6.4: Elektrofiller

Bu derste, nükleofilik ortanık reaksiyonlarının temel özellikleri olan bir elektrofilin tanımı, sınıflandırılması ve karakteristik özellikleri açıklanmaktadır. Yüklerinin ve yörünge resminin analizi, elektron arama konusundaki reaktivitelerinin anlaşılmasına yardımcı olur. Elektrofiller pozitif ve nötr türlere ayrılabilir. Diğer sınıflar serbest radikalleri ve polar fonksiyonel grupları içerir.

Pozitif bir elektrofil, proton gibi, boş, düşük enerjili 1s yörüngesi nedeniyle reaksiyona girerken, diğer pozitif elektrofiller, karbokatyonlar gibi, boş p yörüngesi nedeniyle reaktiftir.

Öte yandan, Lewis asitlerine benzeyen nötr elektrofiller, kararlı kompleksler oluşturmak için nükleofilden elektronları kabul edebilen boş p yörüngelerine sahiptir. Moleküler zincire bağlı daha elektronegatif bir ortanığın varlığında elektron çeken endüktif etki nedeniyle nötr bir molekülde sıklıkla bir elektrofilik merkez oluşturulabilir. Bu, bir karbonil grubundaki karbon atomundaki kısmi pozitif yükü açıklar.

Kimyasal bir reaksiyon bağlamında, bu süreçteki elektron transferinin kapsamlı bir resmi gereklidir. Bir nükleofil, elektronlarını elektrofilin daha düşük enerjili antibağ π yörüngesine bırakır. Buna karşılık, σ bağının dipolü, nükleofilik elektronları daha düşük enerjili antibağ σ yörüngesine doğru hareket etmeye zorlar ve bu da bağın kırılmasına neden olur. Bu fenomenler genellikle karbonil grupları ve HCl örnekleri kullanılarak açıklanmaktadır. Tipik olarak, organik elektrofillerdeki en düşük işgal edilmiş moleküler yörüngeler (LUMO'lar), elektronegatif atomlarla ilişkili oldukları için düşük enerjili antibağ yörüngeleridir. Bunlar ya π* yörüngeleri ya da σ* yörüngeleri olur.

Halojenler gibi bazı moleküller de iyi elektrofiller oluşturur. Burada, bir dipol olmamasına rağmen, iki halojenürün atomik yörüngeleri arasındaki zayıf örtüşme, bağı zayıflatarak onu nükleofil saldırısına daha yatkın hale getirir. Bu, daha sonraki derslerde ele alınacak olan güçlü ve zayıf elektrofillerin diğer sınıflandırmasına yol açar. Genellikle O, N, Cl veya Br gibi elektronegatif bir atoma bağlı tek veya çift bağa sahip moleküller iyi elektrofiller oluşturur.

Bir nükleofilik ikame reaksiyonunda, bir nükleofilin elektronlarını bir elektrofile bağışladığını hatırlayın.

Elektrofiller, boş bir atomik orbital veya düşük enerjili bir antibonding orbitali içeren nötr veya pozitif yüklü elektron arayan reaktiflerdir.

Proton gibi pozitif bir elektrofil — boş, düşük enerjili 1s orbitaline sahip — çok reaktiftir. Sonuç olarak, hidroksit iyonu gibi bir nükleofil protona saldırır, yükü nötralize eder ve su oluşturur.

Başka bir pozitif elektrofil - karbokatyon - boş bir p orbitaline sahiptir, bu da onu nükleofilik bir saldırıya karşı reaktif hale getirir.

Lewis asidi bor triflorür gibi nötr bir elektrofil, nükleofilden elektronları alabilen boş bir p orbitaline sahiptir, böylece bir bağ oluşturur ve kararlı bir kompleks ile sonuçlanır.

Klorobütan gibi nötr bir molekülde, elektrofilik merkez, moleküler zincire bağlı daha elektronegatif ikame edicinin elektron çeken endüktif etkisinden kaynaklanır.

Karbonil grubu gibi çift bağlı elektronegatif atomlu bir organik elektrofilde - C=O bağ dipolü, karbon atomuna kısmi bir pozitif yük verir.

Bir reaksiyonda, nükleofil elektronlarını elektrofilin daha düşük enerjili antibağ π orbitaline bırakır. Sonuç olarak, CO π bağı kopar ve elektronlar oksijen atomuna geçer.

Tek bağlı bir elektronegatif atomdan oluşan HCl gibi bir elektrofilde, σ bağın dipolü, nükleofilik elektronları daha düşük enerjili HCl antibağ σ orbitaline hareket etmeye zorlar ve böylece bağı koparır.

σ bağları olan ve dipol içermeyen halojenler gibi moleküller de iyi elektrofiller oluşturur. Örneğin bromda, brom atomlarının atomik orbitalleri arasındaki zayıf örtüşmeler, zayıf bir Br-Br bağı ile sonuçlanır.

Böylece, bir nükleofil, daha düşük enerjili σ antibonding orbitaline saldırır, Br-Br bağını koparır ve yeni bir bağ oluşturur.