For addisjonsreaksjoner er dannelsen av én kjemisk forbindelse fra to eller flere utgangsprodukter karakteristisk. Det er praktisk å vurdere mekanismen for elektrofil tilsetning ved å bruke eksemplet med alkener - umettede acykliske hydrokarboner med en dobbeltbinding. I tillegg til dem går andre hydrokarboner med flere bindinger, inkludert sykliske, inn i slike transformasjoner.
Trinn for interaksjon av innledende molekyler
Elektrofil tilsetning skjer i flere trinn. Elektrofilen, som har en positiv ladning, fungerer som en elektronakseptor, og dobbeltbindingen til alkenmolekylet fungerer som en elektrondonor. Begge forbindelsene danner i utgangspunktet et ustabilt p-kompleks. Deretter begynner transformasjonen av π-komplekset til ϭ-komplekset. Dannelsen av et karbokation på dette stadiet og dets stabilitet bestemmer interaksjonshastigheten som helhet. Karbokasjonen reagerer deretter raskt med den delvis negativt ladede nukleofilen for å dannessluttprodukt av transformasjon.
Effekten av substituenter på reaksjonshastigheten
Delokalisering av ladningen (ϭ+) i karbokasjonen avhenger av strukturen til det opprinnelige molekylet. Den positive induktive effekten som vises av alkylgruppen fører til en reduksjon i ladningen til det tilstøtende karbonatomet. Som et resultat, i et molekyl med en elektrondonerende substituent, øker den relative stabiliteten til kationen, elektrontettheten til π-bindingen og reaktiviteten til molekylet som helhet. Effekten av elektronakseptorer på reaktivitet vil være motsatt.
Halogenfestemekanisme
La oss analysere mer detaljert mekanismen for den elektrofile addisjonsreaksjonen ved å bruke eksempelet på interaksjonen mellom et alken og et halogen.
- Halogenmolekylet nærmer seg dobbeltbindingen mellom karbonatomer og blir polarisert. På grunn av den delvis positive ladningen i den ene enden av molekylet, trekker halogenet elektronene i π-bindingen mot seg selv. Slik dannes et ustabilt π-kompleks.
- På neste trinn kombineres den elektrofile partikkelen med to karbonatomer og danner en syklus. Et syklisk "onium"-ion vises.
- Den gjenværende ladede halogenpartikkelen (positivt ladet nukleofil) samhandler med oniumionet og går sammen på motsatt side av den forrige halogenpartikkelen. Sluttproduktet vises - trans-1,2-dihalogenalkan. På samme måte skjer tilsetning av et halogen til en cykloalken.
Mekanisme for tilsetning av hydrohalogensyrer
Elektrofile addisjonsreaksjoner av hydrogenhalogenider og svovelsyre forløper annerledes. I et surt medium dissosieres reagenset til et kation og et anion. Et positivt ladet ion (elektrofil) angriper π-bindingen, kobles til et av karbonatomene. Det dannes et karbokation der det tilstøtende karbonatomet er positivt ladet. Deretter reagerer karbokatet med anionet, og danner sluttproduktet av reaksjonen.
Reaksjonsretning mellom asymmetriske reagenser og Markovnikovs regel
Elektrofil addisjon mellom to asymmetriske molekyler fortsetter regioselektivt. Dette betyr at bare én av de to mulige isomerene hovedsakelig dannes. Regioselektivitet beskriver Markovnikovs regel, ifølge hvilken hydrogen fester seg til et karbonatom koblet til et stort antall andre hydrogenatomer (mer hydrogenert).
For å forstå essensen av denne regelen, må du huske at reaksjonshastigheten avhenger av stabiliteten til mellomkarbokasjonen. Effekten av elektrondonerende og aksepterende substituenter ble diskutert ovenfor. Således vil den elektrofile tilsetningen av hydrobromsyre til propen føre til dannelse av 2-brompropan. Et mellomkation med positiv ladning på det sentrale karbonatomet er mer stabilt enn et karbokation med positiv ladning på det ytre atomet. Som et resultat interagerer bromatomet med det andre karbonatomet.
Effekten av en elektrontrekkende substituent på interaksjonsforløpet
Hvis modermolekylet inneholder en elektrontrekkende substituent som har en negativ induktiv og/eller mesomerisk effekt, går elektrofil addisjon mot regelen ovenfor. Eksempler på slike substituenter: CF3, COOH, CN. I dette tilfellet gjør den større avstanden til den positive ladningen fra den elektrontiltrekkende gruppen den primære karbokasjonen mer stabil. Som et resultat kombineres hydrogen med et mindre hydrogenert karbonatom.
Den universelle versjonen av regelen vil se slik ut: når en usymmetrisk alken og en usymmetrisk reagens samhandler, fortsetter reaksjonen langs veien for dannelsen av det mest stabile karbokasjonen.
