「求核剤」という用語は、求電子剤との化学結合を確立するために、電子対を求電子剤に伝達する化合物を指します。自由電子対または 2 つの電子を運ぶ pi 結合を持つ任意のイオンまたは分子は、求核試薬として機能できます。以前に認められたように、求核剤は電子対を提供する能力を持つ電子豊富な種です。それらはルイス塩基です。 「求核剤」という用語は、nucleus と philos の 2 つの部分で構成されています。Philos 「愛」を意味するギリシャ語です。その結果、求核剤は核を愛する種として知られています。これらの求核試薬は、正電荷または中性電荷を持っている可能性があります。
求核試薬に関連する用語:
- 正に荷電した核に対する種の親和性は、その求核性によって定義されます。
- 求核性は、さまざまな求核剤の求核特性を評価するために使用される言葉です。
- 求核置換は、電子が豊富な求核剤が分子内の正に帯電した (または部分的に正に帯電した) 原子を選択的に攻撃し、正に帯電した種と結合して脱離基を切り替える方法です。
求核剤の種類:
求核剤にはさまざまな種類があります。次の種は一般的に優れた求核剤であることがわかっています:
- ハロゲン – ハロゲンの二原子形態には求核特性がありません。一方、これらのハロゲンのアニオン型は強力な求核剤です。たとえば、極性のプロトン性溶媒では、二原子ヨウ素 (I2) は求核試薬として機能しませんが、I– は最大の求核試薬です。
- カーボン – 多くの有機金属化合物やエノールでは、炭素は求核試薬として振る舞います。グリニャール試薬、有機リチウム試薬、n-ブチルリチウムは、炭素が求核剤として作用する化合物の例です。
- 酸素 – 水酸化物イオンは、酸素原子が電子対を供与する求核試薬の優れた例です。アルコールと過酸化水素は、さらに 2 つの例です。酸素と水素を含む多くの化合物で発生する分子間水素結合中に、求核攻撃が発生しないことは注目に値します。
- 硫黄 – 硫黄は、その巨大なサイズ、分極の比較的容易さ、および簡単にアクセスできる孤立電子対のために、いくつかの求核特性を持っています。 H2S (硫化水素) は、硫黄含有求核試薬の優れた例です。
- 窒素 – 窒素は、他の求核試薬の中でも、アミン、アジド、アンモニア、窒化物を生成することが知られています。アミドでさえ、求核特性を持つことが示されています。
上記の種とは別に、イオンが周期表の行を移動するにつれて塩基性が高くなるにつれて、求核反応性が増加することがわかります.
周囲の求核剤:
アンビデント求核剤は、分子 (またはイオン) 内の 2 つ以上の別々の場所から求核攻撃を実行できる求核剤です。この種の求核剤攻撃は、さまざまな製品の製造において繰り返し発生します。
化学式SCN-のチオシアン酸イオンは、周囲求核剤の場合です。このイオンは、求核攻撃で硫黄原子または窒素原子のいずれかを狙うことができます。化学式R-NCSのアルキルイソチオシアネートと化学式R-SCNのアルキルチオシアネートの混合物の生成は、このイオンが関与するハロゲン化アルキルの求核置換反応では一般的である.
その結果、周囲求核剤は共鳴効果により、イオンの負電荷が 2 つの異なる原子間で非局在化しているアニオン性求核試薬。エノラート イオンは、一般的にこの特性を持っていることがわかっています。アンビエント求核試薬の共鳴構造は、下の図に示されています。
求核置換反応:
求核置換反応は、ある求核試薬が有機プロセスで別の求核試薬に置き換わるものです。これは、化学における従来の置換反応と非常によく似ており、塩溶液中の反応性の低い元素が反応性の高い元素に置き換わります。 「脱離基」は置換が起こる分子であり、「基質」は電子対が炭素から移動する分子です。離脱グループは、離脱時に中性分子または負イオンです。
求核剤の求核性は、求核置換反応におけるその反応性または強度です。より強い求核剤は、求核置換プロセスでその成分からより弱い求核剤を切り替えます。ほぼ次のように説明できます:
R-L+Nu- →R-Nu+L-、こちら:
- R はアルキル基です
- L は求核性が低い脱離基です
- Nu はより強い求核剤です
例として次の反応を考えてみましょう-
CH3-Br + OH- → CH3-OH + Br-</P>
求核性:
これは、孤立電子対を正の中心に関連付ける求核剤の能力として定義されます。これは、基質に対する求核試薬の攻撃速度 (R – L) を指す動的な言葉です。次の理由は、いくつかの求核試薬の求核性を比較するために使用できます。
求核置換のメカニズム:
求核置換プロセスのペースは、求核剤と脱離能力だけでなく、反応メカニズムによっても決まります。求核置換反応については、2 つのメカニズムが仮定されています。
SN 2 メカニズム:
この反応は、置換求核二分子メカニズムと呼ばれます。これは二次速度論によって支配されており、SN2 メカニズムを含むプロセスの速度法則は次のとおりです。フォームの SN2 反応の場合
R-L+Nu- → R-Nu+L-
r=k[R-L][Nu-]
速度法則によると、SN2 反応の速度は、基質と求核剤の濃度の両方に依存します。その結果、反応速度は、求核剤の求核性と脱離基の脱離能力の両方によって増加します。
これは、仲介者が 1 人しかいないワンステップ方式です。反発を防ぐために、到着した求核剤の裏側 (L の) 攻撃によって継続し、炭素 - Nu と炭素 X の間の 2 つの点線でマークされた中間体につながります。中間の 2 つの点線で示されているように、C – X 結合が切断され、同時に C – Nu 結合が生成されます。最後に、C–X 結合は完全に打ち砕かれ、C–Nu 結合が完全に作成されます。
SN 1 メカニズム:
このプロセスは、単分子求核置換として知られています。 R – X を基質とし、Nu- を求核試薬として入力する SN1 プロセスの速度法則は次のとおりです。
r =k[R – X]
前の式から、SN1 メカニズムの速度は基質濃度によってのみ決定され、侵入する求核試薬の濃度には影響されないことがわかります。間接的に、速度は脱離基の脱離能力によって決定されますが、接近する求核試薬の求核性には影響されません。
求電子剤:
求電子剤は、電子に対して親和性を持つ正に帯電した、または中性の種です。それらはルイス酸としても知られています。
結論:
求核剤は、陽子を好む種です。それらは、SN1およびSN2である置換反応を受けます。反応速度は反応分子の濃度のみに依存するため、SN1 は単分子です。反応速度は基質の濃度と攻撃する求核剤に依存するため、SN2 は二分子です。
求電子剤は電子を好む種であり、求電子置換を受けます。
