substitutieprocessen

Substitutionsprocessen, eller substitutionsreaktioner, er kjemiske reaksjoner hvor ett atom eller en gruppe i et molekyl erstattes av et annet. Dette er spesielt vanlig i organisk kjemi, men forekommer også i koordinasjonskjemi og i enkelte inorganiske systemer. I organisk kjemi er de mest kjente mekanismene SN1 og SN2, men radikal substitusjon spiller også en rolle under visse forhold.

SN1 står for unimolekylær nukleofil substitusjon. Prosessen skjer i to trinn: først brytes en god avgangsgruppe og danner et karbokation, deretter angripes karbokationen av en nukleofil. SN1 gir ofte racemisering hvis det er et kiralt karbon, og foretrekkes av polar protiske løsningsmidler og svake nukleofiler.

SN2 står for bimolekylær nukleofil substitusjon og skjer i ett trinn hvor nukleofilen angriper samtidig som avgangsgruppen forlater. Denne mekanismen foretrekkes av sterke, små nukleofiler og av polar aprotiske løsningsmidler. SN2 innebærer ofte inversjon av stereokarakter ved et kiralt karbon.

Radikal substitusjon involverer frie radikaler og er vanlig ved oppvarming eller lys i nærvær av halogenmolekyler. Et hydrogen i et alkan erstattes av et halogenatom via en kjede av radikalreaksjoner. Denne typen reaksjon gir ofte blandede produkter og er mindre forutsigbar enn SN1/SN2.

I koordinasjonskjemi kan ligander byttes via mekanismer som er enten associative eller dissosiative, avhengig av kompleksets struktur og miljø. Substitusjonsprosesser støtter ulike anvendelser i syntese, farmasi og materialvitenskap. Sentrale faktorer er leaving group, nukleofil styrke, karbonatomets substitusjon, løsningsmiddel og temperatur.