ប្រតិកម្មជំនួស: ការរៀបរាប់ឧទាហរណ៍សមីការ

ប្រតិកម្មជំនួសជាច្រើនវិធីដើម្បីរៀបចំបើកសមាសធាតុជាច្រើនមាននៃឧបករណ៍ប្រើប្រាស់កម្មវិធីនេះ។ តួនាទីយ៉ាងធំនៅក្នុងវិទ្យាសាស្ដ្រគីមីនិងឧស្សាហកម្មត្រូវបានផ្ដល់ជំនួស electrophilic និង nucleophilic ។ នៅក្នុងការសំយោគសរីរាង្គដំណើរការទាំងនេះមានចំនួននៃលក្ខណៈពិសេសដែលគួរតែត្រូវបានកត់សម្គាល់មួយ។

ភាពខុសគ្នានៃបាតុភូតគីមី។ ប្រតិកម្មជំនួស

ការផ្លាស់ប្តូរសារធាតុគីមីបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងការផ្លាស់ប្តូរនៃបញ្ហាចំនួននៃលក្ខណៈពិសេសផ្សេងគ្នា។ អាចនឹងមានលទ្ធផលខុសគ្នា, ផលប៉ះពាល់កម្ដៅ; ដំណើរការមួយចំនួននឹងដើម្បីបញ្ចប់វាបានមកនៅក្នុងផ្សេងទៀត លំនឹងគីមី។ ការកែប្រែភ្នាក់ងារវាត្រូវបានអមដំណើរជាញឹកញាប់ដោយការបង្កើនឬបន្ថយកម្រិតនៃអុកស៊ីតកម្ម។ ក្នុងការចាត់ថ្នាក់នៃបាតុភូតគីមីនៅក្នុងលទ្ធផលចុងក្រោយរបស់ពួកគេគូរយកចិត្តទុកដាក់ទៅកាន់ភាពខុសគ្នាគុណភាពនិងបរិមាណរវាង reactants ពីផលិតផលនេះ។ លក្ខណៈពិសេសនេះអាចត្រូវបានសម្គាល់ 7 ប្រភេទនៃប្រតិកម្មគីមីរួមទាំងការជំនួសបន្តបើយោងតាមគម្រោងការ: A-B-C A + C + + ខថតសាមញ្ញនៃថ្នាក់ទាំងមូលរបស់បាតុភូតគីមីផ្តល់នូវគំនិតដែលថាក្នុងចំណោមសមា្ភារៈចាប់ផ្តើមនេះគឺជា "អ្នកវាយប្រហារដែលគេហៅថាមួយ "ភាគល្អិតនៅក្នុងអាតូម substituent reagents នេះអ៊ីយ៉ុងក្រុមមុខងារ។ ប្រតិកម្មជំនួសជាលក្ខណៈពិសេសនៃខ្លាញ់និង អ៊ីដ្រូកាបូនក្រអូប។

ប្រតិកម្មជំនួសអាចកើតមានឡើងនៅក្នុងសំណុំបែបបទនៃការផ្លាស់ប្តូរពីរដង: ការ-B-C + E C + A-B-អ៊ី។ មួយអំបូរ - ភៀសខ្លួន, ឧ, ទង់ដែង, ដែកពីដំណោះស្រាយនៃការ sulphate ស្ពាន់: CuSO ₄ + + = FeSO ₄ Fe + + Cu ។ ជា "ប្រយុទ្ធ" ភាគល្អិតអាចធ្វើអាតូមអ៊ីយ៉ុងឬក្រុមដែលមានមុខងារ

ជំនួស Homolytic (រ៉ាឌីកាល់, SR)

នៅពេលដែលយន្តការនៃគូបែកបាក់អេឡិចត្រុកូវ៉ាឡង់រ៉ាឌីកាល់គឺជារឿងធម្មតាទៅជាធាតុផ្សេងគ្នានឹងត្រូវបានចែកចាយសមាមាត្ររវាង "បំណែក" នៃម៉ូលេគុលនេះ។ ការបង្កើតរ៉ាឌីកាល់សេរី។ នេះស្ថេរភាពមិនស្ថិតស្ថេរដែលកើតឡើងភាគល្អិតជាលទ្ធផលនៃការប្រតិកម្មជាបន្តបន្ទាប់ផងដែរ។ ឧទាហរណ៍នៅក្នុងការរៀបចំរបស់ Ethan មកពីមេតានផលិតរ៉ាឌីកាល់សេរីចូលរួមនៅក្នុងប្រតិកម្មជំនួស: CH ₄ ជំពូក ₃ • + + •ក្រុមហ៊ុន H; ជំពូក ₃ • + + _{ជំពូកទី 3} →• C2H5; ក្រុមហ៊ុន H ••ក្រុមហ៊ុន H + + →ពពួកថ្នាំ H2 ។ ការបំបែកជាចំណែកមូលបត្របំណុល Homolytic នៅលើយន្ដការប្រតិបត្ដិការនៃការជំនួស នេះគឺជាលក្ខណៈនៃ alkanes, ប្រតិកម្ម ជាតួអក្សរខ្សែសង្វាក់មួយ។ ម៉ាស់អាតូមមេតានក្រុមហ៊ុន H អាចត្រូវបានជំនួសជោគជ័យដោយក្លរីន។ ដូចគ្នានេះដែរដើម្បីធ្វើប្រតិកម្មជាមួយ bromine ជាតិអ៊ីយ៉ូតប៉ុន្តែមិនអាចជំនួសដោយផ្ទាល់ alkanes អ៊ីដ្រូសែន fluorine ប្រតិកម្មជាមួយពួកគេផងដែរបានរឹងប៉ឹង។

វិធីសាស្រ្តក្នុងការបំបែកជាចំណែកមូលបត្របំណុល Heterolytic

នៅពេលដែលយន្ដការនៃការមានប្រតិកម្មជំនួសលំហូរអ៊ីយ៉ុងដែលជាអេឡិចត្រុងត្រូវបានចែកចាយមិនស្មើគ្នាក្នុងចំណោមភាគល្អិតលេចឡើងថ្មី។ ចងគូនៃអេឡិចត្រុពង្រីកផ្លូវទៅផ្នែកមួយនៃ "បំណែក" ជាញឹកញាប់បំផុតដើម្បីជាដៃគូទំនាក់ទំនងផ្នែកខាងដែលបានប៉ះប៉ូវដង់ស៊ីតេអវិជ្ជមាននៅក្នុងម៉ូលេគុលតំបន់ប៉ូល។ ដោយរួមបញ្ចូលទាំងការប្រតិកម្មប្រតិកម្មជំនួសនៃការបង្កើតនៃស្រាមេទីលក្រុមហ៊ុន Ch ₃ គូ OH នេះ។ ក្នុងម៉ូលេគុលគម្លាត CH3Br brommetane ជាតួអក្សរ heterolytic, ភាគល្អិតបានចោទប្រកាន់នេះគឺមានស្ថេរភាព។ មេទីលទិញជាបន្ទុកវិជ្ជមាននិង bromo - អវិជ្ជមាន: ជំពូក _{3 ជំពូកទី 3} → br ⁺ br ^-; កាលណោះ→ ⁺ គូ OH Na ^-; ជំពូក ₃ ^{+ +} គូ OH ^- ជំពូក ₃ គូ OH →! ⁺ br na ^- ↔ NaBr ។

Electrophiles និង nucleophiles

ភាគល្អិតដែលខ្វះអេឡិចត្រុងនិងអាចទទួលយកពួកគេត្រូវបានគេហៅថា« electrophiles "។ ទាំងនេះគឺជាអាតូមកាបូនស្និទ្ធស្នាលជាមួយ Halogen ក្នុង haloalkanes ។ Nucleophiles មានដង់ស៊ីតេអេឡិចត្រុខ្ពស់, ពួកគេគឺ "ជនរងគ្រោះ" នៃគូនៃអេឡិចត្រុងដើម្បីបង្កើតមូលបត្របំណុលកូវ៉ាឡង់ & ‧; ។ ប្រតិកម្មជំនួសការចោទប្រកាន់អវិជ្ជមានសម្បូរត្រូវបានវាយប្រហារដោយ electrophiles nucleophiles, ឱនភាពនៃអេឡិចត្រុង។ បាតុភូតនេះត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងចលនានៃអាតូមឬភាគល្អិតផ្សេងទៀត - ការចាកចេញពីក្រុម។ ភាពខុសគ្នាមួយទៀតនៃការមានប្រតិកម្មជំនួស - ការវាយប្រហារ nucleophile electrophile នេះ។ ការលំបាកពេលខ្លះដើម្បីបែងចែករវាងដំណើរការទាំងពីរបានបញ្ជូនទៅជំនួសមួយឬប្រភេទផ្សេងទៀតនោះទេព្រោះវាជាការលំបាកណាស់ដើម្បីបញ្ជាក់ច្បាស់នូវអ្វីដែលជាប្រភេទនៃម៉ូលេគុល - ស្រទាប់ខាងក្រោមនិងដែល - ការ reagents ។ ជាធម្មតានៅក្នុងករណីដូចនោះកត្តាដូចខាងក្រោមនេះត្រូវបានចាត់ទុក:

• ធម្មជាតិនៃការចាកចេញពីក្រុមនេះ;
• សកម្មភាពចាក់នៃ nucleophile នេះ;
• ធម្មជាតិនៃសារធាតុរំលាយនេះ;
• ផ្នែក alkyl នៃរចនាសម្ព័ន្ធ។

ជំនួស Nucleophilic (ស)

ក្នុងដំណើរការនៃអន្តរកម្មម៉ូលេគុលសរីរាង្គក្នុងនោះមានការកើនឡើងការប្រេះឆាបាន។ ក្នុងសមីការនៃបន្ទុកវិជ្ជមានឬអវិជ្ជមានមួយផ្នែកត្រូវបានបញ្ជាក់ដោយលិខិតនៃអក្ខរក្រមភាសាក្រិចនេះ។ ការប្រាស្រ័យទាក់ទងការបែកខ្ញែកផ្តល់នូវការបង្ហាញនៃធម្មជាតិនៃការបែកបាក់របស់ខ្លួននិងឥរិយាបថអនាគតនៃ "បំណែក" នៃម៉ូលេគុលនេះ។ ឧទាហរណ៍អាតូមកាបូននៅក្នុង iodomethane មានបន្ទុកវិជ្ជមានផ្នែក, វាគឺជាចំណុចកណ្តាល electrophilic ។ វាបានទាក់ទាញ Dipole ទឹកដែលជាកន្លែងដែលអុកស៊ីសែនមានលើសអេឡិចត្រុងមួយ។ ក្នុងប្រតិកម្មនៃ electrophile ជាមួយ nucleophile មួយត្រូវបានបង្កើតឡើងមេតាណុល: ជំពូក ₃ ខ្ញុំ + H ₂ អូរ→ជំពូក ₃ គូ OH + + អង្គការ HI ។ ប្រតិកម្មជំនួស nucleophilic ប្រព្រឹត្តទៅដោយមានការចូលរួមនៃអ៊ីយ៉ុងអវិជ្ជមានឬម៉ូលេគុលដែលមានគូអេឡិចត្រុដោយឥតគិតថ្លៃដែលមិនចូលរួមនៅក្នុងការបង្កើតនៃចំណងគីមីមួយ។ ការចូលរួមយ៉ាងសកម្មរបស់ iodomethane ក្នុងស _{2 ប្រតិកម្មនឹងបើកការវាយប្រហារ} nucleophilic របស់ខ្លួនដល់ការចល័តអ៊ីយ៉ូតហើយ។

ជំនួស Electrophilic (អាគ្នេយ៍)

ម៉ូលេគុលសរីរាង្គអាចជាចំណុចកណ្តាល nucleophilic បច្ចុប្បន្នដែលត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយការលើសនៃដង់ស៊ីតេអេឡិចត្រុង។ វាមានប្រតិកម្មជាមួយនឹងការខ្វះខាតនៃការចោទប្រកាន់អវិជ្ជមាន reagents electrophilic នេះ។ ភាគល្អិតបែបនេះគឺមានម៉ូលេគុលគន្លងអាតូមជាមួយផ្នែកនៃការគិតថ្លៃកាត់បន្ថយដង់ស៊ីតេអេឡិចត្រុង។ បាន ធ្វើទ្រង់ទ្រាយសូដ្យូម កាបូនដែលមានការទទួលខុសត្រូវ "-" ត្រូវបានប្រតិកម្មដោយមួយផ្នែកជាវិជ្ជមានរបស់ Dipole ទឹក - អ៊ីដ្រូសែន: ជំពូក ₃ Na + H ₂ អូរ→ CH ₄ + + កាលណោះ។ ផលិតផលនៃប្រតិកម្មនេះជំនួស electrophilic - ឧស្ម័នមេតាន។ នៅពេលដែលការចោទប្រកាន់ពីបទមានប្រតិកម្ម heterolytic អន្តរកម្មម៉ូលេគុលបក្សប្រឆាំងមជ្ឈមណ្ឌលសរីរាង្គដែលផ្តល់ឱ្យពួកគេដំណើរទាក់ទងគ្នាជាមួយអ៊ីយ៉ុងសារធាតុគីមីសាស្ត្រដ។ វាមិនគួរត្រូវបានមើលរំលងថាការបម្លែងនៃសមាសធាតុសរីរាង្គនេះត្រូវបានអមកម្រដោយការបង្កើតការប្រស្រ័យទាក់ទាំងនេះនិង anions ។

Unimolecular និងប្រតិកម្ម bimolecular

នេះជំនួស nucleophilic គឺ monomolecular (SN1) ។ ដោយយន្ដការនេះផលិតផលសំខាន់ហូរ hydrolysis នៃការសំយោគសរីរាង្គ - ក្លរួ butyl ទីបី។ នេះជាដំណាក់កាលដំបូងគឺយឺត, វាត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងការរីកចម្រើនទៅក្នុងការបញ្ជាក់ការមិនសេពគប់និង anion ក្លរួ carbonium មួយ។ ដំណាក់កាលទីពីរគឺជាប្រតិកម្មលឿនជាងមុនបានកើតឡើងអ៊ីយ៉ុង carbonium និងទឹក។ សមីការនៃប្រតិកម្ម នៃការជំនួសនៃការ halogen ក្នុង alkanes ដើម្បីទទួលបានជាតិអាល់កុលនិង hydroxy បឋម: (CH _{3) 3} → C-Cl (CH _{3) 3} ⁺ Cl គ ^-; (CH _{3) 3} ⁺ ក្រុមហ៊ុន H គឱ→ ₂ (CH ₃₎ C-OH ₃ H + ^{+ +} ។ សម្រាប់សំណើមមួយជំហាននៃ halides alkyl បឋមសិក្សានិងមធ្យមសិក្សាការបំផ្លាញជាបន្តបន្ទាប់បានកំណត់លក្ខណៈនៃកាបោនដោយសារតែការនិងការបង្កើត Halogen C-OH គូនេះ។ យន្ដការនេះ nucleophilic bimolecular ជំនួស (SN2) ។

យន្តការ Heterolytic នៃការជំនួស

ពាក់ព័ន្ធនឹងការផ្ទេរយន្ដការជំនួសអេឡិចត្រុង, ការបង្កើតអគារមធ្យម។ ប្រតិកម្មនេះបានដំណើរការលឿន, កាន់តែងាយស្រួលវាគឺសម្រាប់មធ្យមធម្មតាសម្រាប់នាង។ ជាញឹកញាប់ដំណើរការនេះនឹងនៅក្នុងទិសដៅជាច្រើនក្នុងពេលដំណាលគ្នា។ អត្ថប្រយោជន៍ជាធម្មតាទទួលបានវិធីដែលភាគល្អិតត្រូវបានប្រើដោយតម្រូវឱ្យមានការចំណាយយ៉ាងហោចណាស់ការបង្កើតថាមពលរបស់ខ្លួន។ ឧទាហរណ៍វត្តមាននៃមូលបត្របំណុលទ្វេដងមួយបង្កើនលទ្ធភាពនៃការបញ្ជាក់ allyl មួយ CH 2 = CH-CH ^{₂ បើប្រៀបធៀបទៅ} _CH3 បាន ⁺ អ៊ីយ៉ុង។ មូលហេតុស្ថិតនៅក្នុងដង់ស៊ីតេអេឡិចចំណងច្រើនដែលប៉ះពាល់ដល់ delocalization នៃបន្ទុកវិជ្ជមាននេះបានបំបែកលើម៉ូលេគុលទាំងមូល។

ប្រតិកម្មជំនួសបង់

ក្រុមនេះ នៃសមាសធាតុសរីរាង្គ ដែលត្រូវបានកំណត់ដោយការផ្លាស់ប្តូរកីឡាករ electrophilic - ឆាក។ ចិញ្ចៀនបង់ - វត្ថុដែលងាយស្រួលសម្រាប់ការវាយប្រហារ electrophilic ។ ដំណើរការនេះចាប់ផ្តើមការទំនាក់ទំនងជាមួយនឹងការ reagents បន្ទាត់រាងប៉ូលទីពីរដោយហេតុនេះការបង្កើតពពកអេឡិចត្រុ electrophile ចិញ្ចៀនបង់នៅជាប់គ្នានោះ។ នេះគឺជាការផ្លាស់ប្តូរលទ្ធផលមួយដែលស្មុគស្មាញ។ ទំនាក់ទំនងដែលមានតម្លៃភាគល្អិត electrophilic ជាមួយមួយនៃអាតូមកាបូនដែលមិនទាន់, វាត្រូវបានទាក់ទាញទៅនឹងការចោទប្រកាន់អវិជ្ជមានទាំងមូល "ក្រអូបចំនួនប្រាំមួយ" អេឡិចត្រុង។ នៅក្នុងជំហានទីបីនៃការ electrophile ដំណើរការអាតូមកាបូននិងចិញ្ចៀនមួយបានភ្ជាប់ជាមួយគូទូទៅនៃអេឡិចត្រុង (មូលបត្របំណុលកូវ៉ាឡង់) ។ ប៉ុន្តែនៅក្នុងករណីនេះជាការបំផ្លិចបំផ្លាញនៃ "ក្រអូបប្រាំមួយ" ដែលជាការជួបការលំបាកនៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃការសម្រេចបាននូវរដ្ឋមានស្ថេរភាពថាមពលដែលមាននិរន្តរភាព។ មានបាតុភូតដែលអាចត្រូវបានហៅថាមួយគឺ "ការចេញផ្សាយនៃប្រូតុងមួយ" ។ វាត្រូវបានបំបែកចេញពីក្រុមហ៊ុន H ⁺ ស្ទុះងើបឡើងវិញប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនងមួយដែលមានស្ថិរភាព, Arenal ធម្មតា។ សារធាតុអ៊ីដ្រូសែនម្ខាងមានបញ្ជាក់ចិញ្ចៀនបង់មួយនិង anion ពីការ reagents ទីពីរ។

ឧទាហរណ៍នៃប្រតិកម្មគីមីវិទ្យាសរីរាង្គជំនួស

សម្រាប់ alkanes ប្រតិកម្មជំនួសពិសេសធម្មតា។ ឧទាហរណ៍នៃប្រតិកម្ម electrophilic និង nucleophilic អាចនាំឱ្យ cycloalkanes និង Arenal ។ ប្រតិកម្មស្រដៀងគ្នានៅក្នុងម៉ូលេគុលនៃសារធាតុសរីរាង្គនេះគឺស្ថិតនៅក្រោមលក្ខខណ្ឌធម្មតា, ប៉ុន្តែជាធម្មតា - និងដោយកំដៅនៅក្នុងវត្តមាននៃកាតាលីករ។ ដោយដំណើរការទូទៅនិងបានសិក្សាផងដែររួមបញ្ចូលទាំងការផ្លាស់ប្តូរកីឡាករក្រអូប electrophilic ។ នេះជាប្រតិកម្មសំខាន់បំផុតនៃប្រភេទនេះ:

1. nitrates នៃការបង់ ជាមួយនឹងទឹកអាស៊ីត nitric នៅក្នុងវត្តមាននៃក្រុមហ៊ុន H ₂ SO ₄ - ខាងក្រោមនេះគម្រោងនេះ: C, ₆ ក្រុមហ៊ុន H ₆ →ក្រុមហ៊ុន H ₅ ស៊ី _{6 2 លុយ។}
2. នេះជាការបង់ Halogen កាតាលីករជាពិសេសក្លរីនដោយសមីការ: C, ₆ + ₆ ក្រុមហ៊ុន H ₂ →គ Cl ក្រុមហ៊ុន H ₅ Cl ₆ + + HCl ។
3. sulfonation ចំណូលបង់ក្រអូបជាមួយ "ទាំងខឹងសម្បា" ទឹកអាស៊ីត sulfuric, អាស៊ីត benzenesulfonic ត្រូវបានបង្កើតឡើង។
4. Alkylation - ជំនួសនៃអាតូមអ៊ីដ្រូសែនពីសង្វៀនបង់ដើម្បី alkyl ។
5. Acylation - ការបង្កើត ketones នេះ។
6. Formylation - ជំនួសអ៊ីដ្រូសែនមួយនៅលើក្រុមមួយនិងការបង្កើតការិយាល័យនេះ aldehydes ។

ដោយរួមបញ្ចូលទាំងការប្រតិកម្មប្រតិកម្មជំនួសនៅ alkanes និង cycloalkanes, ម្ល៉ោះ Halogen នោះគឺ C-វាយប្រហារមូលបត្របំណុលក្រុមហ៊ុន H ដែលអាចប្រើបាន។ Derivatization អាចត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងការផ្លាស់ប្តូរមួយពីរឬទាំងអស់នៃអាតូមអ៊ីដ្រូសែននៅក្នុងអ៊ីដ្រូកាបូនខ្លាញ់និង cycloparaffins ។ មនុស្សជាច្រើននៃ galogenoalkanov នៃទម្ងន់ម៉ូលេគុលទាបត្រូវបានប្រើក្នុងការផលិតសារធាតុស្មុគស្មាញច្រើនទៀតដែលជាកម្មសិទ្ធិរបស់ថ្នាក់ផ្សេងគ្នា។ ជោគជ័យដែលសម្រេចបានក្នុងការសិក្សាអំពីយន្តការនៃការមានប្រតិកម្មជំនួសនោះបានផ្តល់កម្លាំងរុញច្រានដែលមានឥទ្ធិពលដល់ការអភិវឌ្ឍនៃការសង្គ្រោះនៅលើមូលដ្ឋាននៃ alkanes, ស៊ីក្លូ-ឆាកនិងអ៊ីដ្រូកាបូន Halogen នោះ។