प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया

एक प्रतिस्थापन अभिक्रिया (जिसे एकल विस्थापन अभिक्रिया या एकल प्रतिस्थापन अभिक्रिया के रूप में भी जाना जाता है) यह एक रासायनिक अभिक्रिया है जिसके दौरान एक रासायनिक परिसर में एक कार्यात्मक समूह दूसरे कार्यात्मक समूह द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। कार्बनिक रसायन विज्ञान में प्रतिस्थापन अभिक्रियाओं का प्रमुख महत्व है। कार्बनिक रसायन विज्ञान में प्रतिस्थापन अभिक्रियाओं को सम्मिलित अभिकर्मक के आधार पर या तो इलेक्ट्रोफाइल या न्यूक्लियोफाइल के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, चाहे अभिक्रिया में सम्मिलित एक अभिक्रियाशील मध्यवर्ती एक कार्बधनायन, एक कार्बनियन या एक मुक्त कण है, और क्या सब्सट्रेट (रसायन विज्ञान) स्निग्ध या सुगंधित है| अभिक्रिया प्रकार की विस्तृत समझ अभिक्रिया में उत्पाद के परिणाम की भविष्यवाणी करने में मदद करती है। यह तापमान और विलायक की पसंद जैसे चर के संबंध में अभिक्रिया को अनुकूलित करने में भी सहायक है।

प्रतिस्थापन अभिक्रिया का एक अच्छा उदाहरण हैलोजेन है। जब क्लोरीन गैस (Cl2) का विकिरण किया जाता है, तो कुछ अणु दो क्लोरीन रेडिकल (रसायन विज्ञान) (Cl•) में विभाजित हो जाते हैं, जिनके मुक्त इलेक्ट्रॉन दृढ़ता से न्युक्लेओफ़िलिक होते हैं। उनमें से एक CH4 में C-H सहसंयोजक बंधन को तोड़ता है और विद्युत रूप से तटस्थ HCL बनाने के लिए हाइड्रोजन परमाणु को पकड़ लेता है। अन्य मूलक CH3• के साथ एक सहसंयोजक बंधन को सुधार कर CH3Cl (मिथाइल क्लोराइड) बनाते हैं।

न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन
कार्बनिक (और अकार्बनिक) रसायन शास्त्र में, न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रियाओं का एक मौलिक वर्ग है जिसमें एक न्यूक्लियोफाइल चुनिंदा बंधन या परमाणुओं के समूह पर धनात्मक या आंशिक रूप से धनात्मक आवेश पर हमला करता है। जैसा कि यह ऐसा करता है, यह एक कमजोर न्यूक्लियोफाइल की जगह लेता है, जो तब एक छोड़ने वाला समूह बन जाता है; शेष धनात्मक या आंशिक रूप से धनात्मक परमाणु इलेक्ट्रोफाइल बन जाता है। संपूर्ण आणविक इकाई जिसमें इलेक्ट्रोफाइल और छोड़ने वाला समूह हिस्सा होता है, उसे समान्यता सबस्ट्रेट (रसायन विज्ञान) कहा जाता है।

अभिक्रिया के लिए सबसे सामान्य रूप में दिया जा सकता है

कहाँ R\sLG सब्सट्रेट को इंगित करता है। न्यूक्लियोफाइल (Nuc:) इलेक्ट्रॉन जोड़ी युग्म सब्सट्रेट(R\sLG) पर हमला करता है, एक नया सहसंयोजक बंधन Nuc\sR\sLG बनाता है, जब छोड़ने वाला समूह (LG) एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी के साथ प्रस्थान करता है तो पूर्व आवेश की स्थिति बहाल हो जाती है। इस कारक में प्रमुख उत्पाद R\sNuc है| ऐसी अभिक्रियाओं मे न्यूक्लियोफाइल समान्यता विद्युत रूप से तटस्थ या ऋणात्मक आवेश होता है, जबकि सब्सट्रेट समान्यता तटस्थ या धनात्मक रूप से आवेशित होता है।

न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन का एक उदाहरण एक एल्काइल ब्रोमाइड, R\sBr का हाइड्रोलिसिस है, बुनियादी परिस्थितियों में, जहां हमलावर न्यूक्लियोफाइल आधार है OH- और छोड़ने वाला समूह Br- है:

कार्बनिक रसायन विज्ञान में न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रियाएं सामान्य हैं, और उन्हें मोटे तौर पर एक संतृप्त एलिफैटिक यौगिक कार्बन के कार्बन या (कम प्रायः) एक सुगंधित या अन्य असंतृप्त कार्बन केंद्र में होने के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।

तंत्र
स्निग्ध कार्बन केंद्रों पर न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन दो अलग-अलग तंत्रों अनिमोलेक्युलर न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन (SN1 अभिक्रिया) और बाइमोलेक्यूलर न्यूक्लियोफ़िलिक प्रतिस्थापन (SN2 अभिक्रिया)द्वारा आगे बढ़ सकते हैं,.

SN1 तंत्र के दो चरण होते हैं। पहले चरण में, छोड़ने वाला समूह कार्बोकेशन C+ बनाते हुए प्रस्थान करता है| दूसरे चरण में, न्यूक्लियोफिलिक अभिकर्मक (Nuc:) कार्बोकेशन से जुड़ जाता है और एक सहसंयोजक सिग्मा बंधन बनाता है। यदि सब्सट्रेट में एक चिरायता कार्बन है, तो इस तंत्र का परिणाम त्रिविम रसायन का उलटा हो सकता है या विन्यास का प्रतिधारण हो सकता है।समान्यता, दोनों वरीयता के बिना होते हैं। परिणाम रेसमीकरण(दौड़) है।

SN2 तंत्र में केवल एक चरण होता है। अभिकर्मक का आक्रमण और छोड़ने वाले समूह का निष्कासन साथ-साथ होता है। यह तंत्र हमेशा विन्यास के व्युत्क्रम में परिणत होता है। यदि सब्सट्रेट जो न्यूक्लियोफिलिक हमले के तहत चिराल है, तो अभिक्रिया से इसकी रूढ़िवादिता का उलटा हो जाएगा, जिसे वाल्डेन उलटा कहा जाता है।

SN2 हमला हो सकता है यदि हमले के पीछे के मार्ग को सब्सट्रेट पर प्रतिस्थापकों द्वारा विसंक्रमित रूप से बाधित नहीं किया जाता है। इसलिए यह तंत्र समान्यता एक निर्बाध प्राथमिक कार्बन केंद्र में होता है। यदि छोड़ने वाले समूह के पास सब्सट्रेट पर भयानक भीड़ होती है, जैसे तृतीयक कार्बन केंद्र पर, प्रतिस्थापन में SN2 तंत्र के बजाय SN1 सम्मिलित होगा| इस कारक की संभावना भी अधिक होगी क्योंकि पर्याप्त रूप से स्थिर कार्बोकेशन मध्यस्थ का गठन किया जा सकता है।

जब सब्सट्रेट एक सुगंधित यौगिक होता है, तो अभिक्रिया प्रकार न्यूक्लियोफिलिक सुगंधित प्रतिस्थापन होता है, जो विभिन्न तंत्रों के साथ होता है। कार्बोज़ाइलिक तेजाब डेरिवेटिव न्यूक्लियोफिलिक एसाइल प्रतिस्थापन में न्यूक्लियोफाइल के साथ अभिक्रिया करते हैं। इस प्रकार की अभिक्रियाएँ यौगिक बनाने में उपयोगी हो सकती हैं।

इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन
इलेक्ट्रोफिल्स, इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रियाओं में सम्मिलित होते हैं, विशेष रूप से इलेक्ट्रोफिलिक सुगंधित प्रतिस्थापन में।

इस उदाहरण में, बेंजीन रिंग(वलय) की इलेक्ट्रॉन अनुनाद संरचना पर एक इलेक्ट्रोफाइल E+ द्वारा हमला किया जाता है| प्रतिध्वनित बंधन टूट जाता है और एक कार्बोकेशन प्रतिध्वनित संरचना का परिणाम होता है। अंत में एक प्रोटॉन बाहर निकाला जाता है और एक नया सुगंधित यौगिक बनता है।

एरेन्स की तुलना में अन्य असंतृप्त यौगिकों के लिए इलेक्ट्रोफिलिक अभिक्रियाएं सामान्य तौर पर प्रतिस्थापन के बजाय इलेक्ट्रोफिलिक जोड़ देती हैं।

मौलिक प्रतिस्थापन
एक मौलिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया में मौलिक (रसायन विज्ञान) सम्मिलित होते हैं। हन्सडीकर अभिक्रिया इसका एक उदाहरण है।

ऑर्गेनोमेटैलिक प्रतिस्थापन
युग्मन अभिक्रियाएं धातु-उत्प्रेरित अभिक्रियाओं का एक वर्ग है जिसमें एक ऑर्गेनोमेटेलिक यौगिक RM और एक कार्बनिक हलाइड R'X सम्मिलित है जो एक नए कार्बन-कार्बन बंधन के गठन के साथ R-R' प्रकार के एक यौगिक बनाने के लिए एक साथ अभिक्रिया करते हैं। उदाहरणों में हेक अभिक्रिया, उल्मन अभिक्रिया और वुर्ट्ज़-फिटिग अभिक्रिया सम्मिलित हैं। इनमे कई विविधताएँ मौजूद हैं।

प्रतिस्थापित यौगिक
स्थानापन्न यौगिक रासायनिक यौगिक होते हैं जहां एक कोर संरचना के एक या एक से अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं को एल्काइल, हाइड्रॉक्सी, या हलोजन जैसे कार्यात्मक समूह या बड़े स्थानापन्न समूहों के साथ बदल दिया जाता है।

उदाहरण के लिए, बेंजीन एक साधारण सुगंधित वलय है। प्रतिस्थापन से गुजरने वाले बेंजीन उपयोग और गुणों के व्यापक स्पेक्ट्रम वाले रसायनों का एक विषम समूह हैं:

अकार्बनिक और कार्बनिक रसायन
जबकि कार्बनिक रसायन के संदर्भ में प्रतिस्थापन अभिक्रियाओं पर चर्चा करना सामान्य है, अभिक्रिया सामान्य है और यौगिकों की एक विस्तृत श्रृंखला पर लागू होती है। समन्वय परिसरों में लिगेंड प्रतिस्थापन के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। साहचर्य और विघटनकारी तंत्र दोनों देखे गए हैं।

साहचर्य प्रतिस्थापन, उदाहरण के लिए,समान्यता ऑर्गेनोमेटेलिक(कार्बनिक) रसायन विज्ञान और समन्वय परिसरों पर लागू होता है, लेकिन कार्बनिक रसायन विज्ञान में SN2 तंत्र जैसा दिखता है। विपरीत मार्ग विघटनकारी प्रतिस्थापन है, जो SN1 मार्ग के अनुरूप है।

साहचर्य तंत्र के उदाहरण समान्यता 16e वर्ग तलीय धातु संकुलों के रसायन शास्त्र में पाए जाते हैं, उदा. वास्का जटिल और टेट्राक्लोरोप्लाटिनेट। यह दर कानून ईजेन-विल्किंस तंत्र द्वारा नियंत्रित होता है। विघटनकारी प्रतिस्थापन कार्बनिक रसायन विज्ञान में SN1 तंत्र जैसा दिखता है। इस मार्ग को CIS प्रभाव, या CIS स्थिति में CO लिगैंड्स के लेबलीकरण(लैबिलाइजेशन) द्वारा अच्छी तरह से वर्णित किया जा सकता है। विघटनकारी प्रतिस्थापन से गुजरने वाले परिसरों में प्रायः समन्वित रूप से संतृप्त होते हैं और प्रायः ऑक्टाहेड्रल आणविक ज्यामिति होते हैं। सक्रियण की एन्ट्रापी इन अभिक्रियाओं के लिए विशिष्ट रूप से धनात्मक है, जो इंगित करती है कि अभिक्रिया प्रणाली का विकार दर-निर्धारण चरण में बढ़ जाता है। विघटनकारी रास्ते को दर निर्धारित करने वाले कदम की विशेषता है जिसमें प्रतिस्थापन के दौर से गुजर रहे धातु के समन्वय क्षेत्र से एक लिगैंड को छोड़ना सम्मिलित है। प्रतिस्थापन न्यूक्लियोफाइल की एकाग्रता का इस दर पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, और कम समन्वय संख्या के एक मध्यवर्ती का पता लगाया जा सकता है।अभिक्रिया को k1, k−1 और k2 के साथ वर्णित किया जा सकता है, जो उनके संबंधित मध्यवर्ती प्रतिक्रिया चरणों की दर स्थिरांक हैं:



समान्यता दर निर्धारण कदम जटिल से L का पृथक्करण है, और [L'] अभिक्रिया की दर को प्रभावित नहीं करता है, जिससे सरल दर समीकरण हो जाता है: