Введение
Химический вид, который принимает электронную пару от нуклеофила. В химии электрофил – это химический вид, образующий связи с нуклеофилами путем принятия электронной пары. Поскольку электрофилы принимают электроны, они являются кислотами Льюиса. Большинство электрофилов несут положительный заряд, имеют атом с частичным положительным зарядом или атом, у которого не хватает октета электронов. Электрофилы вступают во взаимодействие с нуклеофилами главным образом в реакциях присоединения и замещения. К часто встречающимся электрофилам в органическом синтезе относятся катионы, такие как H+ и NO+, поляризованные нейтральные молекулы, такие как HCl, алкилгалогениды, ацилгалогениды и карбонильные соединения, поляризуемые нейтральные молекулы, такие как Cl2 и Br2, окислители, такие как органические пероксикислоты, химические виды, не удовлетворяющие правилу октета, такие как карбены и радикалы, а также некоторые кислоты Льюиса, такие как BH3 и DIBAL.
In chemistry, an electrophile is a chemical species that forms bonds with nucleophiles by accepting an electron pair. Because electrophiles accept electrons, they are Lewis acids. Most electrophiles are positively charged, have an atom that carries a partial positive charge, or have an atom that does not have an octet of electrons. Electrophiles mainly interact with nucleophiles through addition and substitution reactions. Frequently seen electrophiles in organic syntheses include cations such as H+ and NO+, polarized neutral molecules such as HCl, alkyl halides, acyl halides, and carbonyl compounds, polarizable neutral molecules such as Cl2 and Br2, oxidizing agents such as organic peracids, chemical species that do not satisfy the octet rule such as carbenes and radicals, and some Lewis acids such as BH3 and DIBAL.
Добавление галоидов водорода
Галиды водорода, такие как хлорид водорода (HCl), присоединяются к алкенам с образованием алкилгалогенидов в реакции гидрогалогенирования. Например, реакция HCl с этиленом приводит к образованию хлорэтана. Реакция протекает через катионный интермедиат, что отличается от вышеописанного присоединения галогена. Пример приведен ниже: Протон (H+) присоединяется (выступая в роли электрофила) к одному из атомов углерода алкена, образуя катион 1. Ион хлорида (Cl−) соединяется с катионом 1, формируя аддукты 2 и 3. Таким образом, стереоселективность продукта, то есть, с какой стороны атакует Cl−, зависит от типа используемых алкенов и условий реакции. По крайней мере, какой из двух атомов углерода будет атакован H+, обычно определяется правилом Марковникова. Таким образом, H+ атакует атом углерода, несущий меньше заместителей, чтобы образовался более стабильный карбокатион (с более стабилизирующими заместителями). Это еще один пример механизма AdE2. Фторид водорода (HF) и йодид водорода (HI) реагируют с алкенами аналогичным образом, образуя продукты типа Марковникова. Бромид водорода (HBr) также идет по этому пути, но иногда конкурирует радикальный процесс, и может образовываться смесь изомеров. Хотя в вводных учебниках об этой альтернативе редко упоминается, механизм AdE2 обычно конкурирует с механизмом AdE3 (описанным более подробно для алкинов ниже), в котором перенос протона и нуклеофильное присоединение происходят согласованно. Степень вклада каждого пути зависит от нескольких факторов, таких как природа растворителя (например, полярность), нуклеофильность иона галогенида, стабильность карбокатиона и стерические эффекты. В качестве кратких примеров, образование стерически незагруженного, стабилизированного карбокатиона благоприятствует пути AdE2, в то время как более нуклеофильный ион брома в большей степени благоприятствует пути AdE3 по сравнению с реакциями с участием иона хлора. В подтверждение предложенной ассоциации алкина с HCl, кристалографически охарактеризован Т-образный комплекс алкина и HCl. Напротив, фенилпропин реагирует по механизму AdE2ip ("присоединение, электрофильное, второй порядок, ионная пара") с образованием преимущественно син-продукта (~10:1 син:анти). В этом случае промежуточный винилкатион образуется при присоединении HCl, поскольку он стабилизирован фенильной группой. Тем не менее, время жизни этого высокоэнергетического соединения коротко, и образовавшаяся пара ионов винилкатиона и хлорид-аниона немедленно распадается, прежде чем у иона хлорида появится возможность покинуть сольватную оболочку, образуя винилхлорид. Близость аниона к стороне винилкатиона, к которой был присоединен протон, используется для объяснения наблюдаемого преобладания син-присоединения.
Proton (H+) adds (by working as an electrophile) to one of the carbon atoms on the alkene to form cation 1. Chloride ion (Cl−) combines with the cation 1 to form the adducts 2 and 3. In this manner, the stereoselectivity of the product, that is, from which side Cl− will attack relies on the types of alkenes applied and conditions of the reaction. At least, which of the two carbon atoms will be attacked by H+ is usually decided by Markovnikov's rule. Thus, H+ attacks the carbon atom that carries fewer substituents so as the more stabilized carbocation (with the more stabilizing substituents) will form. This is another example of an AdE2 mechanism. Hydrogen fluoride (HF) and hydrogen iodide (HI) react with alkenes in a similar manner, and Markovnikov type products will be given. Hydrogen bromide (HBr) also takes this pathway, but sometimes a radical process competes and a mixture of isomers may form. Although introductory textbooks seldom mentions this alternative, the AdE2 mechanism is generally competitive with the AdE3 mechanism (described in more detail for alkynes, below), in which transfer of the proton and nucleophilic addition occur in a concerted manner. The extent to which each pathway contributes depends on the several factors like the nature of the solvent (e. g., polarity), nucleophilicity of the halide ion, stability of the carbocation, and steric effects. As brief examples, the formation of a sterically unencumbered, stabilized carbocation favors the AdE2 pathway, while a more nucleophilic bromide ion favors the AdE3 pathway to a greater extent compared to reactions involving the chloride ion. In support of the proposed alkyne HCl association, a T shaped complex of an alkyne and HCl has been characterized crystallographically. In contrast, phenylpropyne reacts by the AdE2ip ("addition, electrophilic, second order, ion pair") mechanism to give predominantly the syn product (~10:1 syn:anti). In this case, the intermediate vinyl cation is formed by addition of HCl because it is resonance stabilized by the phenyl group. Nevertheless, the lifetime of this high energy species is short, and the resulting vinyl cation chloride anion ion pair immediately collapses, before the chloride ion has a chance to leave the solvent shell, to give the vinyl chloride. The proximity of the anion to the side of the vinyl cation where the proton was added is used to rationalize the observed predominance of syn addition.
Хиральные производные
Многие электрофилы являются хиральными и оптически стабильными. Как правило, хиральные электрофилы также оптически чистые. Одним из таких реагентов является органокатализатор, полученный из фруктозы, используемый в эпоксидации Ши. Этот катализатор способен осуществлять высокоэнантиоселективное эпоксидирование транс-ди- и тризамещенных алкенов. Катализатор Ши, являясь кетоном, окисляется стехиометрическим количеством оксона до активной формы диоксирана перед началом каталитического цикла. Оксазиридины, такие как хиральные N-сульфонилоксазиридины, обеспечивают энантиоселективное α-окисление кетонов на пути к AB-фрагментам различных природных соединений, включая γ-родомицион и α-цитромицинон. Полимерно-связанные хиральные электрофилы селена проводят асимметричные реакции селенирования. Реагентами являются арилселеннилбромиды, которые первоначально были разработаны для реакций в растворе, а затем модифицированы для присоединения к твердой фазе через арилокси-группу. Реагенты, закрепленные на твердой фазе, применялись для селенирования различных алкенов с хорошей энантиоселективностью. Продукты могут быть отщеплены от твердого носителя с использованием органостангидридных восстановителей. Реагенты, закрепленные на твердой фазе, обладают преимуществами перед реакциями в растворе благодаря простоте выделения и очистки.
Суперэлектрофилы
Суперелектрофилы определяются как катионные электрофильные реагенты с значительно повышенной реакционной способностью в присутствии суперкислот. Эти соединения были впервые описаны Джорджем А. Олахом. Суперелектрофилы образуются путем протонирования катионного электрофила, приводящего к образованию двойного электрон-дефицитного суперелектрофила. Как заметил Ола, смесь уксусной кислоты и трифторида бора способна отщеплять гидрид-ион от изобутана при взаимодействии с фтористоводородной кислотой, образуя суперкислоту из BF3 и HF. Ответственным реакционноспособным интермедиатом является дикатион [CH3CO2H3]2+. Аналогично, метан может быть нитрован до нитрометана тетрафторборатом нитрония (NOBF) только в присутствии сильной кислоты, такой как фторсерная кислота, посредством протонированного дикатиона нитрония. В гитонических суперелектрофилах заряженные центры разделены не более чем одним атомом, например, протонированный ион нитрония O=N+=O+—H. А в дистонических суперелектрофилах они разделены двумя или более атомами, например, в фторирующем реагенте F TEDA BF4.