প্রতিস্থাপনের প্রতিক্রিয়া: বর্ণনা, সমীকরণ, উদাহরণ

2024 লেখক: Angel Austin | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-02 17:42

অনেক প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়া অর্থনৈতিক প্রয়োগ আছে এমন বিভিন্ন যৌগ পাওয়ার পথ খুলে দেয়। রাসায়নিক বিজ্ঞান এবং শিল্পে একটি বিশাল ভূমিকা ইলেক্ট্রোফিলিক এবং নিউক্লিওফিলিক প্রতিস্থাপনকে দেওয়া হয়। জৈব সংশ্লেষণে, এই প্রক্রিয়াগুলির বেশ কয়েকটি বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা লক্ষ করা উচিত৷

রাসায়নিক ঘটনার বিভিন্নতা। প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়া

পদার্থের রূপান্তরের সাথে যুক্ত রাসায়নিক পরিবর্তনগুলি বেশ কয়েকটি বৈশিষ্ট্য দ্বারা আলাদা করা হয়। চূড়ান্ত ফলাফল, তাপীয় প্রভাব ভিন্ন হতে পারে; কিছু প্রক্রিয়া শেষ পর্যন্ত যায়, অন্যগুলিতে রাসায়নিক ভারসাম্য ঘটে। পদার্থের পরিবর্তন প্রায়ই অক্সিডেশনের মাত্রা বৃদ্ধি বা হ্রাস দ্বারা অনুষঙ্গী হয়। রাসায়নিক ঘটনাকে তাদের শেষ ফলাফল অনুসারে শ্রেণিবদ্ধ করার সময়, বিক্রিয়ক এবং পণ্যগুলির মধ্যে গুণগত এবং পরিমাণগত পার্থক্যের দিকে মনোযোগ দেওয়া হয়। এই বৈশিষ্ট্যগুলি অনুসারে, 7 ধরনের রাসায়নিক রূপান্তরগুলিকে আলাদা করা যেতে পারে, প্রতিস্থাপন সহ, এই স্কিমটি অনুসরণ করে: A-B + C A-C + B। রাসায়নিক ঘটনার একটি সম্পূর্ণ শ্রেণীর একটি সরলীকৃত রেকর্ড একটি ধারণা দেয় যে শুরুর পদার্থগুলির মধ্যে রয়েছেবিকারক মধ্যে একটি পরমাণু, আয়ন, কার্যকরী গ্রুপ প্রতিস্থাপন করা "আক্রমণ" কণা বলা হয়। প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়াটি স্যাচুরেটেড এবং সুগন্ধযুক্ত হাইড্রোকার্বনের জন্য সাধারণ।

প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়া একটি দ্বৈত বিনিময়ের আকারে ঘটতে পারে: A-B + C-E A-C + B-E। উপ-প্রজাতির মধ্যে একটি হল স্থানচ্যুতি, উদাহরণস্বরূপ, কপার সালফেটের দ্রবণ থেকে লোহার সাথে তামার: CuSO₄ + Fe=FeSO4 _{+ কু. পরমাণু, আয়ন বা কার্যকরী গোষ্ঠী একটি "আক্রমণকারী" কণা হিসেবে কাজ করতে পারে}

হোমোলিটিক প্রতিস্থাপন (র্যাডিক্যাল, এসআর)

সমযোজী বন্ধন ভাঙ্গার আমূল প্রক্রিয়ার সাহায্যে, বিভিন্ন উপাদানের সাথে সাধারণ একটি ইলেকট্রন জোড়া অণুর "টুকরা" মধ্যে আনুপাতিকভাবে বিতরণ করা হয়। ফ্রি র‌্যাডিক্যাল তৈরি হয়। এগুলি অস্থির কণা, যার স্থিতিশীলতা পরবর্তী রূপান্তরের ফলে ঘটে। উদাহরণস্বরূপ, যখন মিথেন থেকে ইথেন পাওয়া যায়, তখন মুক্ত র্যাডিকেলগুলি উপস্থিত হয় যা প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে: CH₄ CH₃• + •H; CH₃• + •CH_{3 → С2Н5; H• + • H → H2। প্রদত্ত প্রতিস্থাপন প্রক্রিয়া অনুসারে হোমোলিটিক বন্ড ভাঙা অ্যালকেনসের বৈশিষ্ট্য, প্রতিক্রিয়া হল চেইন। মিথেনে, H পরমাণু ক্রমাগত ক্লোরিন দ্বারা প্রতিস্থাপিত হতে পারে। ব্রোমিনের সাথে বিক্রিয়া একইভাবে এগিয়ে যায়, কিন্তু আয়োডিন অ্যালকেনে হাইড্রোজেনকে সরাসরি প্রতিস্থাপন করতে অক্ষম, ফ্লোরিন তাদের সাথে খুব জোরালোভাবে বিক্রিয়া করে।}

বন্ড ভাঙ্গার হেরোলাইটিক উপায়

প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়ার আয়নিক প্রক্রিয়া সহনবগঠিত কণার মধ্যে ইলেকট্রন অসমভাবে বিতরণ করা হয়। ইলেকট্রনের বাঁধাই জোড়া সম্পূর্ণভাবে "খণ্ডক"গুলির একটিতে যায়, বেশিরভাগ ক্ষেত্রে, সেই বন্ধন অংশীদারের কাছে, যার দিকে মেরু অণুর নেতিবাচক ঘনত্ব স্থানান্তরিত হয়েছিল। প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়ার মধ্যে মিথাইল অ্যালকোহল CH₃OH গঠন অন্তর্ভুক্ত। ব্রোমোমেথেন CH3Br-এ, অণুর ক্লিভেজ হেটেরোলাইটিক, এবং চার্জযুক্ত কণাগুলি স্থিতিশীল। মিথাইল একটি ধনাত্মক চার্জ গ্রহণ করে এবং ব্রোমিন ঋণাত্মক হয়ে যায়: CH₃Br → CH₃+ + Br^-; NaOH → Na⁺ + OH^-; CH³+ _{+ OH}- ^{→ CH}3^{OH; Na}+ _{+ Br}- ^{↔ NaBr.}

ইলেক্ট্রোফাইলস এবং নিউক্লিওফাইলস

যে কণাগুলিতে ইলেকট্রনের অভাব রয়েছে এবং সেগুলি গ্রহণ করতে পারে তাদেরকে "ইলেক্ট্রোফাইল" বলে। এর মধ্যে হ্যালোঅ্যালকনে হ্যালোজেনের সাথে যুক্ত কার্বন পরমাণু অন্তর্ভুক্ত। নিউক্লিওফাইলদের একটি বর্ধিত ইলেকট্রন ঘনত্ব রয়েছে, তারা একটি সমযোজী বন্ধন তৈরি করার সময় একজোড়া ইলেকট্রন "দান" করে। প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়ায়, নেতিবাচক চার্জ সমৃদ্ধ নিউক্লিওফাইলস ইলেকট্রন-ক্ষুধার্ত ইলেক্ট্রোফাইল দ্বারা আক্রান্ত হয়। এই ঘটনাটি একটি পরমাণু বা অন্যান্য কণার স্থানচ্যুতির সাথে যুক্ত - ছেড়ে যাওয়া দল। অন্য ধরনের প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়া হল নিউক্লিওফাইলের দ্বারা ইলেক্ট্রোফাইলের আক্রমণ। কখনও কখনও দুটি প্রক্রিয়ার মধ্যে পার্থক্য করা কঠিন হয়, এক প্রকার বা অন্য ধরণের প্রতিস্থাপনের জন্য দায়ী করা যায়, যেহেতু অণুগুলির মধ্যে কোনটি উপস্তর এবং কোনটি বিকারক তা নির্দিষ্ট করা কঠিন। সাধারণত, এই ধরনের ক্ষেত্রে,নিম্নলিখিত কারণগুলি:

• ত্যাগকারী দলের প্রকৃতি;
• নিউক্লিওফাইল প্রতিক্রিয়াশীলতা;
• দ্রাবকের প্রকৃতি;
• অ্যালকাইল অংশের গঠন।

নিউক্লিওফিলিক প্রতিস্থাপন (SN)

একটি জৈব অণুর মিথস্ক্রিয়া প্রক্রিয়ায়, মেরুকরণের বৃদ্ধি পরিলক্ষিত হয়। সমীকরণে, একটি আংশিক ধনাত্মক বা ঋণাত্মক চার্জ গ্রীক বর্ণমালার একটি অক্ষর দিয়ে চিহ্নিত করা হয়। বন্ডের মেরুকরণ এটির ফেটে যাওয়ার প্রকৃতি এবং অণুর "টুকরা" এর পরবর্তী আচরণের বিচার করা সম্ভব করে তোলে। উদাহরণস্বরূপ, আয়োডোমেথেনের কার্বন পরমাণুর একটি আংশিক ধনাত্মক চার্জ রয়েছে এবং এটি একটি ইলেক্ট্রোফিলিক কেন্দ্র। এটি জলের ডাইপোলের সেই অংশটিকে আকর্ষণ করে যেখানে অক্সিজেন, যার মধ্যে ইলেকট্রনের আধিক্য রয়েছে, অবস্থিত। যখন একটি ইলেক্ট্রোফাইল নিউক্লিওফিলিক রিএজেন্টের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে, তখন মিথানল তৈরি হয়: CH₃I + H₂O → CH_{3 OH +HI নিউক্লিওফিলিক প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়া একটি নেতিবাচক চার্জযুক্ত আয়ন বা একটি অণুর অংশগ্রহণের সাথে সঞ্চালিত হয় যার একটি মুক্ত ইলেক্ট্রন জোড়া রয়েছে যা একটি রাসায়নিক বন্ধন তৈরিতে জড়িত নয়। SN}2_{-প্রতিক্রিয়ায় আয়োডোমেথেনের সক্রিয় অংশগ্রহণ নিউক্লিওফিলিক আক্রমণের উন্মুক্ততা এবং আয়োডিনের গতিশীলতার দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয়েছে।}

প্রতিস্থাপন ইলেক্ট্রোফিলিক (SE)

একটি জৈব অণুতে একটি নিউক্লিওফিলিক কেন্দ্র থাকতে পারে, যা ইলেকট্রন ঘনত্বের অতিরিক্ত দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। এটি একটি ইলেক্ট্রোফিলিক রিএজেন্টের সাথে প্রতিক্রিয়া করে যার নেতিবাচক চার্জ নেই। এই ধরনের কণাগুলির মধ্যে রয়েছে মুক্ত অরবিটাল সহ পরমাণু, কম ইলেকট্রন ঘনত্বের ক্ষেত্রযুক্ত অণু। ATসোডিয়াম বিন্যাসে, "–" চার্জযুক্ত কার্বন জলের ডাইপোলের ধনাত্মক অংশের সাথে যোগাযোগ করে - হাইড্রোজেনের সাথে: CH₃Na + H₂ O → CH _{4 + NaOH. এই ইলেক্ট্রোফিলিক প্রতিস্থাপন বিক্রিয়ার পণ্য হল মিথেন। হেটেরোলাইটিক বিক্রিয়ায়, জৈব অণুর বিপরীত চার্জযুক্ত কেন্দ্রগুলি মিথস্ক্রিয়া করে, যা তাদের অজৈব পদার্থের রসায়নে আয়নের মতো করে। এটা উপেক্ষা করা উচিত নয় যে জৈব যৌগগুলির রূপান্তর খুব কমই সত্য ক্যাটেশন এবং অ্যানিয়নগুলির গঠনের সাথে হয়৷}

মনোমোলিকুলার এবং বাইমোলিকুলার বিক্রিয়া

নিউক্লিওফিলিক প্রতিস্থাপন হল মনোমোলিকুলার (SN1)। এই প্রক্রিয়া অনুসারে, জৈব সংশ্লেষণের একটি গুরুত্বপূর্ণ পণ্যের হাইড্রোলাইসিস, টারশিয়ারি বিউটাইল ক্লোরাইড, এগিয়ে যায়। প্রথম পর্যায়টি ধীর, এটি কার্বোনিয়াম ক্যাটেশন এবং ক্লোরাইড অ্যানিয়নের মধ্যে ধীরে ধীরে বিচ্ছিন্নতার সাথে যুক্ত। দ্বিতীয় পর্যায়টি দ্রুত, কার্বোনিয়াম আয়ন পানির সাথে বিক্রিয়া করে। একটি হাইড্রক্সি গ্রুপের সাথে একটি অ্যালকেনে হ্যালোজেন প্রতিস্থাপন এবং একটি প্রাথমিক অ্যালকোহল পাওয়ার প্রতিক্রিয়ার সমীকরণ: (CH₃)₃C-Cl → (CH₃)₃C⁺ + Cl^-; (CH₃)₃C⁺ + H₂O → (CH₃)₃C-OH + H^{+. প্রাথমিক এবং মাধ্যমিক অ্যালকাইল হ্যালাইডের একক-পর্যায়ের হাইড্রোলাইসিস কার্বন-হ্যালোজেন বন্ডের একযোগে ধ্বংস এবং একটি C-OH জোড়া গঠন দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। এটি নিউক্লিওফিলিক বাইমোলিকুলার প্রতিস্থাপনের প্রক্রিয়া (SN2)।}

হেরোলাইটিক প্রতিস্থাপন প্রক্রিয়া

প্রতিস্থাপন প্রক্রিয়াটি একটি ইলেকট্রন, সৃষ্টির স্থানান্তরের সাথে জড়িতমধ্যবর্তী কমপ্লেক্স। প্রতিক্রিয়াটি দ্রুত এগিয়ে যায়, এটির বৈশিষ্ট্যযুক্ত মধ্যবর্তী পণ্যগুলি গঠন করা তত সহজ। প্রায়শই প্রক্রিয়াটি একই সময়ে বিভিন্ন দিকে যায়। সুবিধাটি সাধারণত যেভাবে কণাগুলির গঠনের জন্য সর্বনিম্ন শক্তি খরচের প্রয়োজন হয় সেগুলি দ্বারা প্রাপ্ত হয়। উদাহরণস্বরূপ, একটি ডাবল বন্ডের উপস্থিতি একটি অ্যালিল ক্যাটেশনের উপস্থিতির সম্ভাবনা বাড়িয়ে দেয় CH2=CH-CH₂⁺ এর তুলনায় আয়ন CH₃ ^{+. কারণটি একাধিক বন্ধনের ইলেক্ট্রন ঘনত্বের মধ্যে রয়েছে, যা সমগ্র অণু জুড়ে ছড়িয়ে থাকা ধনাত্মক চার্জের ডিলোকালাইজেশনকে প্রভাবিত করে।}

বেনজিন প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়া

জৈব যৌগের গোষ্ঠী, যা ইলেক্ট্রোফিলিক প্রতিস্থাপন দ্বারা চিহ্নিত করা হয় - অ্যারেনাস। বেনজিন রিং ইলেক্ট্রোফিলিক আক্রমণের জন্য একটি সুবিধাজনক লক্ষ্য। প্রক্রিয়াটি দ্বিতীয় বিক্রিয়ায় বন্ডের মেরুকরণের সাথে শুরু হয়, যার ফলে বেনজিন বলয়ের ইলেক্ট্রন মেঘের সংলগ্ন একটি ইলেক্ট্রোফাইল তৈরি হয়। ফলাফল একটি ট্রানজিশনাল কমপ্লেক্স। কার্বন পরমাণুর একটির সাথে একটি ইলেক্ট্রোফিলিক কণার এখনও কোনও পূর্ণাঙ্গ সংযোগ নেই, এটি ইলেকট্রনের "সুগন্ধযুক্ত ছয়" এর সম্পূর্ণ নেতিবাচক চার্জের প্রতি আকৃষ্ট হয়। প্রক্রিয়াটির তৃতীয় পর্যায়ে, ইলেক্ট্রোফাইল এবং রিংয়ের একটি কার্বন পরমাণু একটি সাধারণ ইলেকট্রন (সমযোজী বন্ধন) দ্বারা সংযুক্ত থাকে। তবে এই ক্ষেত্রে, "সুগন্ধযুক্ত ছয়" ধ্বংস হয়ে গেছে, যা একটি স্থিতিশীল টেকসই শক্তির অবস্থা অর্জনের দৃষ্টিকোণ থেকে প্রতিকূল। একটি ঘটনা আছে যাকে "প্রোটন ইজেকশন" বলা যেতে পারে। H+ বিভক্ত, স্থিতিশীলআখড়ার জন্য নির্দিষ্ট একটি যোগাযোগ ব্যবস্থা। বাই-প্রোডাক্টটিতে বেনজিন রিং থেকে একটি হাইড্রোজেন ক্যাটেশন এবং দ্বিতীয় রিএজেন্টের গঠন থেকে একটি অ্যানিয়ন রয়েছে।

জৈব রসায়ন থেকে প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়ার উদাহরণ

অ্যালকেনদের জন্য, প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়া বিশেষভাবে বৈশিষ্ট্যযুক্ত। ইলেক্ট্রোফিলিক এবং নিউক্লিওফিলিক রূপান্তরের উদাহরণ সাইক্লোয়ালকেনস এবং অ্যারেনের জন্য দেওয়া যেতে পারে। জৈব পদার্থের অণুতে অনুরূপ প্রতিক্রিয়া স্বাভাবিক অবস্থায় ঘটে, তবে আরও প্রায়ই - যখন উত্তপ্ত হয় এবং অনুঘটকের উপস্থিতিতে। সুগন্ধি নিউক্লিয়াসে ইলেক্ট্রোফিলিক প্রতিস্থাপন একটি ব্যাপক এবং ভালভাবে অধ্যয়ন করা প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে একটি। এই ধরনের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্রতিক্রিয়া হল:

1. H₂SO₄ - এর উপস্থিতিতে নাইট্রিক অ্যাসিডের সাথে বেনজিনের নাইট্রেশন - এই স্কিম অনুযায়ী যায়: C ₆H₆ → C₆H₅-না _{2 ।}
2. বেঞ্জিনের অনুঘটক হ্যালোজেনেশন, বিশেষ করে ক্লোরিনেশন, সমীকরণ অনুসারে: C₆H₆ + Cl_{2 → C}6_H5_{Cl + HCl.}
3. বেনজিনের সুগন্ধযুক্ত সালফোনেশন "ফুমিং" সালফিউরিক অ্যাসিডের সাথে এগিয়ে যায়, বেনজিন সালফোনিক অ্যাসিড গঠিত হয়।
4. অ্যালকাইলেশন হল বেনজিন রিং থেকে একটি অ্যালকাইল দিয়ে হাইড্রোজেন পরমাণুর প্রতিস্থাপন।
5. অ্যাসিলেশন - কিটোন গঠন।
6. ফর্মিলেশন - হাইড্রোজেনের প্রতিস্থাপন একটি CHO গ্রুপ এবং অ্যালডিহাইডের গঠন।

প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়ার মধ্যে অ্যালকেন এবং সাইক্লোঅ্যালকেন প্রতিক্রিয়া অন্তর্ভুক্ত থাকে, যেখানে হ্যালোজেন উপলব্ধ সি-এইচ বন্ডকে আক্রমণ করে। ডেরিভেটিভের প্রস্তুতি সম্পৃক্ত হাইড্রোকার্বনে এক, দুই বা সমস্ত হাইড্রোজেন পরমাণুর প্রতিস্থাপনের সাথে যুক্ত হতে পারে এবংসাইক্লোপারাফিন অনেক কম আণবিক ওজনের হ্যালোআলকেন বিভিন্ন শ্রেণীর অন্তর্গত আরও জটিল পদার্থের উৎপাদনে ব্যবহৃত হয়। প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়াগুলির প্রক্রিয়াগুলির গবেষণায় অর্জিত অগ্রগতি অ্যালকেন, সাইক্লোপ্যারাফিন, অ্যারেন্স এবং হাইড্রোকার্বনের হ্যালোজেন ডেরিভেটিভের উপর ভিত্তি করে সংশ্লেষণের বিকাশের জন্য একটি শক্তিশালী প্রেরণা দিয়েছে৷