Определяне на нуклеофилни и електрофилни центрове

Нуклеофилите и електрофилите са изключително важни при механизмите в органичната химия. Първо да разгледаме един нуклеофил. Думата нуклеофил означава обичащ ядрото (нуклеос) и тъй като ядрото е положително заредено, можеш да разглеждаш нуклеофила като отрицателно зареден, защото противоположните заряди се привличат. Значи един нуклеофил може да има пълен отрицателен заряд, който ще се привлича от положителният заряд на ядра или може да има частичен отрицателен заряд. Или можеш да разглеждаш нуклеофила като имащ част с повишена електронна плътност. Да разгледаме някои примери за нуклеофили. Да започнем първо с еткосидния анион. Етоксидният анион има кислород с пълен отрицателен заряд, така че очевидно той е нуклеофилът, а а кислородът е нуклеофилният център на етоксида. Сега да видим етанола. При етанола няма пълен отрицателен заряд, но ние знаем, че кислородът е по-електроотрицателен от водорода, затова кислородът ще притегли електроните от тази връзка към себе си, което ще създаде частичен отрицателен заряд, така че този кислород е нуклеофилният център на етанола. Сега този етоксиден анион е по-добър нуклеофил от етанола, защото той има пълен отрицателен заряд при кислорода, за разлика от тук, където е частично отрицателен. Сега да разгледаме метиллития. Да помислим за разликата в електроотрицателността между въглерода и лития. Въглеродът е по-електроотрицателен от лития, така че двата електрона от тази връзка се привличат по-близо до въглерода, което придава на въглерода частичен отрицателен заряд, значи този въглерод е нуклеофилният център при метиллития. Тъй като литият загубва част от електронната си плътност, можем да запишем частичен положителен заряд при лития, и тук съм го направил като ковалентна връзка, но всъщност мога да го покажа и като йонна връзка. Разликата в електроотрицателността е толкова голяма, че мога да покажа тези два електрона и двата при въглерода, и нека да сложа тук и водородните атоми. Тъй като въглеродът е по-електроотрицателен от лития, мога да взема тези цикламени електрони и да ги сложа и двата при въглерода, което ще придаде на въглерода –1 отрицателен формален заряд, така че този въглерод има отрицателен формален заряд –1 и той е нуклеофилният център. Той привлича един от електроните от лития, който получава положителен формален заряд 1+, така че това можем да покажем като йонна връзка, тук има малко по-ковалентен характер, но това представяне е удобно, защото това се нарича карбанион, ще го запиша тук, значи това е карбанион, което означава просто отрицателен заряд при въглерода, като карбанионите са отлични нуклеофили. Накрая да видим циклохексана, за който знаем, че има пи-връзка. Ще покажа пи-връзката тук, пи-връзките са области с висока електронна плътност, така че тази пи-връзка действа като нуклеофил в органичните реакции. Сега да разгледаме електрофилите. Електрофилът обича електроните, а понеже електроните са отрицателно заредени, можем да разглеждаме електрофила като притежаващ област с висока електронна плътност, където може да има пълен положителен заряд, защото положителният заряд ще бъде привлечен от електрони, или може да бъде частичен положителен заряд. Първо да видим това съединение. Знаем, че хлорът е по-електроотрицателен от въглерода. Значи хлорът ще привлече част от електронната плътност и ако хлорът привлече електронна плътност от този въглерод, този въглерод ще стане частично положителен. Значи този въглерод е електрофилният център на това съединение. Сега да видим ацетона. Кислородът е по-електроотрицателен от въглерода, така че кислородът ще привлече електронна плътност от този въглерод и този въглерод ще стане частично положителен, така че той е електрофилният център на съединението. Сега да разгледаме един карбокатион, където има пълен положителен заряд при този въглерод, така че този въглерод има само три връзки, заради което има пълен положителен заряд. Пълният положителен заряд обича електроните. Противоположните заряди се привличат, така че този въглерод е електрофилната част на този йон. Накрая да разгледаме това съединение. Знаем, че кислородът е по-електроотрицателен от въглерода, така че кислородът привлича електронна плътност от този въглерод, даже мога да покажа резонансната структура тук, затова ще взема тези пи-електрони и ще ги преместя при кислорода, ще нарисувам резонансната структура, така че поставям двойната връзка. Сега показвам тези пи-електрони, които се преместват при кислорода, имаме три несподелени електронни двойки при този кислород горе, което му дава орицателен заряд –1. Взимам една връзка от този въглерод в цикламено, което е този въглерод, който получава формален заряд +1, така че това е едната от възможните резонансни структури, и знаем, че въглеродът в цикламено е електрофилен център; но можем да начертаем и друга резонансна структура, нека да го направя, поставям тук скоби. Мога да взема тези пи-електрони, всъщност ще ги покажа ето тук, тези пи-електрони ги премествам ето тук, така че ще направя получената резонансна структура. Сега ще имам двойна връзка тук, кислороден атом с формален заряд –1, поставям го тук, поставям и водорода, поставям скобите, и премахвам връзката, премествам връзката... ще използвам синьо за това... от този въглерод на този въглерод и сега този въглерод има формален заряд +1, значи синият въглерод е този тук, записвам формален заряд +1, значи е електрофилен също, пълният положителен заряд ще се привлича от отрицателен заряд, така че това съединение тук има всъщност два електрофилни центъра, този въглерод тук и този въглерод тук.