求電子置換反応|化学

求電子置換反応は、化合物の有用な基が求電子剤で置換されるときに発生します。言い換えれば、求電子剤は分子の「官能基」を置き換えます。求電子剤は、基を受け入れる任意の電子対である可能性があります。ただし、通常、官能基は水素原子です。

一部の求電子剤は、単独で反応するには求電子性が十分でないか、反応が遅れます。ルイス酸の助けを借りて、求電子置換反応をさらに加速することができます。たとえば、AlCl3 と FeCl3 の存在下では、Cl2 によるベンゼンの求電子置換プロセスは、かなり速いペースで進行する可能性があります。

この記事では、求電子置換反応とその重要性、種類、メカニズムについて説明し、概念を理解できるようにします。

求電子置換反応の意味

求電子置換反応は、求電子剤が分子内の官能基を除去するときに発生しますが、通常は水素原子であるとは限りません。求電子芳香族置換プロセスは、ベンゼン環に官能基を追加することが多く、芳香族分子の特徴です。一部の脂肪族分子は、求電子的に置換することもできます。

「芳香族化合物」では、求電子試薬が芳香環に結合している原子 (通常は水素) を置き換えます。最も重要なのは、芳香族ニトロ化、芳香族アシル化、芳香族スルホン化、芳香族ハロゲン化、およびアルキル化フリーデルクラフツ反応です。アシル化とアルキル化も含まれます。

求電子剤は、脂肪族分子の「求電子置換」で官能基を置き換えます。この反応は、ドナーが求電子剤ではなく求核剤であることを除いて、脂肪族求核置換に類似しています。「SE1、SE2 (前面)、SE2 (背面)、および SEi は、置換求電子として知られています」は、4 つの潜在的な求電子脂肪族置換反応メカニズムであり、同様に求核試薬の対応する SN1 および SN2 に匹敵します。基質は SE1 の作用過程で最初にイオン化し、カルバニオンと正電荷の有機残基を形成します。その後、カルバニオンはすぐに求電子剤と再集合します。「SE2 反応メカニズム」には、古い結合と新しく作成された結合の両方を含む独自の遷移状態が含まれます。

求電子脂肪族置換反応の例:

ニトロソ化
脂肪族ジアゾニウムカップリング
ケト-エノール互変異性
ケトンハロゲン化
カルボニルα置換反応
C-H結合へのカルベン挿入

求電子置換反応の重要性

有機合成化学における最も重要な反応の 1 つは、「求電子芳香族置換」です。これらの反応は重要な中間体を生成し、医薬品、農薬、および工業製品の製造における先行物質として使用できます。しかし、そのような材料を生産するための多くの商業的手順は、何年も前に作成された科学に依存し続けています.このような方法はしばしば位置異性体の混合をもたらし、プロセスの放射化学に影響を与えるために近年数多くの新しい方法が開発されています.

ゼオライトは、不均一系触媒として機能し、試薬を補助し、副生成物を同伴し、形状選択性によって生成物のパラ選択性を改善し、水っぽい後処理を最小限に抑えることができます。穏やかな環境下では、ゼオライトは、ハロゲン化、アルキル化、パラ位置選択的ニトロ化、アシル化、およびメタンスルホニル反応プロセスの恩恵を受けることができます。さらに、それらは通常、簡単なろ過によって反応媒体から簡単に除去でき、加熱によって再生されるため、サンプルとほぼ同じ生産性と選択性で何度も再利用できます。

求電子置換反応の種類

芳香族化合物の求電子置換反応

芳香族化合物が関与する求電子置換反応は、芳香環自体が求電子試薬によって置換または置換されるときに発生します。このような反応では、分子の芳香族性が保持されます。芳香族化合物におけるスルホン化、フリーデルクラフツ反応、ニトロ化などの化学反応は、芳香族求電子置換反応の例です。

脂肪族化合物における求電子置換反応

「求電子脂肪族置換反応」は、求電子剤が脂肪族分子の官能基を置換する化学反応です。求電子剤は、これらの反応で脂肪族分子を攻撃し、180°反転のようなバージョンをもたらします.

求電子置換反応機構

求電子剤の生成:無水塩化アルミニウムは、芳香環のアルキル化、塩素化、およびアシル化から求電子剤を生成するための貴重なルイス酸です。脱水塩化アルミニウムと反対の試薬との反応から得られる求電子試薬は、Cl+、R+、および RC+O です。
中間カルボカチオンの形成:求電子剤が芳香環を攻撃し、その結果、アレニウムイオンまたはシグマ錯体が形成されます。このアレニウムイオンの別の炭素は、sp3 ハイブリダイゼーションを受けています。共鳴構造において、このアレニウムイオンは安定性を達成する。電子の非局在化は「sp3混成炭素」で終了するため、「シグマ錯体またはアレニウムイオン」はその芳香族特性を失います.
中間のカルボカチオンからのプロトンの除去:AlCl4 によって攻撃されると、シグマ錯体は sp3 混成炭素からプロトンを放出して、芳香族特性を取り戻します。その結果、求電子剤はベンゼン環内の水素イオンに取って代わります。求電子置換の概念はほとんどの有機名反応で使用されているため、有機化学において非常に重要な反応です.

結論

「求電子置換」のシフトされた官能基は、通常、水素原子です。ベンゼン環を含む多くの抽象的な化合物は、求電子芳香族置換プロセスと呼ばれる求電子置換を受けます。求電子置換反応の別の形態は、「求電子脂肪族置換反応」です。求電子置換プロセスには、求電子試薬の生成、中間体として機能する共有結合の合成、および媒体からのプロトンの除去という 3 つのステップが含まれます。