Substituutioreaktiot

Substituutioreaktiot ovat kemiallisia reaktioita, joissa molekyylin tietty substituentti korvautuu toisella substituentilla. Ne esiintyvät sekä orgaanisissa että epäorgaanisissa yhdisteissä ja voivat toteutua eri mekanismein sekä nopeasti että hitaasti riippuen lähtöaineista, lähtöryhmän laadusta ja liuottimista.

Nukleofiilinen substituutio SN-reaktioissa lähtöaineena toimivat hapelakit, joissa nukleofiili hyökkää vastakkaiselta sivulta ja korvaa lähtöryhmän. SN1- ja SN2-mekanismin ero on keskeinen. SN1:ssä lähtöryhmä poistuu ensin ja muodostuu carbocationi; tämän jälkeen nukleofiili liittyy ja osoittuu usein racemiana tapauksissa. SN1:n nopeuteen vaikuttavat karbokationin stabilointi japrotisessa liuottimessa. SN2:ssa tapahtuu samanaikainen lähtöryhmän lähtö ja nukleofilin hyökkäys, jolloin syntyy neljänteenpolkiteo inversion of configuration ja reaktioaika riippuu sekä nukleofilin voimasta että substraatin steriikasta. SN2 suosii primäärisiä ja metyylisiä yhdisteitä sekä vahvoja nukleofiileja ja usein epäorgaanisia, polarisoivia liuottimia.

Elektrofiilinen substituutio EAS puolestaan esiintyy aromaattisissa yhdisteissä, joissa elektrofiili lisää kiinnittymän orto- tai para- paikkoihin. Tässä mekanismi etenee elektrofiilin likened additioksi arenium-ioneihin, ja lopuksi palautuu aromatisyys. EAS on yleistä nitraation, sulfonoinnin, halogenoinnin ja alkylöinnin yhteydessä. Direktorisuutta säätelevät substituentit vaikuttaen regioselektiivisyyteen.

Nukleofiilinen arinin substituutio SNAr on erikoistapaus, jossa nestytään elektronisesti aktivoidulle arinirenkaalle ja läpäistään korvaava ryhmä esimerkiksi fluori tai halogeeni, usein vahvoilla elektronisilla epäorgaanista substituentteja.

Substituutioreaktiot ovat keskeisiä kemiallisessa synteesissä ja materiaalitieteessä, ja mekanismien tunteminen auttaa ohjaamaan tuotteita sekä stereokemiaa.