Nukleofil
Nukleofil je druh, který v reakci odevzdává elektronový pár elektrofilu za vzniku chemické vazby. Všechny molekuly nebo ionty s volným párem elektronů mohou být nukleofily. Tento pár elektronů se nazývá osamělý pár. Protože nukleofily odevzdávají elektrony, odpovídají definici Lewisovy báze.
Nukleofilní popisuje přitažlivost nukleofilu k jádru. Nukleofilita, někdy označovaná jako síla nukleofilu, označuje nukleofilní charakter látky a často se používá k porovnání přitažlivosti atomů.
Neutrální nukleofilní reakce s rozpouštědly, jako jsou alkoholy a voda, se nazývají "solvolýza". Nukleofily se mohou účastnit nukleofilních substitučních reakcí. V těchto reakcích se nukleofil přitahuje k plnému nebo částečnému kladnému náboji.
Historie
Termíny nukleofil a elektrofil zavedl Christopher Kelk Ingold v roce 1929 a nahradil jimi termíny kationoid a anionoid, které dříve navrhl A. J. Lapworth v roce 1925.
Slovo nukleofil je odvozeno od slova nucleus a řeckého slova φιλος, philos jako láska.
Vlastnosti
Obecně platí, že čím je ion v rámci jedné řady periodické tabulky bazičtější (čím vyšší je pKa konjugované kyseliny), tím je reaktivnější jako nukleofil. V dané skupině je pro určení nukleofility důležitější polarizovatelnost. Jinými slovy, čím snadněji lze narušit elektronový oblak kolem atomu nebo molekuly, tím ochotněji bude reagovat. Například jodidový ion (I−) je nukleofilnější než fluoridový ion (F−).
Typy nukleofilů
Příkladem nukleofilů jsou anionty, například Cl−, nebo sloučeniny s osamělým párem elektronů, například NH3 (amoniak).
V níže uvedeném příkladu kyslík hydroxidového iontu daruje elektronový pár pro vazbu s uhlíkem na konci molekuly brompropanu. Vazba mezi uhlíkem a bromem pak projde heterolytickým štěpením, přičemž atom bromu přijme darovaný elektron a stane se bromidovým iontem (Br−). Jedná se o NS2 reakci, ke které dochází zpětným útokem. To znamená, že hydroxidový iont útočí na atom uhlíku z druhé strany, přesně naproti bromovému iontu. Díky tomuto backside útoku dochází při reakcích NS2 k obrácení konfigurace elektrofilu. Pokud je elektrofil chirální, obvykle si zachovává svou chiralitu, ačkoli konfigurace produktu NS2 je převrácená ve srovnání s konfigurací původního elektrofilu (Waldenova inverze).
Ambidentní nukleofil je nukleofil, který může útočit ze dvou nebo více míst, což vede ke dvěma nebo více produktům. Například thiokyanatanový iont (SCN−) může útočit buď z místa S, nebo z místa N. Z tohoto důvodu reakce NS2 alkylhalogenidu s SCN −často vede ke směsi RSCN (alkylthiokyanatanu) a RNCS (alkylisothiokyanatanu). K podobným směsím dochází i při Kolbeho nitrilové syntéze.
Uhlíkové nukleofily
Alkylhalogenidy kovů jsou nukleofily uhlíku, které se vyskytují v Grignardově reakci, Blaiseho reakci, Reformatského reakci a Barbierově reakci, organolithiová činidla a anionty terminálního alkynu.
Enoly jsou také nukleofily uhlíku. Vznik enolu je katalyzován kyselinou nebo zásadou. Enoly jsou ambidentní nukleofily, ale obecně jsou nukleofilní na atomu uhlíku vedle uhlíků s dvojnou vazbou (alfa atom uhlíku). Enoly se běžně používají v kondenzačních reakcích, včetně Claisenovy kondenzace a aldolové kondenzační reakce.
Kyslíkové nukleofily
Příklady nukleofilů kyslíku jsou voda (2HO), hydroxidový aniont, alkoholy, alkoxidové anionty, peroxid vodíku a karboxylátové anionty.
Nukleofily síry
Ze sirných nukleofilů se nejčastěji používá sirovodík a jeho soli, thioly (RSH), thiolátové anionty (RS−), anionty thiolkarboxylových kyselin (RC(O)-S−) a anionty dithiokarbonátů (RO-C(S)-S−) a dithiokarbamátů (2RN-C(S)-S). −
Obecně je síra velmi nukleofilní, protože je díky své velikosti snadno polarizovatelná a její osamělé páry elektronů jsou snadno přístupné.
Nukleofily dusíku
Mezi dusíkaté nukleofily patří amoniak, azid, aminy a dusitany.
Související stránky
- Elektrofilní
- Základna Lewis
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to nukleofil?
Odpověď: Nukleofil je druh, který v reakci odevzdává elektronový pár elektrofilu za vzniku chemické vazby.
Otázka: Které typy molekul nebo iontů mohou být nukleofily?
Odpověď: Všechny molekuly nebo ionty s volným párem elektronů mohou být nukleofily.
Otázka: Jak se nazývá dvojice elektronů, které nukleofily odevzdávají?
Odpověď: Dvojice elektronů se nazývá osamělý pár.
Otázka: Do jaké kategorie patří nukleofily?
Odpověď: Nukleofily patří do kategorie Lewisových bází, protože odevzdávají elektrony.
Otázka: Co označuje pojem "nukleofilní"?
Odpověď: Termín "nukleofilní" popisuje přitažlivost nukleofilu k jádrům.
Otázka: Co označuje pojem "nukleofilita"?
Odpověď: Termín "nukleofilita" označuje nukleofilní charakter látky a často se používá k porovnání přitažlivosti atomů.
Otázka: Co jsou to reakce "solvolýzy"?
Odpověď: Neutrální nukleofilní reakce s rozpouštědly, jako jsou alkoholy a voda, se nazývají "solvolýza".