Nucléophiles

Dans une réaction de substitution nucléophile, la molécule réactive qui déplace le groupe partant dans le substrat est appelée nucléophile.

Les nucléophiles sont des espèces riches en électrons et, par définition, des bases de Lewis. L’atome nucléophile a une densité électronique élevée et donne ses électrons à un centre partiellement positif et déficient en électrons, créant ainsi une nouvelle liaison.

Les réactifs nucléophiles sont soit anioniques, soit neutres. Les nucléophiles anioniques sont des ions négatifs contenant un ou plusieurs doublets non liants d’énergie égale, généralement sur des hétéroatomes. Les doublets non liants occupent des orbitales moléculaires de haute énergie, ce qui les rend moins stables et plus réactifs.

Par exemple, le nucléophile anionique du carbone, comme l’ion cyanure, a un doublet non liant à la fois sur le carbone et l’azote. Cependant, comme l’orbitale sp du carbone est plus élevée en énergie que celle de l’azote, le carbone est le centre nucléophile.

Les nucléophiles neutres ont une ou plusieurs paires d’électrons non partagées sur les orbitales moléculaires les plus occupées, principalement des hétéroatomes.

De plus, chez des espèces comme les alcènes qui n’ont pas de doublets non liants, une région à haute densité électronique – la liaison pi – fonctionne comme le site nucléophile.

Un nucléophile neutre est moins nucléophile que sa forme anionique, en raison de l’absence de charge négative.

En général, les valeurs pK_a des acides peuvent être utilisées pour évaluer la force de leurs bases conjuguées ou nucléophiles. Dans le cas de molécules contenant le même atome nucléophile, plus le pK_as de leurs acides conjugués est élevé, plus le nucléophile sera fort.     

Le produit d’une réaction de substitution nucléophile dépend du type de nucléophile utilisé.

Lorsqu’un nucléophile anionique réagit avec le substrat, la liaison covalente formée neutralise la charge formelle du nucléophile, ce qui donne un produit neutre.

En comparaison, lorsqu’un nucléophile neutre réagit avec le substrat, le nucléophile acquiert une charge formelle positive. Une étape de déprotonation qui suit complète la réaction, ce qui donne un produit neutre.