För additionsreaktioner är bildningen av en kemisk förening från två eller flera utgångsprodukter karakteristisk. Det är bekvämt att överväga mekanismen för elektrofil addition med hjälp av exemplet med alkener - omättade acykliska kolväten med en dubbelbindning. Utöver dem går andra kolväten med flera bindningar, inklusive cykliska, in i sådana omvandlingar.
Steg för interaktion mellan initiala molekyler
Elektrofil addition sker i flera steg. Elektrofilen, som har en positiv laddning, fungerar som en elektronacceptor, och dubbelbindningen av alkenmolekylen fungerar som en elektrondonator. Båda föreningarna bildar initi alt ett instabilt p-komplex. Sedan börjar omvandlingen av π-komplexet till ϭ-komplexet. Bildandet av en karbokatjon i detta skede och dess stabilitet bestämmer interaktionshastigheten som helhet. Karbokationen reagerar sedan snabbt med den delvis negativt laddade nukleofilen för att bildasslutprodukt av transformation.
Effekten av substituenter på reaktionshastigheten
Delokalisering av laddningen (ϭ+) i karbokaten beror på strukturen hos den ursprungliga molekylen. Den positiva induktiva effekten som uppvisas av alkylgruppen leder till en minskning av laddningen av den intilliggande kolatomen. Som ett resultat, i en molekyl med en elektrondonerande substituent, ökar katjonens relativa stabilitet, elektrontätheten för π-bindningen och reaktiviteten hos molekylen som helhet. Effekten av elektronacceptorer på reaktiviteten kommer att vara motsatt.
Halogenfästemekanism
Låt oss analysera mer i detalj mekanismen för den elektrofila additionsreaktionen med hjälp av exemplet på interaktionen mellan en alken och en halogen.
- Halogenmolekylen närmar sig dubbelbindningen mellan kolatomer och blir polariserad. På grund av den delvis positiva laddningen i ena änden av molekylen drar halogenen elektronerna i π-bindningen mot sig själv. Det är så ett instabilt π-komplex bildas.
- I nästa steg kombineras den elektrofila partikeln med två kolatomer och bildar en cykel. En cyklisk "onium"-jon visas.
- Den återstående laddade halogenpartikeln (positivt laddad nukleofil) interagerar med oniumjonen och förenas på motsatt sida av den föregående halogenpartikeln. Den slutliga produkten uppträder - trans-1,2-dihaloalkan. På liknande sätt sker tillsatsen av en halogen till en cykloalken.
Mekanism för tillsats av halogenvätesyror
Elektrofila additionsreaktioner av vätehalogenider och svavelsyra fortskrider annorlunda. I ett surt medium dissocierar reagenset till en katjon och en anjon. En positivt laddad jon (elektrofil) angriper π-bindningen, ansluter till en av kolatomerna. En karbokatjon bildas där den intilliggande kolatomen är positivt laddad. Därefter reagerar karbokaten med anjonen och bildar slutprodukten av reaktionen.
Reaktionsriktning mellan asymmetriska reagenser och Markovnikovs regel
Elektrofil addition mellan två asymmetriska molekyler fortskrider regioselektivt. Detta betyder att endast en av de två möjliga isomererna övervägande bildas. Regioselektivitet beskriver Markovnikovs regel, enligt vilken väte fäster till en kolatom kopplad till ett stort antal andra väteatomer (mer hydrerade).
För att förstå kärnan i denna regel måste du komma ihåg att reaktionshastigheten beror på stabiliteten hos den mellanliggande karbokaten. Effekten av elektrondonerande och accepterande av substituenter diskuterades ovan. Således kommer den elektrofila tillsatsen av bromvätesyra till propen att leda till bildningen av 2-bromopropan. En mellankatjon med en positiv laddning på den centrala kolatomen är mer stabil än en karbokatjon med en positiv laddning på den yttre atomen. Som ett resultat interagerar bromatomen med den andra kolatomen.
Effekt av en elektronåtdragande substituent på interaktionsförloppet
Om modermolekylen innehåller en elektronbortdragande substituent som har en negativ induktiv och/eller mesomer effekt, strider elektrofil addition mot ovanstående regel. Exempel på sådana substituenter: CF3, COOH, CN. I detta fall gör det större avståndet mellan den positiva laddningen från den elektronbortdragande gruppen den primära karbokaten mer stabil. Som ett resultat kombineras väte med en mindre hydrerad kolatom.
Den universella versionen av regeln kommer att se ut så här: när en osymmetrisk alken och ett osymmetriskt reagens interagerar, fortsätter reaktionen längs vägen för bildning av den mest stabila karbokaten.
