6.4 : Electrófilos

Esta lección explica la definición, clasificación y rasgos característicos de un electrófilo que son rasgos clave de las reacciones de sustitución nucleofílica. Un análisis de su carga y su imagen orbital ayuda a comprender su reactividad para buscar electrones. Los electrófilos se pueden clasificar en especies positivas y neutras. Otras clases incluyen radicales libres y grupos funcionales polares.

Mientras que un electrófilo positivo, como un protón, reacciona debido a su orbital 1s vacante de baja energía, los otros electrófilos positivos, como los carbocationes, son reactivos debido a su orbital p vacante.

Por otro lado, los electrófilos neutros, análogos a los ácidos de Lewis, poseen orbitales p vacíos que pueden aceptar electrones del nucleófilo para generar complejos estables. A menudo se puede formar un centro electrófilo en una molécula neutra debido al efecto inductivo aceptor de electrones en presencia de un sustituyente más electronegativo unido a la cadena molecular. Esto explica la carga positiva parcial del átomo de carbono en un grupo carbonilo.

En el contexto de una reacción química, es necesaria una visión completa de la transferencia de electrones en este proceso. Un nucleófilo deposita sus electrones en el orbital π antienlazante de menor energía del electrófilo. Por el contrario, el dipolo del enlace σ obliga a los electrones nucleofílicos a moverse hacia el orbital σ antienlazante de menor energía, lo que resulta en la ruptura del enlace. Estos fenómenos suelen explicarse mediante ejemplos de grupos carbonilo y HCl. Normalmente, los orbitales moleculares ocupados más bajos (LUMO) en los electrófilos orgánicos son orbitales antienlazantes con baja energía, ya que están asociados con átomos electronegativos. Estos son orbitales π* o orbitales σ*.

Algunas moléculas, como los halógenos, también son buenos electrófilos. Aquí, a pesar de la ausencia de un dipolo, una mala superposición entre los orbitales atómicos de los dos haluros debilita el enlace, haciéndolo más propenso a un ataque nucleófilo. Esto lleva a la otra clasificación de electrófilos fuertes versus débiles, que se tratará en lecciones posteriores. Por lo general, las moléculas con un enlace simple o doble unido a un átomo electronegativo como O, N, Cl o Br son buenos electrófilos.