6.3: נוקלאופילים

למילה "נוקלאופיל" יש שורש יווני ומתורגמת ל-אוהב גרעין. נוקלאופילים הם צורונים בעלי מטען שלילי או ניטרלי עם זוג אלקטרונים באורביטל מולקולרי תפוס באנרגיה גבוהה (HOMO). מכיוון שצורונים אלו נוטים לתרום זוגות אלקטרונים, נוקלאופילים נחשבים גם לבסיסי לואיס. צורונים בעלי מטען שלילי, כמו OH ⁻ , Cl ⁻ או HS ⁻ , עם זוג אלקטרונים אחד או יותר, הם בדרך כלל נוקלאופילים. באופן דומה, לצורונים ניטרליים כמו אמוניה, אמינים, מים ואלכוהול יש זוגות לא קושרים של אלקטרונים ויכולים לפעול כנוקלאופילים. יתר על כן, מולקולות ללא זוג לא קושר של אלקטרונים עדיין יכולות לפעול כנוקלאופילים, כגון אלקנים וטבעות ארומטיות עם אורביטלים π מקשרים.

החוזק היחסי של נוקלאופיל לעקור קבוצה עוזבת בתגובת התמרה נקרא נוקלאופיליות. הצורונים בעלי המטען השלילי הם נוקלאופיליים יותר מהצורונים המקבילים הנייטרלים. ככלל אמפירי, ככל שה-p K _a של חומצה מצומדת גבוה יותר, כך הנוקלאופיל טוב יותר. לדוגמה, יון הידרוקסיד - בסיס מצומד של מים (p K _a 15.7) הוא נוקלאופיל טוב יותר מיון אצטט - בסיס מצומד של חומצה אצטית (p K _a ~5).

מכיוון שנוקפאופיליות אינה התכונה המובנית הניתנת לצורון ספציפי, היא מושפעת מגורמים רבים, כולל סוג הממס שבו מתנהלת התגובה. בממסים פרוטיים קוטביים, מסיסות גבוהה של יונים שליליים מפחיתה את זמינותו של הנוקלאופיל להשתתף בתגובות התמרה.

כאשר משווים הלידים, הפלואוריד, בהיותו היון השלילי הקטן והאלקטרושלילי ביותר, מומס הכי הרבה, בעוד שיוד, היון הגדול והכי פחות אלקטרוני, מומס הכי פחות. לפיכך, בממסים פרוטיים קוטביים, יודיד הוא הנוקלאופיל הטוב ביותר. בממיסים אפרוטים קוטביים, לעומת זאת, אניונים הם "עירומים" עקב מסיסות גרועה ויכולים להשתתף בחופשיות בתקיפה נוקלאופילית. בממיסים לא פרוטים קוטביים, הבסיסיות של הנוקלאופיל מכתיבה את הנוקלאופיליות והפיכתו של הפלואוריד לנוקלאופיל הטוב ביותר.

יתר על כן, יכולת הקיטוב של אטומים משפיעה על הגרעין. קיטוב מתאר באיזו קלות ניתן להסיט אלקטרונים בענן. לנוקלאופיל עם אטום גדול יש יכולת קיטוב גדולה יותר, כלומר הוא יכול לתרום צפיפות אלקטרונים גבוהה יותר לאלקטרופיל בהשוואה לאטום קטן, שהאלקטרונים שלו מוחזקים חזק יותר.