¿Qué son la sustitución electrófila y la sustitución nucleófila?
La sustitución electrofílica es una reacción química en la que los electrófilos atacan la parte rica en electrones de un compuesto y reemplazan otros grupos. Generalmente ocurre en compuestos aromáticos y es un método importante para introducir grupos funcionales en el sistema de anillos aromáticos. Es una de las características de los compuestos aromáticos. El grupo sustituido suele ser un átomo de hidrógeno, pero pueden estar sustituidos otros grupos. En términos generales, la sustitución electrófila se refiere específicamente a la sustitución electrófila aromática. Otra reacción de sustitución electrófila relativamente rara es la sustitución electrófila alifática.
La sustitución nucleofílica se denomina SN. Hay muchas reacciones de sustitución nucleofílica en carbonos saturados. Por ejemplo, los haluros de alquilo pueden sufrir reacciones de sustitución nucleofílica con hidróxido de sodio, alcóxido de sodio o fenolato de sodio, tiourea, tiolato de sodio, carboxilato, amoníaco o amina, etc. para generar alcoholes, éteres, tioles, tioéteres y ácidos carboxílicos. , etc. Los alcoholes pueden reaccionar con ácido halohídrico, haluro de fósforo o cloruro de sulfóxido para generar hidrocarburos halogenados. El haluro de alquilo se reduce a un alcano mediante hidruro de litio y aluminio, que también es la sustitución del halógeno por iones de hidrógeno negativos en el reactivo. Cuando el átomo nucleofílico del reactivo es carbono, la sustitución da como resultado la formación de un enlace carbono-carbono, obteniendo así un producto de extensión de la cadena de carbono, tal como la reacción de un haluro de alquilo con cianuro de sodio, acetiluro de sodio o enolato.
Principio de reacción:
1. Sustitución electrófila
La reacción de sustitución electrofílica se produce principalmente en sistemas aromáticos o carbonos insaturados ricos en electrones. el grupo electrófilo más fuerte ataca el sistema de electrones negativos y reemplaza al grupo electrófilo más débil. Sin embargo, para los sistemas aromáticos y los sistemas grasos, debido a diferentes ambientes específicos, los procesos de reacción también son diferentes, los cuales se describen a continuación.
La sustitución aromática electrofílica es una de las reacciones orgánicas más importantes en sistemas aromáticos. Se utiliza a menudo para introducir grupos funcionales en sistemas de anillos aromáticos. Por lo tanto, se ha estudiado durante mucho tiempo y existe un consenso. básicamente se ha alcanzado un acuerdo sobre el mecanismo.
El mecanismo de sustitución electrófila de los sistemas aromáticos es consistente. La figura de la derecha muestra el proceso general del anillo de benceno. El grupo electrófilo primero se combina con los electrones del anillo aromático para formar un complejo π. y luego pasa a un complejo σ intermedio. Finalmente, cuando el nuevo grupo sea más electrófilo que los iones de hidrógeno, los iones de hidrógeno se eliminarán del anillo aromático para completar la reacción.
La reacción de sustitución electrofílica de los sistemas alifáticos es bastante diferente a la de los sistemas aromáticos. Su mecanismo es más similar a las reacciones de sustitución nucleofílica alifática. Generalmente se puede dividir en SE1 y SE2, que es diferente de la alifática. El mecanismo de sustitución nucleofílica SN1 y SN2 son similares. Primero se inserta y luego se elimina la reacción de inserción de carbeno, lo que se denomina SE2.
2. Sustitución nucleófila
La sustitución nucleófila se divide en reacción de sustitución nucleófila de una sola molécula SN1 y reacción de sustitución nucleófila de dos moléculas SN2.
(1) El proceso de SN1 se divide en dos pasos: en el primer paso, el reactivo sufre una escisión del enlace (ionización) para generar el ion de carbono intermedio activo y el grupo saliente; ion carbono Los iones se combinan rápidamente con los reactivos para formar productos. La velocidad de reacción global es sólo proporcional a la concentración de los reactivos y no tiene nada que ver con la concentración de los reactivos.
(2) SN2 es un proceso cooperativo en el que se rompen viejos vínculos y se forman nuevos al mismo tiempo. La velocidad de reacción es directamente proporcional tanto a la concentración del reactivo como a la concentración del reactivo. Los reactivos que pueden generar iones carbenio relativamente estables y grupos salientes son propensos a SN1, y los reactivos con pequeño impedimento estérico del átomo de carbono central son propensos a SN2. Si el nucleófilo es básico, la reacción de sustitución nucleófila suele ir acompañada de una reacción de eliminación, y la proporción de ambas depende de la estructura del reactivo, la naturaleza del reactivo y las condiciones de la reacción. La baja temperatura y la alcalinidad débil son beneficiosas para la sustitución de SN.