6.4 : Elektrofiller

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.

Bu derste, nükleofilik ortanık reaksiyonlarının temel özellikleri olan bir elektrofilin tanımı, sınıflandırılması ve karakteristik özellikleri açıklanmaktadır. Yüklerinin ve yörünge resminin analizi, elektron arama konusundaki reaktivitelerinin anlaşılmasına yardımcı olur. Elektrofiller pozitif ve nötr türlere ayrılabilir. Diğer sınıflar serbest radikalleri ve polar fonksiyonel grupları içerir.

Pozitif bir elektrofil, proton gibi, boş, düşük enerjili 1s yörüngesi nedeniyle reaksiyona girerken, diğer pozitif elektrofiller, karbokatyonlar gibi, boş p yörüngesi nedeniyle reaktiftir.

Öte yandan, Lewis asitlerine benzeyen nötr elektrofiller, kararlı kompleksler oluşturmak için nükleofilden elektronları kabul edebilen boş p yörüngelerine sahiptir. Moleküler zincire bağlı daha elektronegatif bir ortanığın varlığında elektron çeken endüktif etki nedeniyle nötr bir molekülde sıklıkla bir elektrofilik merkez oluşturulabilir. Bu, bir karbonil grubundaki karbon atomundaki kısmi pozitif yükü açıklar.

Kimyasal bir reaksiyon bağlamında, bu süreçteki elektron transferinin kapsamlı bir resmi gereklidir. Bir nükleofil, elektronlarını elektrofilin daha düşük enerjili antibağ π yörüngesine bırakır. Buna karşılık, σ bağının dipolü, nükleofilik elektronları daha düşük enerjili antibağ σ yörüngesine doğru hareket etmeye zorlar ve bu da bağın kırılmasına neden olur. Bu fenomenler genellikle karbonil grupları ve HCl örnekleri kullanılarak açıklanmaktadır. Tipik olarak, organik elektrofillerdeki en düşük işgal edilmiş moleküler yörüngeler (LUMO'lar), elektronegatif atomlarla ilişkili oldukları için düşük enerjili antibağ yörüngeleridir. Bunlar ya π* yörüngeleri ya da σ* yörüngeleri olur.

Halojenler gibi bazı moleküller de iyi elektrofiller oluşturur. Burada, bir dipol olmamasına rağmen, iki halojenürün atomik yörüngeleri arasındaki zayıf örtüşme, bağı zayıflatarak onu nükleofil saldırısına daha yatkın hale getirir. Bu, daha sonraki derslerde ele alınacak olan güçlü ve zayıf elektrofillerin diğer sınıflandırmasına yol açar. Genellikle O, N, Cl veya Br gibi elektronegatif bir atoma bağlı tek veya çift bağa sahip moleküller iyi elektrofiller oluşturur.

Etiketler

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

6.4 : Elektrofiller

Etiketler

PLAYLIST