6.3 : Nucleófilos

La palabra "nucleófilo" tiene una raíz griega y se traduce como amante del núcleo. Los nucleófilos son especies neutras o cargadas negativamente con un par de electrones en un orbital molecular ocupado de alta energía (HOMO). Como estas especies tienden a donar pares de electrones, los nucleófilos también se consideran bases de Lewis. Las especies cargadas negativamente, como OH⁻, Cl⁻ o HS⁻, con uno o varios pares de electrones, suelen ser nucleófilos. De manera similar, las especies neutras como el amoníaco, las aminas, el agua y el alcohol tienen pares de electrones solitarios no enlazantes y pueden actuar como nucleófilos. Además, las moléculas sin un par de electrones solitarios aún pueden actuar como nucleófilos, como los alquenos y los anillos aromáticos con orbitales π enlazantes.

La fuerza relativa de un nucleófilo para desplazar a un grupo saliente en una reacción de sustitución se llama nucleofilicidad. Las especies con carga negativa son más nucleófilas que sus especies neutrales. Como regla empírica, cuanto mayor sea el pK_a de un ácido conjugado, mejor será el nucleófilo. Por ejemplo, el ion hidróxido, una base conjugada de agua (pK_a 15,7), es mejor nucleófilo que el ion acetato, una base conjugada de ácido acético (pK_a~5).

Dado que la nucleofilicidad no es una propiedad inherente otorgada a una especie específica, se ve afectada por muchos factores, incluido el tipo de disolvente en el que se lleva a cabo la reacción. En los disolventes próticos polares, la alta solvatación de aniones reduce la disponibilidad del nucleófilo para participar en reacciones de sustitución.

Al comparar los haluros, el fluoruro, que es el anión más pequeño y electronegativo, es el que se solvata más fuerte, mientras que el yoduro, el ion más grande y menos electronegativo, es el que menos se solvata. Por tanto, en los disolventes próticos polares, el yoduro es el mejor nucleófilo. Sin embargo, en los disolventes apróticos polares, los aniones están "desnudos" debido a una mala solvatación y pueden participar libremente en un ataque nucleofílico. En los disolventes apróticos polares, la basicidad del nucleófilo dicta su nucleofilicidad, lo que convierte al fluoruro en el mejor nucleófilo.

Además, la polarizabilidad de los átomos afecta la nucleofilicidad. La polarizabilidad describe la facilidad con la que se pueden distorsionar los electrones en la nube. Un nucleófilo con un átomo grande tiene una mayor polarizabilidad, lo que significa que puede donar una mayor densidad de electrones al electrófilo en comparación con un átomo pequeño, cuyos electrones están retenidos con mayor fuerza.