אלקטרופיל

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

בכימיה, אלקטרופיל ("אוהב אלקטרון") הוא ריאגנט הנמשך לאלקטרונים המשתתפים בריאקציה כימית.

משיכה זו היא באמצעות קליטת זוג אלקטרונים על מנת להיקשר אל נוקלאופיל. כיוון שאלקטרופילים קולטים אלקטרונים, הם עונים על ההגדרה של חומצות לואיס. רוב האלקטרופילים טעונים במטען חשמלי חיובי, יש להם אטום הנושא מטען חיובי חלקי, או שיש להם אטום שאין לו שמונה אלקטרונים (לפי כלל האוקטט).

האלקטרופילים תוקפים את האזור בנוקלאופיל שבו צפיפות האלקטרונים היא הגבוהה ביותר. האלקטרופילים הנפוצים ביותר בסינתזות אורגניות הם קטיונים כגון פרוטון חופשי, חנקן חד-חמצני, מולקולות קוטביות נייטרליות כגון HCl, אלקיל הלידים, אציל הלידים, תרכובות קרבוניל, מולקולות קוטביות שיכולות לעבור קיטוב כגון Cl2 ו- Br2, גורמים מחמצנים כגון חומצה פרוקסידית אורגנית, תרכובות כימיות שלא ממלאות את כלל האוקטט כגון קרבנים ורדיקלים חופשיים, ומספר חומצות לואיס כגון BH3 ודי-איזו-בוטיל-אלומיניום הידריד.

אלקטרופילים בכימיה אורגנית[עריכת קוד מקור | עריכה]

אלקנים[עריכת קוד מקור | עריכה]

סיפוח אלקטרופילי הוא אחת מבין שלוש הצורות של ריאקציות אורגניות הקשורות לאלקנים. צורות אלה הן:

סיפוח הלוגנים[עריכת קוד מקור | עריכה]

סיפוח הלוגנים מתרחש בין אלקנים ואלקטרופילים, בריאקציות הקרויות סיפוח הלוגנים. ריאקציות נפוצות כוללות שימוש במים ברומידיים לטיטור כנגד דגימה על מנת להסיק מהו מספר הקשרים הכפולים הקיימים. דוגמה לריאקציה:

C2H4 + Br2 → BrCH2CH2Br

הריאקציה הזאת מתרחשת בשלושה שלבים כמפורט להלן[1]:

Electrophilic addition of Br2.png
  1. יצירת קומפלקס פאי: המולקולה האלקטרופילית Br-Br יוצרת קשר עם מולקולת האלקן עתירת האלקטרונים על מנת ליצור קומפלקס פאי (1).
  2. יצירת יון ברומוניום משולש: האלקן מתפקד כתורם אלקטרונים והברומין מתפקד כאלקטרופיל. נוצר יון ברומוניום משולש (2) המורכב משני אטומי פחמן ואטום ברום אחד תוך שחרור של Br-‎‎‎.
  3. תקיפת יון הברומיד: יון הברומוניום נפתח באמצעות התקפה של Br-‎‎‎ מהצד האחורי. דבר זה גורם ליצירה של די-ברומיד קרוב המצוי בקונפיגורציה אנטי-מישורית. כאשר נוקלאופילים אחרים כגון מים או אלכוהול נוכחים, הם עשויים לתקוף את 2 כדי ליצור אלכוהול או אתר.

תהליך זה נקרא מנגנון AdE2. גם חומרים כגון יודין (I2), כלורין (C2), יון סולפניל (RS+‎‎‎), קטיון כספית (Hg+2), ודי-כלורו-קרבן (:CCl2) מגיבים באופן דומה.

המעבר המדויק בין 1 ל-3 יופיע כאשר ה- Br-‎‎‎ יימצא בכמויות גדולות במדיום שבו מתרחשת הריאקציה. ייתכן ותוצר הביניים, יון β-ברומו קרבֵניום, יועדף על פני 3 אם לאלקן יש מתמיר קטיוני-מייצב כגון קבוצת פניל. ישנה דוגמה של בידוד יון הברומוניום ב-2[2].

סיפוח של הלידי מימן[עריכת קוד מקור | עריכה]

הלידים של מימן כגון חומצת מימן כלורי (HCl) מתווספים לאלקנים כך שנוצרים אלקיל הליד בתהליך הנקרא הידרוהלוגנציה.

לדוגמה, הריאקציה של HCl עם אֶ‏תֶ‏ן מספקת כלורו-אתן. הריאקציה ממשיכה עם תיווך של קטיון, והיא שונה מסיפוח ההלוגן שלמעלה.

להלן דוגמה לריאקציה מסוג זה:

Electrophilic addition of HCl.png
  1. פרוטון מתווסף (כיוון שהוא אלקטרופיל) לאחד מאטומי הפחמן על האלקן ליצירת הקטיון 1.
  2. יון כלוריד (Cl-) משתלב עם הקטיון 1 ליצירת התוצרים 2 ו-3.

באופן זה, הסטראו-סלקטיביות של התוצר, כלומר, מאיזה צד ה-Cl- יתקוף, תלויה בסוג האלקנים ובתנאי הריאקציה. לכל הפחות, האטום שיותקף על ידי יון המימן נקבע בדרך כלל לפי כלל מרקובניקוב. באופן זה, יון המימן תוקף את אטום הפחמן שנושא פחות מתמירים כך שיווצר קרבו-קטיון יותר יציב (עם מתמירים יותר יציבים).

תהליך זה נקרא מנגנון A-SE2. מימן פלואורי (HF) ויודיד המימן (HI) מגיבים עם אלקנים באותו אופן והתוצרים שיתקבלו בריאקציות אלה יהיו לפי כלל מרקובניקוב. מימן ברומידי (HBr) נוקט גם כן בנתיב זה, אולם, לפעמים יש למנגנון זה תחרות עם תהליך רדיקלי כך שנוצרת תערובת של איזומרים.

הידרציה[עריכת קוד מקור | עריכה]

אחת מריאקציות ההידרציה המורכבות ביותר מנצלת חומצה גופרתית כזרז. ריאקציה זו מתרחשת באופן דומה לריאקציית הסיפוח אבל יש לה שלב נוסף שבו הקבוצה OSO3H מוחלפת על ידי קבוצת הידרוקסיל, ומתקבל אלכוהול:

C2H4 + H2O → C2H5OH

כפי שניתן לראות, המולקולה H2SO4 לא משתתפת בריאקציה הכוללת, אולם היא כן נוטלת חלק וכיוון שהיא נשארת באותה צורה, היא מסווגת כזרז.

להלן תיאור יותר מפורט של הריאקציה:

Electrophilic reaction of sulfuric acid with ethene.png
  1. למולקולה H-OSO3H יש מטען חיובי על אטום המימן ההתחלתי, היא נמשכת אליו ומגיבה עם הקשר הכפול באותה דרך כפי שתואר.
  2. היון, OSO3H-, שנותר (מטען שלילי) נצמד אל הקרבו-קטיון. נוצר אתיל-מימן-גופרתי (הנתיב העליון באיור).
  3. כאשר מוסיפים מים ונוצר בתערובת אתנול, אטום המימן "העודף" מהמים "מחליף" את המימן "האבוד" ובכך יוצר מחדש את החומצה הגופרתית. ישנה עוד דרך שבה מולקולת מים משתלבת ישירות לתוצר הביניים הקרבו-קטיוני (הנתיב התחתון). דרך זו הופכת לדומיננטית כאשר עושים שימוש בחומצה גופרתית ממוימת.

באופן כללי, התהליך הזה מוסיף מולקולת מים למולקולה של אתן.

לריאקציה זו יש חשיבות תעשייתית רבה כיוון שהיא מפיקה אתנול, שהוא כוהל בעל שימושים רבים כגון דלק וחומרים מציתים לכימיקלים אחרים.

סקאלת האלקטרופיליות[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – אלקטרושליליות
אינדקס האלקטרופיליות
פלואור 3.86
כלור 3.67
ברום 3.40
יוד 3.09
היפוכלוריט 2.52
גופרית דו-חמצנית 2.01
פחמן דו גופריתי 1.64
בנזן 1.45
נתרן 0.88
ערכים נבחרים[3] (חסר ממדים)

קיימות כמה שיטות לדירוג האלקטרופילים בסדר של ריאקטיביות[4] ואחת מהן פותחה על ידי רוברט פאר[3] כאשר אינדקס האלקטרופיליות ω מתואר כך:

\omega = \frac{\chi^2}{2\eta}\,

כאשר \chi\, מסמל את האלקטרושליליות ו-\eta\, את הקשיות הכימית. משוואה זו קשורה למשוואה אחרת העוסקת בכוח חשמלי:

P = \frac{V^2}{R}\,

כאשר R מסמלת התנגדות חשמלית (אוהם או Ω) ו-V מסמלת מתח חשמלי. במובן זה, אינדקס האלקטרופיליות הוא סוג של כוח אלקטרופילי. נמצאו התאמות בין אלקטרופיליות של מגוון תרכובות כימיות וקצבי ריאקציה במערכות ביוכימיות ותופעות מסוימות כגון דלקת עור אלרגנית.

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ Lenoir, D.; Chiappe, C. Chem. Eur. J. 2003, 9, 1036.
  2. ^ Brown, R. S. Acc. Chem. Res. 1997, 30, 131.
  3. ^ 3.0 3.1 Electrophilicity Index Parr, R. G.; Szentpaly, L. v.; Liu, S. J. Am. Chem. Soc.; (Article); 1999; 121(9); 1922-1924.
  4. ^ Electrophilicity Index Chattaraj, P. K.; Sarkar, U.; Roy, D. R. Chem. Rev.; (Review); 2006; 106(6); 2065-2091.