Nukleofil

Historie

Udtrykkene nukleofil og elektrofil blev indført af Christopher Kelk Ingold i 1929 og erstattede de udtryk kationoid og anionoid, som A. J. Lapworth havde foreslået tidligere i 1925.

Ordet nukleofil er afledt af nucleus og det græske ord φιλος, philos for kærlighed.

Egenskaber

Generelt gælder det inden for en række i det periodiske system, at jo mere basisk ionen er (jo højere pK_a for den konjugerede syre), jo mere reaktiv er den som nukleofil. Inden for en given gruppe er polariserbarhed vigtigere ved bestemmelsen af nukleofiliciteten. Med andre ord, jo lettere det er at forvrænge elektronskyen omkring et atom eller molekyle, jo lettere vil det reagere. F.eks. er jodidionen (I⁻) mere nukleofil end fluoridionen (F⁻).

Typer af nukleofile stoffer

Eksempler på nukleofile stoffer er anioner som Cl⁻ eller en forbindelse med et enkelt elektronpar som NH₃ (ammoniak).

I eksemplet nedenfor afgiver hydroxidionens ilt et elektronpar for at binde sig til kulstoffet i enden af bromopropanmolekylet. Bindingen mellem kulstoffet og bromet gennemgår derefter en heterolytisk spaltning, hvor bromatomet tager den donerede elektron og bliver til bromidionen (Br⁻). Dette er en _NS2-reaktion, der sker ved backside attack. Det betyder, at hydroxidionen angriber kulstofatomet fra den anden side, præcis modsat bromionen. På grund af dette backside-angreb resulterer _NS2-reaktioner i en omvendt konfiguration af elektrofilen. Hvis elektrofilen er chiral, beholder den typisk sin chiralitet, selv om _NS2-produktets konfiguration er omvendt i forhold til den oprindelige elektrofil (Walden-inversion).

En ambident nukleofil er en nukleofil, der kan angribe fra to eller flere steder, hvilket resulterer i to eller flere produkter. Thiocyanat-ionen (SCN⁻) kan f.eks. angribe enten fra S eller N. Derfor fører _NS2-reaktionen af et alkylhalogenid med SCN ⁻ofte til en blanding af RSCN (et alkylthiocyanat) og RNCS (et alkylisothiocyanat). Lignende blandinger vil forekomme i Kolbe-nitrilsyntesen.

Kulstof-nukleofile stoffer

Alkylmetalhalogenider er kulstofnukleofile, der findes i Grignard-reaktionen, Blaise-reaktionen, Reformatsky-reaktionen og Barbier-reaktionen, organolithiumreagenser og anioner af en terminal alkyn.

Enoler er også nukleofile kulstofsyrer. Dannelsen af en enol katalyseres af syre eller base. Enoler er ambident nukleofile, men er generelt nukleofile ved det kulstofatom, der ligger ved siden af kulstofatomer med dobbeltbinding (alfa-kulstofatom). Enoler anvendes almindeligvis i kondensationsreaktioner, herunder Claisen-kondensation og aldolkondensationsreaktioner.

Oxygen nukleofile

Eksempler på iltnukleofile stoffer er vand (₂HO), hydroxid-anioner, alkoholer, alkoxid-anioner, hydrogenperoxid og carboxylat-anioner.

Svovl nukleofile stoffer

Af svovlnukleofile nukleofile anvendes hyppigst svovlbrinte og salte heraf, thioler (RSH), thiolatanioner (RS⁻), anioner af thiolkarboxylsyrer (RC(O)-S⁻) og anioner af dithiocarbonater (RO-C(S)-S⁻) og dithiocarbamater (₂RN-C(S)-S). ⁻

Generelt er svovl meget nukleofilt på grund af dets store størrelse, som gør det let polariserbart, og dets enlige elektronpar er let tilgængelige.

Nitrogen-nukleofile

Nitrogen-nukleofile stoffer omfatter ammoniak, azid, aminer og nitritter.

Relaterede sider

• Elektrofil
• Lewis base