hentet fra Wikipedia-artiklen på tysk med titlen "  Substitutionsreaktion  " ( se forfatterliste ) .

1. H. Kaufmann, A. Hädener, Grundlagen of Organic Chemistry (basiske organiske kemikalier), 10 th  edition, Birkhauser Verlag, 1996 ( ISBN  3-7643-5232-9 )
2. (i) "  udskiftning reaktion  ," Compendium of Chemical Terminology [ "  Gold Book  "], IUPAC 1997 korrigeret udgave online (2006-), 2 th  ed.