Elektrofil

Az elektrofilek általában pozitívan töltött részecskék, melyek az elektronban gazdag centrumokhoz vonzódnak. A kémiában az elektrofil (szó szerint elektronkedvelő) olyan elektronokhoz vonzódó reagens, amely a kémiai reakcióban egy nukleofillel egy elektronpár befogadása révén kötést létesít. Mivel az elektrofilek elektront vesznek fel, ezért Lewis-savak (lásd sav-bázis elméletek). A legtöbb elektrofil vagy pozitív töltésű részecske, vagy parciális pozitív töltésű atom található benne, esetleg elektronhiányos atommal rendelkezik (melynek nincs elektronoktettje).

Az elektrofileket a nukleofilek elektronban leggazdagabb része támadja meg. Szerves kémiai szintézisekben gyakran előforduló elektrofilek a kationok, például H+ és NO+, poláris semleges molekulák, mint a HCl, alkil-halogenidek, savhalogenidek és karbonilvegyületek, polarizálható semleges molekulák, mint a Cl2 és Br2, oxidálószerek, például szerves persavak, az oktett-szabálynak nem megfelelő részecskék, például karbének és gyökök, valamint egyes Lewis-savak, mint a és DIBAL.

Szerves kémia

Alkének

Az alkének három fő reakciója közül az egyik az elektrofil addíció.

  • a hidrogénezés során a kettős kötésre hidrogén addícionál
  • elektrofil addíció halogének és kénsav részvételével
  • hidratálással alkoholok keletkeznek

Halogénaddíció

Ezek alkének és elektrofilek, többnyire halogének között játszódnak le (halogén addíciós reakció). A jellemző reakciók közé tartozik a brómos vízzel történő titrálás, mellyel meghatározható a kettős kötések száma. Például az etén és bróm reakciójában 1,2-dibrómetán keletkezik:

C2H4 + Br2 → BrCH2CH2Br

A reakció az alábbi három fő lépésben játszódik le: [1]

Electrophilic addition of Br2.png
  1. π-komplex keletkezése
    Az elektrofil Br–Br molekula az elektronban gazdag alkénnel az 1 pi-komplexet hozza létre
  2. Háromtagú bromóniumion keletkezése
    Az alkén elektrondonorként, a bróm elektrofilként szerepel. Két szénatom és egy brómatom létrehozza a háromtagú 2 bromóniumiont, miközben egy Br távozik.
  3. A bromidion támadása
    A bromóniumion a Br hátoldali támadása hatására felnyílik, így antiperiplanáris konfigurációjú vicinális dibromid keletkezik. Ha a rendszerben más nukleofil, például víz vagy alkohol is jelen van, akkor ezek is megtámadhatják a 2 iont, ilyenkor alkohol vagy éter is keletkezik.

A fenti folyamat neve AdE2 (bimolekulás elektrofil addíció) mechanizmus. A jód (I2), klór (Cl2), szulfenilion (RS+), higany kation (Hg2+) és diklórkarbén (:CCl2) is hasonló mechanizmus szerint reagál. Az 1 közvetlenül 3-má történő átalakulása is megjelenik, ha a reakcióközegben kellően nagy a Br felesleg. A 3 helyett túlnyomórészt béta-bróm karbéniumion köztitermék keletkezik, ha az alkénen kationstabilizáló szubsztituensek, például fenilcsoport található. A 2 bromóniumion izolálásának példája is ismert. [2]

Hidrogén-halogenidek addíciója

A hidrogén-halogenidek, például a hidrogén-klorid (HCl) hidrohalogénezési reakcióban az alkénekre addícionálnak, melynek során alkil-halogenid keletkezik. A HCl és etilén reakciója klóretánt szolgáltat. A reakció egy – a fenti halogénaddíciós példában szereplőtől különböző – kationos köztiterméken keresztül játszódik le.

Electrophilic addition of HCl.png
  1. A proton (H+) (mint elektrofil) az 1 kation keletkezése közben az alkén egyik szénatomjára addícionál
  2. A kloridion (Cl) az 1 kationnal egyesülve létrehozza a 2 és 3 terméket

Így a termék sztereoszelektivitása – azaz, hogy a Cl melyik oldalról fog támadni – az alkén típusától és a reakciókörülményektől függ. Azt, hogy a két szénatom közül melyikre támad a H+, többnyire a Markovnyikov-szabály határozza meg. Ezért a H+ azt a szénatomot támadja, amelyiken kevesebb szubsztituens található, így a stabilabb (több stabilizáló szubsztituenssel rendelkező) karbokation fog keletkezni.

A folyamat neve A-SE2 mechanizmus. A hidrogén-fluorid (HF) és a hidrogén-jodid (HI) is hasonlóan reagál az alkénekkel, és Markivnyikov-termék keletkezik. A hidrogén-bromid (HBr) is ezen az úton reagál, de esetenként egy versengő gyökös reakció is előfordulhat, ilyenkor a termék izomerek keveréke lesz.

Hidratálás

Az egyik összetettebb hidratálási reakció kénsav katalizátor mellett játszódik le. A reakció az addícióhoz hasonlóan játszódik le, de van benne egy plusz lépés, amelyben az OSO3H csoport OH csoportra cserélődik ki, így termékként alkohol keletkezik:

C2H4 + H2O → C2H5OH

Amint látható, a H2SO4 részt vesz a reakcióban, de annak során nem változik meg, ezért katalizátornak tekinthető.

A reakció részletesebben így néz ki:

Electrophilic reaction of sulfuric acid with ethene.png
  1. A H−OSO3H molekula H atomján parciális pozitív töltés található. Ez a kettős kötéshez vonzza a H+, amely a fentivel egyező módon reagál is az alkénnel.
  2. A hátramaradt (negatív töltésű) OSO3H ion a karbokationhoz kapcsolódik: etil-hidrogénszulfát keletkezik (a fenti reakciósémán a felső sor).
  3. Víz (H2O) hozzáadásával, melegítés hatására etanol (C2H5OH) keletkezik. A víz „szabad” hidrogénatomja „helyettesíti” a kénsav „elvesztett” hidrogénjét, így visszakapjuk a kénsavat. Másik reakcióút is elképzelhető, melynek során a vízmolekula közvetlenül kapcsolódik a karbokation köztitermékhez (alsó sor). Ha kénsav vizes oldatát használják, ez az út válik meghatározóvá.

Mindent összevetve a folyamat során az eténre egy vízmolekula addícionál.

Ez a reakció ipari szempontból jelentős, mivel etanolt termel, mely üzemanyagként és más vegyületek kiindulási anyagaként használható fel.

Más nyelveken
English: Electrophile
bosanski: Elektrofil
català: Electròfil
čeština: Elektrofil
Cymraeg: Electroffil
Deutsch: Elektrophilie
español: Electrófilo
français: Électrophile
Gaeilge: Leictrifíl
galego: Electrófilo
עברית: אלקטרופיל
Bahasa Indonesia: Elektrofil
italiano: Elettrofilo
日本語: 求電子剤
한국어: 친전자체
Nederlands: Elektrofiel
polski: Elektrofil
português: Eletrófilo
română: Electrofil
русский: Электрофил
srpskohrvatski / српскохрватски: Elektrofil
Simple English: Electrophile
slovenčina: Elektrofil
српски / srpski: Elektrofil
svenska: Elektrofil
Türkçe: Elektrofil
中文: 亲电体