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6.4 : 亲电试剂

本课程解释亲电试剂的定义、分类和特征,它们是亲核取代反应的关键特征。 对它们的电荷和轨道图的分析有助于了解它们寻找电子的反应性。 亲电试剂可分为带正电的和中性的。 其他类别包括自由基和极性官能团。

正亲电子试剂(如质子)因其空缺的低能 1s 轨道而发生反应,而其他正亲电试剂(如碳正离子)则因其空缺的 p 轨道而发生反应。

另一方面,中性亲电子试剂(类似于路易斯酸)具有空的 p 轨道,可以接受来自亲核试剂的电子以生成稳定的络合物。 由于分子链上连接的负电性更大的取代基存在时的吸电子诱导效应,中性分子中通常可以形成亲电子中心。 这解释了羰基中碳原子上的部分正电荷。

在化学反应的背景下,需要全面了解该过程中的电子转移。 亲核试剂将其电子沉积到亲电试剂的较低能量反键 π 轨道中。 相反,σ键的偶极子迫使亲核电子移动到能量较低的反键σ轨道,导致键断裂。 这些现象通常用羰基和 HCl 的例子来解释。 通常,有机亲电子试剂中的最低占据分子轨道(LUMO)是低能量的反键轨道,因为它们与负电原子相关。 这些恰好是 π* 轨道或 σ* 轨道。

一些分子,例如卤素,也可以产生良好的亲电子试剂。 在这里,尽管不存在偶极子,但两种卤化物的原子轨道之间的不良重叠削弱了键,使其更容易受到亲核试剂的攻击。 这导致了强亲电子试剂与弱亲电子试剂的其他分类,将在后面的课程中介绍。 通常,具有与电负性原子(如 O、N、Cl 或 Br)连接的单键或双键的分子可形成良好的亲电子试剂。

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