6.4 : Elettrofili

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.

Questa lezione spiega la definizione, la classificazione e le caratteristiche di un elettrofilo che sono le caratteristiche chiave delle reazioni di sostituzione nucleofila. Un'analisi della loro carica e dell'immagine orbitale aiuta a comprendere la loro reattività nella ricerca di elettroni. Gli elettrofili possono essere classificati in specie positive e neutre. Altre classi includono radicali liberi e gruppi funzionali polari.

Mentre un elettrofilo positivo, come un protone, reagisce a causa del suo orbitale 1s vacante a bassa energia, gli altri elettrofili positivi, come i carbocationi, sono reattivi a causa del loro orbitale p vacante.

D'altra parte, gli elettrofili neutri, analoghi agli acidi di Lewis, possiedono orbitali p vuoti che possono accettare elettroni dal nucleofilo per generare complessi stabili. Un centro elettrofilo può spesso formarsi in una molecola neutra a causa dell'effetto induttivo di elettron-attrazione in presenza di un sostituente più elettronegativo attaccato alla catena molecolare. Ciò spiega la carica positiva parziale sull'atomo di carbonio in un gruppo carbonilico.

Nel contesto di una reazione chimica è necessario un quadro completo del trasferimento di elettroni in questo processo. Un nucleofilo deposita i suoi elettroni nell'orbitale π di antilegame a bassa energia dell'elettrofilo. Al contrario, il dipolo del legame σ forza gli elettroni nucleofili a spostarsi nell’orbitale σ di antilegame a bassa energia, con conseguente rottura del legame. Questi fenomeni sono spesso spiegati utilizzando esempi di gruppi carbonilici e HCl. Tipicamente, gli orbitali molecolari occupati più bassi (LUMO) negli elettrofili organici sono orbitali di antilegame a bassa energia, poiché sono associati ad atomi elettronegativi. Questi possono essere orbitali π* o orbitali σ*.

Alcune molecole, come gli alogeni, sono anche buoni elettrofili. Qui, nonostante l'assenza di un dipolo, una scarsa sovrapposizione tra gli orbitali atomici dei due alogenuri indebolisce il legame rendendolo più incline ad un attacco nucleofilo. Ciò porta all'altra classificazione degli elettrofili forti rispetto a quelli deboli, trattata nelle lezioni successive. Di solito, le molecole con un legame singolo o doppio legato a un atomo elettronegativo come O, N, Cl o Br costituiscono buoni elettrofili.

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. Tutti i diritti riservati