取代反應Substitution Reaction

有機化學的基礎217

1.      取代反應，分子的1個原子或分子群，被其他原子或分子群取代。

2.      舉例來說，環己烷的「氫H」原子，被「溴Br」原子取代，這個反應在「光」或「熱」之下，把烷類置於「溴分子Br2」中。

 

3.      從產物（溴環己烷cyclohexyl bromide和溴化氫HBr）來看，「溴Br」取代「環己烷cyclohexane」其中一個「氫H」的位置，被擠掉的「氫H」再取代「溴分子Br2」其中一個「溴Br」的位置。

4.      另一個取代反應的例子是，「溴環己烷」和「氫氧化鈉」，同樣地，2個反應物互相交換各自的「溴」和「氫氧基OH」的位置來製造產物。

5.      特別留意，把以上二個取代反應合起來，就能把「環己烷cyclohexane」轉換成「環己醇cyclohexanol」。

6.      有機化學有一個次領域是，合成有機化學synthetic organic chemistry（或有機合成organic synthesis），這是在研究一個反應物轉換成更複雜的產物的多步驟反應過程。

n   翻譯編寫 Marye Anne Fox, James K. Whitesell《Organic Chemistry》

徐弘毅：

1.      為什麼環己烷的「氫H」原子，被「溴Br」原子取代的反應，必須在「光」或「熱」之下進行？

2.      無論是溴分子「Br－Br」鍵，或環己烷的「C－H」鍵都十分穩定，所以，要破壞化學鍵，必須增加「熱能」或「光能」，來提升分子的動能，使分子運動速率加快，碰撞頻率增加。

3.      也就是，利用更多的碰撞，把「環己烷」的「氫」原子撞掉，或把「溴」分子撞斷成2個「溴」原子，好製造缺1個「取代基」的「環己烷」與「溴」原子的鍵結機會。

4.      「溴環己烷」和「氫氧化鈉」的取代反應，沒有強調需要增加「光」或「熱」，為什麼？

5.      有可能是因為，「氫氧化鈉NaOH」的化學鍵「Na－OH」和「溴環己烷」的「Br－C」都具有極性（「溴」的陰電性比「碳」強，有能力把「碳」的「共價電子」吸引過來靠近自己）。

6.      所以，「氫氧化鈉NaOH」若能以正確角度，碰撞「溴環己烷」的「C－Br」鍵時，就有機會發生，帶負電荷「溴Br^－」被「Na+」吸引，而帶負電荷的「氫氧基OH^－」，剛好進來填補的「環己烷」失去「溴」的空缺。

7.      此外，「溴環己烷」也有結構上的弱點，造成「溴Br」容易被撞掉。「溴Br」取代基的體積，遠比「溴環己烷」上的「氫」取代基大，所以「溴」是環烷上凸出的一顆原子，很容易在碰撞過程中鬆動，甚至化學鍵斷裂解體。