6.4 : الإلكتروفيلات (محبو الألكترونات)

Recall that in a nucleophilic substitution reaction, a nucleophile donates its electrons to an electrophile.

Electrophiles are electron-seeking reagents — either neutral or positively charged — containing an empty atomic orbital or a low-energy antibonding orbital.

A positive electrophile, like the proton — with a vacant, low-energy 1s orbital — is very reactive. Consequently, a nucleophile like the hydroxide ion attacks the proton, neutralizing the charge and forming water.

Another positive electrophile — the carbocation — has a vacant p orbital, making it reactive towards a nucleophilic attack.

A neutral electrophile, like the Lewis acid boron trifluoride, has an empty p orbital that can accept electrons from the nucleophile, thus forming a bond and resulting in a stable complex.

In a neutral molecule like chlorobutane, the electrophilic center results from the electron-withdrawing inductive effect of the more electronegative substituent attached to the molecular chain.

In an organic electrophile with a double-bonded electronegative atom — like the carbonyl group — the C=O bond dipole renders a partial positive charge to the carbon atom.

In a reaction, the nucleophile deposits its electrons into the lower energy antibonding π orbital of the electrophile. As a result, the C–O π bond breaks, and the electrons move on to the oxygen atom.

In an electrophile, like HCl, which consists of a single-bonded electronegative atom, the dipole of the σ bond forces the nucleophilic electrons to move into the lower energy HCl antibonding σ orbital, and thus breaks the bond.

Molecules like halogens, with σ bonds and no dipoles, also make good electrophiles. In bromine, for example, poor overlaps between the atomic orbitals of bromine atoms result in a weak Br–Br bond.

Thus, a nucleophile attacks the lower energy σ antibonding orbital, breaking the Br–Br bond and making a new bond.

يشرح هذا الدرس التعريف والتصنيف والسمات المميزة للإلكتروفيلات والتي تعد من السمات الرئيسية لتفاعلات الاستبدال المحب للنواة (النيوكليوفيلي). يساعد تحليل شحنتها وصورتها المدارية على فهم تفاعلها للبحث عن الإلكترونات. يمكن تصنيف الإلكتروفيلات إلى أنواع إيجابية ومحايدة. وتشمل الفئات الأخرى الجذور الحرة والمجموعات الوظيفية القطبية.

في حين أن الإلكتروفيل الموجب، مثل البروتون، يتفاعل بسبب مداره الشاغر منخفض الطاقة 1s، فإن الإلكتروفيل الموجب الآخر، مثل الكاتيونات الكربونية، يتفاعل بسبب مداره الشاغر p.

من ناحية أخرى، تمتلك الإلكتروفيلات المحايدة، المشابهة لأحماض لويس، مدارات p فارغة يمكنها قبول الإلكترونات من النيوكليوفيل لتوليد متراكبات مستقرة. غالبًا ما يمكن تشكيل مركز إلكتروفيلي في جزيء محايد بسبب التأثير الاستقرائي لسحب الإلكترون في وجود بديل أكثر سالبية كهرسلبية مرتبط بالسلسلة الجزيئية. وهذا ما يفسر الشحنة الموجبة الجزئية على ذرة الكربون في مجموعة الكربونيل.

في سياق التفاعل الكيميائي، من الضروري الحصول على صورة شاملة لنقل الإلكترون في هذه العملية. يقوم النيوكليوفيل بإيداع إلكتروناته في المدار المضاد للطاقة المنخفض π الخاص بالإكتروفيل . في المقابل، فإن ثنائي القطب للرابطة σ يجبر الإلكترونات المحبة للنواة على الانتقال إلى المدار المضاد للترابط ذو الطاقة المنخفضة، مما يؤدي إلى كسر الرابطة. غالبًا ما يتم تفسير هذه الظواهر باستخدام أمثلة لمجموعات الكربونيل وحمض الهيدروكلوريك. عادةً، تكون المدارات الجزيئية الأقل مشغولة (LUMOs) في الإلكتروفيلات العضوية هي مدارات مضادة ذات طاقة منخفضة، لأنها مرتبطة بالذرات السالبة كهربيًا. تصادف أن تكون هذه مدارات π* أو مدارات σ*.

كما أن بعض الجزيئات، مثل الهالوجينات، تكون الإلكتروفيلات بشكل جيد. هنا، على الرغم من عدم وجود ثنائي القطب، فإن التداخل الضعيف بين المدارات الذرية للهاليدتين يضعف الرابطة مما يجعلها أكثر عرضة لهجوم النيوكليوفيل. يؤدي هذا إلى تصنيف آخر للإلكتروفيلات القوية مقابل الضعيفة، والذي سيتم تناوله في دروس لاحقة. عادةً ما تكون الجزيئات ذات الرابطة المفردة أو المزدوجة المرتبطة بذرة سالبية كهرسلبية مثل O أو N أو Cl أو Br محبة للإلكترونات (إلكتروفيلات) بشكل جيد.

Tags

Electrophiles Nucleophilic Substitution Reactions Charge Orbital Picture Reactivity Positive Electrophiles Neutral Electrophiles Free Radicals Polar Functional Groups Lewis Acids Electron Transfer Antibonding Orbitals Dipole Bond Breaking

PLAYLIST

Loading...

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved