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6.4 : 求電子物質

この講義では、求核置換反応の重要な特徴である求電子試薬の定義、分類、特徴について説明します。 それらの電荷と軌道の像を分析すると、電子を求める反応性を理解するのに役立ちます。 求電子物質は、陽性種と中性種に分類できます。 他のクラスには、フリーラジカルや極性官能基が含まれます。

陽子のような正の求電子剤は空の低エネルギー 1s 軌道により反応しますが、カルボカチオンなどの他の正の求電子剤は空の p 軌道により反応します。

一方、ルイス酸に似た中性求電子試薬は、求核試薬から電子を受け取って安定な錯体を生成できる空の p 軌道を持っています。 求電子中心は、分子鎖に結合したより電気陰性度の高い置換基の存在下での電子吸引誘導効果により、中性分子内に形成されることがよくあります。 これは、カルボニル基の炭素原子の部分的な正電荷を説明します。

化学反応の文脈では、このプロセスにおける電子の移動を包括的に把握する必要があります。 求核剤は、その電子を求電子剤のより低いエネルギーの反結合性 π 軌道に置きます。 対照的に、σ 結合の双極子は求核電子をより低いエネルギーの反結合性 σ 軌道に移動させ、結合の切断を引き起こします。 これらの現象は、カルボニル基と HCl の例を使用して説明されることがよくあります。 通常、有機求電子剤の最低被占分子軌道 (LUMO) は、電気陰性原子と会合しているため、低エネルギーの反結合性軌道です。 これらはたまたま π* 軌道または σ* 軌道のいずれかです。

ハロゲンなどの一部の分子も優れた求電子剤を生成します。 ここでは、双極子が存在しないにもかかわらず、2 つのハロゲン化物の原子軌道間の重なりが不十分であるため、結合が弱まり、求核剤の攻撃を受けやすくなります。 これは、後のレッスンで説明する、強い求電子試薬と弱い求電子試薬の別の分類につながります。 通常、O、N、Cl、Br などの電気陰性原子に結合した単結合または二重結合を持つ分子は、良好な求電子剤となります。

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