Elektrofilni dodatek v organski kemiji

Za adicijske reakcije je značilna tvorba ene kemične spojine iz dveh ali več začetnih produktov. Razmislimo, da je mehanizem elektrofilnega dodatka primeren za primer alkenov - nenasičenih acikličnih ogljikovodikov z eno dvojno vezjo. Poleg takšnih transformacij vstopajo tudi drugi ogljikovodiki z večkratnimi vezmi, vključno s cikličnimi.

Faze interakcije začetnih molekul

Elektrofilno spajanje poteka v več fazah. Elektrofil, ki ima pozitiven naboj, deluje kot sprejemnik elektronov, dvojna vez molekule alkena pa ima vlogo elektronskega dajalca. Obe spojini najprej tvorita nestabilen p-kompleks. Nato začne pretvorba pi-kompleks v ϭ-kompleks. Tvorba karbokacije na tej stopnji in njegova stabilnost določata stopnjo interakcije kot celote. Po tem karbokacija hitro interagira s delno negativno nabito nukleofilom in nastane končni produkt transformacije.

Učinek substituentov na hitrost reakcije

Delokalizacija polnjenja (ϭ +) v karbokaciji je odvisna od strukture prvotne molekule. Pozitivni induktivni učinek, ki ga ima alkilna skupina, povzroči nižjo obremenitev sosednjega ogljikovega atoma. Kot rezultat, se v molekuli z elektronskim donacijskim substituentom poveča relativna stabilnost kationa, elektronska gostota pi - vezi in reaktivnost molekule kot celote. Učinek sprejemnikov elektronov na reaktivnost bo nasproten.

Mehanizem halogenskega dodajanja

Podrobneje analiziramo mehanizem reakcije elektrofilnega dodatka z zgledom interakcije alkena in halogena.

1. Molekula halogena se približuje dvojni vezi med atomi ogljika in polarizira. Zaradi delno pozitivnega naboja na enem koncu molekule, halogen potegne na sebi elektronov pi - povezava. Tako je nestabilna pi - kompleks.
2. V naslednjem koraku elektrofilni delec združuje dva atoma ogljika, da se tvori cikel. Pojavi se cikličen "onium" ion.
3. Preostali napolnjeni halogenski delec (pozitivno nabit nukleofil) reagira z onionovim ionom in je povezan na nasprotni strani prejšnjega halogenskega delca. Pojavi se končni produkt, trans-l, 2-dihalogenalkan. Podobno dodamo halogen v cikloalken.

Mehanizem dodajanja hidrokhaličnih kislin

Reakcije elektrofilnega dodajanja vodikovih halidov in žveplove kisline potekajo različno. V kislem mediju se reagent disocija v kation in anion. Pozitivni naboj ionov (elektrofilov) pi je vez, je povezan z enim od ogljikovih atomov. Karbokacijske oblike, v katerih se sosednji ogljikov atom napolni pozitivno. Nadalje se karbokacija reagira z anionom, da tvori končni reakcijski produkt.

Smer reakcije med asimetričnimi reagenti in Markovnikovim pravilom

Elektrofilno vezavo med dvema asimetričnima molekulama regioselektivno poteka. To pomeni, da se tvori samo eden od dveh možnih izomerov. Regioselektivnost opisuje Markovnikov pravilo, po katerem je vodik vezan na ogljikov atom, povezan z velikim številom drugih atomov vodika (do bolj hidrogeniranega).

Da bi razumeli bistvo tega pravila, je treba spomniti, da je hitrost reakcije odvisna od stabilnosti vmesne karbokacije. Vpliv elektron-donorskih in akceptorskih substituentov je bil opisan zgoraj. Tako bo elektrofilni dodatek bromovodikove kisline k propenu povzročil nastanek 2-bromopropana. Vmesni kation s pozitivnim nabojem na osrednjem ogljikovem atomu je bolj stabilen kot karbokacija s pozitivnim nabojem na skrajnem atomu. Kot rezultat, atom broma stori z drugim atomom ogljika.

Učinek substituenta, ki odvzema elektron, na potek interakcije

Če matična molekula vsebuje substituent, ki odvzema elektron, z negativnim indukcijskim in / ali mezomernim učinkom, elektrofilna vezava ustreza zgoraj opisanemu pravilu. Primeri takih substituentov so CF₃, COOH, CN. V tem primeru velika razdalja pozitivnega naboja iz skupine, ki odvzema elektrone, naredi primarno karbokacija stabilnejša. Kot rezultat, vodik združuje z manj hidrogeniranim atomom ogljika.

Univerzalna različica pravila bo videti takole: ko interakcijo asimetrične alkene in asimetričnega reagenta reakcija poteka po poti tvorbe najstabilnejše karbokacije.