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6.3 : 亲核试剂

“亲核试剂”(“nucleophile”)一词源于希腊语,意为“亲核”。 亲核试剂是带负电或中性物质,在高能占据分子轨道 (HOMO) 中具有一对电子。 由于这些物质倾向于提供电子对,因此亲核试剂也被认为是路易斯碱。 带负电的物质,如 OH、Cl 或 HS,具有一对或多对电子,通常是亲核试剂。 同样,氨、胺、水和醇等中性物质具有非键合孤对电子,可以充当亲核试剂。 此外,没有孤对电子的分子仍然可以充当亲核试剂,例如具有键合 π 轨道的烯烃和芳环。

亲核试剂在取代反应中取代离去基团的相对强度称为亲核性。 带负电的物质比中性的对应物质更具亲核性。 根据经验规则,共轭酸的 pKa 越高,亲核试剂越好。 例如,氢氧根离子——水的共轭碱(pKa 15.7)是比乙酸根离子——乙酸的共轭碱(pKa~5)更好的亲核试剂。

由于亲核性不是特定物种的固有性质,因此它受到许多因素的影响,包括进行反应的溶剂类型。 在极性质子溶剂中,阴离子的高度溶剂化降低了亲核试剂参与取代反应的可用性。

当比较卤化物时,氟化物是最小且电负性最强的阴离子,其溶剂化最强,而碘化物是最大且电负性最小的离子,其溶剂化最少。 因此,在极性质子溶剂中,碘化物是最好的亲核试剂。 然而,在极性非质子溶剂中,阴离子由于溶剂化不良而“裸露”,并且可以自由参与亲核攻击。 在极性非质子溶剂中,亲核试剂的碱性决定了其亲核性,使氟化物成为最好的亲核试剂。

此外,原子的极化率影响亲核性。 极化率描述了云中电子扭曲的容易程度。 具有大原子的亲核试剂具有更大的极化性,这意味着与电子被更紧密地固定的小原子相比,它可以向亲电子试剂提供更高的电子密度。

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NucleophileLewis BaseNegatively Charged SpeciesNeutral SpeciesLone Pair Of ElectronsNucleophilicityPKaConjugate AcidSolvent

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