案例展示

取代反应

2021-06-10 12:33:07

取代反应是指有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应 这产生了称为离去基团的副产物 。包括:卤代反应、硝化反应、磺化反应、卤代烃的水解反应、酯化反应、酯的水解反应等。由于取代反应广泛存在,几乎所有的有机物都能发生取代反应。

取代反应(substitution reaction)是指化合物分子中任何一个原子或原子团被试剂中同类型的其它原子或原子团所替代的反应,用通式表示为:R-L(反应基质)+A-B(进攻试剂)→R-A(取代产物)+L-B(离去基团)属于化学反应的一类。取代反应在有机化学中非常重要,而无机化学中同样存在取代反应,并非只限于有机化学。

取代反应:取代反应是涉及一个原子或一组原子被另一个原子或一组原子取代的反应。

取代反应最终分子:分子中不包括亲电试剂或离去基团的部分称为底物。

取代反应副产品:在取代反应中形成副产物。 副产品是离去基团。

取代反应:取代反应中底物的摩尔质量可以比起始分子的摩尔质量增加或减少,这取决于被取代的基团。

取代反应的一般分类(取决于取代基的类型)如下:

· 亲电取代

· 亲核取代

· 自由基取代

亲电取代

亲电子取代是原子或官能团被亲电子取代。 同样,亲电子试剂是可以接受来自富电子物种的电子对并带有正电荷或中性电荷的原子或分子。

亲电取代反应,是亲电试剂取代亲核基上某原子或原子团的反应,被取代的原子通常是氢原子,但也可以是其他原子。亲电取代反应依照亲核基为芳香类化合物或脂肪类化合物分为两类。

对芳香类化合物的亲电取代反应称为亲电芳香取代反应,其中包括对芳香类化合物的硝化反应、卤代反应、磺化反应以及傅-克反应等。

而对脂肪类化合物的亲电取代反应与上述亲核取代反应很类似,也分为SE1与SE反应。在SE1反应中,分为两步骤,受质先游离形成碳阴离子与带正电的有机残基,碳阴离子迅速与亲电试剂结合,完成取代反应。SE2的反应机构则是只有一个过渡态,旧键结的断裂与形成新键结几乎同时发生。

脂肪族的亲电取代反应有:

亚硝化作用(Nitrosation)

酮卤化反应(Ketone halogenation)

-烯醇互变异构

脂肪族的重氮偶联反应

碳烯插入碳-氢键的反应

羰基α-取代反应(Carbonyl Alpha-Substitution Reactions)

NO2 +苯的亲电取代

NO2 +苯的亲电取代:苯环的一个氢原子被NO 2 +取代,NO 2 +基团充当带正电的亲电体,氢原子是离去基团。

亲核取代

亲核取代反应简称SN(S为英文"Substitution"(取代),N为"Nucleophilic"(亲核),都取第一个大写字母)是指亲核取代原子或官能团。 亲核试剂也是可以提供电子对并具有负电荷或被中性电荷的原子或分子。

饱和碳上的亲核取代反应很多。例如,卤代烷能分别与氢氧化钠、醇钠或酚钠、硫脲、硫醇钠、羧酸盐和氨或胺等发生亲核取代反应,生成醇、醚、硫醇、硫醚、羧酸酯和胺等。醇可与氢卤酸、卤化磷或氯化亚砜作用,生成卤代烃。卤代烷被氢化铝锂还原为烷烃,也是负氢离子对反应物中卤素的取代。当试剂的亲核原子为碳时,取代结果形成碳-碳键,从而得到碳链增长产物,如卤代烷与氰化钠、炔化钠或烯醇盐的反应。在亲核取代反应中,C-X键先断裂,生成正碳离子再跟试剂反应,形成C-Y键,这种反应叫单分子亲核反应,记作SN1。C-X键断裂和C-Y键的形成同时发生的反应叫双分子亲核取代反应,记作SN2。

亲核取代反应由于反应物结构和反应条件的差异,SN有两种机理,即单分子亲核取代反应SN1和双分子亲核取代反应SN2。

芳香亲核取代

芳香亲核取代: Nu”表示亲核试剂,它取代了芳族分子的“ X”原子。 “ X”原子是离去基团。

自由基取代

自由基取代包括自由基与底物的反应。 自由基取代还包含至少两个步骤(与自由基加成反应相同)以完成反应。 大多数情况下,涉及三个步骤:

1、引发-自由基的形成

2、自由基与非自由基反应形成新的自由基

3、终止-两个自由基结合并终止新自由基的形成

甲烷的自由基取代

甲烷的自由基取代:甲烷的氢原子被替换为Cl”基团,氢原子是离去基团。


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