Олон орлуулалтын урвалууд нь эдийн засгийн хэрэгцээтэй олон төрлийн нэгдлүүдийг олж авах замыг нээж өгдөг. Химийн шинжлэх ухаан, үйлдвэрлэлд электрофил ба нуклеофилийн орлуулалт асар их үүрэг гүйцэтгэдэг. Органик синтезийн хувьд эдгээр процессууд нь анхаарах ёстой хэд хэдэн онцлог шинж чанартай байдаг.
Химийн олон янзын үзэгдлүүд. Орлуулах урвал
Бодис хувирахтай холбоотой химийн өөрчлөлтүүд нь хэд хэдэн онцлог шинжээрээ ялгагдана. Эцсийн үр дүн, дулааны нөлөөлөл өөр байж болно; Зарим процессууд эцэс хүртэл явагддаг бол заримд нь химийн тэнцвэрт байдал үүсдэг. Бодисын өөрчлөлт нь ихэвчлэн исэлдэлтийн зэрэг нэмэгдэх, буурах дагалддаг. Химийн үзэгдлүүдийг эцсийн үр дүнгээр нь ангилахдаа урвалд орох бодис ба бүтээгдэхүүний чанарын болон тоон ялгааг анхаарч үздэг. Эдгээр шинж чанаруудын дагуу 7 төрлийн химийн хувиргалтыг ялгаж салгаж болно, үүнд орлуулах, схемийн дагуу: A-B + C A-C + B. Химийн үзэгдлийн бүхэл бүтэн ангийн хялбаршуулсан бүртгэл нь эхлэлийн бодисуудын дунд байдаг гэсэн санааг өгдөг.урвалж дахь атом, ион, функциональ бүлгийг орлуулж, "довтолж буй" бөөмс гэж нэрлэдэг. Орлуулах урвал нь ханасан болон үнэрт нүүрсустөрөгчид байдаг.
Орлуулах урвал нь давхар солилцоо хэлбэрээр явагдана: A-B + C-E A-C + B-E. Дэд зүйлүүдийн нэг нь жишээлбэл, зэсийн сульфатын уусмалаас төмрийг төмрөөр нүүлгэн шилжүүлэх явдал юм: CuSO4 + Fe=FeSO4 + Cu. Атом, ион эсвэл функциональ бүлгүүд нь "дайрч буй" бөөмсийн үүрэг гүйцэтгэдэг
Гомолитик орлуулалт (радикал, SR)
Ковалентын холбоог таслах радикал механизмын тусламжтайгаар өөр өөр элементүүдэд нийтлэг электрон хос нь молекулын "фрагмент" -ын хооронд пропорциональ байдлаар тархдаг. Чөлөөт радикалууд үүсдэг. Эдгээр нь тогтворгүй хэсгүүд бөгөөд тогтворжилт нь дараагийн хувиргалтын үр дүнд үүсдэг. Жишээлбэл, метанаас этан авах үед орлуулах урвалд оролцдог чөлөөт радикалууд гарч ирдэг: CH4 CH3• + •H; CH3• + •CH3 → С2Н5; H• + •H → H2. Өгөгдсөн орлуулах механизмын дагуу гомолитик холбоо тасрах нь алкануудын шинж чанар бөгөөд гинжин урвал юм. Метан дахь H атомыг дараалан хлороор сольж болно. Бромтой урвал ижил төстэй явагддаг боловч иод нь алкан дахь устөрөгчийг шууд орлуулах боломжгүй тул фтор нь тэдэнтэй хэт хүчтэй урвалд ордог.
Бондыг таслах гетеролитик арга
Орлуулах урвалын ионы механизмтайэлектронууд шинээр үүссэн хэсгүүдийн дунд жигд бус тархсан байна. Холбох хос электронууд нь туйлын молекул дахь сөрөг нягтрал руу шилжсэн "фрагментуудын" аль нэгэнд, ихэнхдээ бондын түнш рүү очдог. Орлуулах урвалд метилийн спирт CH3OH үүсэх зэрэг орно. Бромметан CH3Br-д молекулын хуваагдал нь гетеролитик бөгөөд цэнэгтэй хэсгүүд нь тогтвортой байдаг. Метил эерэг цэнэг авч, бром сөрөг болдог: CH3Br → CH3+ + Br-; NaOH → Na+ + OH-; CH3+ + OH- → CH3OH; Na+ + Br- ↔ NaBr.
Электрофил ба нуклеофиль
Электрон дутагдалтай, тэдгээрийг хүлээн авах чадвартай бөөмсийг "электрофиль" гэж нэрлэдэг. Үүнд галоалкан дахь галогентэй холбогдсон нүүрстөрөгчийн атомууд орно. Нуклеофилууд нь электрон нягтрал ихтэй байдаг тул ковалент холбоо үүсгэхдээ хос электрон "хандив" өгдөг. Орлуулах урвалын үед сөрөг цэнэгээр баялаг нуклеофилууд нь электроны өлсгөлөн электрофилуудын дайралтанд өртдөг. Энэ үзэгдэл нь атом эсвэл бусад бөөмийн шилжилттэй холбоотой байдаг - орхиж буй бүлэг. Орлуулах урвалын өөр нэг төрөл бол электрофилд нуклеофилийн халдлага юм. Молекулуудын аль нь субстрат, аль нь урвалж болохыг нарийн тодорхойлоход хэцүү байдаг тул хоёр процессыг ялгах, нэг төрлийн орлуулалттай холбох нь заримдаа хэцүү байдаг. Ихэвчлэн ийм тохиолдолддараах хүчин зүйлүүд:
- гарсан бүлгийн мөн чанар;
- нуклеофилийн урвал;
- уусгагчийн мөн чанар;
- алкил хэсгийн бүтэц.
Нуклеофилийн орлуулалт (SN)
Органик молекул дахь харилцан үйлчлэлийн явцад туйлшрал ихсэх нь ажиглагддаг. Тэгшитгэлд хэсэгчилсэн эерэг эсвэл сөрөг цэнэгийг Грек цагаан толгойн үсгээр тэмдэглэдэг. Бондын туйлшрал нь түүний тасрах шинж чанар, молекулын "хэсэг" -ийн цаашдын үйл ажиллагааг дүгнэх боломжийг олгодог. Жишээлбэл, иодометан дахь нүүрстөрөгчийн атом нь хэсэгчилсэн эерэг цэнэгтэй бөгөөд электрофилийн төв юм. Энэ нь илүүдэл электронтой хүчилтөрөгч байрладаг усны диполийн хэсгийг татдаг. Электрофиль нь нуклеофилийн урвалжтай харилцан үйлчлэхэд метанол үүснэ: CH3I + H2O → CH3 OH +HI. Нуклеофилийн орлуулах урвал нь сөрөг цэнэгтэй ион эсвэл химийн холбоо үүсгэхэд оролцдоггүй чөлөөт электрон хостой молекулын оролцоотойгоор явагддаг. SN2 урвалд иодометан идэвхтэй оролцдог нь нуклеофилийн довтолгоонд нээлттэй, иодын хөдөлгөөнтэй холбоотой юм.
Орлуулах электрофил (SE)
Органик молекул нь нуклеофилийн төвийг агуулж болох бөгөөд энэ нь электрон нягтралаас хэтэрсэн шинж чанартай байдаг. Энэ нь сөрөг цэнэггүй электрофил урвалжтай урвалд ордог. Ийм бөөмсүүдэд чөлөөт тойрог замтай атомууд, бага электрон нягтралтай молекулууд орно. ATНатрийн форматад “–” цэнэгтэй нүүрстөрөгч нь усны диполийн эерэг хэсэг болох устөрөгчтэй харилцан үйлчилдэг: CH3Na + H2 O → CH 4 + NaOH. Энэхүү электрофил орлуулах урвалын бүтээгдэхүүн нь метан юм. Гетеролитик урвалын үед органик молекулуудын эсрэг цэнэгтэй төвүүд харилцан үйлчилдэг бөгөөд энэ нь тэдгээрийг органик бус бодисын химийн найрлага дахь ионуудтай төстэй болгодог. Органик нэгдлүүдийн хувирал нь жинхэнэ катион ба анион үүсэх нь ховор гэдгийг мартаж болохгүй.
Мономолекул ба хоёр молекулын урвал
Нуклеофилийн орлуулалт нь мономолекул (SN1) юм. Энэ механизмын дагуу органик синтезийн чухал бүтээгдэхүүн болох гуравдагч бутил хлоридын гидролиз явагдана. Эхний үе шат нь удаан бөгөөд энэ нь нүүрстөрөгчийн катион ба хлоридын анион руу аажмаар задрахтай холбоотой юм. Хоёр дахь шат нь илүү хурдан, нүүрстөрөгчийн ион нь устай урвалд ордог. Алкан дахь галогенийг гидрокси бүлгээр сольж анхдагч спирт олж авах урвалын тэгшитгэл: (CH3)3C-Cl → (CH3)3C+ + Cl-; (CH3)3C+ + H2O → (CH3)3C-OH + H+. Анхдагч ба хоёрдогч алкилгалогенидын нэг үе шаттай гидролиз нь нүүрстөрөгч-галогенийн холбоог нэгэн зэрэг устгаж, C-OH хос үүсэх замаар тодорхойлогддог. Энэ нь нуклеофилийн бимолекул орлуулалтын (SN2) механизм юм.
Гетеролитик орлуулалтын механизм
Орлуулах механизм нь электрон дамжуулах, үүсгэхтэй холбоотойзавсрын цогцолборууд. Урвал хурдан явагдах тусам түүний онцлог шинж чанартай завсрын бүтээгдэхүүнийг бий болгоход хялбар болно. Ихэнхдээ үйл явц нь нэгэн зэрэг хэд хэдэн чиглэлд явагддаг. Давуу тал нь ихэвчлэн тэдгээрийн үүсэхэд хамгийн бага эрчим хүчний зардал шаарддаг хэсгүүдийг ашиглах замаар олж авдаг. Жишээлбэл, давхар холбоо байгаа нь аллил катион үүсэх магадлалыг CH2=CH-CH2+-тай харьцуулахад нэмэгдүүлнэ. ион CH3 +. Үүний шалтгаан нь молекул даяар тархсан эерэг цэнэгийн делокализацид нөлөөлдөг олон тооны электрон нягтралд оршдог.
Бензол орлуулах урвал
Электрофил орлуулалтаар тодорхойлогддог органик нэгдлүүдийн бүлэг - талбайнууд. Бензолын цагираг нь электрофилийн довтолгоонд тохиромжтой бай юм. Үйл явц нь хоёр дахь урвалж дахь бондын туйлшралаас эхэлдэг бөгөөд үүний үр дүнд бензолын цагирагийн электрон үүлтэй зэргэлдээ электрофил үүснэ. Үр дүн нь шилжилтийн цогцолбор юм. Электрофиль бөөмсийг нүүрстөрөгчийн атомуудын аль нэгтэй бүрэн холбоогүй хэвээр байгаа бөгөөд энэ нь электронуудын "үнэрт зургаа" -ын сөрөг цэнэг бүхэлд нь татагддаг. Процессын гурав дахь үе шатанд цагирагийн электрофил ба нэг нүүрстөрөгчийн атом нь нийтлэг хос электроноор (ковалентын холбоо) холбогддог. Гэхдээ энэ тохиолдолд "үнэрт зургаа" устгагдсан бөгөөд энэ нь тогтвортой эрчим хүчний төлөв байдалд хүрэхийн тулд тааламжгүй юм. "Протоны ялгаралт" гэж нэрлэж болох нэгэн үзэгдэл бий. H+ хуваагдсан, тогтвортойarene-д зориулагдсан холбооны систем. Дагалдах бүтээгдэхүүн нь бензолын цагираг дахь устөрөгчийн катион, хоёр дахь урвалжийн найрлага дахь анионыг агуулдаг.
Органик химийн орлуулах урвалын жишээ
Алкануудын хувьд орлуулах урвал нь онцгой шинж чанартай байдаг. Циклоалкан ба аренуудад электрофил ба нуклеофилик хувирлын жишээг өгч болно. Органик бодисын молекул дахь ижил төстэй урвалууд нь хэвийн нөхцөлд тохиолддог боловч ихэвчлэн халах, катализаторын оролцоотой үед тохиолддог. Ароматик цөм дэх электрофил орлуулалт нь өргөн тархсан бөгөөд сайн судлагдсан процессуудын нэг юм. Энэ төрлийн хамгийн чухал хариу үйлдэл нь:
- Н2SO4 байлцуулан азотын хүчилтэй бензолыг нитратлах - схемийн дагуу явагдана: C 6 H6 → C6H5-NO 2.
- Бензолын каталитик галогенжилт, ялангуяа хлоржуулах, тэгшитгэлийн дагуу: C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl.
- Бензолын үнэрт сульфонжуулалт нь хүхрийн хүчлийг "утаалах" замаар явагдаж, бензол сульфоны хүчил үүсдэг.
- Алкилизаци гэдэг нь бензолын цагираг дахь устөрөгчийн атомыг алкилээр солих явдал юм.
- Ациляци - кетон үүсэх.
- Формилизаци - устөрөгчийг CHO бүлэгээр сольж альдегид үүсэх.
Орлуулах урвалд галогенууд боломжтой C-H холбоонд халддаг алкан ба циклоалкан дахь урвалууд орно. Дериватив бэлтгэх нь ханасан нүүрсустөрөгчийн нэг, хоёр эсвэл бүх устөрөгчийн атомыг орлуулахтай холбоотой байж болно.циклопарафинууд. Бага молекул жинтэй галоалкануудын ихэнхийг өөр өөр ангилалд хамаарах илүү нарийн төвөгтэй бодис үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Орлуулах урвалын механизмыг судлахад гарсан ахиц дэвшил нь нүүрсустөрөгчийн алкан, циклопарафин, арен, галоген дериватив дээр суурилсан синтезийг хөгжүүлэхэд хүчтэй түлхэц өгсөн.
