Substituutio

Wikipedia

Substituutio eli korvautuminen on kemiallinen reaktio, jossa atomi tai atomiryhmä korvatuu toisella atomilla tai atomiryhmällä. Ensimmäisiä tutkittuja substituutioreaktioita olivat alkaanien halogenoinnit. Esimerkiksi etaanin vetyatomi korvautuu klooriatomilla radikaalisubstituutiossa:

CH₃CH₃ + Cl₂ $\rightarrow$ CH₃CH₂Cl + HCl.

Radikaalisubstituution lisäksi orgaanisessa kemiassa tunnetaan nukleofiiliset ja elektrofiiliset substituutiot.

[muokkaa] Nukleofiilinen substituutio

Nukleofiilisessa substituutioreaktiossa nukleofiili hyökkää positiivisesti varautuneeseen atomiin (elektrofiiliin) syrjäyttäen samalla siihen sitoutuneet funktionaalisen ryhmän. Nukleofiilisen substituution tärkeimmät reaktiomekanismit ovat S_N1 ja S_N2. Näillä mekanismeilla reagoivat usein esimerkiksi alkyylihalidit. Alkyylihalidien reaktioissa halogeeni (X) toimii lähtevänä ryhmänä ja se voidaan korvata lähes millä tahansa nukleofiilisella ryhmällä. Jos nukleofiili on neutraali (Nu:), silloin tuote on positiivisesti varautunut. Vastaavasti jos taas nukleofiili (Nu:^- ) on negatiivisesti varautunut, tuote on neutraali.

Nu: + R-X → R-Nu+ + X:^-

Nu:^- + R-X → R-Nu + X:^-

Nukleofiilisella substituutiolla voidaan valmistaa lukuisia reaktiotuotteita, mm. nitriilejä, amiineja, eettereitä, estereitä, alkoholeja ja sulfideja.

CN- + R-X → R-CN + X:^-

NH₃ + R-X → R-NH₄⁺ X:^-

R'O^- + R-X → R-OR' + X:^-

R'COO^- + R-X → R-OOCR' + X:^-

OH^- + R-X → R-OH + X:^-

SH^- + R-X → R-SH + X:^-

Karboksyylihappojen johdokset reagoivat nukleofiilien kanssa, jolloin kysymyksessä on nukleofiilinen asyylisubstuituutio.

[muokkaa] Elektrofiilinen substituutio

Elektrofiilinen substituutio on yleinen aromaattisilla yhdisteillä. Aromaattisessa elektrofiilisessa substituutioreaktiossa elektrofiili, korvaa yhden aromaattisen renkaan vetyatomeista. Reaktion välituotteena syntyy karbokationi, josta irtoaa protoni ja C-H sidoksen elektronipari siirtyy aromaattiseen renkaaseen, jolloin lopputuotteessa aromaattinen rakenne säilyy.