Basi e nucleofili a confronto
Le basi possono essere definite in diverse maniere: secondo Arrhenius una base è una sostanza capace di liberare ioni OH– in soluzione. Secondo Brønsted-Lowry una base è un accettore di protoni mentre secondo Lewis le basi sono quelle specie capaci di donare un doppietto elettronico.
I nucleofili più comuni sono specie in grado di donare un doppietto elettronico quindi i nucleofili sono basi di Lewis.
Pertanto una base secondo Brønsted-Lowry è un nucleofilo in grado di accettare protoni quindi tutti i nucleofili sono basi ma tutte le basi non sono nucleofili.
Misura della basicità
La basicità di una sostanza può essere misurata considerando l’equilibrio acido-base a cui essa partecipa. Dalla misura della costante Kb relativa all’equilibrio si può determinare la forza della base: quanto più piccolo è il valore di Kb tanto più debole è la base.
L’ammoniaca che ha una costante Kb pari a 1.8 ·10-5 è quindi una base più forte rispetto alla piridina che ha una costante Kb pari a 1.7 ·10-9.
La basicità, riguardando la posizione dell’equilibrio tra un elettrondonatore e un acido, è quindi una proprietà termodinamica.
Misura della nucleofilicità
I nucleofili attaccano, generalmente, un atomo di carbonio, e la reazione non è reversibile pertanto la nucleofilicità è una proprietà cinetica e può essere misurata tramite la velocità della reazione.
Contrariamente alla basicità la nucleofilicità è influenzata da fattori quali l’impedimento sterico e il tipo di solvente.
Le reazioni in cui l’attacco del nucleofilo avviene su atomi di carbonio stericamente impediti hanno una bassa velocità e una bassa resa.
Il solvente in cui avviene la reazione può influenzare notevolmente la velocità della reazione stessa. Un solvente polare come acqua o metanolo può formare legami a idrogeno con il nucleofilo ostacolando il suo attacco all’elettrofilo.
Un solvente polare aprotico come acetone e nitrometano non formano legami a idrogeno con il nucleofilo con conseguente aumento della reazione.
Ad esempio la reazione tra ioduro di potassio e bromoetano che porta alla formazione di iodioetano usando l’acetone come solvente avviene 500 volte più velocemente rispetto a quella che avviene in presenza di metanolo.