For additionsreaktioner er dannelsen af én kemisk forbindelse fra to eller flere udgangsprodukter karakteristisk. Det er praktisk at overveje mekanismen for elektrofil addition ved at bruge eksemplet med alkener - umættede acykliske carbonhydrider med en dobbeltbinding. Ud over dem indgår andre kulbrinter med flere bindinger, herunder cykliske, i sådanne transformationer.
Trin af interaktion mellem initiale molekyler
Elektrofil addition finder sted i flere trin. Elektrofilen, som har en positiv ladning, fungerer som en elektronacceptor, og dobbeltbindingen af alkenmolekylet fungerer som en elektrondonor. Begge forbindelser danner oprindeligt et ustabilt p-kompleks. Derefter begynder transformationen af π-komplekset til ϭ-komplekset. Dannelsen af en carbocation på dette stadium og dens stabilitet bestemmer interaktionshastigheden som helhed. Carbocationen reagerer derefter hurtigt med den delvist negativt ladede nukleofil til dannelseslutprodukt af transformation.
Effekten af substituenter på reaktionshastigheden
Delokalisering af ladningen (ϭ+) i carbocationen afhænger af strukturen af det oprindelige molekyle. Den positive induktive virkning udvist af alkylgruppen fører til et fald i ladningen af det tilstødende carbonatom. Som et resultat, i et molekyle med en elektrondonerende substituent, øges den relative stabilitet af kationen, elektrondensiteten af π-bindingen og reaktiviteten af molekylet som helhed. Effekten af elektronacceptorer på reaktivitet vil være modsat.
Halogenfastgørelsesmekanisme
Lad os analysere mere detaljeret mekanismen for den elektrofile additionsreaktion ved at bruge eksemplet på interaktionen mellem en alken og et halogen.
- Halogenmolekylet nærmer sig dobbeltbindingen mellem carbonatomer og bliver polariseret. På grund af den delvist positive ladning i den ene ende af molekylet trækker halogenet elektronerne i π-bindingen mod sig selv. Sådan dannes et ustabilt π-kompleks.
- På næste trin kombineres den elektrofile partikel med to carbonatomer og danner en cyklus. En cyklisk "onium"-ion vises.
- Den resterende ladede halogenpartikel (positivt ladet nukleofil) interagerer med oniumionen og forbinder sig på den modsatte side af den forrige halogenpartikel. Det endelige produkt vises - trans-1,2-dihalogenalkan. Tilsvarende sker tilsætningen af et halogen til en cycloalken.
Mekanisme til tilsætning af halogenhydrogensyre
Elektrofile additionsreaktioner af hydrogenhalogenider og svovlsyre forløber anderledes. I et surt medium dissocieres reagenset til en kation og en anion. En positivt ladet ion (elektrofil) angriber π-bindingen, forbinder til et af kulstofatomerne. Der dannes en carbocation, hvori det tilstødende carbonatom er positivt ladet. Dernæst reagerer carbocationen med anionen og danner slutproduktet af reaktionen.
Reaktionsretning mellem asymmetriske reagenser og Markovnikovs regel
Elektrofil addition mellem to asymmetriske molekyler forløber regioselektivt. Det betyder, at kun én af de to mulige isomerer er overvejende dannet. Regioselektivitet beskriver Markovnikovs regel, ifølge hvilken brint binder sig til et carbonatom forbundet med et stort antal andre hydrogenatomer (mere hydrogeneret).
For at forstå essensen af denne regel skal du huske, at reaktionshastigheden afhænger af stabiliteten af den mellemliggende carbocation. Virkningen af elektrondonerende og -accepterende substituenter blev diskuteret ovenfor. Den elektrofile tilsætning af hydrogenbromidsyre til propen vil således føre til dannelsen af 2-brompropan. En mellemkation med en positiv ladning på det centrale carbonatom er mere stabil end en carbonation med en positiv ladning på det ydre atom. Som et resultat interagerer bromatomet med det andet carbonatom.
Effekt af en elektrontiltrækkende substituent på interaktionsforløbet
Hvis modermolekylet indeholder en elektrontiltrækkende substituent, der har en negativ induktiv og/eller mesomer effekt, går elektrofil addition imod ovenstående regel. Eksempler på sådanne substituenter: CF3, COOH, CN. I dette tilfælde gør den større afstand af den positive ladning fra den elektrontiltrækkende gruppe den primære carbocation mere stabil. Som et resultat forenes hydrogen med et mindre hydrogeneret carbonatom.
Den universelle version af reglen vil se sådan ud: når en usymmetrisk alken og et usymmetrisk reagens interagerer, fortsætter reaktionen langs vejen til dannelsen af den mest stabile carbocation.
