Nucléophile

En chimie, un nucléophile est un composé chimique attiré par les espèces chargées positivement, par opposition à un composé électrophile.



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En chimie, un nucléophile (littéralement qui aime les noyaux, par conséquent qui aime les charges positives) est un composé chimique attiré par les espèces chargées positivement, par opposition à un composé électrophile.

Un nucléophile réagit en donnant des électrons à des composés électrophiles pour former une liaison chimique. Parce que les nucléophiles donnent des électrons, ils sont par définition des bases de Lewis. Cependant il convient de bien différencier ces deux caractères : l'un intervient seulement dans les réactions sous contrôle thermodynamique (basicité), l'autre dans les réactions sous contrôle cinétique.

Toutes les molécules, ou ions, qui possèdent un doublet non liant peuvent agir comme des nucléophiles, même si les anions sont plus réactifs que les composés neutres. Quand les liaisons mettent en jeu un composé nucléophile neutre, par exemple un alcool (R–OH) ou l'eau (HOH), on parle le plus souvent de solvatation. La liaison peut alors être une véritable liaison chimique (covalente ou ionique) ou une liaison de type électrostatique, plus faible, comme une liaison de Van der Waals.

Les nucléophiles peuvent prendre part à des réactions de type substitutions nucléophiles, au cours desquelles un composé nucléophile attaque un composé électrophile (sur un site portant une charge partielle ou entière positive) se substituant à un groupe fonctionnel avec lequel l'élément électrophile était préalablement lié, ou encore à des additions nucléophiles.

Plus les ions sont basiques (pKa plus élevé), plus ils sont nucléophiles. La polarisabilité est elle aussi importante dans la détermination de la force d'un nucléophile. Les gros atomes possèdent plus d'électrons; donc ils sont plus aisément déformables et sont par conséquent plus nucléophiles. Par exemple l'ion iodure (I-) est plus nucléophile que l'ion fluorure (F-), car plus polarisable. De même pour R-SH vis-à-vis de R-OH.

La "force" de divers nucléophiles peut ainsi s'évaluer de manière relative. Au même titre qu'il existe des nucléophiles meilleurs que d'autre, il existe aussi de "mauvais" nucléophiles : typiquement l'ion carboxylate R-COO-, pour laquelle la charge (qui confère le caractère nucléophile) est fortement délocalisée par mésomérie.

Un nucléophile polydentate est un nucléophile qui peut attaquer depuis deux sites ou plus, ce qui peut conduire au cours d'une réaction à deux produits ou plus. A titre d'exemple, l'ion thiocyanate (SCN-) possède deux sites nucléophiles, le soufre et l'azote, et peut attaquer depuis le S ou le N. Pour cette raison, la réaction SN2 d'un halogénure d'alkyle avec l'ion SCN- donne fréquemment un mélange de RSCN (un thiocyanate d'alkyle) et de RNCS (un isothiocyanate d'alkyle).

Exemples courants

Dans l'exemple suivant, l'oxygène de l'ion hydroxyde possède une charge formelle négative et est par conséquent nucléophile. A l'inverse, le carbone du bromopropane est lié à un élément plus électronégatif, le brome, et est par conséquent électrophile. L'oxygène peut par conséquent attaquer l'atome de carbone, en fournissant un doublet d'électron pour former la liaison. Parallèlement, la liaison entre le carbone et le brome subit alors une coupure hétérolytique, l'atome de brome part avec le doublet non liant et devient un ion bromure (Br-)  :

Hydrox subst.png

composés organiques nucléophiles

nucléophiles avec de l'oxygène

nucléophiles avec du soufre

nucléophiles avec de l'azote

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