Nukleofil
A nukleofil olyan faj, amely egy reakcióban kémiai kötés kialakításához elektronpárt ad egy elektrofilnek. Minden szabad elektronpárral rendelkező molekula vagy ion nukleofil lehet. Ezt az elektronpárt magányos párnak nevezzük. Mivel a nukleofilek elektronokat adományoznak, megfelelnek a Lewis-bázisok definíciójának.
A nukleofil a nukleofil vonzását írja le a magokhoz. A nukleofilitás, amelyet néha nukleofil erősségnek is neveznek, egy anyag nukleofil jellegére utal, és gyakran használják az atomok vonzásának összehasonlítására.
A semleges nukleofil reakciókat oldószerekkel, például alkoholokkal és vízzel "szolvolízisnek" nevezzük. A nukleofilek nukleofil szubsztitúciós reakciókban is részt vehetnek. Ezekben a reakciókban a nukleofil vonzódik egy teljes vagy részleges pozitív töltéshez.
Történelem
A nukleofil és elektrofil kifejezéseket Christopher Kelk Ingold vezette be 1929-ben, felváltva az A. J. Lapworth által 1925-ben javasolt kationoid és anionoid kifejezéseket.
A nukleofil szó a nukleusz és a görög φιλος, filosz szóból származik, ami a szerelmet jelenti.
Tulajdonságok
Általánosságban elmondható, hogy a periódusos rendszer egy során belül minél bázikusabb az ion (minél magasabb a konjugált sav pKa értéke), annál reaktívabb nukleofilként. Egy adott csoporton belül a nukleofilitás meghatározásánál a polarizálhatóság fontosabb. Más szóval, minél könnyebben torzul az elektronfelhő egy atom vagy molekula körül, annál könnyebben reagál. Például a jodidion (I−) nukleofilabb, mint a fluoridion (F−).
A nukleofilek típusai
A nukleofilok közé tartoznak például az anionok, például a Cl−, vagy a magányos elektronpárral rendelkező vegyületek, például az NH3 (ammónia).
Az alábbi példában a hidroxidion oxigénje egy elektronpárt ad, hogy a bróm-propan molekula végén lévő szénhez kapcsolódjon. A szén és a bróm közötti kötés ezután heterolitikus hasadáson megy keresztül, a brómatom átveszi a leadott elektront, és brómidionná (Br) alakul−. Ez a NS2 reakció hátoldali támadással történik. Ez azt jelenti, hogy a hidroxidion a másik oldalról támadja a szénatomot, pontosan a brómionnal szemben. E hátoldali támadás miatt az NS2-reakciók az elektrofil konfigurációjának megfordulását eredményezik. Ha az elektrofil királis, akkor jellemzően megtartja kiralitását, bár az NS2 termék konfigurációja felcserélődik az eredeti elektrofiléhoz képest (Walden-inverzió).
Az ambidens nukleofil olyan nukleofil, amely két vagy több helyről támadhat, és így két vagy több terméket eredményez. Például a tiocianátion (SCN) az −S vagy az N felől is támadhat. Ezért egy alkil-halogenid és SCN NS2 reakciója −gyakran RSCN (alkiltiocianát) és RNCS (alkil-izotiocianát) keverékéhez vezet. Hasonló elegyek keletkeznek a Kolbe-féle nitrilszintézis során is.
Szén nukleofilok
Az alkil-fémhalogenidek a Grignard-reakcióban, a Blaise-reakcióban, a Reformatsky-reakcióban és a Barbier-reakcióban, az organolitium-reagensekben és a terminális alkin anionjaiban található szén nukleofilok.
Az enolok szintén szénnel nukleofilek. Az enol képződését sav vagy bázis katalizálja. Az enolok ambidens nukleofilek, de általában a kettős kötéssel rendelkező szénatomok (alfa-szénatom) melletti szénatomon nukleofilek. Az enolokat gyakran használják kondenzációs reakciókban, beleértve a Claisen-kondenzációt és az aldolkondenzációs reakciókat.
Oxigén nukleofilek
Az oxigén nukleofilek közé tartozik például a víz (2HO), a hidroxid anion, az alkoholok, az alkoxid anionok, a hidrogén-peroxid és a karboxilát anionok.
Kén nukleofilok
A kén nukleofilok közül leggyakrabban a kénhidrogén-szulfidot és sóit, a tiolokat (RSH), a tiolát-anionokat (RS−), a tiol-karbonsavak anionjait (RC(O)-S−), valamint a ditiokarbonátok (RO-C(S)-S−) és ditiokarbamátok (2RN-C(S)-S−) anionjait használják.
Általában a kén nagyon nukleofil, mivel nagy mérete miatt könnyen polarizálható, és a magányos elektronpárok könnyen hozzáférhetőek.
Nitrogén nukleofilek
A nitrogén nukleofilok közé tartozik az ammónia, az azid, az aminok és a nitritek.
Kapcsolódó oldalak
- Elektrofil
- Lewis bázis
Kérdések és válaszok
K: Mi az a nukleofil?
V: A nukleofil olyan faj, amely egy reakcióban kémiai kötés kialakításához elektronpárt ad egy elektrofilnek.
K: Milyen típusú molekulák vagy ionok lehetnek nukleofilek?
V: Minden szabad elektronpárral rendelkező molekula vagy ion nukleofil lehet.
K: Hogy hívják azt az elektronpárt, amelyet a nukleofilok adományoznak?
V: Az elektronpárt magányos párnak nevezzük.
K: Milyen kategóriába tartoznak a nukleofilok?
V: A nukleofilok a Lewis-bázisok kategóriájába tartoznak, mert elektronokat adnak le.
K: Mit ír le a "nukleofil" kifejezés?
V: A "nukleofil" kifejezés a nukleofil vonzását írja le a magokhoz.
K: Mire utal a "nukleofilitás" kifejezés?
V: A "nukleofilitás" kifejezés egy anyag nukleofil jellegére utal, és gyakran használják az atomok vonzásának összehasonlítására.
K: Mik azok a "szolvolízis" reakciók?
V: A semleges nukleofil reakciókat oldószerekkel, például alkoholokkal és vízzel "szolvolízisnek" nevezzük.
