Η βασική διαφορά μεταξύ υποκατάστασης ελεύθερων ριζών και πυρηνόφιλης υποκατάστασης είναι ότι οι αντιδράσεις υποκατάστασης ελεύθερων ριζών περιλαμβάνουν χημικά είδη ελεύθερων ριζών που έχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια, ενώ οι αντιδράσεις πυρηνόφιλων υποκατάστασης περιλαμβάνουν πυρηνόφιλα που έχουν ζεύγη ηλεκτρονίων που μπορούν να δωριστούν.
Η υποκατάσταση ελεύθερων ριζών είναι ένας τύπος οργανικής συνθετικής χημικής αντίδρασης κατά την οποία ένα άτομο σε ένα μόριο αντικαθίσταται από ένα άλλο άτομο ή μια ομάδα ατόμων. Η πυρηνόφιλη υποκατάσταση, από την άλλη πλευρά, είναι ένας τύπος χημικής αντίδρασης όπου ένα πλούσιο σε ηλεκτρόνια χημικό συστατικό τείνει να αντικαταστήσει μια λειτουργική ομάδα σε ένα μόριο με έλλειψη ηλεκτρονίων.
Τι είναι η υποκατάσταση ελεύθερων ριζών;
Η υποκατάσταση ελεύθερων ριζών είναι ένας τύπος οργανικής συνθετικής χημικής αντίδρασης κατά την οποία ένα άτομο σε ένα μόριο αντικαθίσταται από ένα άλλο άτομο ή μια ομάδα ατόμων. Συχνά, μια αντίδραση υποκατάστασης ελεύθερων ριζών περιλαμβάνει τη διάσπαση ενός δεσμού άνθρακα-υδρογόνου σε αλκάνια όπως το μεθάνιο και το προπάνιο. Στη συνέχεια, σχηματίζεται ένας νέος δεσμός, ο οποίος συμβαίνει επίσης σε ομάδες αλκυλίου όπως το μεθύλιο και το αιθύλιο.
Εικόνα 01: Υποκατάσταση ελεύθερων ριζών σε ένα γενικό μόριο
Για παράδειγμα, το μόριο αιθανοϊκού οξέος περιέχει μια ομάδα μεθυλίου. Έχει έναν δεσμό άνθρακα-υδρογόνου που μπορεί να συμπεριφέρεται παρόμοια με αυτούς στα μόρια μεθανίου. Επομένως, μπορεί να σπάσει αιθάνιο και να αντικατασταθεί από κάτι άλλο με παρόμοιο τρόπο. Π.χ. αντίδραση μεταξύ μεθανίου και χλωρίου παρουσία υπεριώδους φωτός.
Οι ελεύθερες ρίζες μπορούν να περιγραφούν ως άτομα ή ομάδες ατόμων που έχουν ένα μόνο ασύζευκτο ηλεκτρόνιο. Συνήθως, μια αντίδραση υποκατάστασης ελεύθερων ριζών περιλαμβάνει αυτόν τον τύπο ριζών. Οι ελεύθερες ρίζες σχηματίζονται όταν ένας χημικός δεσμός διασπάται ομοιόμορφα, όπου κάθε άτομο παίρνει ένα από τα δύο ηλεκτρόνια. Το ονομάζουμε αιμολυτική σχάση. Όταν υποδεικνύουμε εάν ένα χημικό συστατικό είναι μια ελεύθερη ρίζα, χρησιμοποιούμε μια τελεία που συνδέεται με τον χημικό τύπο για να δείξουμε το μη ζευγαρωμένο ηλεκτρόνιο.
Τι είναι η πυρηνόφιλη υποκατάσταση;
Η πυρηνόφιλη υποκατάσταση είναι ένας τύπος χημικής αντίδρασης όπου ένα πλούσιο σε ηλεκτρόνια χημικό συστατικό τείνει να αντικαταστήσει μια λειτουργική ομάδα σε ένα μόριο με έλλειψη ηλεκτρονίων. Το πλούσιο σε ηλεκτρόνια χημικό είδος ονομάζεται πυρηνόφιλο και το είδος με έλλειψη ηλεκτρονίων ονομάζεται ηλεκτρόφιλο. Η χημική ένωση που έχει το ηλεκτρόφιλο και τη λειτουργική ομάδα ονομάζεται υπόστρωμα.
Εικόνα 02: Παράδειγμα μηχανισμού αντίδρασης πυρηνόφιλης υποκατάστασης
Σε αυτόν τον τύπο αντίδρασης, ένα ζεύγος ηλεκτρονίων του πυρηνόφιλου τείνει να επιτεθεί στο μόριο του υποστρώματος για να συνδεθεί μαζί του. Ταυτόχρονα, η λειτουργική ομάδα φεύγει από το μόριο. Επομένως, την ονομάζουμε ομάδα αποχώρησης. Αυτή η αποχωρούσα ομάδα αναχωρεί με ένα ζεύγος ηλεκτρονίων. Αυτή η αντίδραση δίνει το R-Nuc ως το κύριο προϊόν όπου το R είναι το μόριο του υποστρώματος και το Nuc είναι το πυρηνόφιλο. Μερικές φορές, το πυρηνόφιλο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο ή μπορεί να είναι αρνητικά φορτισμένο. Ομοίως, το υπόστρωμα μερικές φορές είναι ουδέτερο ή θετικά φορτισμένο.
Για παράδειγμα, η υδρόλυση ενός αλκυλοβρωμιδίου είναι ένας τύπος πυρηνόφιλης υποκατάστασης. Σε αυτή την αντίδραση, το πυρηνόφιλο είναι μια ομάδα υδροξειδίου (ΟΗ-), και η αποχωρούσα ομάδα είναι ένα βρωμιούχο ανιόν (Br-). Επιπλέον, αυτός ο τύπος αντίδρασης είναι πολύ κοινός στην οργανική χημεία.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της υποκατάστασης ελεύθερων ριζών και της πυρηνόφιλης υποκατάστασης;
Η υποκατάσταση ελεύθερων ριζών είναι ένας τύπος οργανικής συνθετικής χημικής αντίδρασης κατά την οποία ένα άτομο σε ένα μόριο αντικαθίσταται από ένα άλλο άτομο ή μια ομάδα ατόμων. Η πυρηνόφιλη υποκατάσταση είναι ένας τύπος χημικής αντίδρασης όπου ένα χημικό συστατικό πλούσιο σε ηλεκτρόνια τείνει να αντικαταστήσει μια λειτουργική ομάδα σε ένα μόριο με έλλειψη ηλεκτρονίων. Η βασική διαφορά μεταξύ υποκατάστασης ελεύθερων ριζών και πυρηνόφιλης υποκατάστασης είναι ότι οι αντιδράσεις υποκατάστασης ελεύθερων ριζών περιλαμβάνουν χημικά είδη ελεύθερων ριζών που έχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια, ενώ οι αντιδράσεις πυρηνόφιλων υποκατάστασης περιλαμβάνουν πυρηνόφιλα που έχουν ζεύγη ηλεκτρονίων που μπορούν να δωριστούν.
Το παρακάτω infographic παρουσιάζει τις διαφορές μεταξύ της υποκατάστασης ελεύθερων ριζών και της πυρηνόφιλης υποκατάστασης σε μορφή πίνακα για σύγκριση δίπλα-δίπλα.
Σύνοψη – Υποκατάσταση ελεύθερων ριζών έναντι πυρηνόφιλης υποκατάστασης
Η βασική διαφορά μεταξύ υποκατάστασης ελεύθερων ριζών και πυρηνόφιλης υποκατάστασης είναι ότι οι αντιδράσεις υποκατάστασης ελεύθερων ριζών περιλαμβάνουν χημικά είδη ελεύθερων ριζών που έχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια, ενώ οι αντιδράσεις πυρηνόφιλων υποκατάστασης περιλαμβάνουν πυρηνόφιλα που έχουν ζεύγη ηλεκτρονίων που μπορούν να δωριστούν.
