Miitikio mingi ya ubadilishaji hufungua njia ya kupata aina mbalimbali za viambajengo ambavyo vina matumizi ya kiuchumi. Jukumu kubwa katika sayansi ya kemikali na tasnia inatolewa kwa uingizwaji wa kielektroniki na nukleofili. Katika usanisi wa kikaboni, michakato hii ina idadi ya vipengele ambavyo vinafaa kuzingatiwa.
Aina ya matukio ya kemikali. Maoni ya kubadilisha
Mabadiliko ya kemikali yanayohusiana na mabadiliko ya dutu hutofautishwa kwa idadi ya vipengele. matokeo ya mwisho, athari za mafuta inaweza kuwa tofauti; baadhi ya taratibu huenda hadi mwisho, kwa wengine usawa wa kemikali hutokea. Mabadiliko ya dutu mara nyingi hufuatana na ongezeko au kupungua kwa kiwango cha oxidation. Wakati wa kuainisha matukio ya kemikali kulingana na matokeo yao ya mwisho, tahadhari hulipwa kwa tofauti za ubora na kiasi kati ya athari na bidhaa. Kwa mujibu wa vipengele hivi, aina 7 za mabadiliko ya kemikali zinaweza kutofautishwa, ikiwa ni pamoja na uingizwaji, kufuata mpango: A-B + C A-C + B. Rekodi iliyorahisishwa ya darasa zima la matukio ya kemikali inatoa wazo kwamba kati ya vitu vya kuanzia kuna.inayoitwa "kushambulia" chembe, kuchukua nafasi ya atomi, ion, kundi kazi katika reagent. Mwitikio wa kubadilisha ni kawaida kwa hidrokaboni zilizojaa na kunukia.
Maitikio ya ubadilishanaji yanaweza kutokea kwa njia ya ubadilishanaji maradufu: A-B + C-E A-C + B-E. Moja ya spishi ndogo ni kuhamishwa, kwa mfano, shaba na chuma kutoka kwa suluhisho la sulfate ya shaba: CuSO4 + Fe=FeSO4 + Cu. Atomu, ioni au vikundi vinavyofanya kazi vinaweza kufanya kama chembe ya "kushambulia"
Ubadilishaji wa kihomotiki (radical, SR)
Kwa utaratibu dhabiti wa kuvunja dhamana shirikishi, jozi ya elektroni inayofanana kwa vipengele tofauti husambazwa kwa uwiano kati ya "vipande" vya molekuli. Radicals bure huundwa. Hizi ni chembe zisizo imara, utulivu ambao hutokea kutokana na mabadiliko yanayofuata. Kwa mfano, ethane inapopatikana kutoka kwa methane, radikali huru huonekana ambazo hushiriki katika majibu ya uingizwaji: CH4 CH3• + •H; CH3• + •CH3 → С2Н5; H• + •H → H2. Kuvunja dhamana ya homolitiki kulingana na utaratibu uliotolewa wa uingizwaji ni tabia ya alkanes, mmenyuko ni mnyororo. Katika methane, atomi H zinaweza kubadilishwa kwa mfululizo na klorini. Mwitikio wa bromini huendelea vivyo hivyo, lakini iodini haiwezi kuchukua nafasi ya moja kwa moja ya hidrojeni katika alkanes, florini humenyuka nazo kwa nguvu sana.
Njia ya heterolytic ya kuvunja dhamana
Kwa utaratibu wa ioni wa miitikio ya ubadilishajielektroni zinasambazwa kwa usawa kati ya chembe mpya iliyoundwa. Jozi ya kuunganisha ya elektroni huenda kabisa kwa moja ya "vipande", mara nyingi, kwa mpenzi huyo wa dhamana, kuelekea ambayo wiani mbaya katika molekuli ya polar ilibadilishwa. Miitikio ya uingizwaji inajumuisha uundaji wa pombe ya methyl CH3OH. Katika bromomethane CH3Br, mgawanyiko wa molekuli ni heterolytic, na chembe za kushtakiwa ni imara. Methyl hupata chaji chanya, na bromini inakuwa hasi: CH3Br → CH3+ + Br-; NaOH → Na+ + OH-; CH3+ + OH- → CH3OH; Na+ + Br- ↔ NaBr.
Electrophiles na nucleophiles
Chembe ambazo hazina elektroni na zinaweza kuzikubali 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 kuunda dhamana ya ushirikiano. Katika athari za uingizwaji, nucleophiles tajiri katika chaji hasi hushambuliwa na elektroni zenye njaa ya elektroni. Jambo hili linahusishwa na kuhamishwa kwa atomi au chembe nyingine - kikundi cha kuondoka. Aina nyingine ya mmenyuko wa uingizwaji ni shambulio la electrophile na nucleophile. Wakati mwingine ni vigumu kutofautisha kati ya taratibu mbili, kuhusisha uingizwaji wa aina moja au nyingine, kwa kuwa ni vigumu kutaja hasa ambayo molekuli ni substrate na ambayo ni reagent. Kawaida, katika hali kama hizo.mambo yafuatayo:
- asili ya kikundi cha kuondoka;
- utendaji tena wa nucleophile;
- asili ya kiyeyushi;
- muundo wa sehemu ya alkili.
Ubadilishaji Nucleophilic (SN)
Katika mchakato wa mwingiliano katika molekuli ya kikaboni, ongezeko la ubaguzi huzingatiwa. Katika milinganyo, kiasi cha malipo chanya au hasi huwekwa alama ya herufi ya alfabeti ya Kigiriki. Polarization ya dhamana inafanya uwezekano wa kuhukumu asili ya kupasuka kwake na tabia zaidi ya "vipande" vya molekuli. Kwa mfano, atomi ya kaboni katika iodomethane ina malipo chanya ya sehemu na ni kituo cha electrophilic. Inavutia sehemu hiyo ya dipole ya maji ambapo oksijeni, ambayo ina ziada ya elektroni, iko. Wakati kielektroniki kinapoingiliana na kitendanishi cha nukleofili, methanoli huundwa: CH3I + H2O → CH3 OH +HI. Athari za uingizwaji wa nyuklia hufanyika kwa ushiriki wa ioni iliyo na chaji hasi au molekuli ambayo ina jozi ya elektroni isiyolipishwa ambayo haihusiki katika uundaji wa dhamana ya kemikali. Ushiriki hai wa iodomethane katika athari za SN2-hufafanuliwa na uwazi wake kwa mashambulizi ya nukleofili na uhamaji wa iodini.
Badala ya kielektroniki (SE)
Molekuli ya kikaboni inaweza kuwa na kituo cha nukleofili, ambacho kina sifa ya ziada ya msongamano wa elektroni. Humenyuka pamoja na kitendanishi cha kielektroniki ambacho hakina chaji hasi. Chembe hizo ni pamoja na atomi zilizo na obiti za bure, molekuli zilizo na maeneo ya msongamano mdogo wa elektroni. KATIKAKatika muundo wa sodiamu, kaboni yenye chaji ya “–” huingiliana na sehemu chanya ya dipole ya maji - na hidrojeni: CH3Na + H2 O → CH 4 + NaOH. Bidhaa ya mmenyuko huu wa uingizwaji wa umeme ni methane. Katika athari za heterolytic, vituo vilivyoshtakiwa kinyume vya molekuli za kikaboni huingiliana, ambayo huwafanya kuwa sawa na ioni katika kemia ya vitu vya isokaboni. Haipaswi kupuuzwa kuwa mabadiliko ya misombo ya kikaboni mara chache huambatana na uundaji wa cations na anions halisi.
Miitikio ya Monomolecular na bimolecular
Ubadala wa Nucleophili ni monomolecular (SN1). Kulingana na utaratibu huu, hidrolisisi ya bidhaa muhimu ya awali ya kikaboni, kloridi ya juu ya butilamini, inaendelea. Hatua ya kwanza ni polepole, inahusishwa na kutengana kwa taratibu katika cation ya kaboni na anion ya kloridi. Hatua ya pili ni kasi, ioni ya kaboni humenyuka na maji. Mlinganyo wa mmenyuko wa kubadilisha halojeni kwenye alkane na kikundi cha haidroksi na kupata pombe msingi: (CH3)3C-Cl → (CH3)3C+ + Cl-; (CH3)3C+ + H2O → (CH3)3C-OH + H+. Hidrolisisi ya hatua moja ya halidi za alkyl ya msingi na ya sekondari ina sifa ya uharibifu wa wakati huo huo wa dhamana ya kaboni-halojeni na kuundwa kwa jozi ya C-OH. Huu ndio utaratibu wa uingizwaji wa nukleofili ya bimolekuli (SN2).
Mfumo wa ubadilishaji wa Heterolytic
Mbinu ya kubadilisha inahusishwa na uhamisho wa elektroni, uundajicomplexes kati. Mwitikio unaendelea kwa kasi, ni rahisi zaidi kuunda bidhaa za kati tabia yake. Mara nyingi mchakato huenda kwa njia kadhaa kwa wakati mmoja. Faida kawaida hupatikana kwa njia ambayo chembe zinazohitaji gharama ndogo za nishati kwa malezi yao hutumiwa. Kwa mfano, uwepo wa bondi mbili huongeza uwezekano wa kuonekana kwa mkongosho wa allyl CH2=CH-CH2+, ikilinganishwa na ioni CH3 +. Sababu iko katika msongamano wa elektroni wa dhamana nyingi, ambayo huathiri utenganishaji wa chaji chanya iliyotawanywa katika molekuli.
Maoni ya kubadilisha Benzene
Kundi la misombo ya kikaboni, ambayo ina sifa ya uingizwaji wa kielektroniki - arena. Pete ya benzene ni shabaha rahisi kwa shambulio la kielektroniki. Mchakato huanza na mgawanyiko wa dhamana katika kiitikio cha pili, na kusababisha kuundwa kwa electrophile iliyo karibu na wingu la elektroni la pete ya benzene. Matokeo yake ni tata ya mpito. Bado hakuna muunganisho kamili wa chembe ya elektroli na moja ya atomi za kaboni, inavutiwa na malipo hasi ya "sita kunukia" ya elektroni. Katika hatua ya tatu ya mchakato, electrophile na atomi moja ya kaboni ya pete huunganishwa na jozi ya kawaida ya elektroni (covalent bond). Lakini katika kesi hii, "sita kunukia" huharibiwa, ambayo haifai kutoka kwa mtazamo wa kufikia hali ya nishati endelevu. Kuna jambo ambalo linaweza kuitwa "proton ejection". H+ imegawanywa, thabitimfumo wa mawasiliano maalum kwa uwanja. Bidhaa-madogo ina mkuta wa hidrojeni kutoka kwa pete ya benzini na anion kutoka kwa muundo wa kitendanishi cha pili.
Mifano ya athari mbadala kutoka kwa kemia hai
Kwa alkanes, maitikio ya kubadilisha ni tabia maalum. Mifano ya mabadiliko ya elektroni na nukleofili inaweza kutolewa kwa cycloalkanes na arenes. Athari sawa katika molekuli ya vitu vya kikaboni hutokea chini ya hali ya kawaida, lakini mara nyingi zaidi - inapokanzwa na mbele ya vichocheo. Uingizaji wa kielektroniki katika kiini cha kunukia ni mojawapo ya michakato iliyoenea na iliyosomwa vizuri. Miitikio muhimu zaidi ya aina hii ni:
- Nitration ya benzene pamoja na asidi ya nitriki katika uwepo wa H2SO4 - huenda kulingana na mpango: C 6 H6 → C6H5-NO 2.
- Halojeni kichocheo cha benzene, hasa klorini, kulingana na mlingano: C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl.
- Salfonia yenye harufu nzuri ya benzene huendelea na asidi ya sulfuriki "inayofukiza", asidi ya benzini sulfonic huundwa.
- Alkylation ni uingizwaji wa atomi ya hidrojeni kutoka kwa pete ya benzini kwa alkyl.
- Acylation - uundaji wa ketoni.
- Uundaji - uingizwaji wa hidrojeni na kikundi cha CHO na uundaji wa aldehidi.
Miitikio ya badala inajumuisha miitikio katika alkanes na cycloalkanes, ambapo halojeni hushambulia bondi inayopatikana ya C-H. Utayarishaji wa derivatives unaweza kuhusishwa na uingizwaji wa atomi moja, mbili au zote za hidrojeni katika hidrokaboni iliyojaa na.cyclopaffini. Nyingi za haloalkane za uzito wa chini wa Masi hutumiwa katika utengenezaji wa vitu ngumu zaidi vya tabaka tofauti. Maendeleo yaliyofikiwa katika utafiti wa mifumo ya miitikio ya uingizwaji ilitoa msukumo mkubwa kwa ukuzaji wa sanisi kulingana na alkanes, saikloparafini, arene na vitokanavyo na halojeni vya hidrokaboni.
