Décrire un mécanisme réactionnel en chimie organique suppose de nommer correctement trois rôles électroniques distincts :
- Site nucléophile : site riche en électrons (doublet non liant, liaison \(\pi\), charge négative) qui donne un doublet pour former une nouvelle liaison covalente. Exemples : \(\ce{HO-}\), \(\ce{NH3}\), une double liaison \(\ce{C=C}\).
- Site électrophile : site pauvre en électrons (case vide, liaison polarisée \(\delta^+\), carbone lié à un atome électronégatif ou à un groupe électro-attracteur) qui accepte le doublet apporté par le nucléophile. Exemples : le carbone du groupe carbonyle \(\ce{C=O}\), le carbone porteur d'un halogène dans \(\ce{R-X}\), un carbocation.
- Groupe nucléofuge : le groupe qui part en emportant le doublet de liaison lors de la formation de la nouvelle liaison. Sa capacité à partir s'appelle la « nucléofugalité ». Exemple : \(\ce{Cl-}\) dans l'hydrolyse d'un chloroalcane.
Ces trois rôles se lisent sur une substitution nucléophile bimoléculaire :
\[ \ce{Nu- + R-X -> Nu-R + X-} \]
\(\ce{Nu-}\) est le nucléophile, le carbone de \(\ce{R-X}\) est le site électrophile, \(\ce{X-}\) est le nucléofuge.
Plus un nucléofuge est stable une fois parti (base conjuguée faible, charge délocalisée), meilleur il est : d'où l'ordre usuel de nucléofugalité, à solvant protique constant, \(\ce{I- > Br- > Cl- > F-}\) — l'inverse de l'ordre de basicité.
Piège usuel : ne pas confondre le site électrophile et le nucléofuge. Dans \(\ce{R-X}\), c'est le carbone qui est le site électrophile (déficitaire en électrons, attaqué par le nucléophile) ; \(\ce{X-}\) est le nucléofuge, il n'accepte rien, il part avec le doublet de liaison. Sur un mécanisme à flèches courbées, ce sont deux flèches distinctes : l'une part du nucléophile vers le site électrophile, l'autre part de la liaison rompue vers le nucléofuge qui l'emporte.
Ne pas assimiler non plus la nucléophilie (notion cinétique, constante de vitesse \(k\)) à la basicité (notion thermodynamique, \(pK_a\)) : vrai au sein d'une même colonne à solvant constant, faux en général — \(\ce{I-}\) est un bon nucléophile mais une base très faible. Le terme « nucléofuge » n'est en général pas exigé formellement au programme de Terminale spécialité, où le rôle du groupe partant est manipulé sans être nommé ; les trois termes sont formalisés et systématiquement employés en CPGE (PCSI/PC) pour rédiger les mécanismes \(\text{S}_{\text{N}}1\), \(\text{S}_{\text{N}}2\), \(\text{E}1\), \(\text{E}2\).