Elektrophile

Reagenzien werden nach ihren elektronischen Eigenschaften und der Art ihres Angriffs auf ein Substrat in zwei große Gruppen unterteilt - Nucleophile und Elektrophile. Als Elektrophile werden Reagenzien bezeichnet, die „Elektronen lieben“. Das sind Reagenzien die kationisch sind, eine Elektronenlücke oder an einem Atom einen Elektronenmangel besitzen. Sie reagieren mit Substraten, die über freie ungebundene Elektronenpaare oder über $\pi –$Systeme verfügen.

Beispiele für elektrophile Reagenzien

Kationische Elektrophile sind das Proton, das Nitronium- und das Nitrosyl-Kation und das Bromonium-Ion. Diese Elektrophile werden bei einer chemischen Reaktion in einem vorgelagerten Gleichgewicht gebildet. Alle Lewis-Säuren sind Elektrophile. So reagieren das Aluminium(III)chlorid, das Eisen(III)-bromid und das Bortrifluorid als typische Elektrophile, da sie über eine Elektronenlücke verfügen. Häufig benutzt man auch Komplexe einer Lewis-Säure mit einem Reagenz, die dann als Elektrophile reagieren (Bild 1).
Ein neutrales elektrophiles Reagenz ist beispielsweise das Schwefeltrioxid.

Radikale

Nach ihrer elektronischen Struktur müssen auch die Radikale den Elektrophilen zugeordnet werden. Radikalische Teilchen weisen immer einen Elektronenmangel auf, da in der Regel mindestens ein Atom nicht über eine stabile Valenzelektronenkonfiguration verfügt. So fehlt dem Chlorradikal entsprechend der Oktett-Regel ein Elektron zur Edelgaskonfiguration und es reagiert daher schnell mit anderen Teilchen, um diesen Elektronenmangel zu beseitigen.
Der Mechanismus radikalischer Reaktionen (homolytische Bindungsspaltung, Kettenreaktion) ist jedoch deutlich anders als der Mechanismus nicht radikalischer Reaktionen. Aus diesem Grund stellen Radikale einen Sonderfall dar.

Bildung elektrophiler Reagenzien

Lewis-Säuren können als Chemikalien gekauft werden. Es ist darauf zu achten, dass sie in einem wasserfreien Zustand sind und auch die Reaktionen unter Wasserausschluss durchgeführt werden.
Eisen(III)-bromid wird meist in einer vorgelagerten Reaktion gebildet. Dazu werden Eisenspäne mit molekularem Brom versetzt. Auch kationische elektrophile Reagenzien werden in vorgelagerten Reaktionen gebildet. Protonen werden in entsprechenden Protolyse-Gleichgewichten (z. B. Halogenwasserstoffsäuren) gebildet.
Das Bromonium-Ion bildet sich in einer Gleichgewichtseinstellung bei der Reaktion mit Eisen(III)-bromid als Lewis-Säure. Es findet eine heterolytische Bindungsspaltung der Brom-Brom-Atombindung statt.
Das für die Nitrierung von Aromaten benötigte Nitronium-Kation entsteht durch die Reaktion von konzentrierter Salpetersäure mit konzentrierter Schwefelsäure. Durch die wasserentziehende Wirkung der konzentrierten Schwefelsäure kann sich das Nitronium-Kation in einem Gleichgewicht bilden (Bild 2)

Typische Reaktionen von Elektrophilen Reagenzien

Die elektrophile Substitution am Aromaten ist die meist genutzte Reaktion zur Synthese substituierter Benzene. Die Bromierung, die Chlorierung, die Nitrierung, die Sulfonierung, die Alkylierung von Benzen mit Alkenen und die FRIEDEL-CRAFTS-Reaktionen sind typische Beispiele.
Auch die elektrophilen Additionen an Alkenen beginnen mit dem Angriff eines Elektrophils auf die Doppelbindung. Als Zwischenstufe wird dabei ein Carbo-Kation gebildet wie beispielsweise bei der Addition von Halogenwasserstoffsäuren an Alkene (Bild 3).
Die saure Dehydratisierung von Alkoholen, eine spezielle Art von Eliminierungen, beginnt mit dem Angriff eines Protons als Elektrophil auf das Sauerstoffatom der Hydroxy-Gruppe. Dadurch kann sich Wasser als ein stabiles Molekül abspalten. Das entstehende Carbo-Kation stabilisiert sich durch die Abspaltung eines Protons und der Ausbildung einer C=C-Doppelbindung zum Alken.