取代反应(substitution reaction)是指化合物或
有机物分子中任何一个原子或
原子团被试剂中同类型的其它原子或原子团所替代的反应,用通式表示为:R-L(反应基质)+A-B(进攻试剂)→R-A(取代产物)+L-B(
离去基团)属于化学反应的一类。
大写字母)。饱和碳上的
亲核取代反应很多。例如,
卤代烷能分别与
氢氧化钠、
醇钠或酚钠、
硫脲、
硫醇钠、羧酸盐和氨或胺等发生亲核取代反应,生成醇、醚、
硫醇、
硫醚、
羧酸酯和胺等。醇可与氢卤酸、
卤化磷或
氯化亚砜作用,生成
卤代烃。卤代烷被
氢化铝锂还原为
烷烃,也是
负氢离子对
反应物中卤素的取代。当试剂的亲核原子为碳时,取代结果形成
碳-碳键 ,从而得到
碳链增长产物,如卤代烷与
氰化钠、炔化钠或
烯醇盐的反应。在亲核取代反应中,C—X键先断裂,生成
正碳离子再跟试剂反应,形成C—Y键,这种反应叫单分子亲核反应,记作SN1。C—X键断裂和C—Y键的形成同时发生的反应叫
双分子亲核取代反应,记作SN2。
由于反应物结构和反应条件的差异,SN有多种机理,即原子中亲核取代反应SN1和双分子亲核取代反应SN2。SN1的过程分为两步:第一步,反应物发生键裂(电离),生成
活性中间体正碳离子和
离去基团;第二步,正碳离子迅速与试剂结合成为产物。总的
反应速率只与反应物浓度成正比,而与试剂浓度无关。SN2为旧键断裂和新键形成同时发生的协同过程。反应速率与反应物浓度和试剂浓度都成正比。能生成相对稳定的
碳正离子和离去基团的反应物容易发生SN1,中心碳原子
空间阻碍小的反应物容易发生SN2 。如果
亲核试剂呈碱性,则亲核取代反应常伴有
消除反应,两者的比例取决于反应物结构、试剂性质和反应条件。低温和碱性弱对SN取代有利。
亲电取代反应主要发生在芳香体系或富电子的不饱和碳上,就本质而言均是较强亲电基团对负电子体系进攻,取代较弱亲电基团。其中有
磺化反应,
硝化反应,
卤代反应等等
自由基对反应物分子中某原子的进攻,生成产物和一个新的自由基的反应。这种反应通常是自由基链式反应的
链转移步骤。一些有机物在空气
中会发生
自动氧化,其过程也是
均裂取代,如
苯甲醛、
异丙苯和
四氢萘等与氧气作用,可分别生成相应的
有机过氧化物。
分芳族亲电取代反应SE
Ar和芳族亲核取代反应SNAr(S代表取代,N代表亲核,Ar代表芳香)两类,Ar表示
芳基。
芳烃通过硝化、卤化、磺化和烷基化或
酰基化反应,可分别在芳环上引进硝基、卤原子、
磺酸基和烷基或酰基,这些都属SEAr。芳环上已有
取代基的化合物,取代剂对试剂的进攻有定位作用。
苯环上的取代基为
给电子基团和卤
原子时,
亲电试剂较多地进入其
邻位和对位;取代 基为
吸电子基团时,则以得到
间位产物为主。此外,除发生这些正常反应外,有时试剂还可以进攻原有取代基的位置并取而代之,这种情况称为原位取代。
SNAr需要一定条件才能进行。如卤代芳烃一般不易发生SNAr,但当卤原子受到邻或对位硝基的活化,则易被取代。卤代芳烃在强碱条件下也可发生取代。此外,芳香族重氮盐由于
离去基团断裂成为稳定的分子氮,有利于生成
苯基正离子,也能发生类似SNl的反应。
取代反应定义:
有机分子中的一个原子或
原子团被其他原子或原子团所代替的反应。类型比较:很多参考书经常把它与
置换反应做比较,而实际上它与
复分解反应更像。例子:以CH4与
Cl2反应为例,原理是:一个H被一个Cl取代,即C—H键变为C—Cl键。剩下的Cl与被取代的H产生HCl。特点就是:一个H被取代,消耗一个Cl2,产生一个HCl。
加成反应定义:有机物分子中不饱和
碳原子与其他原子或原子团
直接结合生成
新物质的反应。类型比较:从物质种类上来看,类似于
化合反应。例子:以CH2=CH2与Br2反应为例,原理是:C=C中的双键断开其中一个,两个C各形成一个半键,分别与两个Br结合。特点就是双键变
单键,不饱和变饱和。