Nucleofilo
Quando una sostanza si definisce nucleofila?
Per nucleofilia (o nucleofilicità) si intende la capacità di un reagente di rendere disponibili i propri elettroni in una reazione con un elettrofilo.
In altre parole, i reagenti che cercano elettroni vengono definiti elettrofili, mentre i reagenti elettron-donatori vengono definiti nucleofili.
In generale, più un nucleofilo è forte, più veloce sarà la sostituzione del gruppo uscente (Lg = leaving group) in una reazione di sostituzione nucleofila.
Schema di una reazione di sostituzione nucleofila.
Nucleofili: relazione tra nucleofilia a basicità
Poiché i nucleofili hanno una coppia non condivisa di elettroni, essi sono anche delle basi di Lewis.
Vi è però una netta differenza tra nucleofilicità e basicità. La basicità infatti riguarda la posizione dell'equilibrio fra un elettron-donatore e un acido, che di norma è il protone.
La nucleofilicità va intesa invece in termini di velocità di reazione di un nucleofilo su di un substrato (la parola substrato è un termine generale per indicare la molecola che si sottopone alla reazione in esame).
Scala di nucleofilicità
Di seguito viene riportata una scala approssimativa della nucleofilicità di alcuni reagenti:
Quando confrontiamo ioni e molecole dello stesso gruppo del sistema periodica troviamo che la reattività nucleofila aumenta all'aumentare del numero atomico, almeno in solventi come l'acqua e gli alcoli.
Così lo ione tiofenato (C6H5S−) è di norma un nucleofilo molto migliore del fenato (C6H5O−), mentre la sequenza di basicità è opposta.
Analogamente, per quel che riguarda gli ioni alogeno, si ha la seguente sequenza di potere nucleofilo; iodio (I−) > bromo (Br−) > cloro (Cl−) > fluoro (F−).
Queste sequenze possono essere razionalizzate dal fatto che le nuvole elettroniche esterne degli atomi più pesanti sono trattenute dal nucleo in maniera meno forte e quindi risentono maggiormente gli effetti di polarizzazione da parte dell'elettrofilo, distorcendosi meglio nello stato di transizione della reazione.
Influenza del solvente sulla nucleofilicità di un reagente
Il solvente modifica la reattività nucleofila in parecchi modi. Solventi capaci di dare legami a idrogeno tenderanno a disattivare la coppia di elettroni che porta l'attacco nucleofilo, mediante legami a idrogeno, e questo effetto è tanto più pronunciato quanto più basso è il numero atomico dell'atomo nucleofilo.
Tuttavia, se il nucleofilo è di tipo anionico, esso è sempre accompagnato dal catione e un solvente a buon potere ionizzante promuove la nucleofilicità in quanto permette la dissociazione completa di questi ioni.
Un solvente polare non protico (aprotico) come la dimetilformammide è particolarmente indicato per questo tipo di reazioni perché permette la dissociazione senza disattivare la coppia elettronica del nucleofilo attraverso legami a idrogeno che, in questo solvente, non esistono.
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