substitutiereacties

Substitutiereacties zijn chemische reacties waarin een atoom of groep in een molecuul wordt vervangen door een ander atoom of groep. De uitgangsgroep verlaat het molecuul en wordt vervangen door een nucleofiel of elektrofiel. Substitutiereacties komen voor in zowel organische als inorganische chemie en vormen de basis van veel syntheses.

Er zijn twee hoofdtypen: nucleofiele substitutiereacties en elektrofiele substitutiereacties. Nucleofiele substitutiereacties kunnen SN1 of SN2 zijn. SN2 is een concerted, bimoleculaire stap waarbij het nucleofiel van achteren op het koolstofatoom aanvalt en tegelijk de vertrekgroep verlaat. SN1 verloopt via de vorming van een carbokation, waarna het nucleofiel de binding vervangt. SN1 werkt meestal met stabiele carbokationen en polaire oplosmiddelen; SN2 vereist een sterk nucleofiel en een minder hinderend substraat, en verloopt sneller in polair aprotische oplosmiddelen.

Elektrofiele substitutiereacties komen vooral voor bij aromatische verbindingen zoals benzeen. Het elektronrijke systeem reageert op een elektrofiel, wat leidt tot een tussenstap met een areniumion en uiteindelijk tot vervanging van de groep door het elektrofiel. Voorbeelden zijn nitrering, halogenering, sulfonering en Friedel-Crafts-alkylatie of -acylatie. De regio van substitutie wordt bepaald door de substituenten op de ring; activatoren versnellen de reactie, deactiverende groepen vertragen.

In de inorganische chemie zijn substitutiereacties ligandwisselingen bij metaalcomplexen, waarbij een ligand een ander vervangt via associatie- en dissociatiemechanismen. De snelheid hangt af van labiliteit, aard van de liganden, coördinatieomgeving en oplosmiddel, en ze zijn belangrijk voor katalyse en reactiviteit van metaalcomplexen.