Реакції заміщення ( англ. substitution reaction) - хімічні реакції , В яких одні функціональні групи , Що входять до складу хімічної сполуки , Змінюються на інші групи. Реакції заміщення позначають англійською буквою «S».

Загальний вигляд реакцій заміщення:

R - X + Y - Z → R - Y + X - Z {\ displaystyle {\ mathsf {R \! \! - \! \! X + Y \! \! - \! \! Z}} \ rightarrow { \ mathsf {R \! \! - \! \! Y + X \! \! - \! \! Z}}}

Зазвичай, один з реагентів, в якому відбувається заміщення ( «RX»), називають субстратом, а інший ( «YZ») - атакуючим реагентом. Група «X» називається минає, а група «Y» - вступає [1] .

Прикладом реакції заміщення може служити Фотолітичне хлорування метану :

Залежно від способу розщеплення зв'язку, реакції заміщення діляться на гомолитически (радикальні) і гетеролітичні. Останні, в свою чергу, через типу атакуючого реагенту відносять до нуклеофільних або електрофільним реакцій [2] .

У органічної хімії реакції заміщення мають найважливіше значення. Детальне вивчення типового механізму реакції дозволяє не просто передбачити її результат для конкретних реагентів, а й отримати уявлення про вибір оптимальних температурних умов її протікання, підборі розчинника або можливого каталізатора.

У реакціях нуклеофільного заміщення атакуючої часткою є нуклеофил , Тобто негативно заряджена частинка або частка з вільною електронної парою . Що йде група носить назву нуклеофуг.

Реакції нуклеофільного заміщення більш характерні для аліфатичних систем.

Загальний вигляд реакцій нуклеофільного заміщення:

R - X + Y - → R - Y + X - {\ displaystyle {\ mathsf {R \! \! - \! \! X + Y ^ {-}}} \ rightarrow {\ mathsf {R \! \! - \! \! Y + X ^ {-}}}}

Реакції нуклеофільного заміщення позначаються «SN». Зазвичай, поділяють реакції аліфатичного (SN) і ароматичного (SNAr) нуклеофільного заміщення.

Найбільш поширене два типи механізмів реакцій нуклеофільного заміщення [3] :

• SN1 - мономолекулярної нуклеофільне заміщення: двохстадійний процес - на першій (повільної) стадії утворюється проміжний карбкатион, який на другий (швидкої) стадії реагує з нуклеофілом.
• SN2 - молекулярних нуклеофільне заміщення: одностадійний процес без освіти интермедиата .

Прикладом реакції нуклеофільного заміщення може служити гідроліз алкилгалогенидов:

C 2 H 5 - B r + OH - → C 2 H 5 - OH + B r - {\ displaystyle {\ mathsf {C_ {2} H_ {5} \! \! - \! \! Br + OH ^ { -}}} \ rightarrow {\ mathsf {C_ {2} H_ {5} \! \! - \! \! OH + Br ^ {-}}}}

Найбільш поширені нуклеофільниє групи [4] :

H O -, R O -, R C O O -, N H 2 -, R N H -, R 2 N -, H S -, R S -, F -, C l -, B r -, I -. {\ Displaystyle {\ mathsf {HO ^ {-}, RO ^ {-}, RCOO ^ {-}, NH_ {2} ^ {-}, RNH ^ {-}, R_ {2} N ^ {-}, HS ^ {-}, RS ^ {-}, F ^ {-}, Cl ^ {-}, Br ^ {-}, I ^ {-}.}}}

H 2 O, N H 3, R 3 N, R 2 S, R 3 P, R O H, R C O O H. {\ Displaystyle {\ mathsf {H_ {2} O, \ NH_ {3}, \ R_ {3} N, \ R_ {2} S, \ R_ {3} P, \ ROH, \ RCOOH.}}}

У реакціях електрофільного заміщення атакуючої часткою є електрофіл , Тобто позитивно заряджена частинка або частка з дефіцитом електронів. Що йде частка носить назву електрофуг.

Реакції електрофільного заміщення більш характерні для ароматичних систем.

Загальний вигляд реакцій електрофільного заміщення:

R - X + Y + → R - Y + X + {\ displaystyle {\ mathsf {R \! \! - \! \! X + Y ^ {+}}} \ rightarrow {\ mathsf {R \! \! - \! \! Y + X ^ {+}}}}

Реакції електрофільного заміщення позначаються «SE».

Для ароматичних систем існує тільки один (основний) механізм електрофільного заміщення SEAr, який включає в себе освіту проміжного позитивно зарядженого інтермедіату, у якого на другій стадії відщеплюється йде група [3] .

У аліфатичних з'єднань зустрічаються як механізми SE1, так і SE2, аналогічні механізмам SN1 і SN2.

Приклад реакції електрофільного заміщення:

Найбільш поширені електрофільні групи:

H +, R C O +, R +, R N 2 +, R 2 N H +, N O 2 +, L i +, C l +, B r +, I +. {\ Displaystyle {\ mathsf {H ^ {+}, RCO ^ {+}, R ^ {+}, RN_ {2} ^ {+}, R_ {2} NH ^ {+}, NO_ {2} ^ { +}, Li ^ {+}, Cl ^ {+}, Br ^ {+}, I ^ {+}.}}}

У реакціях радикального заміщення атакуючої часткою є вільні радикали.

Загальний вигляд реакцій радикального заміщення:

R - X + Y ⋅ → R - Y + X ⋅ {\ displaystyle {\ mathsf {R \! \! - \! \! X + Y}} \ cdot \ rightarrow {\ mathsf {R \! \! - \ ! \! Y + X}} \ cdot}

Реакції радикального заміщення позначаються «SR».

Прикладом реакції радикального заміщення може служити наведена вище реакція хлорування метану.