Elettrofili

Ricordiamo che in una reazione di sostituzione nucleofila, un nucleofilo dona i suoi elettroni a un elettrofilo.

Gli elettrofili sono reagenti a ricerca di elettroni, neutri o caricati positivamente, contenenti un orbitale atomico vuoto o un orbitale di antilegame a bassa energia.

Un elettrofilo positivo, come il protone, con un orbitale 1s vuoto e a bassa energia, è molto reattivo. Di conseguenza, un nucleofilo come lo ione idrossido attacca il protone, neutralizzando la carica e formando acqua.

Un altro elettrofilo positivo, il carbocatione, ha un orbitale p vuoto, che lo rende reattivo nei confronti di un attacco nucleofilo.

Un elettrofilo neutro, come il trifluoruro di boro dell'acido di Lewis, ha un orbitale p vuoto che può accettare elettroni dal nucleofilo, formando così un legame e risultando in un complesso stabile.

In una molecola neutra come il clorobutano, il centro elettrofilo risulta dall'effetto induttivo di ritiro degli elettroni del sostituente più elettronegativo attaccato alla catena molecolare.

In un elettrofilo organico con un atomo elettronegativo a doppio legame, come il gruppo carbonilico, il dipolo del legame C=O fornisce una carica positiva parziale all'atomo di carbonio.

In una reazione, il nucleofilo deposita i suoi elettroni nell'orbitale di antilegame a bassa energia π dell'elettrofilo. Di conseguenza, il legame C-O π si rompe e gli elettroni si spostano verso l'atomo di ossigeno.

In un elettrofilo, come l'HCl, che consiste in un atomo elettronegativo a legame singolo, il dipolo del legame σ costringe gli elettroni nucleofili a spostarsi nell'orbitale σ di antilegame HCl a bassa energia, e quindi rompe il legame.

Anche molecole come gli alogeni, con legami σ e senza dipoli, sono buoni elettrofili. Nel bromo, ad esempio, scarse sovrapposizioni tra gli orbitali atomici degli atomi di bromo risultano in un debole legame Br-Br.

Così, un nucleofilo attacca l'orbitale di antilegame σ energia più bassa, rompendo il legame Br-Br e creando un nuovo legame.