Nucleophile

Οι όροι πυρηνόφιλο και ηλεκτρόφιλο εισήχθησαν από τον Christopher Kelk Ingold το 1929, αντικαθιστώντας τους όρους κατιοειδές και ανιοειδές που είχαν προταθεί νωρίτερα από τον A. J. Lapworth το 1925.

Η λέξη πυρηνόφιλος προέρχεται από το nucleus και την ελληνική λέξη φιλος, philos για την αγάπη.

Γενικά, εντός μιας σειράς του περιοδικού πίνακα, όσο πιο βασικό είναι το ιόν (όσο υψηλότερη είναι η pK_a του συζυγούς οξέος) τόσο πιο δραστικό είναι ως πυρηνόφιλο. Σε μια δεδομένη ομάδα, η πολωσιμότητα είναι πιο σημαντική για τον προσδιορισμό της πυρηνόφιλης δράσης. Με άλλα λόγια, όσο πιο εύκολα παραμορφώνεται το ηλεκτρονιακό νέφος γύρω από ένα άτομο ή μόριο, τόσο πιο εύκολα θα αντιδράσει. Για παράδειγμα, το ιόν ιωδίου (I⁻) είναι πιο πυρηνόφιλο από το ιόν φθορίου (F⁻).

Παραδείγματα πυρηνόφιλων είναι τα ανιόντα όπως το Cl⁻ ή μια ένωση με μοναχικό ζεύγος ηλεκτρονίων όπως η NH₃ (αμμωνία).

Στο παρακάτω παράδειγμα, το οξυγόνο του ιόντος υδροξειδίου δίνει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων για να συνδεθεί με τον άνθρακα στο άκρο του μορίου του βρωμοπροπανίου. Στη συνέχεια, ο δεσμός μεταξύ του άνθρακα και του βρωμίου υφίσταται ετερολυτική σχάση, με το άτομο του βρωμίου να λαμβάνει το ηλεκτρόνιο που του δόθηκε και να μετατρέπεται σε ιόν βρωμιούχου (Br⁻). Αυτή είναι μια αντίδραση _NS2 που λαμβάνει χώρα με επίθεση από την πίσω πλευρά. Αυτό σημαίνει ότι το ιόν υδροξειδίου επιτίθεται στο άτομο άνθρακα από την άλλη πλευρά, ακριβώς απέναντι από το ιόν βρωμίου. Εξαιτίας αυτής της οπισθοστρεφούς επίθεσης, οι αντιδράσεις _NS2 οδηγούν σε αντιστροφή της διαμόρφωσης του ηλεκτροφίλου. Εάν το ηλεκτρόφιλο είναι χειρικό, συνήθως διατηρεί τη χειρικότητά του, αν και η διαμόρφωση του προϊόντος _NS2 αντιστρέφεται σε σύγκριση με εκείνη του αρχικού ηλεκτρόφιλου (αναστροφή Walden).

Ένα αμφίσημο πυρηνόφιλο είναι ένα πυρηνόφιλο που μπορεί να επιτεθεί από δύο ή περισσότερα σημεία, με αποτέλεσμα δύο ή περισσότερα προϊόντα. Για παράδειγμα, το θειοκυανικό ιόν (SCN⁻) μπορεί να επιτεθεί είτε από το S είτε από το N. Για το λόγο αυτό, η αντίδραση _NS2 ενός αλκυλαλογονιδίου με SCN οδηγεί ⁻συχνά σε ένα μείγμα RSCN (ένα θειοκυανικό αλκύλιο) και RNCS (ένα ισοθειοκυανικό αλκύλιο). Παρόμοια μίγματα θα συμβούν στη σύνθεση νιτριλίου Kolbe.

Νουκλεόφιλα άνθρακα

Τα αλογονίδια αλκυλικών μετάλλων είναι πυρηνόφιλα άνθρακα που απαντώνται στην αντίδραση Grignard, στην αντίδραση Blaise, στην αντίδραση Reformatsky και στην αντίδραση Barbier, σε οργανολιθικά αντιδραστήρια και σε ανιόντα ενός τελικού αλκυνίου.

Οι ενόλες είναι επίσης πυρηνόφιλα του άνθρακα. Ο σχηματισμός μιας ενόλης καταλύεται από οξύ ή βάση. Οι ενόλες είναι αμφίδρομα πυρηνόφιλα, αλλά, γενικά, πυρηνόφιλα στο άτομο άνθρακα δίπλα στους άνθρακες με διπλό δεσμό (άτομο άνθρακα άλφα). Οι ενόλες χρησιμοποιούνται συνήθως σε αντιδράσεις συμπύκνωσης, συμπεριλαμβανομένων των αντιδράσεων συμπύκνωσης Claisen και συμπύκνωσης αλδόλης.

Νουκλεόφιλα οξυγόνου

Παραδείγματα πυρηνόφιλων οξυγόνου είναι το νερό (₂HO), το ανιόν υδροξειδίου, οι αλκοόλες, τα ανιόντα αλκοξειδίου, το υπεροξείδιο του υδρογόνου και τα καρβοξυλικά ανιόντα.

Νουκλεόφιλα θείου

Από τα πυρηνόφιλα του θείου, χρησιμοποιούνται συχνότερα το υδρόθειο και τα άλατά του, οι θειόλες (RSH), τα θειολικά ανιόντα (RS⁻), τα ανιόντα των θειοκαρβοξυλικών οξέων (RC(O)-S⁻) και τα ανιόντα των διθειοκαρβονικών (RO-C(S)-S⁻) και των διθειοκαρβαμικών (₂RN-C(S)-S⁻).

Γενικά, το θείο είναι πολύ πυρηνόφιλο λόγω του μεγάλου μεγέθους του, το οποίο το καθιστά εύκολα πολώσιμο, και τα μοναχικά ζεύγη ηλεκτρονίων του είναι εύκολα προσβάσιμα.

Νουκλεόφιλα αζώτου

Τα πυρηνόφιλα αζώτου περιλαμβάνουν την αμμωνία, το αζίδιο, τις αμίνες και τα νιτρώδη.

• Ηλεκτρόφιλο
• Βάση Lewis