Nukleofiilne asendusreaktsioon
Nukleofiilne asendusreaktsioon on keemiline reaktsioon, mille käigus vaba elektronpaari omav reagent – nukleofiil – atakeerib substraadi molekuli, millel on elektronodefitsiitne tsenter, ning tulemusena substraadi molekulis mingi aatom või aatomite rühm asendub mõne teise aatomi või rühmaga. Protsessi üldvalem on:
- Nu: + R-X → R-Nu + X:
kus Nu: on vaba elektronpaari omav nukleofiil, R-X on substraat ja X on lahkuv rühm. Nukleofiil võib olla molekul või anioon ja substraat on molekul või katioon.
Orgaanilises keemias on polaarse Cδ+-Xδ- sidemega (C-Hlg, C-OH, C-OR, C-NH2 jt) ühendite nukleofiilsed asendusreaktsioonid laialt kasutatavad keemilise ühendi funktsionaalrühma asendamiseks mingi teise aatomi või rühmaga.
Substraadi keemilise olemuse ja reaktsiooni mehhanismi põhjal jagunevad nukleofiilsed asendusreaktsioonid kahte rühma:
- nukleofiilne asendusreaktsioon küllastunud süsinikuaatomi juures, s.t. tegu on alifaatse substraadiga (nukleofiilne alifaatne asendusreaktsioon). See tähendab keemilise ühendi funktsionaalrühma asendumist mingi teise funktsionaalrühmaga, kusjuures see protsess toimub esimest või teist järku nukleofiilse asendusena. Need reaktsioonid on:
- SN1 ja SN1'
- SN2 ja SN2'
- SNi reaktsioon
SN1 ja SN2 on põhimõtteliselt konkureerivad reaktsioonimehhanismid ja tulemus sõltub substraadi ning nukleofiili keemilisest olemusest, aga ka tingimustest. SN2 reaktsioon on eelistatud, kui süsinikuaatom reaktsioonitsentris on nukleofiilile kergesti juurdepääsetav, s.t. ilma oluliste steeriliste takistusteta. SN1 reaktsioon seevastu realiseerub, kui reaktsioonitsentri süsinikuaatom on seotud (mahukate) asendusrühmadega, eriti kui need stabiliseerivad moodustuvat karbokatiooni.
| Nukleofiilne asendus küllastunud süsinikuaatomi juures | |
|---|---|
|
|
| SN1 mehhanism (siin X, Y, Z on asendusrühmad ja L on lahkuv rühm | SN2 mehhanism (siin X, Y, Z on asendusrühmad ja L on lahkuv rühm |
- nukleofiilne asendusreaktsioon küllastumata süsinikuaatomi juures, milleks on tavaliselt areenid ja karboksüülrühma sisaldavad ühendid. Need reaktsioonid realiseeruvad paljudel juhtudel liitumis-elimineerumis mehhanismi kaudu.
- nukleofiilne aromaatne asendusreaktsioon (SNAr)
- nukleofiilne atsüülasendusreaktsioon
- teatud juhtudel muud mehhanismid peale liitumis-elimineerumise
| Asendusreaktsioon küllastumata süsinikuaatomi juures: liitumis-elimineerumis mehhanismid | |
|---|---|
|
|
| SNAr (EWG on elektroniakseptor, X on lahkuv rühm, Nu on nukleofiil) | Atsüülasendusreaktsioon (Nu on nukleofiil ja L on lahkuv rühm) |