Nukleofil – begrepp, egenskaper och roll i kemiska reaktioner

Termerna nukleofil och elektrofil introducerades av Christopher Kelk Ingold 1929 och ersatte termerna kationoid och anionoid som föreslagits av A. J. Lapworth 1925.

Ordet nukleofil kommer från nucleus och det grekiska ordet φιλος, philos för kärlek.

I allmänhet gäller inom en rad i det periodiska systemet att ju mer basisk jonen är (ju högre pK_a för den konjugerade syran) desto mer reaktiv är den som nukleofil. Inom en viss grupp är polariserbarheten viktigare för att bestämma nukleofiliteten. Med andra ord, ju lättare det är att förvränga elektronmolnet runt en atom eller molekyl, desto lättare reagerar den. Exempelvis är jodidjonen (I⁻) mer nukleofil än fluoridjonen (F⁻).

Exempel på nukleofiler är anjoner som Cl⁻ eller en förening med ett ensam elektronpar som NH₃ (ammoniak).

I exemplet nedan avger syre i hydroxidjonen ett elektronpar för att binda till kolet i slutet av bromopropanmolekylen. Bindningen mellan kolet och bromet genomgår sedan en heterolytisk klyvning, varvid bromatomen tar emot den donerade elektronen och blir till bromidjonen (Br⁻). Detta är en _NS2-reaktion som sker genom backside attack. Det innebär att hydroxidjonen angriper kolatomen från andra sidan, exakt mittemot bromjonen. På grund av detta baksidestopp resulterar _NS2-reaktioner i en omvänd konfiguration av elektrofilen. Om elektrofilen är kiral behåller den vanligtvis sin kiralitet, även om _NS2-produktens konfiguration är omvänd jämfört med den ursprungliga elektrofilens (Walden-inversion).

En ambident nukleofil är en nukleofil som kan angripa från två eller flera ställen, vilket resulterar i två eller flera produkter. Tiocyanatjonen (SCN⁻) kan till exempel angripa från antingen S eller N. Därför leder _NS2-reaktionen av en alkylhalogenid med SCN ⁻ofta till en blandning av RSCN (ett alkyltiocyanat) och RNCS (ett alkylisotiocyanat). Liknande blandningar uppstår i Kolbe-nitrilsyntesen.

Kol nukleofiler

Alkylmetallhalogenider är kolnukleofiler som finns i Grignardreaktionen, Blaise-reaktionen, Reformatsky-reaktionen och Barbier-reaktionen, organolithiumreagenserna och anjoner till en terminal alkin.

Enoler är också nukleofila kolkällor. Bildandet av en enol katalyseras av syra eller bas. Enoler är ambidenta nukleofiler, men är i allmänhet nukleofila vid kolatomen bredvid kolatomer med dubbelbindning (alfakolatom). Enoler används ofta i kondensationsreaktioner, inklusive Claisenkondensation och aldolkondensation.

Syre nukleofiler

Exempel på syrenukleofiler är vatten (₂HO), hydroxidanjoner, alkoholer, alkoxidanjoner, väteperoxid och karboxylatanjoner.

Svavelnukleofiler

Bland svavelnucleofiler används oftast vätesulfid och dess salter, tioler (RSH), tiolatanjoner (RS⁻), anjoner av tiolkarboxylsyror (RC(O)-S⁻) och anjoner av dithiokarbonater (RO-C(S)-S⁻) och dithiokarbamater (₂RN-C(S)-S). ⁻

Generellt sett är svavel mycket nukleofilt eftersom det är stort, vilket gör det lätt polariserbart, och dess ensamstående elektronpar är lättillgängliga.

Kväve nukleofiler

Kvävenukleofiler inkluderar ammoniak, azid, aminer och nitriter.

• Elektrofil
• Lewis bas