Нуклеофил

Термины нуклеофил и электрофил были введены Кристофером Келком Ингольдом в 1929 году, заменив термины катионоид и анионоид, предложенные ранее А. Дж. Лапуортом в 1925 году.

Слово нуклеофил происходит от нуклеуса и греческого слова φιλος, philos - любовь.

В целом, в пределах одного ряда периодической таблицы, чем более основной ион (чем выше pK_a сопряженной кислоты), тем более он реакционноспособен как нуклеофил. В данной группе при определении нуклеофильности большее значение имеет поляризуемость. Другими словами, чем легче исказить электронное облако вокруг атома или молекулы, тем охотнее она будет реагировать. Например, йодид-ион (I⁻) более нуклеофилен, чем фторид-ион (F⁻).

Примерами нуклеофилов являются анионы, такие как Cl⁻, или соединения с одинокой парой электронов, такие как NH₃ (аммиак).

В приведенном ниже примере кислород гидроксид-иона отдает электронную пару для связи с углеродом на конце молекулы бромпропана. Затем связь между углеродом и бромом подвергается гетеролитическому делению, при этом атом брома принимает пожертвованный электрон и превращается в бромид-ион (Br⁻). Эта реакция S2_N происходит путем обратной атаки. Это означает, что гидроксид-ион атакует атом углерода с другой стороны, точно напротив иона брома. Из-за этой обратной атаки реакции S2_N приводят к изменению конфигурации электрофила. Если электрофил хирален, он обычно сохраняет свою хиральность, хотя конфигурация продукта S2_N меняется по сравнению с конфигурацией исходного электрофила (инверсия Вальдена).

Амбидентный нуклеофил - это нуклеофил, который может атаковать из двух или более мест, что приводит к двум или более продуктам. Например, тиоцианат-ион (SCN⁻) может атаковать как с S, так и с N. По этой причине реакция S2_N алкилгалогенида с SCN⁻ часто приводит к смеси RSCN (алкил-тиоцианат) и RNCS (алкил-изотиоцианат). Подобные смеси получаются и в синтезе нитрила Кольбе.

Углеродные нуклеофилы

Галогениды алкилметаллов являются углеродными нуклеофилами, используемыми в реакциях Гриньяра, Блеза, Реформатского и Барбье, органолитиевых реагентах и анионах терминального алкина.

Энолы также являются нуклеофилами углерода. Образование энола катализируется кислотой или основанием. Энолы являются амбидентными нуклеофилами, но, в общем, нуклеофилами при атоме углерода рядом с углеродом с двойной связью (альфа-атомом углерода). Энолы широко используются в реакциях конденсации, включая реакции конденсации Клайзена и альдольной конденсации.

Кислородные нуклеофилы

Примерами кислородных нуклеофилов являются вода (₂HO), гидроксид-анион, спирты, алкоксид-анионы, пероксид водорода и карбоксилат-анионы.

Серные нуклеофилы

Из серных нуклеофилов чаще всего используют сероводород и его соли, тиолы (RSH), тиолатные анионы (RS⁻), анионы тиолкарбоновых кислот (RC(O)-S⁻), анионы дитиокарбонатов (RO-C(S)-S⁻) и дитиокарбаматов (RN-C₂(S)-S⁻).

В целом, сера является очень нуклеофильной из-за своего большого размера, что делает ее легко поляризуемой, а ее одинокие пары электронов легко доступны.

Азотные нуклеофилы

К азотным нуклеофилам относятся аммиак, азид, амины и нитриты.

• Электрофил
• База Льюиса