치환 반응

Substitution reaction
"Automatic Substitution"은 여기서 리다이렉트됩니다.Ortho/meta/para 패턴은 Arene 대체 패턴을 참조하십시오.

치환 반응(단일 치환 반응 또는 단일 치환 반응이라고도 함)은 화학 화합물의 한 작용기가 다른 [1][2]작용기로 치환되는 화학 반응이다.치환 반응은 유기 화학에서 가장 중요하다.유기화학에서의 치환반응은 관련된 시약에 따라 친전자성 또는 친핵성으로 분류되며, 반응에 관여하는 반응성 중간체가 카르보카니온인지 유리기질인지, 기질이 지방족인지 방향족인지에 따라 분류된다.반응 유형을 자세히 이해하면 반응에서 생성물의 결과를 예측하는 데 도움이 됩니다.또한 온도 및 용제의 선택과 같은 변수와 관련하여 반응을 최적화하는 데도 유용합니다.

치환 반응의 좋은 예는 할로겐화이다.염소 가스(Cl2)를 조사하면 일부 분자는 2개의 염소 라디칼(Cl•)로 분할되며, 이들의 자유 전자는 강한 친핵성을 갖는다.그 중 하나는 CH에서4 C-H 공유 결합을 깨고 수소 원자를 잡아 전기적으로 중성인 HCl을 형성한다.다른 래디칼은 CH•와의3 공유 결합을 개혁하여 CHCl(염화메틸)을3 형성합니다.

Substitution reaction : chlorination of methane

염소에 의한 메탄 염소화

친핵성 치환

주요 기사:친핵성 치환

유기(및 무기) 화학에서, 친핵성 치환(親 in性 치환)은 친핵성이 원자 또는 원자 그룹의 양 또는 부분적으로 양전하를 선택적으로 결합하거나 공격하는 반응의 기본 클래스이다.그렇게 함으로써, 그것은 약한 친핵성분을 대체하고, 그 후 이탈군이 되고, 남아있는 양 또는 부분적으로 양성의 원자는 전자 친핵성이 된다.친전자체와 이탈기가 일부인 전체 분자 실체를 [1][2]보통 기질이라고 합니다.

반응의 가장 일반적인 형태는 다음과 같이 제시될 수 있다.

Nuc: + R-LG → R-Nuc + LG:

여기서 R-LG는 기판을 나타냅니다.친핵체(Nuc:)의 전자쌍(:)이 기질(R-LG)을 공격하여 새로운 공유 결합 Nuc-R-LG를 형성한다.이탈 그룹(LG)이 전자 쌍과 함께 출발하면 이전 충전 상태가 복원됩니다.이 경우의 주요 산물은 R-Nuc입니다.이러한 반응에서 친핵체는 일반적으로 전기적으로 중성 또는 음전하를 띠는 반면, 기질은 일반적으로 중성 또는 양전하를 띠게 된다.

친핵성 치환의 예는 기본 조건 하에서 알킬 브롬화물 R-Br을 가수분해하는 것이다. 여기서 공격 친핵성은 염기성− OH이고 이탈 그룹은 Br−:

R-Br + OH− → R-OH + Br−

친핵성 치환반응은 유기화학에서 흔히 볼 수 있는 것으로, 포화지방족 화합물 탄소의 탄소 또는 방향족 또는 기타 불포화탄소 [1]중심에서 일어나는 것으로 크게 분류할 수 있다.

메커니즘

주요 기사 : SN1 반응, SN2 반응, 친핵성 방향족 치환

지방족 탄소 중심에서의 친핵 치환은 단분자 친핵 치환(S1N)과 2분자 친핵 치환(S2N)의 두 가지 다른 메커니즘에 의해 진행될 수 있다.

S1N 메커니즘에는 두 가지 단계가 있습니다.제1공정에서는 이탈군이 이탈하여 카르보카케이션+ C를 형성한다.두 번째 단계에서는 친핵성 시약(Nuc:)이 카르보케이션에 부착되어 공유가 시그마 결합을 형성한다.기판에 키랄카본이 있는 경우, 이 메커니즘은 입체화학의 반전 또는 구성의 유지를 초래할 수 있다.보통 둘 다 프리퍼런스 없이 발생합니다.그 결과는 라세미화입니다.

S2N 메커니즘은 1단계입니다.시약의 공격과 이탈군의 퇴출이 동시에 일어난다.이 메커니즘에 의해 설정이 항상 반전됩니다.친핵성 공격을 받고 있는 기질이 키랄이라면, 그 반응은 월든 반전이라고 불리는 입체 화학의 반전으로 이어질 것이다.

S2N 공격은 후방 공격 경로가 기판상의 치환기에 의해 입체적으로 방해받지 않으면 발생할 수 있다.따라서 이 메커니즘은 보통 방해받지 않는 1차 탄소 중심에서 발생합니다.제3의 탄소중심 등 이탈기 부근의 기판상에 스테릭 크라우딩이 있는 경우 치환에는 S2N 메커니즘이 아닌 S1이N 포함된다.이 경우 S1은 충분히 안정된 카보케이션 매개체가 형성될 수 있기 때문에 S1이N 발생할 가능성이 높다.

기질이 방향족 화합물일 경우 반응 유형은 다양한 메커니즘으로 발생하는 친핵성 방향족 치환이다.카르본산 유도체는 친핵성 아실 치환에서 친핵성과 반응한다.이런 종류의 반응은 화합물을 만드는 데 유용할 수 있다.

친전자성 치환

주요 기사:친전자성 치환

친전자성 치환반응, 특히 친전자성 방향족 치환반응에 관여한다.

이 예에서 벤젠 고리의 전자공명 구조는 친전자 E에+ 의해 공격된다.공명 결합이 끊어지고 카보케이션 공명 구조가 생성됩니다.마지막으로 양성자를 걷어내고 새로운 방향족 화합물을 형성한다.

Electrophilic aromatic substitution

친전자성 방향족 치환

일반적으로 아렌이 아닌 다른 불포화합물에 대한 친전자성 반응은 치환보다는 친전자성 첨가로 이어진다.

래디컬 치환

래디칼 치환 반응은 래디칼을 포함한다.한 예가 훈디커 반응이다.

유기 금속 치환

결합 반응은 유기 금속 화합물 RM과 유기 할로겐화물 RxX를 포함하는 금속 촉매 반응의 한 종류로, 함께 반응하여 새로운 탄소-탄소 결합의 형성과 함께 R-R with형 화합물을 형성한다.예로는 Heck 반응, Ulmann 반응, Wurtz-Fittig 반응이 있다.많은 [3]변형이 존재합니다.

치환 화합물

치환 화합물은 코어 구조의 하나 이상의 수소 원자가 알킬, 히드록시 또는 할로겐과 같은 기능기 또는 더 큰 치환기로 치환된 화학 화합물이다.

예를 들어 벤젠은 단순한 방향족 고리이다.치환을 거친 벤젠은 광범위한 사용 스펙트럼과 특성을 가진 이종 화학 물질 그룹이다.

치환 벤젠 화합물의 예
복합물 일반식 일반 구조
벤젠 C6H6
Benz4.png
톨루엔 C6H5-CH3
Toluol.svg
o-자일렌 C6H4(-CH3)2
O-xylene.png
메만틸렌 C6H3(-CH3)3
1,3,5-Trimethylbenzene.svg
페놀 챠오65
Phenol-2D-skeletal.png

레퍼런스

  1. ^ a b c March, Jerry (1985), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (3rd ed.), New York: Wiley, ISBN 0-471-85472-7
  2. ^ a b Imyanitov, Naum S. (1993). "Is This Reaction a Substitution, Oxidation-Reduction, or Transfer?". J. Chem. Educ. 70 (1): 14–16. Bibcode:1993JChEd..70...14I. doi:10.1021/ed070p14.
  3. ^ Elschenbroich, C.; Salzer, A. (1992). Organometallics: A Concise Introduction (2nd ed.). Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 3-527-28165-7.