6.3: 친핵체

"친핵체"라는 단어는 그리스어에 뿌리를 두고 있으며 핵을 사랑하는 것으로 번역됩니다. 친핵체는 고에너지 점유 분자 오비탈(HOMO)에 전자쌍을 가지고 있는 음전하 또는 중성 종입니다. 이들 종은 전자쌍을 제공하는 경향이 있으므로 친핵체도 루이스 염기로 간주됩니다. OH⁻, Cl⁻ 또는 HS⁻와 같이 하나 또는 여러 쌍의 전자를 갖는 음전하를 띤 종은 일반적으로 친핵체입니다. 마찬가지로 암모니아, 아민, 물, 알코올과 같은 중성 종은 비결합 전자쌍을 가지며 친핵체로 작용할 수 있습니다. 더욱이, 비공유 전자쌍이 없는 분자는 π 오비탈 결합이 있는 알켄 및 방향족 고리와 같이 여전히 친핵체로 작용할 수 있습니다.

치환 반응에서 이탈기를 대체하는 친핵체의 상대적인 강도를 친핵성이라고 합니다. 음으로 하전된 종은 중성 대응 종보다 더 친핵성입니다. 경험적 규칙에 따르면 짝산의 pK_a가 높을수록 친핵체가 더 좋습니다. 예를 들어, 물의 짝염기인 수산화물 이온(pK_a 15.7)은 아세트산의 짝염기인 아세트산 이온(pK_a~5)보다 더 나은 친핵체입니다.

친핵성은 특정 종에 부여되는 고유한 특성이 아니기 때문에 반응이 수행되는 용매 유형을 비롯한 여러 요인의 영향을 받습니다. 극성 양성자성 용매에서 음이온의 높은 용매화는 친핵체가 치환 반응에 참여할 수 있는 가능성을 감소시킵니다.

할로겐화물을 비교할 때, 가장 작고 전기음성도가 가장 높은 음이온인 불소가 가장 강하게 용매화되고, 가장 크고 전기음성도가 가장 낮은 이온인 요오드화물이 가장 적게 용매화됩니다. 따라서 극성 양성자성 용매에서는 요오드화물이 최고의 친핵체이다. 그러나 극성 비양성자성 용매에서는 음이온이 낮은 용매화로 인해 "알몸" 상태가 되며 친핵성 공격에 자유롭게 참여할 수 있습니다. 극성 비양성자성 용매에서 친핵체의 염기성은 불소를 최고의 친핵체로 만드는 친핵성을 결정합니다.

또한, 원자의 분극성은 친핵성에 영향을 미칩니다. 분극화성은 구름 속의 전자가 얼마나 쉽게 왜곡될 수 있는지를 나타냅니다. 큰 원자를 가진 친핵체는 더 큰 분극도를 가지며, 이는 전자가 더 단단히 유지되는 작은 원자에 비해 친전자체에 더 높은 전자 밀도를 제공할 수 있음을 의미합니다.

뉴클레오필성 대체 반응에서, 기판에서 떠나는 그룹을 대체하는 반응성 분자는 뉴클레오필이라고 불린다.

뉴클레오필은 전자가 풍부한 종이며, 정의에 따라 루이스 기지입니다.  뉴클레오필성 원자는 높은 전자 밀도를 가지며 전자를 부분적으로 양성전자 결핍 센터에 기증하여 새로운 결합을 만듭니다.

뉴클레오필성 시약은 음이온 또는 중성이다. 음이온 뉴클레오필은 보통 이종기상에 있는 동등한 에너지의 하나 이상의 외로운 쌍을 포함하는 음성 이온입니다. 비 결합 고독한 쌍은 고에너지 분자 궤도를 차지하므로 안정적이고 반응성이 줄어듭니다.

예를 들어, 시안화물 이온과 같은 음이온 탄소 뉴클레오필은 탄소와 질소 모두에 외로운 쌍을 가지고 있다. 그러나 탄소의 스프 궤도는 질소보다 에너지가 높기 때문에 탄소는 뉴클레오필성 중심이다.

중성 뉴클레오포필러는 대부분 이종원자의 가장 높은 점유 분자 궤도에 하나 이상의 공유되지 않은 전자 쌍을 가지고 있다.

더욱이, 외로운 쌍이 없는 알켄과 같은 종에서, 높은 전자 밀도 영역―파이 결합―은 뉴클레오필 사이트로서 기능한다.

중성 뉴클레오필은 음전하의 부재로 인해 음핵 형태보다 뉴클레오필성이 적습니다.

일반적으로, pK산의_값은 그들의 공주염 기지 또는 뉴클레오필의 강도를 평가하기 위하여 이용될 수 있다. 동일한 뉴클레오필성 원자를 함유하는 분자의 경우, pK가그들의 컨쥬게이트 산의_s가높을수록 뉴클레오필이 강해질 것이다.

뉴클레오필성 대체 반응의 생성물은 사용되는 뉴클레오필의 유형에 달려 있다.

음이온 뉴클레오필이 기판과 반응할 때, 형성된 공유 결합은 뉴클레오필의 공식적인 전하를 중화시켜 중성 생성물의 결과로 낸다.

이에 비해, 중성 뉴클레오필이 기판과 반응할 때, 뉴클레오필은 양성 공식적인 전하를 얻는다. 다음에 오는 비하 단계는 반응을 완료하여 중립적인 제품을 생성합니다.