In der organischen und anorganischen Chemie, nucleophilic Ersatz ist eine grundsätzliche Klasse von Reaktionen, in denen ein Elektron nucleophile auswählend Obligationen damit oder die positive oder teilweise positive Anklage eines Atoms angreift oder eine Gruppe von Atomen die abreisende Gruppe genannt hat; das positive oder teilweise positive Atom wird einen electrophile genannt.

Die allgemeinste Form für die Reaktion kann als gegeben werden

:Nuc: + R-LG → R-Nuc + LG:

Das Elektronpaar (:) vom nucleophile greift (Nuc) das Substrat (R-LG) das Formen eines neuen Bandes an, während das Verlassen der Gruppe (LG) mit einem Elektronpaar fortgeht. Das Hauptprodukt ist in diesem Fall R-Nuc. Der nucleophile kann elektrisch neutral oder negativ beladen sein, wohingegen das Substrat normalerweise neutral oder positiv beladen ist.

Ein Beispiel des nucleophilic Ersatzes ist die Hydrolyse eines alkyl Bromids, R-Br unter alkalischen Bedingungen, wo das Angreifen nucleophile OH ist und die abreisende Gruppe Br ist.

:R-Br + OH → R-OH + Br

Ersatz-Reaktionen von Nucleophilic sind in der organischen Chemie gewöhnlich, und sie können als stattfindend an einem durchtränkten aliphatic Kohlenstoff oder an (weniger häufig) einem durchtränkten aromatischen oder anderen ungesättigten Kohlenstoff-Zentrum weit gehend kategorisiert werden.

Ersatz von Nucleophilic an durchtränkten Kohlenstoff-Zentren

S1 und S2 Reaktionen

1935 haben Edward D. Hughes und Herr Christopher Ingold nucleophilic Ersatz-Reaktionen von alkyl Halogeniden studiert und haben Zusammensetzungen verbunden. Sie haben vorgeschlagen, dass es zwei Hauptmechanismen bei der Arbeit, sie beide gab, sich mit einander bewerbend. Die zwei Hauptmechanismen sind die S1 Reaktion und die S2 Reaktion. S tritt für chemischen Ersatz ein, N tritt für nucleophilic ein, und die Zahl vertritt die kinetische Ordnung der Reaktion.

In der S2 Reaktion finden die Hinzufügung des nucleophile und die Beseitigung der abreisenden Gruppe gleichzeitig statt. S2 kommt vor, wo das Hauptkohlenstoff-Atom für den nucleophile leicht zugänglich ist. Im Vergleich ist die S1 Reaktion mit zwei Schritten verbunden. S1 Reaktionen neigen dazu, wichtig zu sein, wenn das Hauptkohlenstoff-Atom des Substrats von umfangreichen Gruppen, beide umgeben wird, weil sich solche Gruppen sterically mit der S2 Reaktion (besprochen oben) einmischen, und weil ein hoch eingesetzter Kohlenstoff einen stabilen carbocation bildet.

Ein Beispiel einer Ersatz-Reaktion, die durch einen so genannten Grenzmechanismus, wie ursprünglich studiert, durch Hughes und Ingold stattfindet, ist die Reaktion des 1-phenylethyl Chlorids mit Natrium methoxide im Methanol.

:

Die Reaktionsrate wird zur Summe von S1 und S2 Bestandteilen mit 61 % (3,5 M, 70°C) gefunden, von den Letzteren stattfindend.

Ersatz-Reaktionen von Nucleophilic

Es gibt viele Reaktionen in der organischen Chemie, die mit diesem Typ des Mechanismus verbunden sind. Allgemeine Beispiele schließen ein

• Die organischen Verminderungen mit hydrides, zum Beispiel

:: R-X → R-H das Verwenden von LiAlH (S2)

• Hydrolyse-Reaktionen wie

:: R-Br + OH → R-OH + Br (S2) oder

:: R-Br + HO → R-OH + HBr (S1)

• Äther-Synthese von Williamson

:: R-Br + ODER' → R-OR' + Br (S2)

• Die Wenker Synthese, eine ringschließende Reaktion von aminoalcohols.
• Die Reaktion von Finkelstein, ein Halogenid tauscht Reaktion aus. Phosphor nucleophiles erscheint in der Reaktion von Perkow und der Reaktion von Michaelis-Arbuzov.
• Die Synthese von Kolbe nitrile, die Reaktion von alkyl Halogeniden mit Zyanid.

Andere Mechanismen

Außer S1 und S2 sind andere Mechanismen bekannt, obwohl sie weniger üblich sind. Der Si-Mechanismus wird in Reaktionen des thionyl Chlorids mit alcohols beobachtet, und es ist S1 ähnlich, außer dass der nucleophile von derselben Seite wie die abreisende Gruppe befreit wird.

Ersetzungen von Nucleophilic können durch eine allylic Neuordnung begleitet werden, die so in Reaktionen gesehen ist wie die Neuordnung von Ferrier. Dieser Typ des Mechanismus wird einen S1' oder S2' Reaktion (abhängig von Kinetik) genannt. Mit allylic Halogeniden oder sulphonates, zum Beispiel, kann der nucleophile am γ ungesättigten Kohlenstoff im Platz des Kohlenstoff angreifen, der die abreisende Gruppe trägt. Das kann in der Reaktion von 1 chloro 2 butene mit Natriumshydroxyd gesehen werden, um eine Mischung von 2 buten 1 ol und 1 buten 3 ol zu geben:

:CHCH=CH-CH-Cl → CHCH=CH-CH-OH + CHCH (OH)-ch=ch

Der Sn1CB Mechanismus erscheint in der anorganischen Chemie. Konkurrierende Mechanismen bestehen.

In der organometallic Chemie kommt die nucleophilic Abstraktionsreaktion mit einem nucleophilic Ersatz-Mechanismus vor.

Ersatz von Nucleophilic an ungesättigten Kohlenstoff-Zentren

Der Ersatz von Nucleophilic über den S1 oder S2 Mechanismus kommt mit Vinyl oder aryl Halogeniden oder verwandten Zusammensetzungen nicht allgemein vor. Unter bestimmten Bedingungen nucleophilic Ersetzungen, kann über andere Mechanismen wie diejenigen vorkommen, die im nucleophilic aromatischen Ersatz-Artikel beschrieben sind.

Wenn der Ersatz an der carbonyl Gruppe vorkommt, kann die acyl Gruppe nucleophilic acyl Ersatz erleben. Das ist die normale Weise des Ersatzes mit carboxylic sauren Ableitungen wie Acyl-Chloride, esters und amides.