Reacció de substitució

Una reacció de substitució (també denominada reacció de desplaçament únic o reacció de substitució unitària) a és aquella reacció química en la que un grup funcional o àtom en un compost químic és substituït per un atre àtom o grup funcional.

Són processos químics a on les substàncies intervinents, sofrixen canvis en la seua estructura, per a donar orige a atres substàncies. El canvi és més fàcil entre substàncies líquides o gaseoses, o en dissolució, degut a que es troben més separades i permeten un contacte més íntim entre els cossos reaccionantes.

Les reaccions de substitució són de suma importància en la química orgànica. Les reaccions de substitució en química orgànica es classifiquen com electrófilas o nucleófilas depenent del reactiu involucrat, si un reactiu intermediari involucrat en la reacció és un carbocatión, un carbanión o un radical lliure, i si el substrat és alifático o aromàtic. La comprensió detallada d'un tipo de reacció ajuda a predir el resultat del producte en una reacció. També és útil per a optimisar una reacció sobre variables com la temperatura i l'elecció del dissolvent.

Un bon eixemple d'una reacció de substitució és halogenación. Quan es irradia clor gas (Cl₂), algunes de les molècules es dividixen en dos radicals de clor (Cl•), els electrons lliures del qual són fortament nucleofílico. Un d'ells trenca un enllace covalente C-H en CH₄ i pren l'àtom d'hidrogen per a formar el HCl eléctricamente neutre. L'atre radical reforma un enllaç covalente en el CH₃• per a formar CH₃Cl (clorur de metilo).

Reacció de substitució : cloración de metà
Cloración de metà per clor

Química orgànica

En química orgànica les substitucions nucleófilas o electrófilas són molt importants. Les reaccions de substitució es classifiquen en diferents tipos segons si el reactiu que porta a terme la substitució és un nucléofilo, un electrófilo o un radical lliure o si el substrat és alifático o aromàtic. L'enteniment detallat de les diferents reaccions de substitució ajuda a predir el producte resultant. Açò ademés permet optimisar una reacció respecte a variables com la temperatura o l'elecció del dissolvent.

Halogenación radicalaria

Artícul principal → Halogenación radicalaria.

• En alcanos:

RH + X₂ → RX + HX

Substitució nucleófila

Artícul principal → Substitució nucleófila.

• Reacció S_N2:

Nu^- + CH₃X → NuCH₃ + X^-

• Reacció S_N1:

(CH₃)₃CX → (CH₃)₃C⁺ + X^- (Reacció d'equilibri)

(CH₃)₃C⁺ + Nu^- → (CH₃)₃CNu

• Adició-eliminació en derivats d'àcit carboxílics (substitució nucleófila acílica):

Adició-eliminació en un derivat d'àcit carboxílic.

• Substitució nucleófila aromàtica:

Eixemple de substitució nucleófila aromàtica.

Substitució electrófila aromàtica

Artícul principal → Substitució electrófila aromàtica.

Representació genèrica d'una substitució electrófila aromàtica.

Química de coordinació

En química de coordinació en els complexos dels metals de transició en dissolució també es produïxen reaccions de substitució d'un lligant per un atre:

M-X + I → M-Y + X

A on X és el grup eixint i I el grup entrante. Si el grup entrante desplaça una molècula d'aigua es coneix com anación o anionización, i si és al revés a on una molècula d'aigua desplaça a un lligant és una hidrólisis o acuatisació.

Segons el seu mecanisme les reaccions de substitució de lligant poden ser de tipo:

• Disociativo (D), a on s'evidencia l'existència d'un intermig en un número inferior al complex inicial. Té lloc una prèvia disociadión del grup eixint X seguida d'una coordinació en el grup entrante. En este cas l'etapa determinant de la velocitat és la dissociació de X.

[ML_nX] → [ML_n] + X (Reacció d'equilibri)

[ML_n] + I → [ML_nI]

• Associatiu (A), a on es comprova que existix un intermig en un número superior al complex inicial. En este cas, primer té lloc la coordinació del grup entrante I i finalment la dissociació del grup eixint.L'etapa limitante de la velocitat de reacció és la formació de l'enllaç en el grup entrante Y.

[ML_nX] + I → [ML_nXY] → [ML_nI] + X

• Intercanvi (I), a on no existix evidència d'intermig. Es tracta d'un procés concertat. Es diferencia entre intercanvi associatiu (I_a) si l'associació va alguna cosa per davant de la formació de nous enllaços o disociativo (I_d) si és a l'inversa.

Per tant els dos primers són mecanismes que tenen lloc en dos etapes i el segon en una sola.