求核試薬

求核置換反応では、基質内の脱離基を置換する反応分子を求核剤と呼びます。

求核剤は電子が豊富な種であり、定義上、ルイス塩基です。求核原子は電子密度が高く、その電子を部分的に正の電子欠乏中心に供与することで、新しい結合を形成します。

求核試薬は、アニオン性または中性のいずれかです。陰イオン性求核剤は、通常はヘテロ原子上に等しいエネルギーの1つ以上の孤立電子対を含むマイナスイオンです。非結合性の孤立電子対は高エネルギーの分子軌道を占めるため、安定性が低く、反応性が高くなります。

例えば、アニオン性炭素求核剤は、シアン化物イオンと同様に、炭素と窒素の両方に孤立電子対を持っています。しかし、炭素のsp軌道は窒素の軌道よりもエネルギーが高いため、炭素は求核中心です。

中性求核剤は、主にヘテロ原子の最も占められている分子軌道上に1つ以上の非共有電子対を持っています。

さらに、孤立電子対を持たないアルケンのような種では、電子密度の高い領域であるπ結合が求核部位として機能します。

中性求核剤は、負電荷がないため、その陰イオン型よりも求核性が低くなります。

一般に、酸のpK_a値を使用して、それらの共役塩基または求核剤の強度を評価できます。同じ求核原子を含む分子の場合、それらの共役酸のpK_asが高いほど、求核剤は強くなります。    

求核置換反応の生成物は、使用する求核剤の種類によって異なります。

陰イオン性求核剤が基質と反応すると、形成された共有結合が求核剤の形式電荷を中和し、中性生成物が得られます。

これに対し、中性の求核剤が基質と反応すると、求核剤は正の形式電荷を獲得します。その後の脱プロトン化ステップにより反応が完了し、中性生成物が得られます。