Електрофил

Електрофил у органској хемији представља реагенс који привлачи електроне, и који учествује у хемијским реакцијама тако што прихвата електронски пар како би се везао са нуклеофилом. Због тога што електрофили прихватају електроне, они су Луисове киселине. Већина електрофила су наелектрисана позитивно, имају атом који носи позитивно наелектрисање, или имају атом који нема октет електрона.

Електрофили нападају дио нуклеофила гдје су електрони највише концентрисани. Електрофили који се често појављују у органским синтезама су катјони као што је H⁺ и NO⁺, поларни неутрални молекули као што је HCl, алкил-халиди, и карбонилна једињења, неутрални молекули који се могу поларизовати као што је Cl₂ и Br₂, оксиданси као што су органске пероксидне киселине, хемијске супстанце које не задовољавају правило октета као што су карбени и радикали, и неке Луисове киселине као што је BH₃ или DIBAL.

Електрофили у органској хемији[уреди | уреди извор]

Алкени[уреди | уреди извор]

Електрофилна адиција је једна од три главне реакције код алкена. Састоји се из:

Хидрогенизација тако што се додају два атома водоника на мјесто двоструке везе
Реакције електрофилне адиције са халогеним елементима или сумпорном киселином
Хидратација при којој се формирају алкохоли.

Адиција халогена[уреди | уреди извор]

Ова адиција се одвија између алкена и електрофила, најчешће халогена. Честа реакција овог типа је титрација неког узорка бромном водом да би се утврдило колико се двоструких веза налази у једињењу. На примјер:

C₂H₄ + Br₂ → BrCH₂CH₂Br

Ова реакција се одвија у три главна корака који су приказани на слици:

Формирање π комплекса
Електрофилни молекул Бр-Бр реагује са молекулом алкена који је богат електронима да би се формирао π комплекс 1.
Формирање трочланог бромонијум јона
Алкен је домор електронаа бром је електрофил. Трочлани бромонијум јон 2 се састоји од два атома угљеника и атома брома који се формира отпуштањем Бр^-.
Напад бромидног јона
Бромидни јон напада бромонијум јон са задње стране. Када постоје други нуклеофили као што је алкохол или вода они могу напасти 2 при чему се добије алкохол или етар.

Јод (I₂), хлор (Cl₂), сулфенилни јон RS⁺ , катјон живе (Hg²⁺) и дихлоркарбен (:CCl₂) такође реагују сличним механизмом. Директна конверзија из 1 у 3 ће се догодити када се Br^- налази у великим количинама у средини у којој се врши реакција. β-бромо карбонијум јон (CH₃⁺) се може јавити као интермедијер умјесто 3 ако алкен има катјонски стабилизирајући супституент као што је фенил група.

Адиција водоник халогенида[уреди | уреди извор]

Једињења водоника и халогена као што је хлороводоник (HCl) се додају на алкене при чему настају алкил халогенид у реакцији хидрохалогенације. На примјер у реакцији између HCl и етена добија се хлор-етан. Реакција се наставља са интермедијером у облику катјона. Примјер ове реакције је приказан на слици:

Протон H⁺ се додаје (јер се понаша као електрофил) на један од угљеникових атома на алкену и формира се катјон 1.
Хлоридни јон Cl^- се спаја са катјоном 1 некон чега се формирају 2 и 3.

Стереоселективност реакције тј. с које стране ће хлоридни јон напасти молекул зависи од типа алкена и услова реакције. Који од два атома угљеника ће бити нападнут од стране H+ је одређено на основу Марковниковљевог правила. Због тога H+ напада атом угљеника на коме се налази мање супституената и зато ће се формирати стабилнији карбокатјон.

Флуороводоник HF и јодоводоник HJ ће реаговати са алкенима на сличан начин, и добиће се производи по Марковниковљевом правилу. Бромоводоник HBr такође има исти пут реакције али се може добити смјеша изомера.

Хидратација[уреди | уреди извор]

Једна од комплекснијих реакција хидратације користи сумпорну киселину као катализатор. Реакција се одвија на сличан начин као реакција адиције али има још један додатни корак у коме се OSO₃H група замијени са OH хрупом, при чему се формира алкохол:

C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH

Као што се може видјети H₂SO₄ узима удјела у укупној реакцији међутим остаје непромијењен и зато представља катализатор. Реакција са детаљним механизмом изгледа овако:

Молекул H-OSO₃H има δ+ наелектрисање на почетном H атому и она реагује са двоструком везом на исти начин као и прије.
Преостали негативно наелектрисани јон ⁻OSO₃H се онда спаја са карбокатјоном формирајући етил-хидрогенсулфат (горњи пут на приказаној слици).
Када се дода вода и смјеша загријева добије се етанол. Атом водоника из воде служи да замијени изгубљени атом водоника из сумпорне киселине и поново се ствара сумпорна киселина. Могућ је и други пут у којем се молекул воде спаја директно са интермдијерним катјоном. Овај пут постаје доминантан када се користи водени раствор сумпорне киселине.

Крајњи резултат реакције је да се молекулу етена дода молекул воде.

Ова реакција је важна у индустрији пошто се добија етанол који се може користити за горива или полазне супстанце за добијање других супстанци.

Скала електрофилности[уреди | уреди извор]

Индекс електрофилности
Флуор	3.86
Хлор	3.67
Бром	3.40
Јод	3.09
Хипохлорит	2.52
Сумпор диоксид	2.01
Угљеник дисулфид	1.64
Бензен	1.45
Натријум	0.88

Постоји неколико начина како би се електрофили рангирали према својој реактивности и један од њих је дат као индекс електрофилности ω:

\omega ={\frac {\chi ^{2}}{2\eta }}\,

гдје $\chi \,$ представља електронегативност а $\eta \,$ хемијску чврстоћу. Нађена је веза између електрофилности разних хемијских једињења и брзина реакција у биохемијским системима.

Електрофилни индекс такође постоји и за слободне радикале. Јаки електрофилни радикали као што су халогени реагују на мјестима у молекулу која су богата електронима, а јаки нуклеофилни радикали реагују са дијеловима који су сиромашни електронима.

Суперелектрофили[уреди | уреди извор]

Суперелектрофили су дефинисани као катјонски електрофилни реагенси који имају знатно повећану реактивност у присуству суперкиселина.^[1] Суперелектрофили формирају дупло електрон-недостајући суперелектрофил прото-солватацијом катјонског електрофила. Мјешавина сирћетне киселине и бор-трифлуорида има способност уклањања хидридног јона из изобутана када се помијеша са флуороводоничном киселином, тако што се формира суперкиселина из BF₃ и HF. Одговарајући реактивни интермедијер је дикатјон CH₃CO₂H₃. Метан може бити нитрован у нитрометан са нитронијум тетрафлуорборатом NO⁺₄BF⁻₄ у присуству јаке киселине као што је флуоросулфонска киселина.

У гитоничним суперелектрофилина наелектрисани центри су раздвојени са не више од једног атома, на примјер протонитронијум јон O=N⁺=O⁺—H (протонисани нитронијум јон). А у дистоничним суперелектрофилима центри наелектрисања су раздвојени са два или више атома.^[2]

Литература[уреди | уреди извор]

^ Георге А. Олах; Алаин Гермаин; Хенрy C. Лин; Давид А. Форсyтх (1975). „Елецтропхилиц реацтионс ат сингле бондс. XVIII. Индицатион оф протосолватед де фацто субститутинг агентс ин тхе реацтионс оф алканес wитх ацетyлиум анд нитрониум ионс ин суперацидиц медиа”. Ј. Ам. Цхем. Соц. 97 (10): 2928—2929. дои:10.1021/ја00843а067.
^ Киран Кумар Солингапурам Саи; Тхомас M. Гилберт & Доуглас А. Клумпп (2007). „Кнорр Цyцлизатионс анд Дистониц Суперелецтропхилес”. Ј. Орг. Цхем. 72: 9761—9764. дои:10.1021/јо7013092.

[1] Георге А. Олах; Алаин Гермаин; Хенрy C. Лин; Давид А. Форсyтх (1975). „Елецтропхилиц реацтионс ат сингле бондс. XVIII. Индицатион оф протосолватед де фацто субститутинг агентс ин тхе реацтионс оф алканес wитх ацетyлиум анд нитрониум ионс ин суперацидиц медиа”. Ј. Ам. Цхем. Соц. 97 (10): 2928—2929. дои:10.1021/ја00843а067.

[2] Киран Кумар Солингапурам Саи; Тхомас M. Гилберт & Доуглас А. Клумпп (2007). „Кнорр Цyцлизатионс анд Дистониц Суперелецтропхилес”. Ј. Орг. Цхем. 72: 9761—9764. дои:10.1021/јо7013092.

[1]

[2]