Elektrofil

Elektrofiluorganskoj hemijipredstavlja reagens koji privlačielektrone,i koji učestvuje uhemijskim reakcijamatako što prihvata elektronski par kako bi se vezao sanukleofilom.Zbog toga što elektrofili prihvataju elektrone, oni su Luisove kiseline. Većina elektrofila su naelektrisana pozitivno, imajuatomkoji nosi pozitivno naelektrisanje, ili imaju atom koji nema oktet elektrona.

Elektrofili napadaju dio nukleofila gdje su elektroni najviše koncentrisani. Elektrofili koji se često pojavljuju u organskim sintezama su katjoni kao što je H⁺i NO⁺,polarni neutralnimolekulikao što je HCl, alkil-halidi, i karbonilna jedinjenja, neutralni molekuli koji se mogu polarizovati kao što je Cl₂i Br₂,oksidansi kao što su organske peroksidne kiseline, hemijskesupstancekoje ne zadovoljavaju pravilo okteta kao što su karbeni i radikali, i neke Luisove kiseline kao što je BH₃ili DIBAL.

Elektrofili u organskoj hemiji

Alkeni

Elektrofilna adicija je jedna od tri glavne reakcije kodalkena.Sastoji se iz:

• Hidrogenizacija tako što se dodaju dva atomavodonikana mjesto dvostruke veze
• Reakcije elektrofilne adicije sahalogenim elementimailisumpornom kiselinom
• Hidratacija pri kojoj se formirajualkoholi.

Adicija halogena

Ova adicija se odvija između alkena i elektrofila, najčešće halogena. Česta reakcija ovog tipa je titracija nekog uzorkabromnomvodom da bi se utvrdilo koliko se dvostrukih veza nalazi ujedinjenju. Na primjer:

C₂H₄+ Br₂→ BrCH₂CH₂Br

Ova reakcija se odvija u tri glavna koraka koji su prikazani na slici:

1. Formiranje π kompleksa

   Elektrofilni molekul Br-Br reaguje sa molekulom alkena koji je bogat elektronima da bi se formirao π kompleks1.

2. Formiranje tročlanog bromonijum jona

   Alken je domor elektronaa brom je elektrofil. Tročlani bromonijumjon2se sastoji od dva atomaugljenikai atoma broma koji se formira otpuštanjem Br^-.

3. Napad bromidnog jona

   Bromidni jon napada bromonijum jon sa zadnje strane. Kada postoje drugi nukleofili kao što je alkohol ilivodaoni mogu napasti2pri čemu se dobije alkohol ilietar.

Jod(I₂),hlor(Cl₂), sulfenilni jon RS⁺,katjonžive(Hg²⁺) i dihlorkarben (:CCl₂) takođe reaguju sličnim mehanizmom. Direktna konverzija iz1u3će se dogoditi kada se Br^-nalazi u velikim količinama u sredini u kojoj se vrši reakcija. β-bromo karbonijum jon (CH₃⁺) se može javiti kao intermedijer umjesto3ako alken ima katjonski stabilizirajući supstituent kao što je fenil grupa.

Adicija vodonik halogenida

Jedinjenja vodonika i halogena kao što jehlorovodonik(HCl) se dodaju na alkene pri čemu nastaju alkil halogenid u reakciji hidrohalogenacije. Na primjer u reakciji između HCl ietenadobija sehlor-etan.Reakcija se nastavlja sa intermedijerom u obliku katjona. Primjer ove reakcije je prikazan na slici:

1. ProtonH⁺se dodaje (jer se ponaša kao elektrofil) na jedan od ugljenikovih atoma na alkenu i formira se katjon1.
2. Hloridni jon Cl^-se spaja sa katjonom1nekon čega se formiraju2i3.

Stereoselektivnostreakcije tj. s koje strane će hloridni jon napasti molekul zavisi od tipa alkena i uslova reakcije. Koji od dva atoma ugljenika će biti napadnut od strane H+je određeno na osnovu Markovnikovljevog pravila. Zbog toga H+napada atom ugljenika na kome se nalazi manje supstituenata i zato će se formirati stabilniji karbokatjon.

FluorovodonikHF i jodovodonik HJ će reagovati sa alkenima na sličan način, i dobiće se proizvodi po Markovnikovljevom pravilu. Bromovodonik HBr takođe ima isti put reakcije ali se može dobiti smješa izomera.

Hidratacija

Jedna od kompleksnijih reakcija hidratacije koristi sumpornu kiselinu kaokatalizator.Reakcija se odvija na sličan način kao reakcija adicije ali ima još jedan dodatni korak u kome se OSO₃H grupa zamijeni sa OH hrupom, pri čemu se formira alkohol:

C₂H₄+ H₂O → C₂H₅OH

Kao što se može vidjeti H₂SO₄uzima udjela u ukupnoj reakciji međutim ostaje nepromijenjen i zato predstavlja katalizator. Reakcija sa detaljnim mehanizmom izgleda ovako:

1. Molekul H-OSO₃H ima δ+ naelektrisanje na početnom H atomu i ona reaguje sa dvostrukom vezom na isti način kao i prije.
2. Preostali negativno naelektrisani jon⁻OSO₃H se onda spaja sa karbokatjonom formirajući etil-hidrogensulfat (gornji put na prikazanoj slici).
3. Kada se dodavodaismješazagrijeva dobije seetanol.Atom vodonika iz vode služi da zamijeni izgubljeni atom vodonika iz sumporne kiseline i ponovo se stvara sumporna kiselina. Moguć je i drugi put u kojem se molekul vode spaja direktno sa intermdijernim katjonom. Ovaj put postaje dominantan kada se koristi vodeni rastvor sumporne kiseline.

Krajnji rezultat reakcije je da se molekulu etena doda molekul vode.

Ova reakcija je važna u industriji pošto se dobija etanol koji se može koristiti za goriva ili polazne supstance za dobijanje drugih supstanci.

Skala elektrofilnosti

Indeks elektrofilnosti
Fluor	3.86
Hlor	3.67
Brom	3.40
Jod	3.09
Hipohlorit	2.52
Sumpor dioksid	2.01
Ugljenik disulfid	1.64
Benzen	1.45
Natrijum	0.88

Postoji nekoliko načina kako bi se elektrofili rangirali prema svojoj reaktivnosti i jedan od njih je dat kao indeks elektrofilnosti ω:

$\ Omega ={\frac {\chi ^{2}}{2\eta }}\,$

gdje$\chi \,$predstavljaelektronegativnosta$\eta \,$hemijsku čvrstoću. Nađena je veza između elektrofilnosti raznih hemijskih jedinjenja i brzina reakcija ubiohemijskihsistemima.

Elektrofilni indeks takođe postoji i za slobodne radikale. Jaki elektrofilni radikali kao što su halogeni reaguju na mjestima u molekulu koja su bogata elektronima, a jaki nukleofilni radikali reaguju sa dijelovima koji su siromašni elektronima.

Superelektrofili

Superelektrofili su definisani kao katjonski elektrofilni reagensi koji imaju znatno povećanu reaktivnost u prisustvusuperkiselina.Superelektrofili formiraju duplo elektronski nedostajući superelektrofil tako što se vrši protosolvacijom katjonskog elektrofila. Mješavinasirćetne kiselinei [[bor-trifluorid]a je u mogućnosti da ukloni hidridni jon izizobutanakada se pomiješa sa fluorovodoničnom kiselinom tako što se formira superkiselina iz BF₃i HF. Odgovarajući reaktivni intermedijer je dikatjon CH₃CO₂H₃.Metan može biti nitrovan unitrometansa nitronijum tetrafluorboratom NO⁺₄BF⁻₄u prisustvu jake kiseline kao što jefluorosulfonska kiselina.

U gitoničnim superelektrofilina naelektrisani centri su razdvojeni sa ne više od jednog atoma, na primjer protonitronijum jon O=N⁺=O⁺—H (protonisani nitronijum jon). A u distoničnim superelektrofilima centri naelektrisanja su razdvojeni sa dva ili više atoma.