Электрофилы

Напомним, что в реакции нуклеофильного замещения нуклеофил отдает свои электроны электрофилу.

Электрофилы — это электронно-ищущие реагенты — нейтральные или положительно заряженные, — содержащие пустую атомную орбиталь или низкоэнергетическую антисвязывающую орбиталь.

Положительный электрофил, как и протон — с пустой, низкоэнергетической орбиталью в 1с — очень реакционноспособен. Следовательно, нуклеофил, такой как ион гидроксида, атакует протон, нейтрализуя заряд и образуя воду.

Другой положительный электрофил — карбокатионный — имеет свободную p-орбиталь, что делает ее реактивной по отношению к нуклеофильной атаке.

Нейтральный электрофил, такой как трифторид бора кислоты Льюиса, имеет пустую p-орбиталь, которая может принимать электроны от нуклеофила, образуя таким образом связь и приводя к стабильному комплексу.

В нейтральной молекуле, такой как хлорбутан, электрофильный центр возникает в результате индуктивного эффекта более электроотрицательного заместителя, прикрепленного к молекулярной цепи.

В органическом электрофиле с двойным связанным электроотрицательным атомом, как и в карбонильной группе, диполь связи C=O передает частичный положительный заряд атому углерода.

В ходе реакции нуклеофил откладывает свои электроны на низкоэнергетическую антисвязывающую π орбиталь электрофила. В результате связь C–O π разрывается, и электроны переходят к атому кислорода.

В электрофиле, таком как HCl, который состоит из электроотрицательного атома с одной связью, диполь σ связи заставляет нуклеофильные электроны перемещаться в антисвязывающую σ орбиталь HCl с более низкой энергией и, таким образом, разрывает связь.

Молекулы, такие как галогены, со σ связями и без диполей, также являются хорошими электрофилами. В броме, например, слабое перекрытие между атомными орбиталями атомов брома приводит к образованию слабой связи Br-Br.

Таким образом, нуклеофил атакует низкоэнергетическую σ антисвязывающую орбиталь, разрывая связь Br–Br и создавая новую связь.