Attaque nucléophile nucléophile, types, exemples, nucléophilicité

UN nucléophile C'est tout l'atome, l'ion ou la molécule qui cherche à donner des paires d'électrons à des substances avec des charges ou des régions positives. Le mot signifie «l'amour pour les noyaux». Lorsqu'un atome ou une région moléculaire est pauvre dans les électrons, il subit une force de plus grande attraction par les noyaux atomiques; Et précisément, cette attraction attire les nucléophiles.

Par conséquent, comme des signes opposés, les charges sont attirées, les nucléophiles doivent être des espèces négatives; ou du moins, possédant des régions très négatives en raison d'une concentration d'électrons locale ou diffusée.

Les deux types de nucléophiles les plus fréquents en chimie. Source: Gabriel Bolívar.

Ainsi, un nucléophile peut être représenté par les lettres Nu, comme dans l'image ci-dessus. Les doubles points en bleu correspondent à quelques électrons, qui font un don à l'électrophile; C'est, l'atome ou la mauvaise molécule d'électrons. Notez que le nucléophile peut être neutre ou anionique, mais les deux donnent des paires d'électrons.

L'attaque des nucléophiles aux électrophiles est la pierre angulaire des innombrables réactions et mécanismes organiques. Un exemple de nucléophile est l'anion hydroxyle, OH^-, qui se comporte également comme une base. Cependant, la nucléophilicité ne doit jamais être confondue avec la basicité d'une substance.

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Attaque nucléophile

Les nucléophiles regardent. L'équation chimique suivante représente l'attaque nucléophique:

Gnou: + R-lg → r-nu + lg:

Le nucléophile Nu: donne sa paire d'électrons A R, qui est lié à un groupe LG électronégatif. Ce faisant, le lien R-LG est rompu, l'Emigra de LG :, et le nouveau lien R-NU est formé. C'est la base de nombreuses réactions organiques.

On verra dans la section suivante qu'un nucléophile peut même être un anneau aromatique, dont la densité électronique est dispersée en son centre. De même, un nucléophile peut devenir une liaison sigma, ce qui signifie que les électrons du même émigrer ou sauter dans les noyaux voisins.

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Types de nucléophiles

Il existe plusieurs types de nucléophiles, mais le vaste majeur.

Espèces avec des paires d'électrons libres

Lorsque nous parlons d'espèces avec des paires d'électrons libres, nous nous référons à des anions ou à des molécules avec des atomes électronégatifs, comme l'oxygène, l'azote et le soufre. Dans la section des exemples, de nombreux nucléophiles de ce type seront vus, à l'exception de l'anion oh^- déjà mentionné.

Doubles liens

Un nucléophile peut avoir des liaisons doubles, qui sont responsables de l'attaque nucléophile. Cependant, ils doivent être des doubles liaisons avec une densité électronique appréciable, donc aucune molécule qui les possède ne sera considérée comme un nucléophile fort; c'est-à-dire qu'il n'aura pas de nucléophilicité élevée.

Par exemple, considérez l'anneau de benzène dans la réaction suivante de l'alkylation (réaction de Friedel-Crafts):

Alkylation de benzène dans la substitution électrophile aromatique. Source: Gabriel Bolívar.

La présence d'un mélange alcl₃-(Ch₃)₂CHCL provient du carbocation isopropylique. Sa charge positive et son instabilité attirent fortement les électrons de l'une des doubles liaisons du benzène, qui attaquent le carbocation, comme représenté par la flèche.

Dans le processus, une brève intermadie cationique et aromatique est formée, qui est finalement transformée en bon produit.

Ainsi qu'avec le benzène, d'autres substances avec des liaisons doubles peuvent agir comme des nucléophiles, à condition que les conditions de réaction soient les plus appropriées. De même, il doit y avoir des atomes situés près de la double liaison qui donnent de la densité électronique, afin qu'ils "recharge" d'électrons.

Liens sigmas

Les liaisons sigma en tant que telles ne sont pas des nucléophiles; Mais il peut se comporter comme tel une fois qu'une réaction commence et que le mécanisme commence. Considérez l'exemple suivant:

Il peut vous servir: Salts de blinde: ce que sont, la nomenclature, les propriétés, les exemples Conversion d'un carbocation secondaire à tertiaire par migration à partir d'un anion hydrure. Source: Gabriel Bolívar.

La liaison Sigma C-H adjacente à la carbocation se dirige vers lui se comportant comme un nucléophile (voir mouvement de la flèche incurvée). En ce sens, le résultat est que l'anion h se déplace^- au carbone voisin, mais si rapidement que la liaison Sigma et sa paire d'électrons en tant qu'agent nucléophile de ce mécanisme est considérée.

Exemples de nucléophiles

Cette section mentionne plusieurs exemples du premier type de nucléophiles, qui sont très abondants et importants en chimie organique et inorganique.

Halogénuros

Halogénuros (f^-, CL^-, BR^- et moi^-) Ce sont des nucléophiles. Doivent donner l'une de leurs quatre paires d'électrons de valence. Selon la vitesse à laquelle l'une de ces halogénuros attaque l'électrophie, aura une nucléophilicité plus ou moins.

En général, le i^- C'est un meilleur nucléophile que f^- et les autres halogénuros, car il est plus facile de former un lien covalent car il est plus polarisable; Autrement dit, plus volumineux et avec moins de ténacité pour abandonner sa paire d'électrons.

Molécules d'atome électronégatives

Molécules d'eau

L'eau, HAH, est un nucléophile, car l'atome d'oxygène a une densité négative élevée et des paires d'électrons libres pour donner et former une liaison covalente. De plus, les alcools, ROH, sont des nucléophiles, pour les mêmes raisons que celles de l'eau.

Petites molécules d'azote telles que l'ammoniac, le NH₃, Ils ont également tendance à être des nucléophiles. En effet, l'azote peut donner sa paire d'électrons solitaire. De même, amines, RNH₂, Ce sont aussi des nucléophiles.

Et en plus des petites molécules avec de l'oxygène ou de l'azote, les sulfures comptent également comme des nucléophiles. C'est le cas du sulfure d'hydrogène, H₂S, et les thioles, Rsh.

Le soufre est un meilleur nucléophile que l'oxygène et l'azote car il est moins «s'accrocher» à sa paire d'électrons, il est donc plus facile de le donner. À ce fait, il faut également ajouter que son atome est plus volumineux, c'est-à-dire plus polarisable, et donc capable de former des liaisons covalentes avec moins de difficulté.

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Anions

Anions oxygénés, azotés, sulfurisés et, en général, plusieurs d'entre eux sont de forts nucléophiles. C'est parce qu'ils ont maintenant une charge négative qui intensifie encore la présence de la paire d'électrons qu'ils feront don.

Considérez par exemple les anions suivants placés dans l'ordre décroissant de la nucléophilicité:

: Ch₃^- >: NH₂^- >: Oh^- >: F^-

Le carboanion ch₃^- C'est le nucléophile le plus fort car l'atome de carbone ne stabilise pas la charge négative, dont les électrons sont "désespérés" par les noyaux à proximité. Cela ne se produit pas avec l'Amiduro, NH₂^-, dont l'atome d'azote stabilise mieux la charge négative et donne plus facilement la paire d'électrons que l'OH^- ou f^-.

Nucléophilicité

La nucléophilicité définit la force du caractère nucléophile d'une espèce. Cela dépend de nombreux facteurs, mais les plus importants sont les obstacles stériques pendant l'attaque nucléophile et l'action du solvant.

Plus le nucléophile est petit, plus il sera plus rapide et efficace de votre attaque électrophile. Aussi, à quel point les interactions entre le solvant et le nucléophile sont plus faibles. Par conséquent, selon cela, le i^- a une nucléophilicité plus grande que F^-.

Les références

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